空氣質量檢測儀測試系統
中泰研創
● 測試背景
隨著生活水平的提高，人們對健康越來越關注，對我們生活的空氣環境也越來越關心，因此希望能夠對一些有危害的氣體進行有效的監測和治理。環境保護監測先行，自動化、信息化是做好環境監測的前提和保障。隨著國家制定的各種環境保護政策及法規的頒布實施，各級地方政府在對轄區內的環境治理日益重視的同時，加大了對環境監測的投資力度，各地區陸續規劃安裝了大氣環境質量監測地面站，實施城市空氣質量預報。
空氣質量檢測儀正是在這種基礎上逐漸發展起來的，且根據使用方式不同分為路邊站、點式固定站、車載式、手提式等。
● 系統描述
AQ-Ⅲ空氣質量檢測儀測試平臺是北京中泰研創科技有限公司為某環境監測研究院提供的技術解決方案，硬件方面通過EM9000系列多功能數據采集設備(EM9636B)負責完成數據采集，軟件系統是基于正版LabVIEW圖形編程語言，通過對監測地點的溫度、風速、氣壓和多種有害氣體濃度的多點測量，以達到長時間監測某區域內空氣環境質量參數的目的。系統按照自動測控系統的要求，以虛擬儀器技術為背景，以以太網總線架構為基礎，具有實驗工況監視、實驗數據的實時在線分析處理、一般性故障處理等功能。
硬件方面由抽氣泵將環境空氣通過過濾器，經流量調節器后分別以300ml/min的流量送到傳感器氣室，通過傳感器時所產生的信號經放大、A/D轉換后，由上位機PC端進行采集、計算、數據處理，產生濃度結果數據，同時保存數據結果或通過RS232串行接口送至微型打印機。
● 系統特點
1. 1路溫度、1路濕度、1路風速、2路細顆粒物和15路氣體濃度采集。
2. 實時數據分析和測試結果微機打印。
3. 支持自定義線性換算算法編輯，以適應不同傳感器。
4. 各路參數及測量指標獨立配置。
5. 支持采集數據圖形化顯示。
6. 支持采集數據存盤并自定義圖形化顯示曲線，具有數據報表功能。
7. 支持歷史數據分析，自動導出并自動計算按秒、分鐘、小時的最大值、最小值和平均值。
● 測試方法
氣體檢測部分工作原理
本儀器內部分采用高靈敏度、低功耗的電化學傳感器(如圖1所示)，用于檢測多種不同有毒氣體，可以連續監測大氣層中的SO2、NO2、O3、CO、CO2、NH3、甲醛等氣體，全面顯示需要的測量數據。
電化學傳感器通過與被測氣體發生反應并產生與氣體濃度成正比的電信號來工作。典型的電化學傳感器由傳感電極(或工作電極)和反電極組成，并由一個薄電解層隔開。氣體首先通過微小的毛管型開孔與傳感器發生反應，然后是透氣膜，最終到達電極表面。采用這種方法可以允許適量氣體與傳感電極發生反應，以形成充分的電信號，同時防止電解質漏出傳感器。穿過透氣膜擴散的氣體與傳感電極發生反應，傳感電極可以采用氧化機理或還原機理。這些反應由針對被測氣體而設計的電極材料進行催化。通過電極間連接的電阻器，與被測氣濃度成正比的電流會在正極與負極間流動。測量該電流即可確定氣體濃度。
有毒氣體檢測部分工作原理
本儀器內部分采用工作穩定的紅外線氣體傳感器(如圖2所示)，用于檢測甲烷、可燃性烷烴類氣體濃度。
此類傳感器中有循環的紅外光源。光源在氣室中反射并終止于兩個熱電感應片上。兩個感應片一個是“活躍感應片”，另一個是“參照感應片”。每個熱電感應片都各自輸出一個電平以顯示與其表面接觸的紅外光的強度。“活躍感應片”上覆蓋著一層濾光材料，它能透過紅外光譜中被測氣體所吸收的那一段光譜；而“參照感應片”上覆蓋著的濾光材料能透過紅外光譜中被測氣體所不被吸收的光譜。當被測氣體進入氣室時，氣體吸收了紅外光輻射的一段，這樣從活躍感應片上輸出的信號也就相應減弱。而盡管有被測氣體存在，“參照感應片”上的信號電平保持不變。“活躍感應片”和“參照感應片”上輸出電平的比率就可用于計算被測氣體的濃度。因為測量中用的是兩個感應片上的電平比率，光源強度及光源反射路徑反導致的誤差就可消去，保證了測量精度。Detcon公司智能型紅外線光學氣體濃度傳感器提供標準的4-20mA輸出。
可吸入顆粒物檢測部分工作原理
本儀器內部分采用激光氣體傳感器(如圖3所示)，其特點是輸出穩定、壽命長、功率較低。
激光傳感器的結構和電路相對復雜。其光源為激光二極管。采樣空氣通過風扇或鼓風機推動，通過復雜設計的風道，進行檢測。當空氣中的細顆粒物進入激光束所在區域時，將使激光發生散射;散射光在空間360°都有輻射，可在適當位置放置光電探測器，使之只接收散射光，然后經過光電探測器的光電效應產生電流信號，經電路放大及處理后，即可得到細顆粒物濃度值。激光原理傳感器主要應用在PM2.5、PM10檢測領域，以精度量化PM2.5質量。可嵌入到家用(車載、手持)空氣檢測儀、空氣凈化器中。
● 系統指標
1、 配置進氣管;
2. 供電采用交流220V/50Hz;
3. 工作溫度：0~50攝氏度;
4、 直讀輸出各氣體濃度（mg/m3）,1分鐘出結果;
5. 預設通道數：20（可擴展）；
6、 檢測靈敏度：（L） 0.01 mg/m3；（H） 0.001 mg/m3。
7、 重復性誤差：±2%
8、 采集精度：16位分辨率、誤差<0.02%;
9、 具有電能存儲功能，監測時間全程可實現不插電。
10、定時采樣：預熱時間（0～20）秒；采樣次數（1～1000）次/s。
11、氣體濃度超標報警閾值設定：可按各氣體分析器量程軟件設定；
12、輸出接口：
（1）PC機接口：RJ45，可選USB接口；
（2）微型打印機輸出接口；
13、 重量：10kg。490mm * 330mm * 390mm
14、 采用金屬外殼，耐腐、防水、防塵；
● 硬件指標
EM9636數據采集設備，是新一代的集多種功能為一體，高速、高精度、多功能、寬范圍信號測量與控制的數據采集產品。支持以太網數據采集，USB數據采集（USB口為從口）A/D：16bit，32（單）/16（雙）CH，轉換速率250KHz，8MB緩沖區，輸入范圍：0～5V、0～10V、±5V、±10V、0~20mA（定制），程控增益1、2、5、10倍；可編程DIO：16CH；光隔離DO：8路，光隔離DI：8路；計數/測頻：6CH；編碼器：2CH（與計數器復用）；PWM輸出：3CH（與DO復用）。組成結構：基于ARM9處理器和FPGA關鍵技術，內嵌實時嵌入式操作系統linux或wince，方便定制各種功能。支持modbus-TCP協議。
★ EM9636數據采集設備，具有離線采集功能，可以脫機使用。可將采集的數據實時存儲在EM9636上的U盤或SD卡內，此產品可脫離計算機獨立工作。提高了系統的可靠性，降低了使用成本，可用于惡劣環境下的無人值守及遠程監控系統中。
★ EM9636數據采集設備，具有Web服務器功能。為方便用戶使用，EM9636開通了web服務器功能，主機只要有web瀏覽器，就可以對EM9636進行監控，不需要編寫任何程序。用戶可通過PC端或手機端的web瀏覽器設置各項參數、查看狀態以及查看實時數據。手機或移動設備可通過Wi-Fi與EM9636直接通訊。
★ EM9636產品具有雙看門狗：硬件看門狗防止下位機程序進入死鎖狀態，通訊看門狗防止通訊中斷。
★ EM9636數據采集設備使用實時嵌入式操作系統linux，資深用戶可以自己編寫程序完成定制功能，從而完全脫離PC機單獨使用。
★ EM9636數據采集設備結構。
結構材料：ABS757K阻燃，抗振動：17～500Hz，1G PTP。
抗沖擊： 10G/PEAK(11m ，sec)。
工作溫度：-20℃～+70℃。
凈重：71g。
● 虛擬儀器軟件
如使用PC機操作EM9636數據采集設備，我公司還可免費提供上位機虛擬儀器分析軟件（基于正版LabVIEW開發）。
虛擬儀器軟件主要功能:
實時波形顯示：在采集過程中實時顯示數據曲線波形圖。
實時數值顯示：在采集過程中實時顯示所采集數值的結果。
數據存儲與回放：對采集的信號進行存儲與回放及分析。
顯示及打印報表：以曲線或圖表的形式打印報表。
圖形分析功能：對數據曲線進行縮放、平移、定位（游標）、對比。
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