基本信息
- 项目名称：
- 大气颗粒物在线监测及无线传输系统的研发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 为解决目前颗粒物监测采样过程耗时耗力、人为误差较大的问题，致力研发一种具备在线监测、无线传输及显示数据功能的，经济型便携式大气颗粒物监测系统。 本系统还能与颗粒物采样器相结合，形成一套以传统称重法为主，同时拥有颗粒物采样与在线监测功能的新系统。
- 详细介绍：
- 作品简介 目前，我国区域大气环境日益恶化。为解决严重的空气污染问题，必须对空气质量状况进行监测，从而实现治理。研究表明，高浓度可吸入颗粒物，特别是超细颗粒物，是引发各种人体疾病的主要大气污染物。因而，对可吸入颗粒物的监测，成为空气质量监测工作的一个关键部分。 但是，许多对可吸入颗粒物的监测工作仍采用具有滞后性且容易造成人为误差的膜称量法，一定程度上对监测工作造成不便。此外，称量法监测工作需要科研人员亲自到现场获取数据，耗费大量时间精力。 因此，为提高监测工作的准确度和减少人力物力的耗费，我们团队致力于研发一种能够在线监测，无线传输及显示数据的，经济型便携式大气颗粒物监测系统。 目标产品介绍 本系统以夏普（Sharp）公司生产的烟雾传感器为核心部件，配合自行设计研制的单片机控制系统，实现了可在线监测并显示大气颗粒物浓度的功能。同时，利用无线智能传感网络，实现数据的远程传输及显示。 特点 1实时监测及显示数据 2体积小，方便携带，价格便宜 3远程数据输送，节省人力物力 推广应用 1可作为大气环境可吸入颗粒物监测仪。配合切割头实现不同粒径（PM10、PM2.5或PM1）颗粒物的监测；结合颗粒物采样器，监测浓度的同时，实现颗粒物化学成分的检验。 2可作为日常室内空气监测仪。通过设定触发信号，控制空气清洁仪器的开关，实现保持室内空气洁净的目的。 3可作为烟雾报警器。通过识别烟雾特征信号，控制警铃开关，实现火警警报功能。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研发目标 研发一套基于光学散射原理，能够在线监测颗粒物浓度的监测系统。同时，以该系统为基础，构建一个颗粒物无线监测网络。 后期将与颗粒物采样器相结合，形成一套具有颗粒物采样及在线监测功能的新系统。 基本思路 项目确立、颗粒物检测系统设计、电路搭建、系统组装、系统测试、整体调试、无线网络搭建及后期整体优化。 创新点 1实现对颗粒物的在线监测，避免了传统膜称量法测量周期长、容易受人为误差影响的缺点 2基于颗粒物在线监测系统，构建无线传感器网络，实现远程操控以及数据传输 3造价相对较低，能够有效降低科研成本 4能够通过加载自行设计的颗粒物分离器，实现多种粒径颗粒物的测量 技术关键 1系统设计与整合，包括电路设计、软件设计、系统组装等部分。 2系统测试与系统校准，包括实验方法设计、实验器材搭建、数据处理等。 3无线网络搭建技术，基于GPRS网络以及射频技术等，实现远程操控以及数据传输。 主要技术指标 ●可实现颗粒物在线连续监测,测量范围颗粒物浓度 0-2.5mg/m3,精度可达0.01mg/m3，机器反应时间约3s;机身大小 150mm*100mm*40mm，0.5kg ●可实现系统无线控制与数据传输，数据传输距离 RF小于1000m, GRPS 全球范围
科学性、先进性
- 1实时连续监测。本系统利用光散射原理，通过将随颗粒物浓度变化而变化的光强，换算成颗粒物浓度的方式，实现颗粒物浓度在线监测，打破了传统膜称量法具有滞后性，以及无法反映颗粒物浓度变化趋势的缺陷。 2远程数据传输。本系统能够对监测仪器进行远程控制，同时实现数据的远程传输，大大减少科研工作者的工作量。 3实现对PM10、PM2.5的监测。相对于市面上仅能测量TSP的监测仪器，本系统能够通过加载自行设计的颗粒物分离器，实现对不同粒径的颗粒物的分离，达到监测PM10及PM2.5的效果。 4便携。本系统体积较小，质量较轻（约0.5kg），相对于传统颗粒物监测产品（大于4kg）,便于携带，容易安装。 5价格便宜。市场上销售的颗粒物浓度测量仪器，特别是进口仪器，价格都比较高。本系统的成本较低，能满足大部分监测场所的需求，性价比高,能有效降低科研成本。
获奖情况及鉴定结果
- 1. 2010年12月，被推荐为“国家大学生创新性实验计划”项目。 2. 2011年4月，获第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛，一等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 合作生产
作品可展示的形式
- 实物、产品；模型；现场演示；图片；录像；样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1公共场所的空气质量监测。如，工矿企业劳动部门生产现场粉尘浓度的测定；工地场所暴露监测等。 2室内烟雾报警。本系统能区分空气粉尘和烟气，遇前者输出连续电信号，后者输出间断电信号。 3科研机构、高校、监测部门等机构的科研工作。本系统将构造一个空气质量监测网络，在区域内，达到实时、多点源的监测效果；结合颗粒物采样器，监测浓度的同时，实现颗粒物化学成分的检验。 据分析预测，2010年环境监测仪器仪表市场产值规模将增至110亿元。未来2-3年随着国家不断加大对环境监测的投入，环境监测仪器仪表市场将维持20%以上的增长速度。预计到2013年，整个环境监测仪器仪表市场规模将超过200亿，利润增幅达10%以上。同时，目前的环保仪器结合物理、化学、生物、电子、光学等技术，朝着自动化、智能化和网络化为主的监测方向发展。 本系统价格便宜，适用范围广，预计一年内完成技术研发工作，并可以投入大量生产，将作为我国环保部门、高校工作科研工作以及日常环境广泛使用的监测仪器之一。
同类课题研究水平概述
- 目前，颗粒物的监测方法主要有膜称重法、光散射法、压电晶体法、电荷法、β 射线吸收法、微量振荡天平法，各种方法各有其优缺点。其中，膜称重法因原理简单、影响因素较少而成为常规方法，并且常常被用来对其他监测方法结果进行校正，但是操作复杂，且容易人为产生误差；压电晶体法需要定期对晶体进行清洗，保养工作比较麻烦；微量震荡天平法易受环境因素影响，特别是受湿度影响较大。光散射法利用颗粒物对入射光的散射作用测量颗粒物，具有自动、在线、连续监测颗粒物的优点，能够避免离线称量法测量颗粒物的质量浓度所带来的误差以及繁琐工作，能广泛运用到颗粒物监测仪器的研发上。目前国内主要采用膜称量法对颗粒物进行监测，监测周期长，称量工作繁琐。一些资金较充足的环境科研机构也有研发一些在线颗粒物监测仪器，但体型较大，不方便携带，难以应用到外场试验。国外已经研发了一些便携的可在线监测颗粒物的仪器，但是由于其价格较贵，增加科研成本。所以，研发一种我国自行研发的、价格便宜、体积较小且能在线监测颗粒物的系统是十分有意义的。 此外，我国现在外场实验通常是采用人力携带仪器进行监测的方式。这样的做法耗费人力物力，另外，对于一些人类难以接近的地点，将对监测工作带来极大不便。所以，无线传感器网络（WSN）作为一个新兴的网络，受到学术界和工业界越来越广泛的重视，在军事、环境监测、医疗健康等领域都有着广泛的应用，因此，被认为是21世纪最重要的技术之一。从国外的研究状况看，美国在无线传感器方面进行了较深入的研究。早在上世纪90年代，美国就着手对具有现代意义的无线传感器网络展开研究，在环境监测、医疗控制、企业管理、工业控制、设备升级、企业管理等方面都有应用。欧洲、日本、澳大利亚也开展了不少这方面的研究工作。国内无线传感器网络的研究跟国外的起步时间几乎相同。但是在大多数环保科研机构中，大多数还是采用有线传输的方式，对监测数据进行传输。在少部分利用无线技术传输的项目中，还都停留在利用GSM技术的阶段。GSM技术成本较高且不能长时间在线，经常为监测工作带来负担以及不便。因而，发展一个具有能够在大范围内无线传输数据、传输成本低、能够实时在线等优点的环境监测网络是十分必要的。
