CN105987867A - 一种基于细颗粒物的室内环境检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于细颗粒物的室内环境检测设备，所述的室内环境检测设备包括壳体以及设置于壳体内的电路板，电路板上集成设置有气体检测模块和PM2.5检测模块，气体检测模块与PM2.5检测模块采用分层设计，PM2.5检测模块内设置风扇，有独立的进气通道和出气通道，气体检测模块采用分区独立设计，同时对每种气体检测都设置预处理装置，很大程度地避免了检测时的交叉干扰，检测精度高，集成度高，对不同气体进行检测时，也只需更换相应的气体检测模块即可，无需整体更换检测设备，成本低，解决现有的环境监测设备集成度低，成本较高，且交叉干扰严重，检测精度低的问题。

Description

一种基于细颗粒物的室内环境检测设备

技术领域

本发明涉及环境检测模块，具体是一种基于细颗粒物的室内环境检测设备。

背景技术

PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物，它能较长时间悬浮于空气中，对空气质量和能见度有重要的影响。由于PM2.5粒径小，活性强，易附带有毒有害物质，能扩散到较大的范围，对人体健康和大气环境质量有着强烈的危害。

在大气成分中，虽然PM2.5的含量很少，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳、元素碳、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐等。与尺寸较大的固体粉尘物相比，PM2.5粒径小，易富集有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大，许多研究已证实颗粒物会对呼吸系统和心血管系统造成伤害，导致哮喘、肺癌、心血管疾病、出生缺陷和过早死亡。

室外环境的日益恶化持续引发人们对室内环境空气质量的担忧，因为人们每天大多数时间在室内度过，接触室内空气污染物的机会和时间均远多于室外。基于此，越来越多的人们对室内工作环境的空气质量，尤其是PM2.5含量提出检测要求。

目前市场上出现的PM2.5检测设备基本都是独立的手持式仪表或整机，采用的环境监测设备也是体积过大，集成度低，价格昂贵且难以集成到现有的楼宇系统中。另外，PM2.5检测气体采样方案现有产品有两类：一类是电阻加热式，缺陷是气体流量无法控制且不稳定，容易受外界干扰气流影响，精度低，常用于低成本，低精度场合；另一类是泵吸式，缺陷是成本高，寿命短，噪音大。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于细颗粒物的室内环境检测设备，所述的室内环境检测设备将气体检测与PM2.5检测集成在一起，且气体检测模块与PM2.5检测模块采用分层设计，气体检测模块采用分区独立设计，同时对每种气体检测都设置预处理装置，很大程度地避免了检测时的交叉干扰，检测精度高，集成度高，对不同气体进行检测时，也只需更换相应的气体检测模块即可，无需整体更换检测设备，成本低，用以解决现有的环境监测设备集成度低，成本较高，且交叉干扰严重，检测精度低的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种基于细颗粒物的室内环境检测设备，所述的室内环境检测设备包括壳体和设置于壳体内的电路板，所述的电路板上集成有PM2.5检测模块和室内气体检测模块，所述的室内气体检测模块和PM2.5检测模块分设于电路板的上下两面，用于避免气体检测与PM2.5检测的交叉干扰；

所述的PM2.5检测模块设置有进气口和出气口，所述壳体的底部开设有进气通道和出气通道，所述的进气通道与PM2.5检测模块的进气口连通，所述的出气通道与PM2.5检测模块的出气口连通，所述的进气通道内设置有PM2.5过滤膜；

所述壳体顶部的周边开设有多个向壳体内部延伸的空心圆柱体，所述的电路板上开设有多个相互独立的气体检测区域，每个气体检测区域对应设置一种气体检测模块，各所述的空心圆柱体与各气体检测区域一一对应，各所述空心圆柱体内部均安装有对应气体检测模块的预处理装置，各所述的预处理装置用于消除检测时气体间的交叉干扰；

所述的空心圆柱体还设置有与其配合安装的密封透气盖，所述的密封透气盖用于根据实际检测需要打开，更换气体检测模块。

所述的PM2.5检测模块包括外壳以及位于外壳内的检测室和通气室，所述检测室固定在外壳的底部，所述检测室的外部上方与外壳形成通气室，所述外壳的上部两侧对称开设有两个口，分别为进气口和出气口，并在检测室的顶部设置入气孔和排气孔，检测室的排气孔处设置风扇，所述的通气室内设置挡板，所述的挡板位于检测室的入气孔与排气孔之间。

所述的密封透气盖包括一个圆环结构，所述圆环结构的底端外侧对称设置有两个凸块，所述空心圆柱体内的内侧设置有与所述凸块对应配合的第一卡槽，所述圆环结构的顶端设置有与所述空心圆柱体密封配合的圆形盖板，所述密封透气盖通过手动旋转打开或者封闭，所述圆形盖板上设置有用于手动旋转圆形盖板的凹槽。

所述的圆形盖板上与圆环结构对应的位置开设网状孔，所述圆环结构内放置过滤膜。

所述的预处理装置包括NOx预处理装置、O₃预处理装置、CO₂和TVOC预处理装置、SO₂和H₂S预处理装置以及CO预处理装置。

所述NOx预处理装置包含一个电阻元件加热装置,用于消除O₃对NOx的干扰；所述O₃预处理装置包含有防尘防水半透膜以及MOS元件；所述CO₂和TVOC预处理装置包括防尘防水半透膜，并分别采用非色散红外和光离子化元件，杜绝其他气体的干扰；所述SO₂和H₂S预处理装置包含防尘防水半透膜，并配合气体补偿算法消除O3和NOx对SO₂和H₂S的干扰；所述CO预处理装置包括酸性过滤装置，用于滤除干扰气体H₂S,SO₂,NOx。

所述的电路板上还集成有通讯模块，所述的通讯模块至少包括两种通讯设备，所述壳体顶部的周边设置有与各通讯设备一一对应的接口孔，用于根据实际检测需要，选择一种通信方式。

所述壳体的中部为一个圆柱形结构，所述壳体的顶部为一个开口朝下的碗状结构，所述壳体的底部与壳体的中部可拆卸连接。

所述的进气通道与PM2.5检测模块的进气口以及所述的出气通道与PM2.5检测模块的出气口之间设置有密封圈，实现无缝对接。

所述的室内环境检测设备包括安装板，所述的安装板通过卡扣固定在壳体的顶部，室内环境检测设备通过安装板固定安装在室内的墙壁或者天花板上。

本发明达到的有益效果：本发明将PM2.5检测和多气体检测进行分层独立设计，同时将多气体检测进行分区独立设计，并通过对多气体检测有针对性的设置预处理装置，消除气体间的交叉干扰，解决了PM2.5检测和多气体检测过程中的交叉干扰难题，提高了气体检测的稳定性和检测精度。

本发明将多种气体检测和PM2.5检测集成在一个电路板上，检测设备以体积小，集成度高，低成本的方式实现对环境大气的多参数在线检测。而且多种气体检测均采用分区独立设计的方式，可以根据实际检测需要，更换对应的气体检测模块，而对其他气体检测不会造成任何影响，操作简单方便，无需更换整个检测设备即可实现不同气体的检测，大大降低了成本。

PM2.5检测模块采用风扇搭配专用的进气和出气通道，且进气和出气通道与PM2.5检测模块的进气口与出气口通过特殊的密封圈实现无缝对接的效果，进气口内部还设计有专用的PM2.5过滤膜，实现低成本，低噪音，高精度和长寿命的完美结合。

附图说明

图1是本发明室内环境检测设备的结构示意图；、

图2是本发明PM2.5检测模块的内部结构剖面示意图；

图3是本发明室内环境检测设备壳体的顶部示意图；

图4是本发明室内环境检测设备壳体与安装板的安装示意图；

图5是本发明密封透气盖的圆形盖板示意图；

图6是本发明密封透气盖的圆环结构示意图。

图中，安装板1，第二卡槽11，螺丝安装孔12，壳体21，螺丝固定孔211，电路板22，内气体检测模块221，通讯模块222，PM2.5检测模块223，下盖23，进气通道231，出气通道232，出气孔圈233，进气孔圈234，螺丝固定槽235，第一螺丝3，第二螺丝4，密封透气盖212，RJ45接口孔213，214卡扣，蓝牙开关孔215，蓝牙LED指示灯孔216，4-20mA接口孔217，GPRS无线接口孔218，空心圆柱体219，网状孔2121，凹槽2122，凸块2123，第一卡槽2124，过滤膜2125。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的室内环境检测设备包括壳体21、电路板22和下盖23，本发明的壳体中部是一个圆柱形结构，顶部是一个开口朝下的碗状结构，电路板22设置于壳体内，并通过四个第一螺丝3和下盖23上的四个螺丝固定槽235与下盖23固定，下盖23可拆卸地安装在壳体的底部，图中，下盖23通过两个第二螺丝4和壳体21上的螺丝固定孔211与壳体21固定连接。所述的电路板22上集成有室内气体检测模块221，通讯模块222以及PM2.5检测模块223。

本发明对气体检测和PM2.5检测采用分层设计，其中，室内气体检测模块221和通讯模块222设置在电路板的上方，PM2.5检测模块223设置在电路板22的下方。由于室内气体检测模块221采用的是电化学原理，PM2.5检测模块222采用的是光散射原理，室内环境检测设备长期在带粉尘的气体下工作，电化学传感器的性能会受到极大的影响，影响电信号的输出。另外，粉尘聚集也会对痕量气体产生一定物理吸附，影响测量精确度。而且，PM2.5检测模块的输出精准度受气流速和进气流量影响，而较大的气流速有可能对电化学传感器进气膜产生一个正压，若没有合适的控制手段，则该压力值可能超过电化学传感器正常工作的压力范围。因此，将粉尘测量区域和气体测量区域进行上下分层进气设计，可以避免相互间的交叉干扰，提高检测结果的准确性。气体检测和PM2.5检测原理属于本领域技术人员的熟知技术，在此不再赘述。

在检测过程中，即使很微弱的气流也会对PM2.5的流向产生很大的影响，所以本发明为PM2.5检测模块的进气口与出气口设计独立的通气管道，保证出气口形成的气流完全不会对进气口产生影响。本发明在下盖23上开设有进气通道231和出气通道232，进气通道231的底部设置有进气孔圈234，出气通道232的底部设置有出气孔圈233，所述的进气孔圈234内设置有PM2.5过滤膜，进气通道231与PM2.5检测模块的进气口连通，出气通道232与PM2.5检测模块的出气口连通，进气通道231与PM2.5检测模块的进气口之间以及出气通道232与PM2.5检测模块的出气口之间均设置有密封圈，实现无缝对接。

如图2所示，本发明的PM2.5检测模块223包括外壳、通气室和检测室，检测室内设置有PM2.5检测传感器，所述检测室固定在外壳的底部，所述检测室的外部上方与外壳形成通气室，所述外壳的上部两侧对称开设进气口和出气口，并在检测室的顶部设置入气孔和排气孔，L1表示出口流量，L2表示入口流量，L3表示风扇排气流量，L4表示检测室入气流量，为了保证检测的准确性，在检测室的排气孔处设置风扇，从而形成空气对流，确保空气流量的稳定性。理想状态下，L1＝L2＝L3＝L4，所测值即真实值，但从图2中看，排气孔处排出的气体将会进入通气室干扰入气孔处入气流量的真实性，即L4﹥L2，即所测值不等于真实值，所以为了避免排气孔处的气体流量对入气孔处的气体流量产生影响，进而对检测结果产生干扰，本发明在所述的通气室内设置挡板，所述的挡板位于检测室的入气孔与排气孔之间，入气孔与进气口位于挡板的一侧，排气孔和出气口位于挡板的另一侧。

本发明的电路板上开设有多个相互独立的气体检测区域，每个气体检测区域对应设置一种气体检测模块，电路板上开设的气体检测区域包括CO₂气体检测区域、甲醛气体检测区域、NOx气体检测区域、TVOC气体检测区域、SO₂气体检测区域、CO气体检测区域、O₃气体检测区域以及H₂S气体检测区域。由于检测时，一种气体会对另一种气体产生干扰，影响检测准确性和检测精度，每个气体检测区域都对应设置一种针对该气体的预处理装置，用以最小化气体之间的交叉干扰。

本发明中的预处理装置包括NOx预处理装置、O₃预处理装置、CO₂和TVOC预处理装置、SO₂和H₂S预处理装置以及CO预处理装置。由于O₃对NOx的交叉干扰非常大，本发明的NOx预处理装置主要用于消除O3对NOx的干扰，NOx预处理装置包含一个电阻元件加热装置，当温度升高时，O3极易发生分解，从而消除O3对NOx的干扰，而不影响NOx的浓度。O₃检测模块的预处理装置则相对简单，因为特殊的O₃传感器对NOx没有选择性，O₃预处理装置内包含有防尘防水半透膜，同时采用选择性极佳的MOS元件，该MOS元件对NOx没有选择性。所述CO₂和TVOC预处理装置分别采用非色散红外和光离子化元件，从原理上可杜绝其他气体的干扰，预处理装置只需做除水除尘即可，CO₂和TVOC预处理装置均包括防尘防水半透膜，用于除尘除水处理。所述CO预处理装置包含酸性过滤装置，该过滤装置可滤除混合气体中的干扰气体H₂S,SO₂,NOx，得到CO的真实浓度。对于SO₂和H₂S检测模块，O₃和NOx都会产生交叉干扰，因此对应的预处理装置不能完全消除干扰效应，必须采用气体补偿算法实现消除O3和NOx对SO₂和H₂S的干扰，所述SO₂和H₂S预处理装置包含防尘防水半透膜和处理器，气体补偿算法在处理器内实现。

本发明对SO₂和H₂S采用的气体补偿算法如下：

$\left\{\begin{array}{c}C=a{X}_1+b{X}_2+c{X}_3+d{X}_4\\ D=a{Y}_1+b{Y}_2+c{Y}_3+d{Y}_4\end{array}\right.$

其中，a、b、c、d分别为O₃、NOx、H₂S、SO₂在混合气体中的的真实浓度；

C、D分别为H₂S、SO₂的检测浓度；

X1～X4分别为O₃、NOx、H₂S和SO₂对H₂S的干扰系数因子，对H₂S而言，X₃＝1；

Y1～Y4分别为O3、NOx、H₂S和SO₂对SO₂的干扰系数因子，对SO₂而言，Y₄＝1。

X1～X4、Y1～Y4不能完全套用传感器技术手册的建议数值，需通过批量传感器实际测量获得经验数值。联立以上方程，即可得出SO₂和H₂S的准确浓度。

如图3所示，本发明壳体顶部的碗状结构周边开设有多个向壳体内部延伸的空心圆柱体219，各空心圆柱体219与电路板上的气体检测区域一一对应，各所述空心圆柱体内部均安装有对应气体检测模块的预处理装置，空心圆柱体上还设置有与其密封配合的密封透气盖212，所述的密封透气盖212可以通过手动旋转打开或者封闭，当需要检测某一种或几种气体时，就通过手动旋转打开对应的密封透气盖，将需要的气体检测模块一一安装在电路板上对应的气体检测区域，然后再将密封透气盖盖在空心圆柱体上，实现了各气体检测模块的独立更换，无需更换整个检测设备，大大节省了成本，集成度高。

壳体21顶部的碗状结构周边还分别开有与通信模块的通信接口对应的接口孔，图中包括RJ45接口孔213，蓝牙开关孔215，蓝牙LED指示灯孔216，4-20mA接口孔217，GPRS无线接口孔218。通过集成多种通信方式，当需要使用某种通信方式时，直接通过检测设备壳体上设置的接口孔即可接入，操作简单方便，提高检测效率。

如图4，本发明还包括用于在室内安装的安装板，壳体21顶部碗状结构的中部设置有卡勾214，安装板1上设置有与壳体配合安装的第二卡槽11和螺丝安装孔12，第二卡槽11和卡勾214构成卡扣结构，该壳体21通过所述的卡扣结构与安装板1固定连接，该室内环境检测设备通过所述的安装板固定安装在室内的墙壁或者天花板上，便于检测和观察数据。

如图5和图6所示，所述的密封透气盖212包括一个圆环结构，所述圆环结构的底端外侧对称设置有两个凸块2123，所述空心圆柱体219的内侧设置有与所述凸块对应配合的第一卡槽2124，所述圆环结构的顶端设置有与所述空心圆柱体密封配合的圆形盖板，所述的圆形盖板底部与空心圆柱体对应的位置设有网状孔2121，圆环结构内对应网状孔2121的位置还设置有过滤膜2125，用于防水防尘透气，能够有效的增强检测效果。所述圆形盖板上设置有用于手动旋转圆形盖板的凹槽2122。

在实际使用过程中，当需要盖上密封透气盖时，通过凸块2123与第一卡槽2124的配合，将密封透气盖的圆环结构放入空心圆柱体内，然后手动旋转密封透气盖，凸块卡在空心圆柱体的底部，实现密封透气盖与空心圆柱体的密封。当需要取出密封透气盖时，通过手动旋转密封透气盖，使得凸块与第一卡槽对应，然后手动取出密封透气盖。这种结构使得操作过程更加简单方便，当用户需要检测不同的气体时，只需要通过手动旋转密封透气盖即可实现气体检测模块的更换，大大提高了检测效率。

综上，本发明的室内环境检测设备将气体检测模块、PM2.5检测模块和通信模块均集成在一块电路板上，且气体检测模块集成了多种气体的检测，且多气体检测采用分区独立设计的方式，各气体间的检测相互独立，互不影响，通过壳体外部设置的密封透气盖实现不同气体检测模块的独立更换，通信模块也集成了多种通信方式，集成度高，无需更换检测设备，即可实现室内不同气体的检测和各种通信方式间的切换，检测效率高，成本低。

本发明的气体检测模块与PM2.5检测模块采用分层独立设计，气体检测模块与PM2.5检测模块分设于电路板的两面，互不干扰，气体检测模块采用分区独立设计，同时对每种气体检测都设置预处理装置，避免了检测时的各气体之间以及气体与粉尘之间的交叉干扰，检测精度高，解决现有技术中将多气体检测集成以及PM2.5检测集成时，存在交叉干扰、检测精度低、检测结果不稳定的难题。

本发明的PM2.5检测模块采用风扇搭配专用的进气通道和出气通道，且进气通道和出气通道与PM2.5检测模块的进气口与出气口通过特殊的密封圈实现无缝对接的效果，进气口内部还设计有专用的PM2.5过滤膜，实现低成本，低噪音，高精度的完美结合。

Claims (10)

1.一种基于细颗粒物的室内环境检测设备，所述的室内环境检测设备包括壳体和设置于壳体内的电路板，所述的电路板上集成有PM2.5检测模块和室内气体检测模块，其特征在于：所述的室内气体检测模块和PM2.5检测模块分设于电路板的上下两面，用于避免气体检测与PM2.5检测的交叉干扰；

所述的PM2.5检测模块设置有进气口和出气口，所述壳体的底部开设有进气通道和出气通道，所述的进气通道与PM2.5检测模块的进气口连通，所述的出气通道与PM2.5检测模块的出气口连通，所述的进气通道内设置有PM2.5过滤膜；

所述壳体顶部的周边开设有多个向壳体内部延伸的空心圆柱体，所述的电路板上开设有多个相互独立的气体检测区域，每个气体检测区域对应设置一种气体检测模块，各所述的空心圆柱体与各气体检测区域一一对应，各所述空心圆柱体内部均安装有对应气体检测模块的预处理装置，各所述的预处理装置用于消除检测时气体间的交叉干扰；

所述的空心圆柱体还设置有与其配合安装的密封透气盖，所述的密封透气盖用于根据实际检测需要打开，更换气体检测模块。

2.根据权利要求1所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述的PM2.5检测模块包括外壳以及位于外壳内的检测室和通气室，所述检测室固定在外壳的底部，所述检测室的外部上方与外壳形成通气室，所述外壳的上部两侧对称开设有两个口，分别为进气口和出气口，并在检测室的顶部设置入气孔和排气孔，检测室的排气孔处设置风扇，所述的通气室内设置挡板，所述的挡板位于检测室的入气孔与排气孔之间。

3.根据权利要求1所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述的密封透气盖包括一个圆环结构，所述圆环结构的底端外侧对称设置有两个凸块，所述空心圆柱体内的内侧设置有与所述凸块对应配合的第一卡槽，所述圆环结构的顶端设置有与所述空心圆柱体密封配合的圆形盖板，所述密封透气盖通过手动旋转打开或者封闭，所述圆形盖板上设置有用于手动旋转圆形盖板的凹槽。

4.根据权利要求3所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述的圆形盖板上与圆环结构对应的位置开设网状孔，所述圆环结构内放置过滤膜。

5.根据权利要求1所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述的预处理装置包括NOx预处理装置、O₃预处理装置、CO₂和TVOC预处理装置、SO₂和H₂S预处理装置以及CO预处理装置。

6.根据权利要求5所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述NOx预处理装置包含一个电阻元件加热装置,用于消除O₃对NOx的干扰；所述O₃预处理装置包含有防尘防水半透膜以及MOS元件；所述CO₂和TVOC预处理装置包括防尘防水半透膜，并分别采用非色散红外和光离子化元件，杜绝其他气体的干扰；所述SO₂和H₂S预处理装置包含防尘防水半透膜，并配合气体补偿算法消除O3和NOx对SO₂和H₂S的干扰；所述CO预处理装置包括酸性过滤装置，用于滤除干扰气体H₂S,SO₂,NOx。

7.根据权利要求1所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述的电路板上还集成有通讯模块，所述的通讯模块至少包括两种通讯设备，所述壳体顶部的周边设置有与各通讯设备一一对应的接口孔，用于根据实际检测需要，选择一种通信方式。

8.根据权利要求1所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述壳体的中部为一个圆柱形结构，所述壳体的顶部为一个开口朝下的碗状结构，所述壳体的底部与壳体的中部可拆卸连接。

9.根据权利要求1所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述的进气通道与PM2.5检测模块的进气口以及所述的出气通道与PM2.5检测模块的出气口之间设置有密封圈，实现无缝对接。

10.根据权利要求1所述的室内环境检测设备，其特征在于，所述的室内环境检测设备包括安装板，所述的安装板通过卡扣固定在壳体的顶部，室内环境检测设备通过安装板固定安装在室内的墙壁或者天花板上。