[go: up one dir, main page]

RU210148U1 - Device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter - Google Patents

Device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter Download PDF

Info

Publication number
RU210148U1
RU210148U1 RU2021137212U RU2021137212U RU210148U1 RU 210148 U1 RU210148 U1 RU 210148U1 RU 2021137212 U RU2021137212 U RU 2021137212U RU 2021137212 U RU2021137212 U RU 2021137212U RU 210148 U1 RU210148 U1 RU 210148U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solid particles
air
outdoor air
monitoring
air pollution
Prior art date
Application number
RU2021137212U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Сергеевич Голохваст
Александр Михайлович Артеменко
Игорь Анатольевич Вахнюк
Алексей Сергеевич Холодов
Константин Юрьевич Кириченко
Владимир Владимирович Вахрушев
Николай Михайлович Иванов
Александр Александрович Сухопаров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН)
Priority to RU2021137212U priority Critical patent/RU210148U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU210148U1 publication Critical patent/RU210148U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/94Investigating contamination, e.g. dust
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к устройствам мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицам и техники измерения их дисперсионного состава. Устройство может быть использовано для качественной и количественной оценки загрязненности наружной воздушной среды твердыми частицами. Область применения полезной модели - экологический контроль обособленного воздушного бассейна и санитарно-гигиенической обстановки рабочих, производственных и жилых зон. А также контроль загрязнения твердыми частицами вентиляционных выбросов газовых и котельных на твердом топливе, угольного, металлургического производства. Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей, универсальности устройства для мониторинга состояния загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами, обеспечения оперативности, достоверности и однозначности оценки состояния воздушной среды. Конструкция устройства для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами состоит из циклонного пылеуловителя в котором последовательно размещены заборник наружного воздуха; корпус, кассеты для установки детектора твердых частиц и аналитического фильтра, шагового электродвигателя, нагревателя, датчиков: массового расхода воздуха, атмосферного давления воздуха, температуры, засоренности аналитического фильтра, влажности воздуха, тензодатчика, центробежного (радиального) вентилятора, одноплатного компьютера, устройства графического вывода данных, спутникового модема.The utility model relates to devices for monitoring outdoor air pollution with particulate matter and techniques for measuring their dispersion composition. The device can be used for qualitative and quantitative assessment of outdoor air pollution with solid particles. The scope of the utility model is the environmental control of a separate air basin and the sanitary and hygienic situation of working, industrial and residential areas. As well as control of pollution by solid particles of ventilation emissions of gas and solid fuel boilers, coal, metallurgical production. The technical objective of the utility model is to expand the functionality, versatility of the device for monitoring the state of outdoor air pollution with solid particles, ensuring the efficiency, reliability and unambiguity of assessing the state of the air. The design of the device for monitoring outdoor air pollution with solid particles consists of a cyclone dust collector in which the outdoor air intake is sequentially placed; housing, cassettes for installing a particulate detector and an analytical filter, a stepping motor, a heater, sensors: mass air flow, atmospheric air pressure, temperature, analytical filter clogging, air humidity, strain gauge, centrifugal (radial) fan, single-board computer, graphic output device data, satellite modem.

Description

Полезная модель относится к устройствам мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицам и техники измерения их дисперсионного состава. Устройство может быть использовано для качественной и количественной оценки загрязненности наружной воздушной среды твердыми частицами. Область применения полезной модели - экологический контроль обособленного воздушного бассейна и санитарно -гигиенической обстановки рабочих, производственных и жилых зон. А также контроль загрязнения твердыми частицами вентиляционных выбросов газовых и котельных на твердом топливе, угольного, металлургического производства.The utility model relates to devices for monitoring outdoor air pollution with particulate matter and techniques for measuring their dispersion composition. The device can be used for qualitative and quantitative assessment of outdoor air pollution with solid particles. The scope of the utility model is the environmental control of a separate air basin and the sanitary and hygienic situation of working, industrial and residential areas. As well as control of pollution by solid particles of ventilation emissions of gas and solid fuel boilers, coal, metallurgical production.

Известно поглотительное устройство для улавливания загрязнений воздуха (патент РФ на изобретение №2 006 020, опубл. 15.01.1994 (аналог)) содержащее частично заполненную поглощающей жидкостью емкость для взаимодействия потоков воздуха и поглощающей жидкости, выполненную в виде полого вертикально установленного цилиндра с дном, входным патрубком для подвода анализируемого воздуха, направленный по касательной внутрь цилиндра, смонтированным на выходном конце входного патрубка форсунку для распыления поглощающей жидкости потоком анализируемого воздуха и отводящий патрубок, согласно изобретению, дно емкости выполнено с расположенным в полости цилиндра по его центральной оси выступом, форсунка выполнена вакуумно-эжекционной, а ее ось расположена ниже начального уровня поглощающей жидкости.An absorption device for capturing air pollution is known (RF patent for invention No. 2 006 020, publ. 15.01.1994 (analogue)) containing a container partially filled with absorbing liquid for interaction between air flows and absorbing liquid, made in the form of a hollow vertically mounted cylinder with a bottom, an inlet pipe for supplying the analyzed air directed tangentially into the cylinder, a nozzle mounted at the outlet end of the inlet pipe for spraying the absorbing liquid with the flow of the analyzed air and a discharge pipe, according to the invention, the bottom of the tank is made with a protrusion located in the cavity of the cylinder along its central axis, the nozzle is made vacuum ejection, and its axis is located below the initial level of the absorbing liquid.

Кроме того, нижняя часть емкости имеет форму половины внутренней поверхности круглого тора, а выступ ее дна - форму цилиндра с закругленным верхом с соотношением высоты выступа дна к его диаметру не менее двух.In addition, the lower part of the container has the shape of a half of the inner surface of a round torus, and the protrusion of its bottom is the shape of a cylinder with a rounded top with a ratio of the height of the bottom protrusion to its diameter of at least two.

Форсунка выполнена с диаметром, не меньшим половины расстояния между внутренней поверхностью цилиндра емкости и выступом дна.The nozzle is made with a diameter not less than half the distance between the inner surface of the container cylinder and the bottom protrusion.

Под действием выходящего из форсунки анализируемого воздуха с распыленной в нем жидкостью происходит циркуляции жидкостного потока по кольцевому зазору и забегание его на форсунку с тыльной стороны.Under the influence of the analyzed air leaving the nozzle with the liquid sprayed in it, the liquid flow circulates along the annular gap and runs onto the nozzle from the back side.

К недостаткам известного изобретения (патент РФ на изобретение №2 006 020, опубл. 15.01.1994) следует отнести: отсутствие системы обнаружения и идентификации твердых частиц, использование специальной поглощающей жидкости для их осаждения, что усложняет конструкцию устройства и снижает достоверность количественной и качественной оценки содержания твердых частиц в воздухе. Помимо этого, устройство не позволяет в автоматическом режиме определять дисперсный и фракционный состав частиц, их массу в объеме прокачиваемой воздушной среды. Кроме того, устройство не может быть использовано при отрицательной температуре воздуха, вследствие увеличения вязкости жидкости и/или ее замерзания.The disadvantages of the known invention (RF patent for the invention No. 2 006 020, publ. 01/15/1994) include: the absence of a system for detecting and identifying solid particles, the use of a special absorbing liquid for their deposition, which complicates the design of the device and reduces the reliability of quantitative and qualitative assessment the content of particulate matter in the air. In addition, the device does not automatically determine the dispersed and fractional composition of particles, their mass in the volume of the pumped air medium. In addition, the device cannot be used at negative air temperatures, due to an increase in the viscosity of the liquid and/or its freezing.

Известно устройство многопродуктового разделения твердых частиц (порошков) гравитационного типа с пересыпными полками [Мизонов В.Е., Ушаков С.Г. Аэродинамическая классификация порошков. М.: Химия, 1989, 160 с.] (прототип). В нем параллельно друг другу, со сдвигом по высоте, смонтировано несколько классификаторов, причем грубый продукт предыдущего классификатора является исходным для последующего. Недостаток такого объединения аппаратов - наличие целого набора систем улавливания твердых частиц (для каждой из выделяемых фракций). Помимо этого, в каждой колонке необходимо обеспечить независимый регулируемый расход воздушной среды и предусмотреть свою систему седиментации твердых частиц, однако при этом процесс заведомо будет не эффективным, а недостаток, связанный с множественностью систем улавливания твердых частиц, сохранится. Кроме того, многопродуктовые гравитационные устройства для седиментации твердых частиц из воздушной среды обладают низкой производительностью, особенно для разделения твердых частиц размером менее 100 мкм. Многопродуктовое гравитационное устройство для разделения твердых частиц, принятое в качестве прототипа, вследствие того, что одной из сил разделения является сила тяжести частицы, ускорение которой постоянно и равно ускорению свободного падения, имеет крупную границу разделения твердых частиц, нижний предел которой составляет от 50 до 500 мкм. Это является недостаточным условием для оценки достоверности качества определения дисперсионного состава частиц, поскольку нижняя граница размеров твердых частиц около промышленных предприятий и городской застройки составляет около 4 мкм.A device for multi-product separation of solid particles (powders) of the gravitational type with bulk shelves [Mizonov V.E., Ushakov S.G. Aerodynamic classification of powders. M.: Chemistry, 1989, 160 p.] (prototype). In it, parallel to each other, with a shift in height, several classifiers are mounted, and the coarse product of the previous classifier is the source for the next one. The disadvantage of such a combination of devices is the presence of a whole set of solid particle trapping systems (for each of the separated fractions). In addition, in each column it is necessary to provide an independent controlled flow of air and provide for its own system of sedimentation of solid particles, however, in this case, the process will certainly not be efficient, and the disadvantage associated with the plurality of systems for trapping solid particles will remain. In addition, multi-product gravity devices for sedimentation of solid particles from air have low productivity, especially for separating solid particles smaller than 100 microns. Multi-product gravitational device for separating solid particles, taken as a prototype, due to the fact that one of the separation forces is the gravity of the particle, the acceleration of which is constant and equal to the acceleration of free fall, has a large separation boundary of solid particles, the lower limit of which is from 50 to 500 µm. This is an insufficient condition for assessing the reliability of the quality of determining the dispersion composition of particles, since the lower limit of the size of solid particles near industrial enterprises and urban areas is about 4 μm.

Недостатком прототипа является: высокая трудоемкость определения фракционного состава твердых частиц (вследствие, применения ручного взвешивания твердых частиц), отсутствие автоматизации управления воздушной средой и устройств для определения морфологического состава твердых частиц, высокая металлоемкость и техническая сложность конструкции устройства.The disadvantage of the prototype is: the high complexity of determining the fractional composition of solid particles (due to the use of manual weighing of solid particles), the lack of automation of air control and devices for determining the morphological composition of solid particles, high metal consumption and technical complexity of the device design.

Кроме того, устройство является стационарным, что не предопределяет его использование в качестве оперативного средства контроля загрязненности воздуха твердыми частицами, например, для мониторинга воздушной обстановки в условиях промышленных предприятий и/или городской застройки.In addition, the device is stationary, which does not predetermine its use as an operational means of controlling air pollution with particulate matter, for example, for monitoring the air situation in industrial enterprises and/or urban areas.

В основу полезной модели положена техническая задача, заключающаяся в комплексном расширении функциональных возможностей, универсальности устройства для мониторинга состояния загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами, обеспечения оперативности, достоверности и однозначности оценки состояния воздушной среды.The utility model is based on a technical problem, which consists in a comprehensive expansion of the functionality, versatility of a device for monitoring the state of outdoor air pollution with solid particles, ensuring efficiency, reliability and unambiguity of assessing the state of the air.

Решение поставленной задачи достигается тем, что согласно полезной модели, устройство для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами, содержащее циклонный пылеуловитель, корпус с установленным в нем центробежным (радиальным) вентилятором и шаговым двигателем, кассету с установленной в ней CMOS-матрицы и источниками когерентного излучения с линзами, кассету с аналитическим фильтром, на котором закреплены тензодатчик для измерения массы твердых частиц и датчик засоренности аналитического фильтра, заборник наружного воздуха, в котором размещены датчики: давления атмосферного воздуха, влажности наружного воздуха, температуры наружного воздуха и воздуха в циклоне, массового расхода прокачиваемого воздуха, осушитель воздуха, кроме этого, устройство оснащено скатными пластинами для сброса твердых частиц со стенок циклонного пылеуловителя, при этом устройство для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами может функционировать как в дискретном, так и в непрерывном режимах, при этом контролирующие датчики установлены с возможностью передачи сигналов в одноплатный компьютер по защищенному каналу связи, помимо этого, устройство оснащено независимым источником электропитания, для автономной работы.The solution of this problem is achieved by the fact that, according to the utility model, a device for monitoring outdoor air pollution with solid particles, containing a cyclone dust collector, a housing with a centrifugal (radial) fan and a stepper motor installed in it, a cassette with a CMOS matrix installed in it and sources of coherent radiation with lenses, a cassette with an analytical filter, on which a strain gauge is fixed to measure the mass of solid particles and a clogging sensor of the analytical filter, an outdoor air intake, in which sensors are placed: atmospheric air pressure, outdoor air humidity, outdoor air temperature and air in the cyclone, mass flow rate of pumped air, air dryer, in addition, the device is equipped with pitched plates for dumping solid particles from the walls of the cyclone dust collector, while the device for monitoring outdoor air pollution with solid particles can function as a discrete, and in continuous modes, while the monitoring sensors are installed with the ability to transmit signals to a single-board computer via a secure communication channel, in addition, the device is equipped with an independent power supply for autonomous operation.

Циклонный пылеуловитель, в конструкции устройства, необходим для центробежной сепарации твердых частиц, находящихся в воздушной среде. Циклонный фильтр позволяет седиментировать твердые частицы размером от 5 до 100 мкм.A cyclone dust collector, in the design of the device, is necessary for the centrifugal separation of solid particles in the air. The cyclone filter allows sedimentation of solid particles ranging in size from 5 to 100 microns.

Для повышения функциональных возможностей, предлагаемого устройства, в нем применен аналитический фильтр, удерживающий твердые частицы размером менее 30 мкм. В качестве аналитического фильтра, например, может использоваться аналитический фильтр аэрозольный (АФА), изготовленный из ткани ФПП (фильтр перхлорвиниловый Петрянова). Измерение массы твердых частиц осуществляется тензометрическим датчиком, закрепленным на аналитическом фильтре. Применение тензометрического датчика позволяет по разнице массы фильтра, до и после взятия пробы воздуха, судить о количестве твердых частиц в воздушной среде.To improve the functionality of the proposed device, it uses an analytical filter that retains solid particles smaller than 30 microns. As an analytical filter, for example, an analytical aerosol filter (APA) made of FPP fabric (Petryanov perchlorovinyl filter) can be used. Measurement of the mass of solid particles is carried out by a strain gauge attached to the analytical filter. The use of a tensometric sensor makes it possible to judge the amount of solid particles in the air by the difference in the mass of the filter, before and after taking an air sample.

Детектор твердых частиц состоит из параллельно размещенных источников когерентного излучения, линз, рассеивающих когерентное излучение, в качестве регистрирующего устройства применена светочувствительная матрица, выполненная на основе CMOS-технологии (complementary metal-oxide-semiconductor)-матрица, использующая полевые транзисторы с изолированным затвором и каналами разной проводимости. Применение CMOS-матрицы, обуславливает преобразование отраженного от твердой частицы света в электрический сигнал с последующей его визуализацией в удобном для пользователя виде. Использование в конструкции устройства CMOS-матрицы способствует получению детального и контрастного изображения твердых частиц, находящихся в воздушной среде, что позволяет точно и однозначно распознать их морфологию и гранулометрический состав.The solid particle detector consists of coherent radiation sources placed in parallel, lenses that scatter coherent radiation, a light-sensitive matrix based on CMOS technology (complementary metal-oxide-semiconductor) is used as a recording device - a matrix using field-effect transistors with an insulated gate and channels different conductivity. The use of a CMOS matrix causes the conversion of light reflected from a solid particle into an electrical signal, followed by its visualization in a user-friendly form. The use of a CMOS matrix in the design of the device contributes to obtaining a detailed and contrast image of solid particles in the air, which makes it possible to accurately and unambiguously recognize their morphology and granulometric composition.

Применение источников когерентного излучения позволяет повысить качество и точность распознавания объекта (твердых частиц), получаемого изображения CMOS - матрицей.The use of coherent radiation sources makes it possible to improve the quality and accuracy of object recognition (solid particles) obtained by the CMOS image - matrix.

Линзы, установленные в детекторе твердых частиц, увеличивают зону рассеивания когерентного излучения на CMOS - матрице, это позволяет избежать возникновения пропусков в определении твердых частиц, содержащихся в воздушной среде. Помимо этого, линзы, установленные в детекторе твердых частиц, увеличивают контрастность когерентного излучения и исключают появление оптических искажений, образование теней и засветок на CMOS - матрице.Lenses installed in the particulate detector increase the coherent radiation scattering zone on the CMOS matrix, this avoids gaps in the determination of particulate matter contained in the air. In addition, lenses installed in the particulate detector increase the contrast of coherent radiation and eliminate the appearance of optical distortions, the formation of shadows and flare on the CMOS matrix.

Задача комплексного расширения функциональных возможностей устройства для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами достигается применением, в частности, датчиков массы и детектора твердых частицThe task of a comprehensive expansion of the functionality of a device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter is achieved by using, in particular, mass sensors and a particulate detector

Задача оперативности мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами достигается сбором с датчиков устройства информации (в том числе и мгновенной) о фактическом состоянии наружной воздушной среды и цифровой обработке этой информации в одноплатном компьютере с последующим отображением фактической информации о загрязненности воздушной среды твердыми частицами на устройстве графического вывода данных в удобном для пользователя виде либо передаче информации о загрязненности воздуха твердыми частицами удаленному пользователю посредствам спутникового модема.The task of efficient monitoring of outdoor air pollution with particulate matter is achieved by collecting information (including instantaneous) from the sensors of the device about the actual state of the outdoor air environment and digital processing of this information in a single-board computer, followed by displaying actual information about air pollution with particulate particles on a graphical device. displaying data in a user-friendly manner or transmitting information on particulate air pollution to a remote user via a satellite modem.

Задача достоверности и однозначности оценки загрязненности наружной воздушной среды твердыми частицами достигается применением датчиков с известными характеристиками. Помимо этого, применение в конструкции устройства датчиков: давления атмосферного воздуха, влажности воздуха, температуры наружного воздуха и воздуха в циклоне, массового расхода прокачиваемого воздуха позволяет определять загрязненность наружного воздуха твердыми частицами в постоянных условиях измерения.The task of reliability and unambiguity in assessing the contamination of the external air with solid particles is achieved by using sensors with known characteristics. In addition, the use of sensors in the design of the device: atmospheric air pressure, air humidity, temperature of the outdoor air and air in the cyclone, mass flow of the pumped air makes it possible to determine the contamination of the outdoor air with solid particles under constant measurement conditions.

Задача универсальности устройства для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами достигается применением в конструкции устройства датчика массы и детектора твердых частиц, что позволяет, в значительном диапазоне, определять концентрацию твердых частиц в наружной воздушной среде.The task of universality of the device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter is achieved by using a mass sensor and a particulate detector in the design of the device, which allows, in a significant range, to determine the concentration of particulate matter in the outdoor air.

Предлагаемая конструкция устройства для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами позволяет комплексно реализовать сочетание преимуществ оптического, гравиметрического, счетного методов определения содержания твердых частиц в воздухе. Использование в конструкции устройства CMOS - матрицы и когерентного излучения обеспечивает достижение необходимого технического результата - повышение точности измерений до значений размеров твердых частиц в воздухе не менее 1 мкм. Это позволяет использовать разработанное устройство при метрологическом обеспечении субнанометровых технологий.The proposed design of the device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter allows you to comprehensively implement a combination of the advantages of optical, gravimetric, counting methods for determining the content of particulate matter in the air. The use of a CMOS matrix and coherent radiation in the design of the device ensures the achievement of the necessary technical result - an increase in the accuracy of measurements to sizes of solid particles in air of at least 1 micron. This makes it possible to use the developed device for metrological support of subnanometer technologies.

Техническая суть предлагаемой конструкции устройства поясняется иллюстрацией (фигура), где представлена принципиальная схема устройства для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами.The technical essence of the proposed design of the device is illustrated by an illustration (figure), which shows a schematic diagram of a device for monitoring outdoor air pollution with solid particles.

На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - циклонный пылеуловитель; 2 - заборник наружного воздуха; 3 - корпус кассет; 4 - кассета; 5 - аналитический фильтр; 6 - кассета; 7 - корпус; 8 - корпус; 9 - линза; 10 - CMOS-матрица; И - источник когерентного излучения; 12 - скатная пластина; 13 - шаговый электродвигатель; 14 - электромагнит; 15 - нагреватель; 16 - датчик массового расхода воздуха; 17 - датчик давления атмосферного воздуха; 18 - датчик температуры; 19 - датчик засоренности аналитического фильтра; 20 - датчик влажности воздуха; 21 - тензодатчик; 22 - центробежный (радиальный) вентилятор, 23 - одноплатный компьютер, 24 - устройство графического вывода данных, 25 - спутниковый модем, 26 - независимый источник электропитания (электрический аккумулятор), 27 - удаленный пользователь (сервер службы мониторинга окружающей среды).The drawing adopted the following designations: 1 - cyclone dust collector; 2 - outside air intake; 3 - case of cassettes; 4 - cassette; 5 - analytical filter; 6 - cassette; 7 - body; 8 - body; 9 - lens; 10 - CMOS matrix; I - source of coherent radiation; 12 - pitched plate; 13 - stepper motor; 14 - electromagnet; 15 - heater; 16 - mass air flow sensor; 17 - atmospheric air pressure sensor; 18 - temperature sensor; 19 - analytical filter clogging sensor; 20 - air humidity sensor; 21 - load cell; 22 - centrifugal (radial) fan, 23 - single-board computer, 24 - graphical data output device, 25 - satellite modem, 26 - independent power supply (electric battery), 27 - remote user (environment monitoring service server).

Предлагаемая конструкция устройства для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами состоит из циклонного пылеуловителя 1, в котором последовательно размещены заборник наружного воздуха 2; корпус кассет 3; кассета 4; аналитический фильтр 5; кассета 6; корпус 7; корпус 8; линза 9; CMOS-матрица 10; источник когерентного излучения 11; скатная пластина 12; шаговый электродвигатель 13; электромагнит 14; нагреватель 15; датчик массового расхода воздуха 16; датчик давления атмосферного воздуха 17; датчик температуры 18; датчик засоренности аналитического фильтра 19; датчик влажности воздуха 20; тензодатчик 21; центробежный (радиальный) вентилятор 22, одноплатный компьютер 23, устройство графического вывода данных 24, спутниковый модем 25, независимый источник электропитания (электрический аккумулятор) 26, удаленный пользователь (сервер службы мониторинга окружающей среды) 27.The proposed design of the device for monitoring outdoor air pollution with solid particles consists of a cyclone dust collector 1, in which the outdoor air intake 2 is placed in series; cassette body 3; cassette 4; analytical filter 5; cassette 6; building 7; building 8; lens 9; CMOS matrix 10; source of coherent radiation 11; pitched plate 12; stepper motor 13; electromagnet 14; heater 15; mass air flow sensor 16; atmospheric air pressure sensor 17; temperature sensor 18; analytical filter clogging sensor 19; air humidity sensor 20; load cell 21; centrifugal (radial) fan 22, single board computer 23, graphic output device 24, satellite modem 25, independent power supply (electric battery) 26, remote user (environment monitoring service server) 27.

Центробежный (радиальный) вентилятор 22 предназначен для подачи заданного и/или необходимого нормированного объема воздуха через циклонный пылеуловитель 1. В кассете 6 размещены корпуса 7 и 8, в которых находятся источники когерентного излучения 11 и CMOS-матрица 10. Свет от источников когерентного излучения 11 рассеивается линзами 9, твердая частица фиксируется CMOS-матрица 10. CMOS-матрица 10 предназначена для идентификации и оценки морфологии твердых частиц. Скатные пластины 12 предназначены для сбора твердых частиц со стенок циклонного пылеуловителя 1 и для дальнейшего перемещения их в кассеты 6 и 7 для идентификации, оценки морфологии и веса. Привод скатных пластин осуществляется электромагнитом 14. В заборнике наружного воздуха 2 установлен подогреватель 15, предназначенный для осушения наружного воздуха, поступающего в циклонный пылеуловитель. В заборнике воздуха 2 установлены: датчик массового расхода воздуха 16, датчик давления атмосферного воздуха 17, датчик температуры 18, датчик влажности воздуха 20.Centrifugal (radial) fan 22 is designed to supply a given and / or required normalized volume of air through a cyclone dust collector 1. Cases 7 and 8 are placed in the cassette 6, in which coherent radiation sources 11 and a CMOS matrix 10 are located. Light from coherent radiation sources 11 is scattered by lenses 9, the solid particle is fixed by the CMOS matrix 10. The CMOS matrix 10 is designed to identify and evaluate the morphology of solid particles. The pitched plates 12 are intended for collecting solid particles from the walls of the cyclone dust collector 1 and for further moving them into cassettes 6 and 7 for identification, morphology and weight assessment. The pitched plates are driven by an electromagnet 14. A heater 15 is installed in the outside air intake 2, designed to dry the outside air entering the cyclone dust collector. The following are installed in the air intake 2: mass air flow sensor 16, atmospheric air pressure sensor 17, temperature sensor 18, air humidity sensor 20.

Применение в конструкции устройства датчика массового расхода воздуха 16 предопределяется необходимостью контроля прохождения определенного и/или требуемого объема воздуха через устройство.The use of mass air flow sensor 16 in the design of the device is predetermined by the need to control the passage of a certain and/or required volume of air through the device.

Датчик давления атмосферного воздуха 17 предназначен для контроля давления атмосферного воздуха, поступающего в циклонный пылеуловитель, с целью уменьшения методической ошибки при создании разряжения в циклонном пылеуловителе 1Atmospheric air pressure sensor 17 is designed to control the pressure of atmospheric air entering the cyclone dust collector in order to reduce the methodological error when creating a vacuum in the cyclone dust collector 1

Датчик температуры 18 предназначен для определения температуры поступающего воздуха. Применение датчика температуры 18 обуславливается необходимостью оценки состояния воздушной среды при положительной и/или отрицательной температуре наружного воздуха.The temperature sensor 18 is designed to determine the temperature of the incoming air. The use of the temperature sensor 18 is determined by the need to assess the state of the air at positive and/or negative outdoor temperatures.

В кассете 6 установлен аналитический фильтр 5. Аналитический фильтр 5 предназначен для осаждения твердых частиц из окружающего воздуха, а измерение весового контроля твердых частиц осуществляется тензодатчиком 21. Контроль засорения аналитического фильтра осуществляется датчиком 19.An analytical filter 5 is installed in the cassette 6. The analytical filter 5 is designed to precipitate solid particles from the ambient air, and the measurement of the weight control of solid particles is carried out by a strain gauge 21. The clogging of the analytical filter is controlled by a sensor 19.

Необходимое разряжение воздуха в циклонном пылеуловителе 1 осуществляется при помощи центробежного вентилятора 22 от шагового электродвигателя 13. Применение шагового электродвигателя обусловлено точностью скорости его вращения, а соответственно и прокачиваемого через устройство воздуха.The necessary air discharge in the cyclone dust collector 1 is carried out using a centrifugal fan 22 from a stepper motor 13. The use of a stepper motor is due to the accuracy of its rotation speed, and, accordingly, the air pumped through the device.

В конструкцию устройства для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами входит электронный блок регистрации и обработки сигналов с датчиков 16-18, 19-21. В качестве электронного блока регистрации и обработки может использоваться одноплатный компьютер. Одноплатный компьютер 23 выполняет функцию управления устройством, посредством сбора и математической обработки информации с датчиков 16-18, 19-21 и выработки управляющего сигнала, на шаговый электродвигатель 13 или нагреватель 15. Помимо этого одноплатный компьютер 23 транслирует данные о загрязненности воздуха твердыми частицами на устройство графического вывода данных 24 и/или через спутниковый модем 25 удаленному пользователю 27. Кроме этого, одноплатный компьютер 23 обладает средствами обратной связи с датчиками 16 - 18, 19 - 21, устройством графического вывода данных 24 и удаленным пользователем 27. Удаленный пользователь 27 через спутниковый модем 25 обладает возможностью управления одноплатным компьютером 23. А именно, например, функциями: дистанционного включения/выключения устройства, установкой и обновлением программного обеспечения, диагностирования работоспособного состояния датчиков 16 - 18, 19-21.The design of the device for monitoring outdoor air pollution with solid particles includes an electronic unit for recording and processing signals from sensors 16-18, 19-21. A single-board computer can be used as an electronic registration and processing unit. The single-board computer 23 performs the function of controlling the device by collecting and mathematically processing information from the sensors 16-18, 19-21 and generating a control signal to the stepper motor 13 or heater 15. In addition, the single-board computer 23 transmits data on air pollution with solid particles to the device graphic output 24 and/or via satellite modem 25 to remote user 27. In addition, single board computer 23 has means of feedback with sensors 16-18, 19-21, graphic output device 24 and remote user 27. Remote user 27 via satellite modem 25 has the ability to control a single-board computer 23. Namely, for example, the functions of: remote device on/off, installation and updating of software, diagnosing the operable state of sensors 16 - 18, 19-21.

Датчики 16-18,19-21 могут быть объединены в одну сеть и передавать сигнал на одноплатный компьютер 23 в непрерывном и/или дискретном режиме.Sensors 16-18,19-21 can be combined into one network and transmit a signal to a single-board computer 23 in a continuous and/or discrete mode.

Передача данных с датчиков 16 - 18, 19 - 21 может осуществлять на одноплатный компьютер с помощью проводного или беспроводного защищенного канала связи. Трансляция информации на устройство графического вывода данных 24 с одноплатного компьютера 23 может осуществляться по проводному или беспроводному защищенному каналу связи. Помимо этого, передача диагностической информации с одноплатного компьютера 24 удаленному пользователю 27 (сервер службы мониторинга окружающей среды) может осуществляться по средствам спутникового модема 25.Data transmission from sensors 16 - 18, 19 - 21 can be carried out on a single-board computer using a wired or wireless secure communication channel. The transmission of information to the graphical data output device 24 from a single-board computer 23 can be carried out via a wired or wireless secure communication channel. In addition, the transmission of diagnostic information from the single board computer 24 to the remote user 27 (environment monitoring service server) can be carried out via a satellite modem 25.

В одноплатный компьютер 23 может быть установлено программное обеспечение, содержащее, в виде базы данных, параметры и соответствующие им величины допускаемых и предельных значений, формирующее базу данных сигналов с датчиков, а также позволяющее проводить обработку сигналов с датчиков и осуществлять оценку загрязненности воздушной среды твердыми частицами.Software can be installed in the single-board computer 23, which contains, in the form of a database, parameters and their corresponding values of permissible and limit values, which forms a database of signals from sensors, and also allows processing signals from sensors and assessing air pollution with particulate matter. .

Устройство для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами оснащено независимым источником электропитания (электрический аккумулятор) 26, что позволяет эксплуатировать его в автономном режиме.The device for monitoring outdoor air pollution with solid particles is equipped with an independent power supply (electric battery) 26, which allows it to be operated offline.

Принцип работы устройства для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами заключается в следующем. Одноплатный компьютер 23 вырабатывает управляющий сигнал на запуск, с определенной частотой вращения, вал шагового двигателя 13 с установленным на нем центробежным (радиальным) вентилятором 22. Это приводит к поступлению наружного воздуха через заборник наружного воздуха 2 в циклонный пылеуловитель 1. В циклонном пылеуловителе 1 происходит седиментация твердых частиц на скатные пластины 12. При вибрации скатных пластин 12 электромагнитами 14, твердые частицы проходят через кассету 4. В кассете 6 расположены CMOS - матрица 10 и источники когерентного излучения 11 с линзами 9. Далее твердые частицы проходят кассету 6 и оседают на аналитическом фильтре 5.The principle of operation of the device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter is as follows. The single-board computer 23 generates a control signal to start, at a certain speed, the shaft of the stepper motor 13 with a centrifugal (radial) fan 22 installed on it. sedimentation of solid particles on the sloped plates 12. When the sloped plates 12 are vibrated by electromagnets 14, solid particles pass through the cassette 4. The cassette 6 contains a CMOS matrix 10 and sources of coherent radiation 11 with lenses 9. Then the solid particles pass through the cassette 6 and settle on the analytical filter 5.

Работа устройства в дискретном режиме.Device operation in discrete mode.

Алгоритм оценки состояния воздушной среды в виде цифрового программного кода находится в памяти одноплатного компьютера. Например, оценка состояния атмосферного воздуха может осуществляться в заданное (необходимое/требуемое/регламентное) время. Через устройство прокачивается определенный объем воздуха, например до засорения аналитического фильтра, либо прокачан определенный объем воздуха.The algorithm for assessing the state of the air environment in the form of a digital program code is stored in the memory of a single-board computer. For example, the assessment of the state of atmospheric air can be carried out at a given (required / required / scheduled) time. A certain volume of air is pumped through the device, for example, until the analytical filter is clogged, or a certain volume of air is pumped.

В случае если в процессе оценки состояния воздушной среды зафиксировано отклонение предельно-допустимой концентрации твердых частиц, одноплатный компьютер транслирует удаленному пользователю предупреждение о неблагополучной санитарной ситуации.If during the assessment of the state of the air environment a deviation of the maximum permissible concentration of particulate matter is recorded, the single-board computer broadcasts a warning about an unfavorable sanitary situation to the remote user.

Работа устройства в непрерывном режиме. В этом случае одноплатный компьютер подает управляющий сигнал на запуск шагового электродвигателя 13 в непрерывном режиме. При этом алгоритм оценки воздушной среды аналогичен дискретному режиму.Operation of the device in continuous mode. In this case, the single-board computer supplies a control signal to start the stepper motor 13 in continuous mode. At the same time, the algorithm for assessing the air environment is similar to the discrete mode.

Заявителям неизвестны технические решения, содержащие признаки, сходные с признаками, отличающими заявленное решение от прототипа, что позволяет считать заявленное решение обладающим критерию «новизна».Applicants are not aware of technical solutions containing features similar to those that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to consider the claimed solution as having the criterion of "novelty".

Claims (1)

Устройство для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами, содержащее циклонный пылеуловитель, корпус с установленным в нем центробежным (радиальным) вентилятором и шаговым двигателем, кассету с установленной в ней CMOS-матрицы и источниками когерентного излучения с линзами, кассету с аналитическим фильтром, на котором закреплены тензодатчик для измерения массы твердых частиц и датчик засоренности аналитического фильтра, заборник наружного воздуха, в котором размещены датчики: давления атмосферного воздуха, влажности наружного воздуха, температуры наружного воздуха и воздуха в циклоне, массового расхода прокачиваемого воздуха, осушитель воздуха, кроме этого, устройство оснащено скатными пластинами для сброса твердых частиц со стенок циклонного пылеуловителя, при этом устройство для мониторинга загрязнения наружной воздушной среды твердыми частицами может функционировать как в дискретном, так и в непрерывном режимах, при этом контролирующие датчики установлены с возможностью передачи сигналов в одноплатный компьютер по защищенному каналу связи, помимо этого, устройство оснащено независимым источником электропитания для автономной работы.A device for monitoring outdoor air pollution with solid particles, containing a cyclone dust collector, a housing with a centrifugal (radial) fan and a stepper motor installed in it, a cassette with a CMOS matrix installed in it and coherent radiation sources with lenses, a cassette with an analytical filter, on which a strain gauge for measuring the mass of solid particles and a clogging sensor of the analytical filter, an outdoor air intake, in which sensors are placed: atmospheric air pressure, outdoor air humidity, outdoor air temperature and air in the cyclone, mass flow rate of the pumped air, air dryer, in addition, the device equipped with pitched plates for dumping solid particles from the walls of the cyclone dust collector, while the device for monitoring outdoor air pollution with solid particles can operate both in discrete and continuous modes, while monitoring sensors are installed with the ability to transmit signals to a single-board computer via a secure communication channel; in addition, the device is equipped with an independent power supply for autonomous operation.
RU2021137212U 2021-12-15 2021-12-15 Device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter RU210148U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021137212U RU210148U1 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021137212U RU210148U1 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210148U1 true RU210148U1 (en) 2022-03-30

Family

ID=81076346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021137212U RU210148U1 (en) 2021-12-15 2021-12-15 Device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210148U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014135968A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-12 Verolube, Inc. Method for producing base lubricating oil from oils recovered from combustion engine service

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1116187C (en) * 1997-09-16 2003-07-30 金特克斯公司 Moisture sensor and windshield moisture detector
RU72547U1 (en) * 2007-12-27 2008-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО" DEVICE FOR MEASURING DUST CONCENTRATION IN A MINING ATMOSPHERE
RU2357222C1 (en) * 2007-10-15 2009-05-27 Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук Method of control of air pollution with nano-sized particles and device for its realisation
RU96663U1 (en) * 2010-02-15 2010-08-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Экорос" GAS ANALYZER FOR MEASURING CONCENTRATIONS OF HARMFUL AND POLLUTING SUBSTANCES IN AIR
CN205450110U (en) * 2016-03-28 2016-08-10 无锡智谷锐拓技术服务有限公司 Intelligent gas meter
RU2709410C1 (en) * 2018-10-03 2019-12-17 Общество с ограниченной ответственностью "Унискан-Ризерч" Meter, system and method of measuring mass concentration of dust particles
RU2722066C2 (en) * 2018-11-19 2020-05-26 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Multichannel dust sensor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1116187C (en) * 1997-09-16 2003-07-30 金特克斯公司 Moisture sensor and windshield moisture detector
RU2357222C1 (en) * 2007-10-15 2009-05-27 Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук Method of control of air pollution with nano-sized particles and device for its realisation
RU72547U1 (en) * 2007-12-27 2008-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО" DEVICE FOR MEASURING DUST CONCENTRATION IN A MINING ATMOSPHERE
RU96663U1 (en) * 2010-02-15 2010-08-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Экорос" GAS ANALYZER FOR MEASURING CONCENTRATIONS OF HARMFUL AND POLLUTING SUBSTANCES IN AIR
CN205450110U (en) * 2016-03-28 2016-08-10 无锡智谷锐拓技术服务有限公司 Intelligent gas meter
RU2709410C1 (en) * 2018-10-03 2019-12-17 Общество с ограниченной ответственностью "Унискан-Ризерч" Meter, system and method of measuring mass concentration of dust particles
RU2722066C2 (en) * 2018-11-19 2020-05-26 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Multichannel dust sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014135968A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-12 Verolube, Inc. Method for producing base lubricating oil from oils recovered from combustion engine service

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Allen Particle size measurement
JP4870243B2 (en) Apparatus and method for continuous measurement of dust horizontal flux in the atmosphere
CN205538672U (en) Particulate matter volume concentration detection device in air based on laser light scattering principle
RU210148U1 (en) Device for monitoring outdoor air pollution with particulate matter
US20210405007A1 (en) Low-flow size-selective inlet for air quality sensors and air quality sensor
KR20200047103A (en) Integrated Environment Monitoring Apparatus And the method thereof using Integrated Environment Monitoring Module
CN107076656A (en) Particulate Matter/Number Simultaneous Measuring Device
RU2735362C1 (en) Mechanical sampler with multichannel flow distribution structure
JP7217669B2 (en) Dustfall horizontal flux measuring device and dustfall analysis method
CN108426806A (en) particulate matter measuring apparatus and its operating method
CN207600891U (en) A kind of material size on-line detector
JP2019178982A (en) Dust fall-amount estimation method
Kupiszewski et al. The Ice Selective Inlet: a novel technique for exclusive extraction of pristine ice crystals in mixed-phase clouds
CN113607651A (en) Environmental monitoring device based on wisdom street lamp
CN118376548B (en) A dust monitoring system for construction environment
CN109470609B (en) A material particle size online detector and detection method thereof
CN210833647U (en) Powder speed, concentration and fineness online measurement system in powder conveying pipe
JPH0621848B2 (en) Falling dust measurement device
JP2001183284A (en) Pollen sorting method and device, and pollen scattering number measuring method and device
CN201302548Y (en) Fly-ash component on-line detecting device based on laser induced plasma analytic technique
US20240151626A1 (en) Mass concentration determination of particles smaller than 2.5 microns in air
CN119259625A (en) An air sampling early warning system sampling pipe network cleaning device
CN218865718U (en) Detection apparatus for particulate matter in gas
CN208334128U (en) Detect terminal and air quality detection system
Priyadarshini et al. A real time portable embedded system design for particulate matter monitoring