CN115165976B - 生活垃圾恶臭在线监测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生活垃圾恶臭在线监测系统和方法，包括：恶臭气体预处理模块、传感模块、气路输送模块、通信模块与工控模块；所述传感模块包括气室、传感器阵列、调理电路；所述气路输送模块包括电磁阀、流量计、气泵；所述通信模块包括下行485通信端子、以太网口、开关、USB接口；所述工控模块包括上行485通信端子、24V电源、零气控制、天线、4G模块、显示屏幕。本发明基于现有环境监测技术，解决了传感器气室热量集中、气流分布不均的问题，同时实现了生活垃圾恶臭的实时监测。

Description

生活垃圾恶臭在线监测系统和方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体地，涉及一种生活垃圾恶臭在线监测系统和方法。

背景技术

恶臭气体中存在的苯、氯乙烯和1，3-丁二烯是致癌物质，而氯仿、四氯化碳和苯乙烯也是潜在的可能致癌物。此外，许多挥发性有机化合物会导致过敏和哮喘，并与肺功能呈负相关；另一方面，恶臭气体排放与环境风险不可分割。相关研究表明，含氯氟烃和卤代烃的排放会导致臭氧消耗和全球变暖，一些烷烃和芳烃与大气中的氮氧化物结合，会形成二次空气污染物。

恶臭监测设备是一种复杂的异味辨识设备，其气味辨别过程不仅涉及气体传感器技术，还与多信息数据融合与优化、应用数学、信息处理技术、计算机软件等诸多领域息息相关。

专利文献CN107180144A(申请号：CN201710465436.1)公开了一种生活垃圾填埋场综合风险在线监测与预警系统，包括风险监测系统，多场相耦合仿真模拟系统及预警系统，所述风险监测系统与所述多场相耦合仿真模拟系统连接，所述多场相耦合仿真模拟系统与所述预警系统连接，多场相耦合仿真系统根据风险监测系统的监测结果，通过对数据处理，建立填埋场综合风险模型，当风险特征参数超过阈值时，立即启动预警系统。

目前商业化程度较高的几类电子鼻系统的传感器阵列大多包含高灵敏度的金属氧化物传感器(MOS)、选择性较好的电化学传感器(EC)和对正己烷至正十六烷间的VOCs较敏感的光离子传感器(PID)。就其检测原理而言：(1)MOS传感器由金属氧化物制成，易与目标气体相互作用产生表面吸附反应，引起以载流子运动为特征的电导率、伏安特性或表面电位变化。(2)大部分可燃或有毒有害气，具有一定的电化学活性，可被EC传感器还原或氧化，根据反应情况，可分辨气体成份和检测气体浓度。(3)PID传感器是利用固定在敏感膜上的离子识别材料有选择性地结合被传感的离子，从而发生膜电位或膜电流的改变以达到气体检测的目的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种生活垃圾恶臭在线监测系统和方法。

根据本发明提供的生活垃圾恶臭在线监测系统，包括：恶臭气体预处理模块、传感模块、气路输送模块、通信模块与工控模块；

所述恶臭气体预处理模块包括场景触发器和恶臭气体前端处理仪；

所述场景触发器内置生活垃圾恶臭场景的浓度数据库，其外壳处装有场景触发按钮用于选定指定的检测场景，触发按钮下方设有恶臭等级显示盘，按钮上方显示当前场景下氨气、硫化氢、甲硫醇、苯系物在所数据库中的浓度分布情况及当前场景下对应的恶臭OU值范围；

所述恶臭气体前端处理仪一端连接场景触发器，另一端连接进样口，其据场景触发器选择进入气体稀释或富集状态；

所述通信模块一端连接传感模块，另一端连接工控模块；

所述工控模块为整个系统的总控模块，分别与恶臭气体预处理模块、传感模块、气路输送模块和通信模块连接，并通过通信模块控制传感模块和气路输送模块进行恶臭检测和气体运输处理。

优选的，所述传感模块包括：气室、传感器阵列和调理电路；

所述气室密闭恒温，内壁涂有一层特氟龙保护层，其内的传感器阵列与调理电路板相连，一端有三个进样气体口，另一端由中心处的排气口与流量计连接，在传感器阵列处于工作状态时，其只升温不降温。

优选的，所述传感器阵列包括3个电化学传感器、2个金属氧化物传感器和1个光离子传感器，所述电化学传感器分别用于检测氨气、硫化氢、甲硫醇，所述金属氧化物传感器用于检测TVOC与苯系物，所述光离子传感器用于折算恶臭OU值。

优选的，所述调理电路包括信号分离电路、信号放大电路及AD转换电路。

优选的，所述气路输送模块由零气通路与废气通路并联而成，所述零气通路由进气口、电磁阀、流量计、气泵、零气口串联而成，所述废气通路由进样口、传感模块、气泵、流量计串联、排气口串联而成。

优选的，所述进气口为排布于气室圆形壁面上的气孔，直径为6mm，通过将三根外径6mm内径4mm的特氟龙管接至四通接头，四通接头另一端连接一根特氟龙管用以外部进气或与配气罐相连进行标气。

优选的，所述排气口与流量计用特氟龙管连接，排气口位于气室锥形壁面的顶部；

待测气经过四通接头，同时流入进气口进入气室，与六个传感器接触，自排气口排出。

优选的，所述通信模块包括下行485通信端子、以太网口和USB接口；

所述下行485通信端子与调理电路连接，所述以太网口与工控模块连接，所述USB接口与通信模块连接；

通过以太网口在PC端查看历史日志，通过USB接口进行数据存U盘。

优选的，所述工控模块包括上行485通信端子、天线、4G模块和显示屏幕；

所述天线、4G模块和显示屏幕连接以太网口，所述上行485通信端子连接工控模块；

通过4G模块、天线和显示屏幕实现工控系统初始化配置。

根据本发明提供的生活垃圾恶臭在线监测方法，执行如下步骤：

步骤1：开启电源，对传感器进行预热，然后通过计算机将传感器此时的响应状态记为初始值；

步骤2：根据检测环境选定场景切换器状态；

步骤3：恶臭气体由恶臭气体前端处理仪的稀释模块或富集模块到达进样口，进入传感器气室，将传感器阵列产生的模拟信号通过调理电路进行AD转换为多维数字信号，该信号值由下行485端子读取，传感器实时浓度值由上行485端子获取，并实时传送至客户端；

步骤4：洁净空气由零气气路进入清洗传感器气室，在传感器恢复稳定后进行下一次测试。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明提出一种三进一出的传感器气室，其三个进气口呈等腰三角形排布，出气口在该等腰三角形中线上，可保证同时进气；六个气敏传感器呈环状均匀排布在传感器气室内，每两个传感器中心处布有一个进气口，有效地解决了传感器气体接触面积、接触时间不等以及气流扩散不均的问题，且环形排布的传感器阵列解决了传感模块由于热量过于集中引发的功耗过大、检测精度不稳定问题；

(2)本发明提出的恶臭气体前端处理仪，由恶臭气体富集模块及稀释模块并联在场景触发器之后组成，同时兼具二者性能优势，又可据场景触发器指令自动比对数据库内容，并匹配相应的恶臭气体预处理模式。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是生活垃圾恶臭在线监测系统结构示意图；

图2是典型场景下针对多变恶臭气体预处理的系统的结构图；

图3a为气室的内部剖视图，图3b为气室的侧视图；

图4a为气室清洗阶段，图4b为进样阶段；

图5为基于恶臭气体前端处理仪的生活垃圾恶臭检测流程图；

图6为基于工控板的信号传输流程图；

图中，1-显示屏幕；2-下行485通信端子；3-气室；4-调理电路；5-电磁阀；6-第一流量计；7-零气控制；8-天线；9-第一气泵；10-第二流量计；11-第二气泵；12-4G模块；13-以太网口；14-USB接口；15-24V电源；16-上行485通信端子；17-开关；I-传感模块；II-通信模块；III-气路输送模块；IV-工控模块；A-1、A-4、A-7为进气口；A-2、A-3、A-5、A-6、A-8、A-9为传感器；B-10为排气口；III-1为零气气路；III-2为废气气路；2a为场景触发器，2b为恶臭气体前端预处理仪。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例：

如图1所示，本发明提出的生活垃圾恶臭在线监测系统包括：传感模块I、通信模块II、气路输送模块III与工控模块IV；

传感模块I与通信模块II互连，通信模块II与工控模块IV互连，气路输送模块III通过杜邦线连接传感模块I；

气路输送模块III与工控模块IV实现气路控制；

传感模块I与通信模块II实现电脑端进行本地文件编辑配置；

传感模块I与工控模块IV实现传感器浓度获取。

传感模块I包括气室3、传感器阵列、调理电路4；传感器阵列排布在调理电路4上，密封于气室3内；

气路输送模块III由零气气路III-1与废气气路III-2组成，包含电磁阀5、第一流量计6与第二流量计10、第一气泵9与第二气泵11。

电磁阀5、第一流量计6、第一气泵9通过气管连接零气气路III-1；

第二流量计10、第二气泵11通过气管连接废气气路III-2；

零气气路III-1接进气室气口，废气气路III-2接排气口；

电磁阀5、第一流量计6、第二流量计10、第一气泵9与第二气泵11通过杜邦线连接调理电路4。

通信模块II包括下行485通信端子2、以太网口13、开关17、USB接口14；下行485通信端子2与调理电路4连接，以太网口13与工控模块IV连接；通过以太网口13在PC端查看历史日志，通过USB接口14进行数据存U盘；

工控模块IV包括上行485通信端子16、24V电源15、零气控制(232转继电器输出)7、天线8、4G模块12以及显示屏幕1；4G模块12接以太网口13，上行485通信端子16接工控模块IV，通过4G模块12、天线8和显示屏幕1实现工控系统初始化配置。

如图3a，进气口A-1、A-4、A-7为排布于气室圆形壁面上的气孔，直径为6mm，可通过将三根外径6内径4mm的特氟龙管接至四通接头，四通接头另一端连接一根特氟龙管用以外部进气或与配气罐相连进行标气；A-2、A-3、A-5、A-6、A-8、A-9为置于气室内部的调理电路板之上六个传感器，呈圆形排布；

如图3b，B-10为排气口，与第二流量计10用特氟龙管连接，排气口位于气室锥形壁面的顶部；待测气从进气口经过四通接头，同时流入A-1、A-4、A-7进入气室，与六个传感器接触，自B-10排出。

气路输送模块III处于b状态所示流向时为进样阶段，处于a状态所示流向时传感器气室清洗阶段；a状态下，第二气泵11吸入混合气体，第一气泵9抽送过滤后的洁净空气至气室稀释待检测气体。b状态时，高流速零气使得气流反向用以清洁气室。

如图4a，为a状态，气室清洗阶段；

第二气泵11：吸入混合空气通过气室；

第一气泵9：将洁净空气加入气室以稀释待测气；

第一气泵9流速更高(高于a状态)，气室进样处气流反向，开始排空并清洗传感器气室。

如图4b，为b状态，进样阶段；

第一气泵9流速大于第二气泵11流速，且零气气路与废气气路单位时间内的流量之差为气室单位时间内的进样流量。

如图5，本发明一个完整的生活垃圾恶臭检测流程如下：

(1)开启电源，传感器(传感器阵列，MOS传感器预热后测值较可靠(苯系物、TVOC传感器)预热1小时，计算机将传感器此时的响应状态记为初始值；

(2)据检测环境选定场景切换器状态；

(3)恶臭气体由气体稀释、富集仪到达进样口，进入传感器气室3，传感器阵列产生的模拟信号由调理电路4进行AD转换为多维数字信号，该信号值由下行485端子2读取，传感器实时浓度值可由上行485端子获取，并实时传送至客户端；

(4)洁净空气由零气气路进入清洗传感器气室1分钟，传感器恢复稳定后可进行下一次测试；

(5)自动监测时，循环以上步骤。

如图6，为基于工控板的信号流程图，包括：传感器阵列将气体信号和模拟信号传输至传感器调理电路，得到电压/电流信号和模拟信号后进行A/D转换，得到数字信号，然后传输至PC机。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种生活垃圾恶臭在线监测系统，其特征在于，包括：恶臭气体预处理模块、传感模块、气路输送模块、通信模块与工控模块；

所述恶臭气体预处理模块包括场景触发器和恶臭气体前端处理仪；

所述场景触发器内置生活垃圾恶臭场景的浓度数据库，其外壳处装有场景触发按钮用于选定指定的检测场景，触发按钮下方设有恶臭等级显示盘，按钮上方显示当前场景下氨气、硫化氢、甲硫醇、苯系物在所数据库中的浓度分布情况及当前场景下对应的恶臭OU值范围；

所述恶臭气体前端处理仪一端连接场景触发器，另一端连接进样口，其据场景触发器选择进入气体稀释或富集状态；

所述通信模块一端连接传感模块，另一端连接工控模块；

所述工控模块为整个系统的总控模块，分别与恶臭气体预处理模块、传感模块、气路输送模块和通信模块连接，并通过通信模块控制传感模块和气路输送模块进行恶臭检测和气体运输处理；

所述气路输送模块由零气通路与废气通路并联而成，所述零气通路由进气口、电磁阀、流量计、气泵、零气口串联而成，所述废气通路由进样口、传感模块、气泵、流量计串联、排气口串联而成；

所述进气口为排布于气室圆形壁面上的气孔，直径为6mm，通过将三根外径6mm内径4mm的特氟龙管接至四通接头，四通接头另一端连接一根特氟龙管用以外部进气或与配气罐相连进行标气；

所述排气口与流量计用特氟龙管连接，排气口位于气室锥形壁面的顶部；

待测气经过四通接头，同时流入进气口进入气室，与六个传感器接触，自排气口排出。

2.根据权利要求1所述的生活垃圾恶臭在线监测系统，其特征在于，所述传感模块包括：气室、传感器阵列和调理电路；

所述气室密闭恒温，内壁涂有一层特氟龙保护层，其内的传感器阵列与调理电路板相连，一端有三个进样气体口，另一端由中心处的排气口与流量计连接，在传感器阵列处于工作状态时，其只升温不降温。

3.根据权利要求2所述的生活垃圾恶臭在线监测系统，其特征在于，所述传感器阵列包括3个电化学传感器、2个金属氧化物传感器和1个光离子传感器，所述电化学传感器分别用于检测氨气、硫化氢、甲硫醇，所述金属氧化物传感器用于检测TVOC与苯系物，所述光离子传感器用于折算恶臭OU值。

4.根据权利要求2所述的生活垃圾恶臭在线监测系统，其特征在于，所述调理电路包括信号分离电路、信号放大电路及AD转换电路。

5.根据权利要求2所述的生活垃圾恶臭在线监测系统，其特征在于，所述通信模块包括下行485通信端子、以太网口和USB接口；

所述下行485通信端子与调理电路连接，所述以太网口与工控模块连接，所述USB接口与通信模块连接；

通过以太网口在PC端查看历史日志，通过USB接口进行数据存U盘。

6.根据权利要求5所述的生活垃圾恶臭在线监测系统，其特征在于，所述工控模块包括上行485通信端子、天线、4G模块和显示屏幕；

所述天线、4G模块和显示屏幕连接以太网口，所述上行485通信端子连接工控模块；

通过4G模块、天线和显示屏幕实现工控系统初始化配置。

7.一种生活垃圾恶臭在线监测方法，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的生活垃圾恶臭在线监测系统，执行如下步骤：

步骤1：开启电源，对传感器进行预热，然后通过计算机将传感器此时的响应状态记为初始值；

步骤2：根据检测环境选定场景切换器状态；

步骤3：恶臭气体由气体稀释、富集仪到达进样口，进入传感器气室，将传感器阵列产生的模拟信号通过调理电路进行AD转换为多维数字信号，该信号值由下行485端子读取，传感器实时浓度值由上行485端子获取，并实时传送至客户端；

步骤4：洁净空气由零气气路进入清洗传感器气室，在传感器恢复稳定后进行下一次测试。