一种异常环境中个体粉尘采样体积控制系统

摘要

本发明公开了一种异常环境中个体粉尘采样体积控制系统，其特征在于：包括滤波个体粉尘采样装置、混合信号处理器，所述个体粉尘采样装置包括采样头、流量传感器和空气泵，采样头连接空气泵，流量传感器设置在采样头和空气泵之间；所述流量传感器、温度及压力传感器、采样时间控制器各自连接至混合信号处理器。本发明与现有技术相比的优点是：通过采样体积控制系统获得个体粉尘的实际采样体积，保证个体粉尘采样结果的准确性；设备自动记录并储存不同作业环境中温度和气压的变化曲线，对整个采样过程进行有效地质量控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种异常环境中个体粉尘采样体积控制系统，属 于职业卫生和环境保护领域。

背景技术

目前，国内、国外使用及销售的个体粉尘采样器主要有抽气 泵、时间控制器、流量控制装置组成，在个体粉尘采集方面采用 了较高的技术，但因为在一个工作日内，作业人员需要在不同的 工作环境中进行现场操作，对作业人员进行个体粉尘采样的过程 中可能接触到不同的温度和气压等气象条件，当环境中温度低于 5℃或高于35℃、大气压低于98.8kPa或高于103.4kPa时，必 须将实际采样体积转换成标准采样体积，如果仍按照采样流量和 采样时间确定的采样体积，则与实际测量值不符，对个体粉尘采 样结果影响较大。现有采样器本身及检测人员均无法准确计算采 样体积。通过查新及对部分职业卫生专家的咨询，目前国内外尚 无一种可以自动对采样体积进行积分累加的个体粉尘采样设备。

发明内容

本发明为了解决现有技术的上述不足，提供了一种异常环境 中个体粉尘采样体积控制系统。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种异常环 境中个体粉尘采样体积控制系统，其特征在于：包括个体粉尘采 样装置、混合信号处理器、温度及压力传感器和采样时间控制器， 所述个体粉尘采样装置包括采样头、流量传感器和空气泵，采样 头连接空气泵，流量传感器设置在采样头和空气泵之间；所述流 量传感器、采样时间控制器、温度及压力传感器各自连接至混合 信号处理器。

本发明以数据采集处理与驱动控制子系统选用混合信号处 理器(MSP430)为中心，完成数据采集、处理、采样泵驱动和 采样时间控制。

本发明的工作原理为：混合信号处理器(MSP430)采集流 量传感器、压力传感器和温度传感器的数据。流量信号、压力信 号和温度信号经各自的整形滤波、信号放大电路后，输入混合信 号处理器(MSP430)的模拟量-数字量转换(A/D)模块转换为 数字量；通过混合信号处理器(MSP430)内部的标准气体积分 累加算法处理，采样结束后随即生成最终的采样体积，同时采样 时间和温度、压力变化曲线存储至设备中，并通过数字显示装置 查询。

本发明采用智能恒流个体粉尘采样器的采样系统及标准气 体积分累加的恒流控制算法，通过PID算法动态计算驱动电流， 经驱动模块控制采样泵达到控制采样气体流量恒定，在进行个体 粉尘采样时，采样流量设定为2L/min，总体采样时间设定为8 小时，而采样体积控制系统则根据环境中的温度、压力和个体采 样系统的流量经积分计算后得出的实际采样体积。

采样体积控制系统采用混合信号处理系统，作业人员佩戴个 体粉尘采样器正常巡检的过程中，温度和压力传感器自动识别作 业环境中的温度和湿度，当作业环境中的温度在-5℃～35℃、压 力在98.8kPa～103.4kPa时，个体粉尘采样器自动记录采样持 续时间，并根据流量和采样时间计算采样体积，当作业环境中的 温度在低于-5℃或高于35℃、压力低于98.8kPa或高于103.4 kPa时，流量传感器、温度和压力传感器将某个时间点i采集到 的采样器流量、作业环境中的温度和压力经过电信号输送至混合 信号处理系统，将温度和压力的数值通过换算公式： 计算出时间点i的标准状态下采样体积，其 中Voi为时间点i的标准采样体积，Vti时间点i的实际采样体积， 由采样流量和采样时间获得，并自动记录异常环境状态下的采样 持续时间，按照时间加权公式计算异常温度和气压状态下的采样 体积，即：$\underset{0}{\overset{i}{\Sigma }}{V}_0=V_{01}+V_{02}+V_{03}+······+V_{0i}.$

整个采样过程的实际采样体积等于温度和压力正常状态的 采样体积加上异常环境状态下的采样体积。

本发明与现有技术相比的优点是：通过采样体积控制系统获 得个体粉尘的实际采样体积，保证个体粉尘采样结果的准确性； 设备自动记录并储存不同作业环境中温度和气压的变化曲线，对 整个采样过程进行有效地质量控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的中控计算机控制软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详述：

如图1所示，一种异常环境中个体粉尘采样体积控制系统， 其特征在于：包括个体粉尘采样装置1、混合信号处理器2、温 度及压力传感器3和采样时间控制器4，所述个体粉尘采样装置 1包括采样头11、流量传感器12和空气泵13，采样头11连接 空气泵13，流量传感器12设置在采样头11和空气泵12之间； 所述流量传感器12、采样时间控制器4、温度及压力传感器3 各自连接至混合信号处理器2。

如图2所示，本发明由个体粉尘采样系统和采样体积控制系 统组成；个体粉尘采样系统和采样体积控制系统作为相对独立的 两个部分分别进行测量；两套系统各部分传出的电信号均以 MSP430混合信号处理器为中心分别进行处理。

本发明采用智能恒流个体粉尘采样器的采样系统及标准气 体积分累加的恒流控制算法，通过PID算法动态计算驱动电流， 经驱动模块控制采样泵达到控制采样气体流量恒定，在进行个体 粉尘采样时，采样流量设定为2L/min，总体采样时间设定为8 小时，而采样体积控制系统则根据环境中的温度、压力和个体采 样系统的流量经积分计算后得出的实际采样体积。

采样体积控制系统采用混合信号处理系统，作业人员佩戴个 体粉尘采样器正常巡检的过程中，温度和压力传感器自动识别作 业环境中的温度和湿度，当作业环境中的温度在-5℃～35℃、压 力在98.8kPa～103.4kPa时，个体粉尘采样器自动记录采样持 续时间，并根据流量和采样时间计算采样体积，当作业环境中的 温度在低于-5℃或高于35℃、压力低于98.8kPa或高于103.4 kPa时，流量传感器、温度和压力传感器将某个时间点i采集到 的采样器流量、作业环境中的温度和压力经过电信号输送至混合 信号处理系统，将温度和压力的数值通过换算公式： 计算出时间点i的标准状态下采样体积，其 中Voi为时间点i的标准采样体积，Vti时间点i的实际采样体积， 由采样流量和采样时间获得，并自动记录异常环境状态下的采样 持续时间，按照时间加权公式计算异常温度和气压状态下的采样 体积，即：$\underset{0}{\overset{i}{\Sigma }}{V}_0=V_{01}+V_{02}+V_{03}+······+V_{0i}.$

整个采样过程的实际采样体积等于温度和压力正常状态的 采样体积加上异常环境状态下的采样体积。

上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域 技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限 制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修 饰，均落入本专利包括的范围。