[发明专利]一种用智能手机监测PM2.5的系统

说明书

技术领域

本发明涉及大气监测领域，尤其是涉及一种用智能手机监测PM2.5的系统。

背景技术

雾霾正让中国大城市乃至全世界都紧张，直径小于7微米的颗粒能长时间滞留在大气中，随风飘向世界各地，而直径小于2.5微米的颗粒进入人体后，会堵塞人体的微循环，并直接堵塞肺，造成肺活量的减少，肺硬化。已有大量的数据证明，上升到中国头号癌症的肺癌和雾霾有直接关系，广大民众谈起雾霾无不色变。同样，由于大量塑料及其它工业品的使用，这些塑料产品都会老化，变成粉尘进入水源，人体对水中微小颗粒的过滤同样效果有限，这些微小的颗粒也会堵塞人的微循环。

要治理雾霾，要减少微小化工颗粒进入人体的量，首先要测准雾霾的微颗粒，而且监测点要多，覆盖范围要广，测量速度要快，数据要联网，查询要方便。但是，目前流行的几种监测仪器都做不到这一点，它们的监测方法主要有震荡天平法及β射线法，这两种方法都是通过监测采样器中滤纸上的灰尘重量（密度）来计算PM2.5。这些方法所使用的仪器昂贵，采样费时费力，而且受空气湿度的影响比较大，有时根本测不准。加上一个城市有时就少数几个监测点，得出的结果无法代表整个城市，民众对检测结果半信半疑，不清楚自己要购买的楼盘附近的空气污染状况，也不清楚自己小孩就读学校附近的空气污染状况，更无法追综雾霾的污染源及输运方式乃至消除过程。现在各地都在办工业区，化工污染已成向内陆及水源上游转移的趋势，如何让民众监控自己的环境，就需要让民众能自己用数据说话。因此，如能让每个民众手中的智能手机起到监测PM2.5的作用，快速监测并自然联网，就能从根本上改变人们对PM2.5的认识，增强环保意识，甚至能促进人才向PM2.5监测结果好的二线城市流动，若手机检测PM2.5能实现普及，从轻讲可决定一个商场及住宅小区的兴隆，从重讲可改变一个国家的人财物的流向。

目前市面上已有手持式PM2.5测试仪，其原理是使用激光散射法对尘埃粒子进行数目计数和粒径分类，如图3及图4所示：激光粒子计数腔通常是一个金属椭球反射镜腔，内部安装了激光照射光束、光电二极管探测器、空气喷管，空气出气管。腔中空气流动方向，激光束方向，光电二极管探测器轴线方向三者相互垂直，而光电二极管探测器和粒子激光散射点又分别位于椭球反射镜腔的两个焦点上，所以，粒子对激光的散射光线无论是哪个方向，经椭球面反射后，一定会集到光电二极管探测器接收位置。光电脉冲信号的强弱对应粒子粒径的大小，光电脉冲信号的个数对应粒子的个数。通常用脉冲比较计数器来完成这两项工作。空气采样使用了采样泵，采样泵的采样空气流量基本上是稳定的，所以目前市面上的激光粒子计数器能简单方便地计量流过的气体体积，但无法对进来的空气进行稀释，当空气较脏时，就无法准确计量粒子数及大小。此外，采样泵占一定体积，耗电量也较大。目前市面上的这类仪器有以下缺点：（1）耗电量大，要配大容量电池（达2000mAh）；（2）重量重，携带不方便；（3）成本高，价格贵(最便宜的也要2000余元)；（4）没有利用智能手机已普及的有利条件，不能自动加上测试位置信息，无法做到全城、全国自动联网；（5）采样时直接抽取空气，当空气过脏时，激光散射法会漏计数，从而造成结果不准。（6）用户无法自己随时随地校正仪器，影响测量结果的可信度。

目前市面上的手持式PM2.5测试仪直接由空气采样泵的流量来决定空气流量，但本发明为了追求装置小巧，所以使用半导体行业普遍使用的质量流量计（MFC，以下同）原理来计量空气体积。该原理是，在薄壁不锈钢毛细管外壁缠有极细的漆包金属线，成螺线管状，所以构成一电阻。此电阻受温度的影响，流过毛细管的气体所携带的热量会影响此电阻。将这种螺线管中间抽头就可变成电桥的两臂电阻，与外加的两个电阻便形成测量电桥。当气体流过毛细管时，电桥就会有非平衡电流输出，经放大后送给单片机处理。电桥的电流检流及放大这部分电路称为流速变送器，其信号直接对应毛细管内单位时间流过的气体流量。通常待测气体流量超过毛细管容许流量许多倍，此时会增设一捆与毛细管并行的毛细管，这样由单根毛细管的流量就可推算所有毛细管合起来流过的气体流量。

对于粒子激光散射光电信号的处理，目前手持式PM2.5测试仪使用的是脉冲比较计数方法，这种方法在空气比较脏时会产生漏计数（尘埃对应的光电脉冲太密，无法区分），且所使用的比较阈值也不能随背景信号变化而变化，而背景起决于激光计数腔内的污染及反射面的氧化程度、激光器的功率变化、各镜面的污染等，所以，测量结果必定会漂移。加上用户不能自行校正，所以现有的仪器误差会不可控。要解决此问题，就必须摒弃脉冲比较计数方法

发明内容