在线船舶尾气监测系统XDB-WQ04
2023-08-01 02:21:16-2023-08-01 02:21:16-2023-08-01 02:21:16
1 系统概况
XDB-WQ04船舶尾气监测系统，核心检测器件以红外气体传感器、电化学气体传感器为主，气体通过预处理系统、气体采集系统、传感器信号处理与采集系统、数据处理与存储系统、信号传输系统、电源控制与转换系统等组成。该仪器用于固定源检测，在尽短时间里判断出污染物的浓度，为及时、正确的处理、处置污染事故和制定恢复措施提供科学的决策依据。
1.1 设计方案简介
船舶尾气监测系统是用于检测SO2、NO2、CO2、NO气体浓度，应用于因突发性因数造成的环境污染事故，为及时、正确的处理、处置污染事故和制定恢复措施提供科学的决策依据。
综合考虑所要实现的功能及仪器体积、功耗等因素，检测仪采用一体化设计，最大程度上集成了所需要的各个部件。
船舶尾气监测系统主要由供电模块，气路系统，主控系统，尾气传感模块组，通讯模块以及存储部分组成。
1.2 气体检测传感器工作原理
检测原理：
1、气体电化学传感器检测原理
电化学传感器通过与被测气体发生化学反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作，其原理如下图所示：
图：电化学传感器原理图
电化学毒气传感器是一种微燃料电池元件，不必保养而可以有长期的稳定性。它是在原有的氧气传感器的基础上改进而得，它可以直接反映出气体浓度而不必通过分压来反映。
从电化学概念上来说，传感器包括两个电极—感应电极和负电极，它们被一层电解质薄膜分离开来，它们被一个塑料壳密封起来，只留有一个小孔允许气体进入感应电极，传感器内的电极通过引脚被连接到所应用的设备上。引脚还可以与外部的电阻电路相连，这样当有电流通过是就可以测出电势差。扩散进入传感器的气体在感应电极表面发生氧化或还原反应，在另一电极发生与之相对的逆反应，在外部电路上形成电流。由于气体进入传感器的速度由栅孔控制，所以产生的电流与传感器外气体浓度成比例，就可以直接测量当前毒气含量了。
其主要特征设计部件是气体扩散栅栏，它可以限制进入感应电极的气流，使所有目标气体都可以到达电极表面与之反应，并且具有持续的化学活性，使得传感器具有长使用寿命和良好的温度稳定性。
例如：一氧化碳传感器的电极发上发生的反应是:
感应电极: CO + H2O→CO2 + 2H+ + 2e-
逆电极: ½O2 + 2H+ + 2e- →H2O
总反应方程式: CO + ½O2 →CO2
类似的反应也发生在能被氧化或还原的所有其它毒气。
2、气体红外传感器检测原理
众所周知，1、很多材料能吸收红外辐射（由于分子内振动）。 2、对任何一种材料，它的吸收能力随波长（它的吸收光谱）变化而变化。 3、不同材料有不同的吸收光谱。 红外气体传感器运作的基本原理是依靠对以上事实的发现。表1中显示了典型的红外光谱，包括一氧化碳、丙烷、己烷和二氧化碳。
表： 吸收光谱
船舶尾气监测系统技术参数
一、 系统组成
※1、主要监测指标: 二氧化硫（原理为定电位电解法）、二氧化氮（原理为定电位电解法）、一氧化氮（原理为定电位电解法）、二氧化碳（原理为非色散红外法）。
※2、其它指标：温度（原理为电阻或热电偶式）、相对湿度（原理为电阻式或电容式湿敏法）；
3、设备功能：正常工况下采用4G信号将所采集的数据发送至服务器。海上无4G信号时设备采用LORA与巡逻艇的接收端进行数据通信，并由接收端将数据转发至服务器。GPS用于定位设备工作位置。配备TF卡进行数据存储。
4、设备为一体式设计，检测参数抗交叉干扰能力强。
5、采样系统：由采样头、预处理、1L/min无刷隔膜气泵、过滤器等组成。
6、数据传输：兼容性好，内置标准自定义协议与服务器或船载无线通信设备进行通信。
二、 性能特点
※1、一体化设计可同时监测二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、温度、湿度；
2、内置4G、LORA模块，可实现实时监测数据的传输；
※3、内置无刷气泵并可通过PWM控制气体流量；
※4、采用进口高灵敏度的传感器，响应速度快，分辨率高，线性好，检测下限需达要求技术指标；
※5、提供主电、备电双接口；可自动切换确保传感器实时处于准备监测工作状态；
6、应用单片机技术和网络通讯技术相结合，内置TF数据卡存储功能，要求数据存储为.csv文件；并可以通过USB接口将数据转存至计算机，利用excel等软件即可查看数据；
7、系统要求性能稳定、精确度高、操作方便、易于维护，具有工作状态提醒等功能。
三、仪器性能指标
指标：（1）监测指标：二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、温度、湿度。
| 序号 | 指标名称 | 监测技术方法 | 主要技术参数 | 必须满足项 |
| 1 | 二氧化硫 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 2 | 二氧化氮 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 3 | 一氧化氮 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 4 | 二氧化碳 | 泵吸式，NDIR法 | 测量范围：0 - 5000 PPM；精度： ±3%FS | 采用双通道检测，需具有参考光路 |
| 5 | 温度 | 电阻或热电偶法 | 量程范围：0-50℃ 精度要求：±0.5℃ | |
| 6 | 湿度 | 电阻或电容法 | 量程范围：0-100% 精度要求：±5% |
电化学毒气传感器是一种微燃料电池元件，不必保养而可以有长期的稳定性。它是在原有的氧气传感器的基础上改进而得，它可以直接反映出气体浓度而不必通过分压来反映。
从电化学概念上来说，传感器包括两个电极—感应电极和负电极，它们被一层电解质薄膜分离开来，它们被一个塑料壳密封起来，只留有一个小孔允许气体进入感应电极，传感器内的电极通过引脚被连接到所应用的设备上。引脚还可以与外部的电阻电路相连，这样当有电流通过是就可以测出电势差。扩散进入传感器的气体在感应电极表面发生氧化或还原反应，在另一电极发生与之相对的逆反应，在外部电路上形成电流。由于气体进入传感器的速度由栅孔控制，所以产生的电流与传感器外气体浓度成比例，就可以直接测量当前毒气含量了。
其主要特征设计部件是气体扩散栅栏，它可以限制进入感应电极的气流，使所有目标气体都可以到达电极表面与之反应，并且具有持续的化学活性，使得传感器具有长使用寿命和良好的温度稳定性。
例如：一氧化碳传感器的电极发上发生的反应是:
感应电极: CO + H2O→CO2 + 2H+ + 2e-
逆电极: ½O2 + 2H+ + 2e- →H2O
总反应方程式: CO + ½O2 →CO2
类似的反应也发生在能被氧化或还原的所有其它毒气。
三、仪器性能指标
指标：（1）监测指标：二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、温度、湿度。
| 序号 | 指标名称 | 监测技术方法 | 主要技术参数 | 必须满足项 |
| 1 | 二氧化硫 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 2 | 二氧化氮 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 3 | 一氧化氮 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 4 | 二氧化碳 | 泵吸式，NDIR法 | 测量范围：0 - 5000 PPM；精度： ±3%FS | 采用双通道检测，需具有参考光路 |
| 5 | 温度 | 电阻或热电偶法 | 量程范围：0-50℃ 精度要求：±0.5℃ | |
| 6 | 湿度 | 电阻或电容法 | 量程范围：0-100% 精度要求：±5% |
1 系统概况
XDB-WQ04船舶尾气监测系统，核心检测器件以红外气体传感器、电化学气体传感器为主，气体通过预处理系统、气体采集系统、传感器信号处理与采集系统、数据处理与存储系统、信号传输系统、电源控制与转换系统等组成。该仪器用于固定源检测，在尽短时间里判断出污染物的浓度，为及时、正确的处理、处置污染事故和制定恢复措施提供科学的决策依据。
1.1 设计方案简介
船舶尾气监测系统是用于检测SO2、NO2、CO2、NO气体浓度，应用于因突发性因数造成的环境污染事故，为及时、正确的处理、处置污染事故和制定恢复措施提供科学的决策依据。
综合考虑所要实现的功能及仪器体积、功耗等因素，检测仪采用一体化设计，最大程度上集成了所需要的各个部件。
船舶尾气监测系统主要由供电模块，气路系统，主控系统，尾气传感模块组，通讯模块以及存储部分组成。
1.2 气体检测传感器工作原理
检测原理：
1、气体电化学传感器检测原理
电化学传感器通过与被测气体发生化学反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作，其原理如下图所示：
图：电化学传感器原理图
电化学毒气传感器是一种微燃料电池元件，不必保养而可以有长期的稳定性。它是在原有的氧气传感器的基础上改进而得，它可以直接反映出气体浓度而不必通过分压来反映。
从电化学概念上来说，传感器包括两个电极—感应电极和负电极，它们被一层电解质薄膜分离开来，它们被一个塑料壳密封起来，只留有一个小孔允许气体进入感应电极，传感器内的电极通过引脚被连接到所应用的设备上。引脚还可以与外部的电阻电路相连，这样当有电流通过是就可以测出电势差。扩散进入传感器的气体在感应电极表面发生氧化或还原反应，在另一电极发生与之相对的逆反应，在外部电路上形成电流。由于气体进入传感器的速度由栅孔控制，所以产生的电流与传感器外气体浓度成比例，就可以直接测量当前毒气含量了。
其主要特征设计部件是气体扩散栅栏，它可以限制进入感应电极的气流，使所有目标气体都可以到达电极表面与之反应，并且具有持续的化学活性，使得传感器具有长使用寿命和良好的温度稳定性。
例如：一氧化碳传感器的电极发上发生的反应是:
感应电极: CO + H2O→CO2 + 2H+ + 2e-
逆电极: ½O2 + 2H+ + 2e- →H2O
总反应方程式: CO + ½O2 →CO2
类似的反应也发生在能被氧化或还原的所有其它毒气。
2、气体红外传感器检测原理
众所周知，1、很多材料能吸收红外辐射（由于分子内振动）。 2、对任何一种材料，它的吸收能力随波长（它的吸收光谱）变化而变化。 3、不同材料有不同的吸收光谱。 红外气体传感器运作的基本原理是依靠对以上事实的发现。表1中显示了典型的红外光谱，包括一氧化碳、丙烷、己烷和二氧化碳。
表： 吸收光谱
船舶尾气监测系统技术参数
一、 系统组成
※1、主要监测指标: 二氧化硫（原理为定电位电解法）、二氧化氮（原理为定电位电解法）、一氧化氮（原理为定电位电解法）、二氧化碳（原理为非色散红外法）。
※2、其它指标：温度（原理为电阻或热电偶式）、相对湿度（原理为电阻式或电容式湿敏法）；
3、设备功能：正常工况下采用4G信号将所采集的数据发送至服务器。海上无4G信号时设备采用LORA与巡逻艇的接收端进行数据通信，并由接收端将数据转发至服务器。GPS用于定位设备工作位置。配备TF卡进行数据存储。
4、设备为一体式设计，检测参数抗交叉干扰能力强。
5、采样系统：由采样头、预处理、1L/min无刷隔膜气泵、过滤器等组成。
6、数据传输：兼容性好，内置标准自定义协议与服务器或船载无线通信设备进行通信。
二、 性能特点
※1、一体化设计可同时监测二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、温度、湿度；
2、内置4G、LORA模块，可实现实时监测数据的传输；
※3、内置无刷气泵并可通过PWM控制气体流量；
※4、采用进口高灵敏度的传感器，响应速度快，分辨率高，线性好，检测下限需达要求技术指标；
※5、提供主电、备电双接口；可自动切换确保传感器实时处于准备监测工作状态；
6、应用单片机技术和网络通讯技术相结合，内置TF数据卡存储功能，要求数据存储为.csv文件；并可以通过USB接口将数据转存至计算机，利用excel等软件即可查看数据；
7、系统要求性能稳定、精确度高、操作方便、易于维护，具有工作状态提醒等功能。
三、仪器性能指标
指标：（1）监测指标：二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、温度、湿度。
| 序号 | 指标名称 | 监测技术方法 | 主要技术参数 | 必须满足项 |
| 1 | 二氧化硫 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 2 | 二氧化氮 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 3 | 一氧化氮 | 泵吸式，电化学法 | 测量范围：0 - 2 PPM；精度：±5% FS | |
| 4 | 二氧化碳 | 泵吸式，NDIR法 | 测量范围：0 - 5000 PPM；精度： ±3%FS | 采用双通道检测，需具有参考光路 |
| 5 | 温度 | 电阻或热电偶法 | 量程范围：0-50℃ 精度要求：±0.5℃ | |
| 6 | 湿度 | 电阻或电容法 | 量程范围：0-100% 精度要求：±5% |
