Устройство для контроля атмосферного воздуха Советский патент 1992 года по МПК G01W1/00 

Устройстпо относится к :редствам охраны окружающей среды, в частности, к средствам контроля загрязнения атмосферного воздуха в промышленных и жилых зонах:, на границах санитарно-защитных зон предприятий промышленности и транспорта.

Известны устройства, реализующие способ контроля качества атмосферного воздуха путем измерения концентраций за- грязняющих ингредиентов в точках KOHfpo-v ля, сравнива -шя измеренных значений концентраций с предельно-допустимыми значениями и осуществления контролы-Шх операций по анализу влияния на точки контроля источников выброса в атмосферу загрязняющих ингредиентов, концентрации которых преепшают предельно-доиусТи мые значение Контрольные операции по анализу выбросов осуществляются на источниках в зависимостй Ът азимута ветра и угла рассеивания загряТнеТния. Эти устройства включают измерительный комплекс, содержащий датчики вредных ингредиентов (диокиси серы, оксида углерода и т.п.) и метеорологических параметров (скорости и направления ветра, ҐЈШературы и влажности воздуха), совмещенный с контрольно- измерительной станцией(КЗС), осуществляющей сбор измерений, их масштабирование, преобразование масштабированных измерений в коды, например, с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а затем предварительную обработку информации и выдачи ее в к.энал передачи-приема на центральную станцию (ЦС), выполненную в виде комплекса автоматических устройств, обеспечивающих уп- равление через другой канал

VI 00

д

о ел

4

передачи-приема системой КЗС, прием и обработку накопленной информации (причем прием осуществляется с использованием дополнительного коммутатора}, поступающей от КЗС с периодичностью, оп- ределяемой датчиком времени и не превышающей частости одного-двух циклов в час, и выходных устройств, обеспечивающих выдачу результатов обработки на вход ЭВМ информационно-вычислительного центра.

Основными недостатками этих устройств являются: ограниченная оперативность контроля (не чаще одного раза за 30 мин), необходимость использования двух каналов передачи-приема между КЗС и ЦС, высокая стоимость элементов и связанные с этим высокие издержки на эксплуатацию.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля атмосферного воздуха, включающее измерительный комплекс, состоящий из газоаналитических будок, каждая из которых оснащена датчиками метеопараметров, последовательно соединенных через модули согласования метеодатчиков с первым входом первой КЗС, и датчики ингредиентов, последовательно соединенных через газоаналитический комплект с первым входом второй КЗС (тракты контроля и замера), а выходы первой и второй КЗС через каналы передачи- приема соединены с первым входом ЦС, один выход которой через другой канал передачи-приема соединен со вторыми входами первой и второй КЗС, второй выход ЦС соединен со входом ЭВМ вычислительного центра, а второй вход ЦС соединен с первым выходом ЭВМ вычислительного центра, другие выходы ЭВМ подключены к диспетчерскому пункту, к которому также подключены вторые входы ЭВМ

Этому устройству присущи недостатки, уже указанных известных устройств и, кроме того, низкая оперативность, определяемая временем, затрачиваемым на газоанализ гэзоаналитическим комплексом, способным, как известно, определять концентрации ингредиента по взятой пробе воздуха в течение одного часа. Время же, затрачиваемое на распространение загряз- няюЧцих ингредиентов от источника выброса до контролируемой зоны или до границы санитарно-защитной зоны предприятия 1- ой категории при опасной скорости ветра не превышает 12-ти мин. В таких условиях кон- троль атмосферного воздуха осуществляется с запаздыванием. Оперативность и упрощение контроля атмосферного воздуха могут быть повышены за счет изменения самого процесса контроля.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение процесса контроля атмосферного воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для контроля атмосферного воздуха, содержащее тракты контроля и замера, каждый из коммутатора, блока масштабирования, датчиков ингредиентов и метеорологических параметров, датчика времени и канала передачи-приема, дополнительный коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, причем в каждом тракте контроля и замера коммутатор подсоединен управляющим входом к выходу датчика времени и соединен выходом со входом канала передачи-приема, в него введены формирователь сигнала калиброванного уровня, подсоединенный информационными входами к выходам каналов передачи-приема и соединенный выходом с информационным входом дополнительного коммутатора, подключенного выходом к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, преобразователь кодов результата контроля, соединенный информационным входом с выходом аналого-цифрового преобразователя, и дополнительный датчик времени, а в каждом тракте контроля и замера выходы датчиков ингредиентов и метеорологических параметров соединены через блок мас- штабирования с информационными входами коммутатора, причем выходы датчика времени подключены к управляющим входам дополнительного коммутатора и преобразователя кодов результата контроля

Ввод в устройство дополнительного датчика времени и формирователя сигналов калиброванного уровня позволяет подавать на вход аналого-цифрового преобразователя измерения от датчиков в виде аналоговых сигналов, согласованных по динамическому диапазону с входом аналого-цифрового преобразователя. При этом аналоговый сигнал измерения отдатчика, согласованный по динамическому диапазону за счет масштабирования с входом канала передачи-приема, через коммутатор поступает на вход формирователя калиброванного уровня, где восстанавливается, затем калибруется и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого представляется в виде кода, и, следовательно, достигается однократное преобразование аналогового сигнала в код с помощью единственного в устройстве аналого-цифрового преобразователя.

Коммутатор с помощью сигнала от датчика времени подключает один из опрашиваемых датчи с в к каналу передачи-приема, одновременно дополнительный датчик времени вырабатывает сигналы для дополнительного комиутатора и преобразователя кодов результата контроля, причем одним сигналом дополнительного датчика времени дополните/ ьный коммутатор подключает выход формирователя сигналов калиброванною уровня к входу аналого- цифрового преобразователя, а вторым - переводит преобразователь кодов результата контроля в ре «им приема кодов с выхода аналого-цифрового преобразователя Следовательно, с. помощью этих двух датчиков времени обеспечивается циклический опрос всех датчи ов. а в цикл работы включены интервалы времени опроса каждого из датчиков и ин герваль времени для обработки сигналов

Новым по отношению к известным устройствам является сокращение числа кодовых преобразований измеренного сигнала, упрощен сбор измерений, а все виды последующей обрапотки осуществляет преобразователь кодол результата контроля Новым является и то, что ввод дополнительного датчика времени обеспечивает использование в устройстве не двух а одного толькб канала передеччи-приема Кроме того, за счет управле1™ я дополнительным датчиком времени или .использованием его сигналов можно опраи иалть любой и in любые датчики из составе измерительного комплекса в течение цикли опроса, упра злять периодичностью опроса Все это позволяет повысить оперативность сбора и анализа параметров контроля атмос ферного воздуха как за счет сокращения чиспа операций сбора и кодирования, так м за счет управления опросом датчиков из о:тэва измерительного комплекса устройства, Так если датчиками загрязняющих ингредиентов являются те же, что и в прототипе, то увеличив их группу вдвое и организовав поочередный опрос датчиков каждой из групп через цикл, можно вдвое сократить время, затрачиваемое на обновление измерений концентраций ингредиентов.

Пример предлагаемого устройства представлен нл чертеже, на котором введены следующие обозначения 1 - Датчики М - блок датчиков метеопараметров, включающий измерители направления и скорости ветра, температуры и влажности; 2 - Датчики V - блок измерителей концентраций загрязняющих атмосферный воздух ингредиентов например дис сида серы, оксида углерода v др ; 3 - блок масштабирования; 4 - комм гатор; 5 - датчик времени; 6 - канал перед чи-приема 7 формирователь сигналов калиброванного уровня; 8 - дополнительный коммутатор; 9 - аналого- цифровой преобразователь (АЦП); 10 - дополнительный датчик времени; 11 - 5 преобразователь кодов результата контроля; 12 - контрольно-замерная станция (КЗС); 13 - центральная станция (ЦС). 14 - центральный пост (ЦП).

В исходном состоянии выход каждого

0 из датчиков 1 и 2 через блок масштабирования 3 подключен к соответствующему входу коммутатора 4, управляющий вход которого подключен к выходу датчика времени 5. Выход коммутатора 4 подключен к входу кана5 ла передачи-приема 6. Совокупность этих устройств образует КЗС 12,

Выход канала передачи-приема б подключен к входу формирователя сигналов кс- либрованного уровня 7 Приемная часть

0 этого канала с формирователем 7 образует ЦС 13

Выход формирователя 7 подключен к входу дополнительного коммутатора 8, а управляющий вход коммутатора 8 подключен

5 к одному выходу дополнительного датчика времени 10, другой выход которого подключен к первому входу преобразователя юдоп результата контроля 11. Выход коммутатора 8 через анэлого-цифровой преобразователь

0 9 подключен ко второму входу преобра зова- теля 11 Дополнительный коммутатор 8, до- полнительный датчик времени 10, аналого-цифровой преобразователь 9 в совокупности с преобразователем кодов ре5 зультата контроля 11 сбразуют ЦП 14

Работа устройства состоит в следующем С выхода каждого из датчиков 1 непрерывно поступают замары в виде уровней электрических напряжений. С выхода пер

0 вой группы дат1 иксв 2 замеры поступают на 30 минут раньше, чем с выходов второй группы датчиков 2, Соответственно прототипу датчики 1 - непрерывного типа, & датчики 2 - дискретного Уровни напряжений с

5 выходов датчиков 1 и 2 прикладываются к соответствующим входам блока масштаби рования 3 Блок 3, например выполненный с использованием резисторных делителей, усилителей тока или напряжения, обеспечи0 вает согласование выходных сигналов с входом в канал передачи-приема 6. Тлким входом, например, является вход передатчика частотно-модулированного сигнала, частота которого однозначно связана с

5 уровнем напряжения входного сигнала. Например, при минимальном напряжени1 уровня (Umin О В) частота составляет 300 Гц, а при максимальном уровне, например, Umax 10 В, составляет 2400 Гц. В диапазоне уровней входного напряжения 0-10 В

частота выходного сигнала ЧМ-передатчика линейно изменяется от 300 до 2400 Гц. Поэтому в условиях примера блок масштабирования 3 преобразует поступающие сигналы до уровня 0-10 В,

До прихода сигнала отдатчика времени 5 на управляющий вход коммутатора 4 его выход отключен от канала передачи-приема 6. Например, при последовательном опросе датчиков КЗС датчик времени 5 вырабатывает последовательность (гребенку) сигналов, по первому из которых коммутатор 4 подключает первый вход к входу канала передачи - приема 6, по второму - отключает первый и включает второй вход коммутатора 4 к выходу и т.д. до отключения последнего входа коммутатора 4 от канала передачи-приема б. Если устройство использует несколько КЗС, то на каждой из них датчик времени 5 вырабатывает аналогичную гребенку сигналов для коммутатора 4, но первый импульс от этой гребенки воздействует на управляющий вход коммутатора 4 после завершения опроса всех датчиков предыдущей КЗС. В результате работы датчиков времени 5 в одном из каналов передачи-приема б передается фэзомо- дулированный сигнал в течение времени подключения одного входа коммутатора 4 к этому каналу. Длительность подключения может составлять от долей секунды до одной-двух сек. За это время будет передано несколько десятков и даже сотен периодов колебания частоты в диапазоне 300-2400 Гц.

С выхода канала передачи-приема, выполненного по примеру в виде приемника частотно-модулированных сигналов, восстановленный на уровне напряжения сигнал поступает на вход формирователя сигналов калиброванного уровня 7. Этот формирователь согласует выходы ЧМ-при- емников со входом АЦП 9 по динамическому диапазону сигнала с учетом особенностей выходов каждого из каналов передачи-приема. Например, по условиям примера уровень сигнала измерения после ЧМ-приемника лежит в диапазоне 0-10 В, а вход аналого-цифрового преобразователя 7 имеет диапазон 0-1 В Здесь достаточно откалибровать лишь уровни сигнала по напряжению, например с помощью делителя на резисторах С выхода формирователя 7 аналоговый сигнал калиброванного уровня поступает на сигнальный вход дополнительного коммутатора 8. В момент подключения коммутатора 4 на управляющий вход коммутатора 8 от дополнительного датчика времени 10 поступает сигнал, обеспечивающий подключение коммутатора 8 его выхода, к

входу АЦП 9 и, следовательно, поступление сигнала калиброванного уровня на вход аналого-цифрового преобразователя 9, другим сигналом с другого выхода дополнительного датчика времени 10 преобразователь кодов результата контроля 11 открывает вход, соединенный с выходом АЦП 9 и принимает код, в который преобразован аналоговый сигнал калибро0 ванного уровня.

Дополнительный датчик времени 10 соответственно циклу работы устройства вырабатывает сигналы синхронно с гребенками сигналов, вырабатываемых

5 последовательно датчиками времени 5 в составе КЗС, причем после последнего сигнала гребенки до формирования первого сигнала гребенки первой опрашиваемой КЗС обеспечивает выдачу в преобразова0 тель кодов результата контроля 11 сигнала, по которому этот преобразователь 11 переводится из режима приема кодов сигналов в режим обработки данных. В этих промежутках времени преобразователь 11 обес5 печивает первичную, вторичную и последующие виды обработки данных измерений, например, так как это предусмотрено в известном способе.

Из описания работы устройства следу0 ет, что дополнительный коммутатор 8 может быть выведен из его состава, однако в условиях организации КЗС, совмещенной с ЦС, его наличие упрощает рассмотренное устройство. Это видно из фиг. 1, на которой в

5 составе ЦС пунктирными линиями представлены элементы такой КЗС. Отметим, что преобразователь кодов результата контроля может быть представлен как мини-, микро-ЭВМ и даже ПЭВМ.

0 Работоспособность устройства проверена на экспериментальном образце, а его экономическая эффективность по отношению к прототипу, оцененная по показателю отношения приведенной стоимости прото5 типа к заявленному устройству, достигает 2,5-3,0. Устройство включает элементы широкого применения, а по сравнению с существующими обладает следующими п реимуществами:

0 - упрощает действия над сигналами, что сокращает число реализующих устройство элементов и количество используемых каналов передачи-приема;

-расширены возможности оперативно- 5 го сбора и анализа параметров контроля

атмосферного воздуха;

-устройство быстро окупаемо и может быть использовано для контроля атмосферного воздуха в городах, на территориях про- мпредприятий и как первичное звено

мониторинговой системы контроля окружающей среды.

Формула изобретения Устройство для контроля атмосферного воздуха, содержащее тракты контроля и замера, состоящий каждый из коммутатора, блока масштабирования, датчиков ингредиентов и метеорологических параметров, датчика времени и канала передачи-приема, дополнительный коммутатор и аналого-цифровой преобразователь, причем в каждом тракте контроля и замера коммутатор подсоединен управляющим входом к выходу датчика времени и соединен с входом канала передачи-приема, отличающееся тем, что, с целью упрощения процесса контроля атмосферного воздуха, в него введены формирователь сигнала калиброванного уровня,

подсоединенный информационными входами к выходам каналов передачи-приема и соединенный выходом с информационным входом дополнительного коммутатора, подключенного выходом к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, преобразователь кодов результата контроля, соединенный информационным входом с выходом аналого-цифрового преобразователя.

и дополнительный датчик времени, а в каждом тракте контроля и замера выходы датчиков ингредиентов и метеорологических параметров соединены через блок масштабирования с информационными входами коммутатора, причем выходы датчика времени подключены к управляющим входам дополнительного коммутатора и преобразователя кодов результатов контроля.

Изобретение относится к средствам контроля загрязнения атмосферного воздуха в промышленных, жилых и рекреационных зонах городов, на границах санитарно-защитных зон предприятий промышленности и транспорта и мбжет использоваться как первичное информационное звено мониторинговой системы контроля окружающей среды. Целью изобретения является упрощение процесса контроля атмосферного воздуха. Устройство включает тракты 12 контроля и замера, состоящий каждый из датчиков измерения концентраций ингредиентов и метеопараметров, блока масштабирования, коммутатора и датчика временгскайЗлы 6 передачи-приема, центральную станцию 13, включающую приемную часть канала передачи-приема и формирователь сигналов калиброванного уровня, центральный пост 14, включающий дополнительный коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, дополнительный датч йк временили преобразователь кодов результата контроля. 12-6-13-14, 1 ил. (/ С