XDB-WQ04船舶尾氣監測系統

1 系統概況
XDB-WQ04船舶尾氣監測系統，核心檢測器件以紅外氣體傳感器、電化學氣體傳感器為主，氣體通過預處理系統、氣體采集系統、傳感器信號處理與采集系統、數據處理與存儲系統、信號傳輸系統、電源控制與轉換系統等組成。該儀器用于固定源檢測，在盡短時間里判斷出污染物的濃度，為及時、正確的處理、處置污染事故和制定恢復措施提供科學的決策依據。
1.1 設計方案簡介
船舶尾氣監測系統是用于檢測SO2、NO2、CO2、NO氣體濃度，應用于因突發性因數造成的環境污染事故，為及時、正確的處理、處置污染事故和制定恢復措施提供科學的決策依據。
綜合考慮所要實現的功能及儀器體積、功耗等因素，檢測儀采用一體化設計，最大程度上集成了所需要的各個部件。
船舶尾氣監測系統主要由供電模塊，氣路系統，主控系統，尾氣傳感模塊組，通訊模塊以及存儲部分組成。
 
1.2 氣體檢測傳感器工作原理
檢測原理：
1、氣體電化學傳感器檢測原理
電化學傳感器通過與被測氣體發生化學反應并產生與氣體濃度成正比的電信號來工作，其原理如下圖所示：

圖：電化學傳感器原理圖
電化學毒氣傳感器是一種微燃料電池元件，不必保養而可以有長期的穩定性。它是在原有的氧氣傳感器的基礎上改進而得，它可以直接反映出氣體濃度而不必通過分壓來反映。
從電化學概念上來說，傳感器包括兩個電極—感應電極和負電極，它們被一層電解質薄膜分離開來，它們被一個塑料殼密封起來，只留有一個小孔允許氣體進入感應電極，傳感器內的電極通過引腳被連接到所應用的設備上。引腳還可以與外部的電阻電路相連，這樣當有電流通過是就可以測出電勢差。擴散進入傳感器的氣體在感應電極表面發生氧化或還原反應，在另一電極發生與之相對的逆反應，在外部電路上形成電流。由于氣體進入傳感器的速度由柵孔控制，所以產生的電流與傳感器外氣體濃度成比例，就可以直接測量當前毒氣含量了。
其主要特征設計部件是氣體擴散柵欄，它可以限制進入感應電極的氣流，使所有目標氣體都可以到達電極表面與之反應，并且具有持續的化學活性，使得傳感器具有長使用壽命和良好的溫度穩定性。
例如：一氧化碳傳感器的電極發上發生的反應是:
感應電極: CO + H₂O→CO₂ + 2H⁺ + 2e^-
逆電極: ½O₂ + 2H⁺ + 2e^- →H₂O
總反應方程式: CO + ½O₂ →CO₂
類似的反應也發生在能被氧化或還原的所有其它毒氣。
2、氣體紅外傳感器檢測原理
眾所周知，1、很多材料能吸收紅外輻射（由于分子內振動）。 2、對任何一種材料，它的吸收能力隨波長（它的吸收光譜）變化而變化。 3、不同材料有不同的吸收光譜。 紅外氣體傳感器運作的基本原理是依靠對以上事實的發現。表1中顯示了典型的紅外光譜，包括一氧化碳、丙烷、己烷和二氧化碳。

表： 吸收光譜
 
船舶尾氣監測系統技術參數
一、 系統組成
※1、主要監測指標: 二氧化硫（原理為定電位電解法）、二氧化氮（原理為定電位電解法）、一氧化氮（原理為定電位電解法）、二氧化碳（原理為非色散紅外法）。
※2、其它指標：溫度（原理為電阻或熱電偶式）、相對濕度（原理為電阻式或電容式濕敏法）；
3、設備功能：正常工況下采用4G信號將所采集的數據發送至服務器。海上無4G信號時設備采用LORA與巡邏艇的接收端進行數據通信，并由接收端將數據轉發至服務器。GPS用于定位設備工作位置。配備TF卡進行數據存儲。
4、設備為一體式設計，檢測參數抗交叉干擾能力強。
5、采樣系統：由采樣頭、預處理、1L/min無刷隔膜氣泵、過濾器等組成。
6、數據傳輸：兼容性好，內置標準自定義協議與服務器或船載無線通信設備進行通信。
     
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        二、 性能特點
※1、一體化設計可同時監測二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、溫度、濕度；
  2、內置4G、LORA模塊，可實現實時監測數據的傳輸；
※3、內置無刷氣泵并可通過PWM控制氣體流量；
※4、采用進口高靈敏度的傳感器，響應速度快，分辨率高，線性好，檢測下限需達要求技術指標；
 
※5、提供主電、備電雙接口；可自動切換確保傳感器實時處于準備監測工作狀態；
6、應用單片機技術和網絡通訊技術相結合，內置TF數據卡存儲功能，要求數據存儲為.csv文件；并可以通過USB接口將數據轉存至計算機，利用excel等軟件即可查看數據；
7、系統要求性能穩定、精確度高、操作方便、易于維護，具有工作狀態提醒等功能。
三、儀器性能指標
指標：（1）監測指標：二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、二氧化碳、溫度、濕度。