АЭРОЗОЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к области экологии и может быть использована для проведения мониторинга загрязнения воздуха в приземных слоях атмосферы.
Известен аэрозольный измерительный комплекс (RU 2304293, кл. G01W 1/02, 2007), предназначенный для проведения мониторинга загрязнения воздуха в верхних слоях атмосферы и включающий воздухозаборник, измеритель параметров воздушной среды, измеритель состава аэрозолей, приемник навигационных сигналов и приемник метеоданных, соединенные с устройством управления и цифровой обработки результатов измерений. При этом измеритель параметров воздушной среды содержит датчик давления, датчик температуры, датчик относительной влажности и датчик водности атмосферы, установленные на борту летательного аппарата, и мобильный лидар наземного базирования для измерения прозрачности атмосферы, соединенный линией радиосвязи с бортом летательного аппарата. Измеритель состава аэрозолей содержит газовый анализатор и спектранализатор, установленные на борту летательного аппарата. Устройство управления и цифровой обработки результатов измерений выполнено в виде цифровой стационарной вычислительной машины, установленной на борту летательного аппарата.
Недостатком известного аэрозольного измерительного комплекса является недостаточная точность измерений загрязнения воздушной среды в приземных слоях атмосферы.
Задачей полезной модели является повышение точности измерений плотности распределения и состава загрязнений воздушной среды в приземных слоях атмосферы.
Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является учет массы и химического состава загрязнений, а также учет распределения загрязнений в воздушной среде по их крупности.
Достижение заявленного технического результата и решение поставленной задачи обеспечивается тем, что аэрозольный измерительный комплекс, включающий воздухозаборник, измеритель параметров воздушной среды, измеритель состава аэрозолей, приемник навигационных сигналов и приемник метеоданных, соединенные с устройством управления и цифровой обработки результатов измерений, согласно полезной модели он дополнительно содержит устройство отбора проб аэрозолей на массовую концентрацию и химический анализ, установленное в воздухозаборнике, измеритель состава аэрозолей содержит лазерный аэрозольный счетчик и оптический аэрозольный счетчик, измеритель параметров воздушной среды выполнен в виде анемометра, а устройство управления и цифровой обработки результатов измерений - в виде переносного компьютера с блоком сменной внешней памяти. При этом устройство отбора проб аэрозолей на массовую концентрацию и химический анализ выполнено в виде блока сменных фильтров, переносной компьютер - в виде планшетного компьютера с сенсорной панелью управления или в виде персонального компьютера типа «Ноутбук», а блок сменной внешней памяти - на элементах флэш-памяти производства "Western Digital".
Введение устройства отбора проб аэрозолей на массовую концентрацию и химический анализ и выполнение его в виде блока сменных
фильтров, установленных в воздухозаборнике, позволяет выявить наличие вредных для здоровья человека экологических загрязнений, таких как взвешенные в воздухе твердые фракции канцерогенных выбросов химических заводов и АЭС, и степень их концентрации в месте измерения, привязанного к географической карте территории мониторинга, и, тем самым, повысить точность комплекса по измерению плотности и состава загрязнений воздушной среды в приземных слоях атмосферы и степени их опасности для населения обследуемых территорий. Позволяет вскрыть факты нарушения экологического законодательства на территории мониторинга. Снабжение измерителя состава аэрозолей лазерным и оптическим аэрозольным счетчиком позволяет расширить диапазон измерений крупности аэрозолей, практически во всем диапазоне 0.15-10 мк существования взвешенных в приземных слоях атмосферы твердых фракций пыли и выбросов промышленных предприятий, и, тем самым, далее повысить точность измерений комплекса в части выявления более точного распределения плотности и состава загрязнений по крупности и массовой доле частиц. Выполнение измерителя параметров воздушной среды в виде анемометра позволяет не только измерять температуру воздуха в точке измерений, но и обеспечить привязку измерений загрязнений воздушной среды с учетом "розы" ветров в точке измерений. Выполнение устройства управления и цифровой обработки результатов измерений - в виде переносного компьютера и снабжение его блоком сменной внешней памяти на элементах флэш-памяти производства "Western Digital" позволяет дополнительно повысить точность измерений комплекса за счет расширения объема памяти и временного накопления статистических данных экологического мониторинга. В целом указанные технические преимущества позволяют увеличить точность измерений комплекса при одновременном уменьшении его массогабаритных характеристик. Снижение массогабаритных
характеристик комплекса обеспечивает повышение степени его мобильности. Это в свою очередь позволяет разместить комплекс на автомобильном или железнодорожном транспорте, и дополнительно повысить его возможности по точностным характеристикам экологического мониторинга обследуемых территорий.
На фигуре представлена функциональная схема аэрозольного измерительного комплекса.
Аэрозольный измерительный комплекс содержит воздухозаборник 1, устройство 2 отбора проб аэрозолей на массовую концентрацию и химический анализ, измеритель 3 параметров воздушной среды, измеритель 4 состава аэрозолей, приемник 5 навигационных сигналов и приемник 6 метеоданных, выполненные с цифровыми входами/выходами и соединенные по управляющим и информационным сигналам с устройством 7 управления и цифровой обработки результатов измерений. Воздухозаборник 1 выполнен с производительностью 28 л/мин и содержит вентиляционную решетку 8, вентилятор 9, между которыми установлено устройство 2 отбора проб аэрозолей на массовую концентрацию и химический анализ. Устройство 2 содержит блок сменных фильтров 10, управляемый воздуховод 11 и электронный коммутатор 12 управления вентилятором 9 и воздуховодом 11. В простейшем случае устройство 2 может быть выполнено в виде фильтра химической защиты типа ХА-2. Измеритель 3 параметров воздушной среды выполнен в виде анемометра модели 8901, содержащего измеритель 13 направления ветра, датчик 14 температуры воздуха, соединенные через аналого-цифровой преобразователь 15 с интерфейсным входом/выходом измерителя 3. Измеритель 4 состава аэрозолей включает лазерный аэрозольный счетчик 16 и оптический аэрозольный счетчик 17. Счетчик 16 выполнен серии ЛАС-1 с диапазоном измерения частиц от 0.15 мк до 2 мк и
производительностью 50 см. куб/мин. Счетчик 17 выполнен серии ОАС-2 с производительностью, аналогичной производительности счетчика 16, и диапазоном измерения частиц от 1 мк до 10 мк. Устройство 7 управления и цифровой обработки результатов содержит переносный компьютер 18 с блоком 19 сменной внешней памяти и электронный коммутатор 20 (разветвитель портов с внешним электропитанием). Блок 19 сменной внешней памяти выполнен на элементах флэш-памяти производства "Western Digital" с объемом памяти не менее 160 Гбайт и соединен непосредственно с одним из интерфейсных портов USB-2.0 компьютера 18, другой порт USB- 2.0 которого соединен через электронный коммутатор 20 соединен с цифровыми входами/выходами коммутатора 12 устройства отбора проб и измерителей 3 и 4. Приемник 5 навигационных сигналов и приемник 6 метеоданных выполнены в виде съемных модулей GSM/UMTS и GPS - стандарта для установки в соответствующие приемные разъемы компьютера 18. Компьютер 18 выполнен в виде переносного планшетного компьютера с сенсорной панелью управления или типа «Ноутбук» с клавишным наборным полем.
Аэрозольный измерительный комплекс работает следующим образом.
Для проведения экологического мониторинга заданной территории аппаратуру 1-20 комплекса устанавливают на мобильном транспорте, например в одном из купе пассажирского вагона. Вход и выход воздухозаборника 1 соединяют с внешней воздушной средой через вентиляционную систему вагона. Измеритель 13 направления ветра и датчик температуры 14 анемометра 3 устанавливают на крыше вагона и соединяют его кабелем с аналого-цифровым преобразователем 15, установленном в купе вагона. Остальные измерительные элементы комплекса соединяют с компьютером через соответствующие порты и включают компьютер. В соответствии с заложенной в компьютер 18 программой, последний
периодически во времени, например во время кратковременных остановок на железнодорожных станциях включает воздухозаборник 1 и прокачивает через его фильтр 10, обеспечивая снятия проб аэрозолей на массовую концентрацию и химический анализ. Одновременно включаются измеритель 3 параметров воздушной среды, измеритель 4 состава аэрозолей, приемник 5 навигационных сигналов и приемник 6 метеоданных. Компьютер 18 производит опрос указанных измерителей 3, 4, а также приемников 5 и 6 и производит привязку полученных данных ко времени остановок транспорта и геофизической точке измерений. При этом данные измерений и привязки накапливаются в съемной памяти 19. После возвращения поезда на исходную станцию съемная память 19 снимается с компьютера 18. Одновременно из воздухозаборника 1 вынимается блок 10 и передается в химическую лабораторию для взвешивания и химического анализа проб воздуха. Туда же передается и съемная память 19 для установки в стационарный компьютер лаборатории, содержащий данные предшествующих результатов мониторинга и карту допустимых значений загрязнения воздуха на обследованной территории отходами промышленных предприятий. После химического и весового анализа проб воздуха фильтра 10 и сравнения полученных данных экологического мониторинга с контрольными значениями выявляются возможные нарушения экологии на конкретных участках территории обследования и принимается решение о более детальном изучении зараженных участков территории с использованием данного комплекса. При этом комплекс устанавливают на автомобиле и проводят экологическое обследование зараженных участков территории и составление экологической карты их заражения.
Полезная модель разработана на уровне опытного образца на базе автомашины УАЗ. Проведены успешные испытания опытного образца в регионе Кавказских Минеральных Вод.