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环境污染特别是氮氧化物污染作为人类社会发展的副产品已经严重危害社会及人类生存。事实表明我们必须采取有效的措施进行大气环境监测,方能抑制大气污染的继续恶化,但通过调查发现,我们现在所使用的大气监测仪器基本上是国外进口,其价格之昂贵,维护之困难,已成为国内环境检测的一大关卡,为此由华南师范大学光学研究室的何振江教授、杨冠玲教授和广州市环保局设立了“大气监测用NOx自动监测系统国产化研究与制造”项目,旨在冲破国外技术垄断,发展我国环保仪器产业。
我们经过几年的研制,DJ3-3型化学发光NOx分析仪在2005年7月,由广州市计量测试所根据有关标准对我们的样机的有关性能进行测试,出具“实验结果符合规范要求,综合判断样机合格”证书;2005年12月至2006年1月期间由广东省计量器具质量监督检测站再次对我们样机进行性能测试和环境实验,出具“该样机合格”,颁发了计量器具型式批准证书;该样机并于2006年3月通过鉴定,获得“国际先进”评价。
文章在比较各种氮氧化物检测方法基础上,介绍了化学发光原理的理论,并详细介绍了基于该方法的大气氮氧化物分析仪样机的结构、功能实现和后来的关键技术优化等。
分析了目前样机的各项功能指标后,提出了电路优化方案,主要针对:温度控制、人机交互、电源稳定性、光子计数器、接口设计、数据处理、功能扩展等方面进行优化设计。
论文主要工作包括:1、对DJ3-3型化学发光NOx分析仪能达到的性能指标和存在的问题进行反复的实验研究。参于制定了企业产品标准Q/(GZ)HBS-2-2005,参加对DJ3-3型化学发光NOx分析仪的正式评价测试工作。针对影响仪器性能、工作的电路问题提出了电路优化方案。
2、硬件设计方面:采用电源滤波器,解决电源干扰问题;采用基于二极管和CPLD的双门限甑别器提高光子计数器抗干扰能力;简化后的温度检测电路使温度检测更稳定更可靠;USB接口电路设计简化原有接口电路同时又提高了传送速度。新电路已制作和调试成功,现已开始运行。
3、软件设计方面:采用图形化菜单界面和图形化数据显示形式,使人机交互界面更友好;中值加低通滤波器的数据处理方法使数据曲线平滑,真实;PID控制算法使得温度控制更精确,最终使温度浮动不超过1度(针对反应室)。
4、在各个优化模块的基础上,引入了一自定义的接口方式,将光子计数器与单片机和其他功能模块组成一体,形成化学发光法氮氧化物分析仪独有的控制系统,完成针对该仪器的光子计数,钼室、反应室、光电倍增管的温度监测和控制,数据的分析,处理,显示,传送等功能。
5、电路的优化设计基本解决了目前系统存在的问题,同时也为多通道控制器和同类型分析仪控制器的完成打好基础。