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随着我国经济的发展,环境污染问题也越来越受到人们的关注,其中大气污染是对人类影响最大的污染之一,为了能够针对不同的污染程度采取相应措施进行控制,首先需要做的就是掌握大气质量的各项参数资料,但通过调查发现大气质量监测系统基本上是从国外进口,不但价格昂贵,维护费用也高。由此,我们开展了“大气质量监测系统的开发”的科研项目,旨在实现大气质量监测系统在拥有自主知识产权基础上的国产化,这对发展我国环境科技产业和提高我国环境科学研究水平有重要意义,“新型SO2浓度分析仪”是该项目的一部分。
本论文讨论了大气质量自动监测系统中的新型紫外荧光SO2分析仪,针对该仪器两个重要参数(本底和响应度)设置复杂困难的情况,为仪器添加了自动校正系统,实现此二参数设置过程全自动化,并解决该过程中相关电路、气路自动转换。另外,针对影响仪器响应度的流量控制、影响仪器测量结果的电磁干扰等问题,提出了解决方案。同时,就前两届仿真未成功的双光路单PMT的设想,给出一种成功仿真结果。
本论文的主要研究内容和工作成果包括:
1.就影响仪器测量结果的两大参数(本底和响应度)设置问题,提出自动校正的设想;就自动校正功能的实现,拿出具体方案,彻底解决了这两个重要参数的设置问题,改变了以往此二参数计算复杂、设置困难的局面。在校正模式方面,引入定时自动校正和不定时手动校正两种模式,并实现计算机统一控制与仪器键盘菜单选择校正两种操作方案。通过自动校正过程,确保仪器测量结果正确。同时,自动校正系统还具有自我判断校正结果的功能,以确保自动校正的成功进行。对于由于其他外部原因导致的自动校正陷入死循环,可通过外部串口手动的方式令其强行退出。为防止按键误操作引起校正意外中断退出,自动校正过程中所有按键无效。
2.气体流量问题是影响仪器响应度的重要因素,也是影响仪器测量结果的重要因素。现有DJ3-2型SO2分析仪用的是普通转子流量计,其测量精度十分有限,且更为关键的是它不能自动控制流量,这样,其他部分气路波动会直接影响进入荧光室的气体流量,从而影响仪器响应度和测量结果。为使仪器的响应度稳定,以及让仪器更符合自动化的要求,必须使用质量流量控制器来进行流量控制,达到精确控制气路流量的目的。并要和电路联机,自动控制、显示流量。本论文解决了影响仪器响应度和测量结果的流量控制问题,克服原本流量不准确和随时需要手动调节的麻烦,实现流量精确自动控制;另外,对于自动校正过程,标气的浓度、用量也是实际必须考虑的重要问题,只有十分精准的流量控制才能保证即获得准确浓度的标定气体,又能节约标气的用量。另外,本文为仪器实现全自动化设计了新的气路系统、配气系统和控制系统。
3.电磁干扰是影响仪器测量结果的主要问题,电磁干扰对PMT的影响会直接体现在测量本底上,针对外界电磁干扰、内部电路相互干扰和电磁阀的电磁干扰问题,分别从元件选择、元件分布、系统接地、光电隔离、电路去耦、滤波以及印制电路板等方面提出了一些解决方案。特别是电磁阀的干扰,提出了两种供选方案,并就电磁阀、电路在一个仪器箱内的情况设计了专门的直流电磁阀控制驱动电路、交流电磁阀控制驱动电路。
4.对于课题组设计的双室新型紫外荧光二氧化硫分析仪。前两届同学仿真双光路单PMT未能成功,这里给出一种成功的仿真方案。经反复尝试,得到较满意的试验结果和参数,信号恢复精度误差在5%以内。