大氣負(fù)氧離子自動(dòng)觀測(cè)儀的保障和維護(hù)

侯飆,韓書新

(黑龍江省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心,黑龍江哈爾濱150030)

大氣負(fù)氧離子自動(dòng)觀測(cè)儀的保障和維護(hù)

侯飆,韓書新

(黑龍江省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心,黑龍江哈爾濱150030)

1 引言

中國是遭受空氣污染嚴(yán)重的國家之一。據(jù)有關(guān)部門調(diào)查，在我國僅有約百分之一的城市可達(dá)到世衛(wèi)組織（WHO）推薦的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。世界上污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市中有7個(gè)在中國?？諝馕廴疽呀?jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要問題。因此監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量已成為各省氣象部門的重要工作，黑龍江省也將監(jiān)測(cè)各地區(qū)空氣質(zhì)量作為新的工作任務(wù)。

空氣中的分子在高壓或強(qiáng)射線的作用下發(fā)生電離而產(chǎn)生的自由電子，其中大部分被氧氣俘獲，所以把空氣負(fù)離子統(tǒng)稱為“負(fù)氧離子”。由于負(fù)氧離子對(duì)人的機(jī)體生理活動(dòng)有著積極作用，所以它是空氣新鮮度和評(píng)判當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境的正向指標(biāo)，近些年各地政府和公眾對(duì)負(fù)氧離子的關(guān)注度越來越高。通過負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)能很好的反映空氣、人居環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)建設(shè),為社會(huì)提供生態(tài)產(chǎn)品的價(jià)值。

大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)能夠采集空氣中特定負(fù)氧離子并計(jì)算其濃度值，能長(zhǎng)期、自動(dòng)、連續(xù)、全天候監(jiān)測(cè)大氣負(fù)離子濃度變化，適應(yīng)環(huán)境氣象觀測(cè)的業(yè)務(wù)需求，滿足觀測(cè)數(shù)據(jù)的高精度和高穩(wěn)定性要求。它需具備高可靠性、高準(zhǔn)確性、易維護(hù)、易備份等特點(diǎn)。

2 負(fù)氧離子觀測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)介

大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀主要用于測(cè)量空氣中特定負(fù)離子濃度值，特別是對(duì)人體有益的遷移率≥0.4 cm2·v-1·s-1的小粒徑負(fù)離子濃度值。

大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件部分包括離子傳感器、采集器和外圍設(shè)備，軟件包括儀器控制處理軟件和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理軟件。

2.1 硬件組成

2.1.1 離子傳感器

在離子傳感器（或稱采集桶、采集筒）的極化板（或稱偏壓板）上加載定量的極化電壓，再讓被測(cè)空氣按設(shè)定速度勻速通過傳感器?？諝庵刑囟ǖ男×截?fù)離子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，被采集板所捕獲。采集到的負(fù)離子電荷量經(jīng)過采集器的處理，即可計(jì)算出負(fù)離子的電荷濃度值。離子傳感器主要由采集板、極化板、微電流計(jì)等組成。

2.1.2 采集器

采集器是大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀的核心，由硬件和嵌入式軟件組成。硬件包含電信號(hào)放大器（電荷放大器）、高性能微處理器、A/D電路、顯示單元、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、大容量的程序和內(nèi)存儲(chǔ)器、傳感器接口、數(shù)據(jù)接口、監(jiān)測(cè)電路、指示燈等。

2.1.3 外圍設(shè)備

外圍設(shè)備部分主要包括電源、通信接口、計(jì)算機(jī)等。

2.2 軟件組成

軟件包括儀器控制處理軟件和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理軟件兩部分。

儀器控制處理軟件主要包括信號(hào)采集與處理模塊、控制模塊、系統(tǒng)檢測(cè)與預(yù)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊、信息顯示模塊等組成。

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理軟件主要包括觀測(cè)數(shù)據(jù)采集模塊、存貯模塊、預(yù)處理模塊、質(zhì)量控制模塊、圖形顯示模塊等。

3 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控

大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控可分為臺(tái)站級(jí)和省級(jí)兩個(gè)部分。

臺(tái)站級(jí)設(shè)備保障人員利用大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀隨儀器配備的儀器控制處理軟件和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理軟件進(jìn)行設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，主要包括狀態(tài)監(jiān)控和報(bào)警功能，包括蓄電池電壓異?；蚬收蠒r(shí)的標(biāo)識(shí)或報(bào)警；通信中斷后，計(jì)算機(jī)應(yīng)有標(biāo)識(shí)或報(bào)警；數(shù)據(jù)測(cè)量值出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)有標(biāo)識(shí)或報(bào)警；設(shè)備供電異常時(shí)計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)有標(biāo)識(shí)或報(bào)警等。

省級(jí)運(yùn)行監(jiān)控部門需要建立一個(gè)針對(duì)省內(nèi)所有大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀的運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)，完成對(duì)省內(nèi)大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控工作，同時(shí)完成對(duì)每個(gè)負(fù)氧離子自動(dòng)觀測(cè)儀的運(yùn)行評(píng)估。同時(shí)督促指導(dǎo)臺(tái)站級(jí)設(shè)備保障人員進(jìn)行儀器設(shè)備的維護(hù)維修與檢定工作，提高探測(cè)設(shè)備的運(yùn)行率，保障觀測(cè)數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確、連續(xù)和穩(wěn)定。

4 備品備件和觀測(cè)儀購置

大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀的備品備件的采購可采取主要部件1：1的原則，例如離子傳感器和采集器。其它外圍設(shè)備如電源外殼等部件備件采購可酌情考慮。

大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀的購置可以參照一用一備的原則，一套在用，一套備份。建議采購兩套大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀。

省級(jí)保障部門（技術(shù)科）可對(duì)觀測(cè)儀傳感器、采集器及供電系統(tǒng)等相關(guān)備件適量增加購置，這樣就可對(duì)黑龍江省各地區(qū)自動(dòng)觀測(cè)儀的突發(fā)狀況提供快速響應(yīng)，并能大大提高故障解決時(shí)效。

5 日常管理和維護(hù)

大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀的管理和維護(hù)可以采取日巡查，月巡查，年巡檢的方式。

5.1 日巡查

日巡查需要臺(tái)站級(jí)保障人員每日對(duì)探測(cè)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的巡查（電器安全，機(jī)械安全，防雷安全，安全標(biāo)識(shí)等）。應(yīng)著重對(duì)設(shè)備額定工作條件進(jìn)行巡查，主要包括工作環(huán)境和電氣系統(tǒng)環(huán)境。

工作環(huán)境包括：工作溫度，0—40℃；相對(duì)濕度，≤80%。

電氣系統(tǒng)環(huán)境包括：主電源，DC 12 V±2.5 V（12V2Ah免維護(hù)蓄電池，或太陽能電池供電系統(tǒng)）；極化電源，DC 90 V±9 V（層迭電池組）；外接電源，AC 220 V±22 V；線纜有無破損。

修水縣雖然具有先天的資源優(yōu)勢(shì)，但是全域旅游發(fā)展與國內(nèi)其他區(qū)域相比仍存在一定的差距，修水縣發(fā)展全域旅游必須要遵循可持續(xù)發(fā)展的原則，要重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展，嚴(yán)格控制旅游開發(fā)程度，不能為了謀取利益而無視修水縣的生態(tài)保護(hù)。同時(shí)修水縣必須充分重視現(xiàn)階段發(fā)展中存在著的問題，通過全域旅游的理論指導(dǎo)進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，開創(chuàng)修水全域旅游的新局面。

同時(shí)需檢查工作環(huán)境中不應(yīng)有大的電磁場(chǎng)、放射性等干擾因素。

5.2 月維護(hù)

月維護(hù)除了要完成日巡查的內(nèi)容外，還要利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理軟件對(duì)設(shè)備的硬件運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)。

5.3 年度巡檢

年巡檢由省級(jí)保障部門組織相關(guān)保障人員及專家對(duì)探測(cè)設(shè)備進(jìn)行每年一度的年度檢查，檢查內(nèi)容涵蓋觀測(cè)設(shè)備的軟硬件運(yùn)行情況，著重檢查供電系統(tǒng)與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)兩個(gè)方面，排查故障隱患，爭(zhēng)取提早發(fā)現(xiàn)問題，提高設(shè)備的運(yùn)行率。

6 故障維修

設(shè)備故障維修工作由省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心技術(shù)科和臺(tái)站級(jí)保障人員共同協(xié)作完成。

探測(cè)設(shè)備發(fā)生故障后，省級(jí)保障部門（技術(shù)科）第一時(shí)間督促指導(dǎo)臺(tái)站進(jìn)行故障排查維修工作。對(duì)于臺(tái)站保障人員無法解決的故障，省級(jí)保障人員要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修。盡量做到在第一時(shí)間解決問題，以提高探測(cè)設(shè)備的技術(shù)保障水平，縮短設(shè)備的故障維修時(shí)間，提高探測(cè)設(shè)備的運(yùn)行效益。

7 強(qiáng)制檢定

為了保證觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和設(shè)備能夠開展野外觀測(cè)，大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀必須實(shí)行離子傳感器強(qiáng)制檢定。檢定周期為兩年。檢定工作由省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心檢定科完成，檢定過程可采用現(xiàn)場(chǎng)巡檢與實(shí)驗(yàn)室檢定相結(jié)合的方式進(jìn)行。

大氣負(fù)離子自動(dòng)觀測(cè)儀采用的是國際通用的“吸入式電容收集法”進(jìn)行檢定。檢定依據(jù)為國家標(biāo)準(zhǔn)“空氣離子測(cè)量?jī)x通用規(guī)范（GB/T 18809-2002）”。檢定項(xiàng)目主要包括：（1）取樣空氣流量；（2）離子濃度示值；（3）離子遷移率；（4）實(shí)測(cè)比對(duì)各項(xiàng)目進(jìn)行。各檢定項(xiàng)目的原理及方法如下。

7.1 取樣空氣流量其中，Q—取樣空氣流量，cm3/s；

A—收集器有效橫截面積，即極化板與收集板所包圍的空間的橫斷面，cm2；

v—抽氣速率，cm/s。

通過采用游標(biāo)卡尺測(cè)量收集器有效橫截面積A，采用熱球式風(fēng)速計(jì)測(cè)量有效面積內(nèi)各選取點(diǎn)（測(cè)試點(diǎn)的選取可參照GB/T 18809-2002中關(guān)于空氣流速取樣點(diǎn)的要求進(jìn)行選?。┑娘L(fēng)速值然后取其平均值，進(jìn)而得出抽氣速率v，進(jìn)而可計(jì)算出空氣流量Q的值。

7.2 離子濃度示值

1002－252X(2016)04－0033－02

2016－9－1

侯飆（1982-），男，黑龍江省哈爾濱市人，哈爾濱工程大學(xué)，本科生，工程師.