大氣負氧離子自動觀測儀的保障和維護

侯飆,韓書新

(黑龍江省大氣探測技術(shù)保障中心,黑龍江哈爾濱150030)

大氣負氧離子自動觀測儀的保障和維護

侯飆,韓書新

(黑龍江省大氣探測技術(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到世衛(wèi)組織（WHO）推薦的空氣質(zhì)量標準。世界上污染最嚴重的10個城市中有7個在中國。空氣污染已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟與社會發(fā)展的重要問題。因此監(jiān)測空氣質(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，所以把空氣負離子統(tǒng)稱為“負氧離子”。由于負氧離子對人的機體生理活動有著積極作用，所以它是空氣新鮮度和評判當?shù)厝司迎h(huán)境的正向指標，近些年各地政府和公眾對負氧離子的關(guān)注度越來越高。通過負氧離子監(jiān)測能很好的反映空氣、人居環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)建設(shè),為社會提供生態(tài)產(chǎn)品的價值。

大氣負離子自動觀測系統(tǒng)能夠采集空氣中特定負氧離子并計算其濃度值，能長期、自動、連續(xù)、全天候監(jiān)測大氣負離子濃度變化，適應(yīng)環(huán)境氣象觀測的業(yè)務(wù)需求，滿足觀測數(shù)據(jù)的高精度和高穩(wěn)定性要求。它需具備高可靠性、高準確性、易維護、易備份等特點。

2 負氧離子觀測設(shè)備簡介

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

大氣負離子自動觀測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算機數(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，再讓被測空氣按設(shè)定速度勻速通過傳感器。空氣中特定的小粒徑負離子在電場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，被采集板所捕獲。采集到的負離子電荷量經(jīng)過采集器的處理，即可計算出負離子的電荷濃度值。離子傳感器主要由采集板、極化板、微電流計等組成。

2.1.2 采集器

采集器是大氣負離子自動觀測儀的核心，由硬件和嵌入式軟件組成。硬件包含電信號放大器（電荷放大器）、高性能微處理器、A/D電路、顯示單元、實時時鐘電路、大容量的程序和內(nèi)存儲器、傳感器接口、數(shù)據(jù)接口、監(jiān)測電路、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、計算機等。

2.2 軟件組成

軟件包括儀器控制處理軟件和計算機數(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采集與處理模塊、控制模塊、系統(tǒng)檢測與預(yù)警模塊、數(shù)據(jù)存儲與傳輸模塊、信息顯示模塊等組成。

計算機數(shù)據(jù)采集處理軟件主要包括觀測數(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)備運行監(jiān)控

大氣負離子自動觀測儀的設(shè)備運行監(jiān)控可分為臺站級和省級兩個部分。

臺站級設(shè)備保障人員利用大氣負離子自動觀測儀隨儀器配備的儀器控制處理軟件和計算機數(shù)據(jù)采集處理軟件進行設(shè)備的運行監(jiān)控，主要包括狀態(tài)監(jiān)控和報警功能，包括蓄電池電壓異常或故障時的標識或報警；通信中斷后，計算機應(yīng)有標識或報警；數(shù)據(jù)測量值出現(xiàn)異常時應(yīng)有標識或報警；設(shè)備供電異常時計算機軟件應(yīng)有標識或報警等。

省級運行監(jiān)控部門需要建立一個針對省內(nèi)所有大氣負離子自動觀測儀的運行監(jiān)控平臺，完成對省內(nèi)大氣負離子自動觀測儀實時運行監(jiān)控工作，同時完成對每個負氧離子自動觀測儀的運行評估。同時督促指導(dǎo)臺站級設(shè)備保障人員進行儀器設(shè)備的維護維修與檢定工作，提高探測設(shè)備的運行率，保障觀測數(shù)據(jù)資料的準確、連續(xù)和穩(wěn)定。

4 備品備件和觀測儀購置

大氣負離子自動觀測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。

大氣負離子自動觀測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離子自動觀測儀。

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

5 日常管理和維護

大氣負離子自動觀測儀的管理和維護可以采取日巡查，月巡查，年巡檢的方式。

5.1 日巡查

日巡查需要臺站級保障人員每日對探測設(shè)備進行相關(guān)的巡查（電器安全，機械安全，防雷安全，安全標識等）。應(yīng)著重對設(shè)備額定工作條件進行巡查，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，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)境的保護與可持續(xù)發(fā)展，嚴格控制旅游開發(fā)程度，不能為了謀取利益而無視修水縣的生態(tài)保護。同時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)進行創(chuàng)新發(fā)展，開創(chuàng)修水全域旅游的新局面。

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

5.2 月維護

月維護除了要完成日巡查的內(nèi)容外，還要利用計算機數(shù)據(jù)采集處理軟件對設(shè)備的硬件運行情況進行檢測。

5.3 年度巡檢

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

6 故障維修

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

探測設(shè)備發(fā)生故障后，省級保障部門（技術(shù)科）第一時間督促指導(dǎo)臺站進行故障排查維修工作。對于臺站保障人員無法解決的故障，省級保障人員要深入現(xiàn)場進行維修。盡量做到在第一時間解決問題，以提高探測設(shè)備的技術(shù)保障水平，縮短設(shè)備的故障維修時間，提高探測設(shè)備的運行效益。

7 強制檢定

為了保證觀測數(shù)據(jù)準確和設(shè)備能夠開展野外觀測，大氣負離子自動觀測儀必須實行離子傳感器強制檢定。檢定周期為兩年。檢定工作由省大氣探測技術(shù)保障中心檢定科完成，檢定過程可采用現(xiàn)場巡檢與實驗室檢定相結(jié)合的方式進行。

大氣負離子自動觀測儀采用的是國際通用的“吸入式電容收集法”進行檢定。檢定依據(jù)為國家標準“空氣離子測量儀通用規(guī)范（GB/T 18809-2002）”。檢定項目主要包括：（1）取樣空氣流量；（2）離子濃度示值；（3）離子遷移率；（4）實測比對各項目進行。各檢定項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。

通過采用游標卡尺測量收集器有效橫截面積A，采用熱球式風(fēng)速計測量有效面積內(nèi)各選取點（測試點的選取可參照GB/T 18809-2002中關(guān)于空氣流速取樣點的要求進行選取）的風(fēng)速值然后取其平均值，進而得出抽氣速率v，進而可計算出空氣流量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.