傳感技術在環境空氣監測中的方法適用性管窺

包天 秦紹科

摘要：本文通過使用三臺不同類型的傳感器空氣監測設備，對城市內部空氣環境的污染物進行了測定，主要包含了二氧化氮、二氧化硫、臭氧以及一氧化碳污染氣體含量監測，通過一個月的監測周期，有效分析了傳感器技術在環境空氣測量當中的有效操作方式，并且對該技術在環境空氣監測當中的適用性進行了深度研究，為我國環境空氣監測工作提供了較高的技術保障，有效提高了我國環境空氣監測工作開展的整體質量。

關鍵詞：傳感技術;空氣監測;適用性

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）09-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.054

The applicability of sensing technology in environmental air monitoring

Bao Tian， Qin Shaoke

（Hangzhou Yimeiyuan Testing Technology Co.， Ltd.， Hangzhou Zhejiang 310000，China）

Abstract： This paper measures the pollutants in the urban air environment by using three different types of sensor air monitoring equipment， including nitrogen dioxide， sulfur dioxide， ozone and carbon monoxide pollution gas content monitoring， through a one-month monitoring cycle. It effectively analyzes the effective operation mode of sensor technology in ambient air measurement， and conducts in-depth research on the applicability of the technology in environmental air monitoring， which provides a high technical guarantee for Chinas environmental air monitoring work and effectively improves it. The overall quality of environmental air monitoring in China.

Key words： Sensing technology; Air monitoring; Applicability

當前我國很多城市當中空氣質量低下，環境空氣當中存在大量的空氣污染物，主要包含了二氧化硫、臭氧、一氧化氮以及其他顆粒物質等，對環境空氣的質量形成了嚴重的影響。在對環境空氣進行監測工作當中，通過傳統的測量方式盡管準確度良好，但是在實際的操作過程當中監測儀器的體積較大，同時儀器設置的點位有著明顯的局限性，不能實現更加靈活的空氣質量監測，很難滿足空氣環境的精細化工作需求。在最近幾年的發展過程當中，傳感器技術的快速發展，為環境空氣質量監測工作建立了全新發展方向，傳感器技術在空氣監測工作當中的有效應用，具有操作更加快速、體積更小、便于攜帶，實現了持續動態監測以及整體的經濟投入較低等方面優勢，在大氣網格監測工作和環境空氣的質量監測領域當中得到了廣泛的運用。

1 傳感技術在環境空氣監測發展現狀

當前我國在傳感器技術的發展程度上相比與其他發達國家來講，在整體的精度方面相對較低，工作過程當中的一致性和穩定性不足，同時我國國內很少有在環境監測工作當中對傳感器技術加以充分運用的實例和新聞報道，國內外針對傳感器在環境監測性能以及影響因素方面的內容研究也比較淺顯。傳感器技術在環境空氣當中的監測工作，可以實現對空氣當中的污染氣體以及顆粒物質等實施在線監測，本文通過研究環境空氣監測工作當中對傳感器技術的適用性，針對三組不同型號的傳感器工作監測，實現以一個月為周期的環境空氣質量的監測工作，并且對監測完成之后的各項數據進行有效對比，對傳感器技術在環境監測工作當中的適應性進行了證明。

2 傳感技術在環境空氣監測實驗分析

選擇市面上某品牌的三種不同類型的傳感器，對空氣當中的顆粒物質以及氣態污染物進行了一個月的監測，分別將三臺設備記錄監測設定為A、B、C三種。其中對空氣當中的固體顆粒物檢測傳感器，為我國國產生產品牌的光散射技術傳感器，氣體污染物傳感器都采用的是進口傳感器監測產品。通過電化學的方法來進行檢測，在進行正式監測工作之前，通過氣體內部的標準物質和氣體混合一致性實驗進行測試，對傳感器組件的優化和選擇，在實際的監測工作當中，通過組網測試的方式有效驗證了實驗監測數據的有效性。

用作傳感器監測數據對比的監控設備選擇的是Thermofisher品牌，監測工作原理為電化學發光法，檢測二氧化碳運用脈沖紫外熒光檢測法。通過氣體濾波和紅外吸收的操作方式，實現了對一氧化氮和一氧化碳等有害物質的吸收和監測，通過紫外分光法對臭氧含量進行監測。

針對某城市的空氣環境進行了維持一天的連續監測，使用三臺不同的傳感器進行同步操作，保持傳感器進氣口部分在同一個高度范圍內，和地面之間的距離保持2m。傳感器在監測工作當中，對時間周期的設定為一分鐘一次的監測頻率，傳感器的監測數據采樣區間保持一小時為周期。空氣監測點位于某城市的住宅區域和辦公區域，周圍環境沒有明顯的特殊污染問題，屬于比較典型的環境監測區域。環境空氣的監測工作當中，需要保持環境濕度在27%～98%之間，平均值為66%，監測過程當中平均日氣溫為10～12℃。

正式開始監測6h之后，對其中所有的氣態污染物以及傳感器所收集到的數據進行了分析，通過傳感器數據的波動狀況，對其中存在不合理或者是異常高出的氣體收集參數設定為無效數據，將特殊數據進行舍棄。該研究工作中的主要目的是使用傳感器對空氣監測工作當中的顆粒物質含量進行監測，不考慮季節變化對環境內部空氣的影響。

3 實驗結論分析

通過三臺不同類型的傳感器，對空氣當中所含有的顆粒物質檢測，均保持較高的水準，其中監測的固體顆粒物質的含量普遍偏高。傳感器的顆粒測定值相比于我國部分控制點的監測數據來講相對較低。相比于國內平均控制點8～9μg/mm?，平均值第9～10μg/mm?。通過該項數據可以看出，傳感器所測量的固體顆粒含量，精確度還有待提升，其中傳感器的空氣固體顆粒物的測定值和我國監控點所得到的數據相比更加復雜，在整體的數據分布上比較接近，在測定的百分位數上基本保持相同，千位數之上略低于國家平均控制點絕對誤差小于2μg/mm?。對于監測數據的時間序列進行了有效分析，從中可以看出傳感器的監測數據和我國控制點的固體顆粒監測數據基本上保持一致，其中并沒有存在明顯的不同。

3.1 監測數據和時間

在三臺傳感器的監測數據和污染氣體的質量濃度關系，分別為0.999 和 1.000，和我國標準空氣監測數據相比有著一定的關聯，對于傳感器和國內環境空氣控制點的質量濃度數據進行對比和分析，其中系數濃度分別為0.971和0.902，有效結合了上述監測數據的結果進行對比，從中可以看出傳感器在測定值方面和國家標準監測數值上精確度略高。

3.2 監測數據相關性分析

通過傳感器的測定值和國家控制監測的數據進行對比，監測數據絕對誤差上相對較小，并且測量精度更高。通過科學的計算可以看出傳感器和國家監測控制點的監測數據，空氣的質量濃度平均誤差為-16.0%～-7.3%和-27.8%～-24.5%，其中監測工作效果最明顯的傳感器有73%的PM2和52%的PM2.5時，在監測空氣數據的誤差保持在±30以內。

傳感器和國家內部監測控制點位，在數據之間存在的差異性比較明顯。整體上來講傳感器的測定值和國家控制監測數據之間差異不是非常大，在不同的空氣質量濃度曲線當中，相對誤差的分布規律基本保持相同。隨著PM2質量濃度的不斷上升，在傳感器和國家監控點的監測質量濃度誤差范圍逐漸縮小，以國家控制監測的數據作為基礎，將PM2.5的質量濃度依照每20μg/mm?進行一個層次的劃分，有效的計算出傳感器測定值和國家監測點之間存在的誤差大小。通過數據分析得出傳感器在測定的數值上，相比于國家控制點的監測數據稍微偏低，同時在相對誤差上基本上保持在-50%～0%的范圍之內，整體的數據呈現出先大后小的態勢。同時在監測數據20μg/mm?左右平均誤差最大，同時在41%～81%之間傳感器所監測到的空氣質量數據和國家控制點的空氣監測數據比稍微偏高，相比誤差值保持在20%的范圍內，并且整體的素質呈現出下降的態勢。在80μg/mm?以上的測量樣本上相對較少，同時誤差整體也比較小，尤其是在100μg/mm?附近傳感器的測定和國家監控點的監測數據基本上保持一致。

4 結束語

國控點的監測儀器和傳感器相比，對氧化碳和二氧化碳監測濃度誤差值相對較小，可以充分滿足實際監測工作當中的實際需求，如果二氧化硫的測定值上誤差值相對較大，其中平均的誤差值為56%，最小的誤差值超過12%，氧化碳臭氧以及二氧化碳的測定誤差值基本保持相同，其中90%的一氧化碳在每小時的質量濃度監測場誤差值保持在30%以內，平均監測濃度誤差值為17%，90%的臭氧在每小時的質量濃度相對誤差值在50%之內，平均的誤差值大約為35%。通過對國家控制點和傳感器的環境監測數據進行綜合分析，在監測區域范圍內沒有明顯的污染源排放，可以有效證明實際監測工作當中主要的誤差值源自監測儀器本身。

參考文獻

[1]車祥，盛濤，高松，蔡云飛，高宗江，伏晴艷，段玉森.傳感技術在環境空氣監測中的方法適用性研究[J/OL].環境監測管理與技術，2019（03）：1-4.

[2]賈麗斯，李麗萍，周暉.基于傳感技術的空氣凈化裝置中國專利布局分析[J].數字通信世界，2019（01）：83.

[3]汪超，黃賀勇，孟冬輝，張景川，何海律，靳偉.空芯光子帶隙光纖及其傳感技術[J].光電工程，2018，45（09）：30-44.

收稿日期：2019-04-02

作者簡介：包天（1991-），男，漢族，大專學歷，研究方向為空氣監測。