本发明涉及一种环境空气质量综合评估监测装置，特别涉及馆藏文物空气质量的实时监测。
背景技术：
文物是不可再生、不可循环的，而在复杂、潮湿的气体环境下，馆藏文物极易受到腐蚀和破坏，所以，馆藏文物所处的环境空气质量必须有有效的评估手段。
现有的检测空气质量的设备是根据石英晶体微天平传感器金属镀膜的单位时间腐蚀厚度作为环境空气质量的评估标准。金属腐蚀的厚度虽然与腐蚀速率呈正相关关系，但不能准确表征腐蚀速率。此外，其产品无法对有机污染物进行监测，且该产品功耗高，数据通过有线互联网发送，不适合博物馆等环境的使用。
技术实现要素：
针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种环境空气质量综合评估监测装置，其以石英晶体微天平传感器的金属镀膜在一个测量周期内单位面积因腐蚀产生的质量增加量作为标准，监测环境空气对不同镀膜金属的腐蚀速率的影响，实现对环境空气质量的综合评估。
本发明解决其技术问题所采取的技术手段是：
本发明环境空气质量综合评估监测装置包括电路模块和至少三个石英晶体微天平传感器，各石英晶体微天平传感器由互不相同的金属镀膜修饰；所述电路模块包括起振电路、温补晶振芯片、多路选择器、两个频率计数器、温湿度传感器、微控制器和数据存储芯片；所述起振电路的数量与所述石英晶体微天平传感器的数量相同；各起振电路的输出端与多路选择器的各输入端对应连接，多路选择器的控制端与微控制器连接，多路选择器的输出端与其中一个所述频率计数器的输入端连接，另一个所述频率计数器的输入端与温补晶振芯片的输出端连接，各所述频率计数器的输出端与微控制器连接，温湿度传感器的输出端与微控制器连接，数据存储芯片与微控制器连接；所述微控制器根据以下公式(1)～(3)计算获得所述石英晶体微天平传感器的金属镀膜的腐蚀反应累积当量：
Δf＝f当前-f历史 (3)
公式(1)～(3)中，Δm表示一个测量周期内石英晶体微天平传感器的金属镀膜的腐蚀反应累积当量；Δf表示一个测量周期内，石英晶体微天平传感器的频率变化量；ρq表示石英晶体微天平传感器的晶振片的密度；dq表示石英晶体微天平传感器的晶振片的厚度；f初始表示石英晶体微天平传感器在第一次测量时得到的频率；；f当前为石英晶体微天平传感器的当前频率；f历史表示在所述当前频率f当前的测量时刻往前推一个测量周期的同一时刻，石英晶体微天平传感器的频率；f温补为温补晶振芯片的频率；C传感器为石英晶体微天平传感器的频率计数值，C温补为温补晶振芯片的频率计数值，k1为温度补偿系数，T为空气的温度，k2为湿度补偿系数，H为空气的湿度。
进一步地，本发明的其中三个石英晶体微天平传感器的金属镀膜分别为银、铜、铅。
进一步地，本发明还包括无线传输电路，所述无线传输电路与微控制器连接。
进一步地，本发明还包括电源管理电路，所述电源管理电路与微控制器连接。
进一步地，本发明还包括电源检测电路，所述电源检测电路与微控制器连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明以一个测量周期内，单位面积的石英晶体微天平传感器的金属镀膜因腐蚀产生的质量增加量作为金属腐蚀速率的评估标准，比以金属腐蚀厚度作为金属腐蚀速率的评估标准更加直接、确切。
(2)本发明采用多个镀膜金属互不相同的石英晶体微天平传感器，克服现有产品无法对有机污染物进行评估的缺陷，实现了对含硫污染物、无机污染物和有机污染物等主要污染物的有效检测，根据对含硫污染物、无机污染物和有机污染物的等级来综合评估环境的空气质量。
(3)在本发明监测装置的休眠时期，电源管理电路关闭了大部分电路的供电，极大地降低了功耗，减少博物馆场景开关柜更换电池的次数，有利于长时间地监测。
附图说明
图1为本发明环境空气质量综合评估监测装置的一种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案作具体的说明。
如图1所示，本发明环境空气质量综合评估监测装置主要包括电路模块2和至少三个石英晶体微天平传感器1。其中，各石英晶体微天平传感器1由互不相同的金属镀膜修饰；电路模块2包括起振电路21、温补晶振芯片22、多路选择器23、两个频率计数器24、温湿度传感器26、微控制器25和数据存储芯片27。起振电路21的数量与石英晶体微天平传感器1的数量相同。各起振电路21的输出端与多路选择器23的各输入端对应连接，多路选择器23的控制端与微控制器25连接，多路选择器23的输出端与其中一个频率计数器24的输入端连接，另一个频率计数器24的输入端与温补晶振芯片22的输出端连接，各频率计数器24的输出端与微控制器25连接，温湿度传感器26的输出端与微控制器25连接，数据存储芯片27与微控制器25连接。
其中，微控制器25根据以下公式(1)～(3)计算获得所述石英晶体微天平传感器的金属镀膜的腐蚀反应累积当量：
Δf＝f当前-f历史 (3)
公式(1)～(3)中，Δm表示一个测量周期内石英晶体微天平传感器的金属镀膜的腐蚀反应累积当量，它是指在一个测量周期内，单位面积的石英晶体微天平传感器的金属镀膜因腐蚀产生的质量增加量；Δf表示一个测量周期内，石英晶体微天平传感器的频率变化量；ρq表示石英晶体微天平传感器的晶振片的密度；dq表示石英晶体微天平传感器的晶振片的厚度；f初始表示石英晶体微天平传感器在第一次测量时得到的频率；f历史表示在当前频率f当前的测量时刻往前推一个测量周期的同一时刻，石英晶体微天平传感器的频率；f当前为石英晶体微天平传感器的当前频率；f温补为温补晶振芯片的频率；C传感器为石英晶体微天平传感器的频率计数值，C温补为温补晶振芯片的频率计数值，k1为温度补偿系数，T为空气的温度，k2为湿度补偿系数，H为空气的湿度。
在密封环境下，改变石英晶体微天平传感器所在环境的温度，测量各温度下石英晶体微天平传感器的频率，相应得到以环境的温度为横坐标、以石英晶体微天平传感器的频率为纵坐标的一系列点，这些点的拟合直线的斜率即为温度补偿系数k1。
在密封环境下，改变石英晶体微天平传感器所在环境的湿度，测量各湿度下石英晶体微天平传感器的频率，相应得到以环境的湿度为横坐标、以石英晶体微天平传感器的频率为纵坐标的一系列点，这些点的拟合直线的斜率即为湿度补偿系数k2。
作为本发明的优选实施方式，当其中有三个石英晶体微天平传感器1的金属镀膜分别为银、铜、铅时，以银镀膜的腐蚀反应累积当量来监测环境空气对银的腐蚀速率，而银的腐蚀主要由含硫污染物造成，即以银镀膜的腐蚀反应累积当量评估环境空气中的含硫污染物；以铜镀膜的腐蚀反应累积当量来监测环境空气对铜的腐蚀速率，而铜的腐蚀主要由无机污染物造成，即以铜镀膜的腐蚀反应累积当量评估环境空气中的无机污染物；以铅镀膜的腐蚀反应累积当量来监测环境空气对铅的腐蚀速率，而铅的腐蚀主要由有机污染物造成，即以铅镀膜的腐蚀反应累积当量评估环境空气中的有机污染物。
为了连接上位机，进行数据的存储、管理和显示等操作，本发明还可进一步包括无线传输电路29，将无线传输电路29分别与微控制器25、上位机连接，从而使微控制器25通过无线传输电路29与上位机连接。数据存储芯片27存储来自微控制器25的数据包，并将存储的数据包发送到无线传输电路29，再由无线传输电路29将数据包发送到上位机，以供显示器界面进行后续的显示操作。
本发明还可进一步包括电源管理电路210，将电源管理电路210与微控制器25连接。电源管理电路210为各模块提供电源，受微控制器25控制，进行低功耗管理，从而利用电源管理电路210降低本发明监测装置的功耗，以便长时间地监测环境空气质量。
进一步地，本发明还可进一步包括电源检测电路28，电源检测电路28与微控制器25连接，由此可以监控电源管理电路210的电源电压，提醒更换电池的时间。
以下以一个具体的实施例来说明本发明环境空气质量综合评估监测装置的工作过程。在该实施例中，石英晶体微天平传感器1为三个，石英晶体微天平传感器1的金属镀膜分别为银、铜、铅。具体说明如下：
在本实施例中，电路模块2中的三个起振电路21分别使三个石英晶体微天平传感器1产生振荡，发送三路振荡频率数字信号到多路选择器23，微控制器25控制多路选择器23，选择镀银的石英晶体微天平传感器的信号，输出到其中一个频率计数器24，该频率计数器24得出该路振荡频率数字信号的计数值C镀银传感器；温补晶振芯片22发送稳定的10MHZ的频率数字信号到另一频率计数器24，该频率计数器24得出温补晶振芯片22的振荡频率数字信号的计数值C稳补，温湿度传感器26得到空气的湿度H、温度T，并将C镀银传感器、C稳补、H、T发送到微控制器25，微控制器25根据公式(2)相应地得到如下公式(4)，从而计算得出镀银的石英晶体微天平传感器的当前频率：
其中，f当前为镀银的石英晶体微天平传感器的当前频率；f温补为温补晶振芯片的频率，本实施例中，f温补为10MHz；C镀银传感器为镀银的石英晶体微天平传感器的频率计数值，C稳补为温补晶振芯片的频率计数值，k1为温度补偿系数；T为空气的温度；k2为湿度补偿系数；H为空气的湿度。
得到镀银的石英晶体微天平传感器的当前频率f当前后，微控制器25通过数据存储芯片27提取前一个测量周期的镀银的石英晶体微天平传感器1的历史频率f历史。在本发明中，可以以30天为一个测量周期，每隔0.5小时测量一次镀银的石英晶体微天平传感器1的频率，当前频率f当前的测量时刻往前推30天的同一时刻的频率测量值作为历史频率f历史。例如，当前频率f当前的测量时刻为5月31日8:00，则频率f历史的测量时刻为5月1日8:00。需要说明的是，一个测量周期并不限于30天，本领域技术人员可根据自身需要确定一个测量周期的长短，例如，也可以以15天、40天、60天等为一个测量周期。
根据石英晶体微天平传感器的频率f历史和当前频率f当前，进而利用公式(2)得到一个测量周期内镀银的石英晶体微天平传感器1的频率变化量Δf，然后将Δf代入到公式(1)中，即得到镀银的石英晶体微天平传感器1的银镀膜的腐蚀反应累积当量Δm。
接着，微控制器25控制多路选择器23选择镀铜的石英晶体微天平传感器1作为输出信号，同理，根据公式(1)～(3)得到镀铜的石英晶体微天平传感器1的铜镀膜的腐蚀反应累积当量Δm。
进而，微控制器25控制多路选择器23选择镀铅的石英晶体微天平传感器作为输出信号，同理，与上同理根据公式(1)～(3)得到镀铅的石英晶体微天平传感器1的铅镀膜的腐蚀反应累积当量Δm。
得到镀银、镀铜、镀铅的石英晶体微天平传感器1的金属镀膜的腐蚀反应累积当量(mg/m2)后，对照表1，根据各石英晶体微天平传感器1的金属镀膜的腐蚀反应累积当量对应的空气质量等级来综合评估环境的整体空气质量。
表1
微控制器25将得到的石英晶体微天平传感器1的当前频率、腐蚀反应累积当量、空气质量等级等数据打包成数据包，存入数据存储芯片27。当本发明再次计算石英晶体微天平传感器1的金属镀膜的腐蚀反应累积当量、空气质量等级等数据时，此数据包将作为历史数据供微控制器25使用。
同时，微控制器25将此数据包通过无线传输电路发送到电脑终端，通过显示器界面显示镀银、镀铜、镀铅的石英晶体微天平传感器的金属镀膜的腐蚀反应累积当量曲线和空气质量等级数据。