专利名称：机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置和监管系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于资源与环境技术领域，更具体地，属于大气污染控制技术领域，并涉及一种机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置和监管系统。
背景技术：
随着社会发展进程的加快，城市大气环境质量日益引起人们的重视。导致城市大气环境质量下降的因素较多，其中一个重要因素即为机动车船所排出的燃油废气和废气中的微细颗粒。机动车船燃油废气和微细颗粒对人体身体健康和环境质量均有影响，例如微细颗粒PM2. 5可进入人体呼吸系统并导致肺癌等呼吸系统疾病，也可导致灰霾天气等环境问题。目前已在一些城市采用机动车辆单双号限行、号召机动车辆使用小排量、报废落后性能车船、鼓励市民举报超标排放等措施来控制废气排放，同时也应用大气环境监测对燃油废气总排放量、废气组成以及废气中微细颗粒量等进行实时测量。但是以上方法均难以有效管控机动车船的燃油废气和微细颗粒的超标排放；难以实现对单个机动车船的燃油废气和微细颗粒排放量的有效控制；更难以实现区域机动车船数量增长时使燃油废气和微细颗粒的排放总量下降。而且现有技术中也并未揭示如何及时和准确获取与废气和微细颗粒相关的信息。
实用新型内容本实用新型希望解决的技术问题在于，针对现有技术中尚未提供如何及时和准确获取废气和微细颗粒信息、以及尚不能对机动车船的燃油废气和微细颗粒排放进行有效监管的缺陷，提供一种可有效监测并进一步有效管控机动车船的燃油废气和微细颗粒排放的监测装置和监管系统。本实用新型通过以下技术方案解决其希望解决的技术问题提供机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置，设置在所述机动车船的燃油动力系统上，其包括用于采集废气和微细颗粒测试样的在线取样器，用于处理接收到的所述废气和微细颗粒测试样以得到废气和微细颗粒信息的在线监测器，用于识别所述机动车船的ID地址序号、控制所述在线取样器和所述在线监测器的开启和关闭以及控制所述监测装置数据传输的监控机，以及用于转发所述废气和微细颗粒信息以及ID地址序号的北斗导航收发器。在上述机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置中，所述在线取样器设置在所述机动车船的燃油废气和微细颗粒的排放管的出口端。在上述机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置中，所述监控机与所述燃油动力系统间还设有用于确保所述监控机在所述燃油动力系统启动时已上电并处于工作状态的电气联锁器件。在上述机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置中，所述监测装置还包括与所述监控机连接的、用于采集所述机动车船的燃油动力系统的温度的温度传感器，所述监控机根据所述温度传感器采集的温度确定是否启动所述在线取样器和在线监测器。[0008]在上述机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置中，所述监控机包括含有存储器的控制模块和用于数据传输的监测数据收发器。在上述机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置中，所述监测装置还包括为所述监测装置供电的再充式电源模块。在上述机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置中，所述在线取样器为周期性采集废气和微细颗粒测试样的微型定量取样泵。根据本实用新型的另一方面，提供机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统，其包括依次通信连接的上述监测装置、用于初步判断所述机动车船的废气和微细颗粒排放是否超标的区域性在线识别机构和用于判断所述机动车船的废气和微细颗粒排放的总量是否超标并对所述机动车船的使用进行管控的上位机管理平台。在上述机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统中，所述区域性在线识别机 构和所述监测装置通过北斗卫星导航系统通信连接，所述区域性在线识别机构和所述上位机管理平台通过互联网连接。实施本实用新型的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置可以获得以下有益效果通过周期性定量取样机动车船排出的废气和微细颗粒测试样可及时和准确地监测到表征该机动车船排放状况的废气和微细颗粒信息，该监测过程响应迅速、精确度高、可靠性强，且可为控制机动车船的废气和微细颗粒排放提供可靠依据。实施本实用新型的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统可以获得以下有益效果本实用新型中，通过依次通信连接的监测装置、区域性在线识别机构和上位机管理平台可使所监管的机动车船、区域性在线识别机构和上位机管理平台形成相互关联的一体式结构；这一结构设计可确保有效、迅速的管控机动车船的废气和微细颗粒排放，包括实现对单个机动车船的燃油废气和微细颗粒排放量的有效控制，实现区域内机动车船数量增长时使燃油废气和微细颗粒的排放总量下降，从而将城市区域内机动车船对大气质量的综合影响控制在所需范围内。本实用新型的监管系统成本可控、便于大范围推广施行。
以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。附图中图I是根据本实用新型的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置的示意图；以及图2是根据本实用新型的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统的示意图。
具体实施方式
如图I所示，图I为本实用新型的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置11 (以下简称监测装置)。监测装置11通常设置在所监管的机动车船的燃油动力系统上，其主要用于实时监测并发出可用于判断机动车船排放是否超标的废气和微细颗粒信息。另夕卜，本领域技术人员可理解的是，通常为不同机动车船的燃油动力系统赋予不同的ID地址序号，其代表不同机动车船的动力水平并起到特殊标识作用。监测装置11可识别上述ID地址序号，并在发出监测到的废气和微细颗粒信息的同时发出所监管的机动车船的ID地址序号，二者相互关联。本实用新型的监测装置11包括在线取样器111、在线监测器112、监控机113和北斗导航收发器114。在线取样器111将采集到的废气和微细颗粒测试样送往在线监测器112，由后者完成测试废气量、微细颗粒浓度等测试，进而获得废气和微细颗粒信息。然后，监控机113在接收到上述信息后进一步通过北斗导航收发器114完成上述信息的传送，完成机动车船废气和微细颗粒排放的监测，并为判断排放是否超标提供可靠依据。在线取样器111设置在机动车船燃油废气和微细颗粒的排放管的出口端，用于采集废气和微细颗粒测试样。优选地，本实用新型采用周期性采样的微型定量取样泵来完成取样过程。当然，本实用新型并不受限于此，其也可采用其他类型的取样机构。在线取样器111的取样周期可依据机动车船的类型、行驶区域、使用年限等得以确定，并在重复监测过程中可发生多次适应性调整。例如，取样周期可为50ms或更长。在每个取样周期内，在线取样器111均将采集到的废气和微细颗粒测试样发往在线监测器112。在线监测器112是在线监测废气和微细颗粒的仪器。其主要用于接收并处理废气和微细颗粒测试样，从而获得后续可用于判断所监管的机动车船排放是否超标的废气和微细颗粒信息。例如，上述处理过程可包含测量单个取样周期内排出的废气总量、单位体积内的微细颗粒毫克数(即微细颗粒浓度)、微细颗粒中某一特殊颗粒的百分含量、废气的主要·成分等。所得到的废气和微细颗粒信息例如但不限于单位时间的废气排放量、单位体积的微细颗粒毫克数、某一特殊颗粒的浓度和机动车船的单元排放时间。应该理解的是，此处所述的机动车船的单元排放时间即指在线取样器111每次取样的持续时间，也即为单个取样周期的长度。因此，单位时间的废气排放量也可表述为单个取样周期内的废气排放量。然后，监测结果传输至监控机113。监测装置11的监控机113包括含存储器的控制模块1131和用于数据传输的监测数据收发器1132，其用于实时控制在线取样器111和在线监测器112的启动和关闭、处理废气和微细颗粒信息、识别机动车船的ID地址序号以及同时发送废气和微细颗粒信息。控制模块1131具有微处理器的功能，其可控制监测装置11内各组件的运行状况以及各组件间的通信，包括但不限于控制在线取样器111和在线监测器112的开关、废气和微细颗粒信息的传送等。就控制在线取样器111和在线监测器112的开关而言，通过设置与监控机113配合的温度传感器115实施开启控制。温度传感器115设置于燃油动力系统的排气管处，其可连续检测并向监控机113的监测数据收发器1132发出排气管的实时温度。随后由监控机113的控制模块1131确定所测得的实际温度是否大于其存储器内预设的排气管的温度阈值，若超出上述温度阈值则表明所监管的机动车船已开始排气(或甚至稳定排气)，控制模块1131此时启动在线取样器111和在线监测器112，开始对机动车船进行废气和微细颗粒采样与处理。可以理解的是，温度传感器115可以是独立于在线取样器111的单独结构，其也可以集成在在线取样器111中。监控机113停止运行后，在线取样器111和在线监测器112也一并停止运行。另外，监控机113可识别特异性代表机动车船的燃油动力系统的ID地址序号，并将ID地址序号暂存于控制模块1131的存储器内；在完成对单个取样周期内废气和微细颗粒测试样的处理后，控制模块1131使该机动车船的ID地址序号和监测数据收发器1132接收的废气和微细颗粒信息相关联，并将两者一同发送至北斗导航收发器114的短报文接口，紧接着发往北斗卫星导航系统或可合理使用上述信息的装置。基于此点，监控机113的控制模块1131兼具收发器和微处理器的功能。本实用新型中，为确保对机动车船运行的准确监控，需要使监控机113在机动车船的燃油动力系统启动时或启动前就已经上电并处于工作状态。如图I所示，本实用新型的监测装置11包括设置在燃油动力系统和监控机113之间的电气联锁器件116，其使得燃油动力系统和监控机113的线路同步锁定，从而确保燃油动力系统启动时监控机113已经上电并处于工作状态。本实用新型的监测装置11通常由所监测的机动车船对其供电，此时监测装置11的再充式电源模块为电压转换器，其将机动车船提供的电压转换为适合驱动监测装置的电压电平。优选实施例下，再充式电源模块在机动车船启动后可对其自身充电，并在机动车船停止运行后依靠其内储存的电量使监控机113保持在低功耗的待机模式。这样，当下一次机动车船启动后，监控机113可在电气联锁器件116的作用下迅速启动。这里需要说明的是，虽然以上结合各个独立机构描述监测装置，但本实用新型也 可采用集成设备/装置实现监测装置。例如，在线取样器和在线监测器可为兼具取样和测试样处理的一体化机构，北斗导航收发器可集成在监控机中，温度传感器可与在线取样器集成在一起等等。以上对监测装置的具体示例仅用于解释目的，而不对监测装置的具体体系结构作任何限制。上述机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置运行如下(I)由电气联锁器件确定所监管的机动车船的燃油动力系统是否上电，若是，则开启监控机，并启动温度传感器采集燃油动力系统的废气和微细颗粒排放管的温度(2)判断排放管的温度是否超出监控机内预设的温度临界值，若是，则启动在线取样器和在线监测器；(3)监测装置的在线取样器采集废气和微细颗粒测试样，并将采集的废气和微细颗粒测试样发往在线监测器；(4)在线监测器对废气和微细颗粒测试样进行处理，得到包含单位时间的废气排放量、单位体积的微细颗粒毫克数和机动车船的单元排放时间等的废气和微细颗粒信息，并将该信息发往监控机；(5)监控机识别所监管车船的ID地址序号，同时使接收的废气和微细颗粒测试样与ID地址序号相关联，并将两者一同发往北斗导航收发器；(6)北斗导航收发器将上述废气和微细颗粒信息及ID地址序号转发至北斗卫星导航系统或其他装置。本实用新型涉及一种机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统。该系统通过上述设置在所监管的机动车船上的监测装置实时监测废气和微细颗粒排放、通过区域性在线识别机构确定单次监测和机动车船单次运行过程中是否存在排放超标、以及通过上位机管理平台确定特定监管时间长度内机动车船的总排放量是否超标，并在排放超标的情况下对该类机动车船进行限制使用等管控，从而对机动车船的废气和微细颗粒排放总量进行有效监管和控制。参考图2，本实用新型的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统100 (以下简称监管系统)包括依次通信连接的监测装置11、区域性在线识别机构12和上位机管理平台13。这里所用的监测装置具有上述监测装置的结构和功能，在此不重复说明。监测装置11与区域性在线识别机构12通过北斗卫星导航系统连接，区域性在线识别机构12和上位机管理平台13通过互联网、或也可通过北斗卫星导航系统连接。区域性在线识别机构12主要用于判断废气和微细颗粒信息是否超出其内存储的多个第一级排放阈值，从而判断在一定的监测时间长度内机动车船排放是否超标。具体地，区域性在线识别机构12首先对接收的废气和微细颗粒信息进行分类识别，根据ID地址序号分别对应存储属于某一机动车船的所有废气和微细颗粒信息；然后判断在特定监测时间长度内与某一 ID地址序号对应的废气和微细颗粒信息是否超出与该ID地址序号对应的第一级排放阈值；最后将判断和比较过程中生成的第一状态信息发往上位机管理平台13。此处，监测时间长度包括单个取样周期和单次运行时间长度，第一状态信息因此相应地包括单测次第一状态信息和单车次第一状态信息。区域性在线识别机构12可包括存储器和收发器等数据传输器件，还可包括比较器、减法器、累加器等数据处理器件，从而使该机构可执行上述数据收发、数据处理、数据存 储等功能。第一级排放阈值与ID地址序号(即与特定的机动车船类型)相对应，同时其也与具体的监测时间长度有关。例如，对同一机动车船而言，50ms取样周期下的第一级排放阈值必然大于30ms取样周期下的第一级排放阈值，50ms取样周期下的第一级排放阈值必然大于Ih单次运行时间长度内的第一级排放阈值。这里所用的表达“区域性”意思是北斗卫星导航系统可实时确定机动车船目前所在的地理位置(包含经度和纬度信息)，根据得到的实时地理位置信息确定选择哪一个区域性在线识别机构对该机动车船进行监管，随后区域性在线识别机构12通过ID地址序号和与其相关联的实时地理位置信息判定某一机动车船是否属于其监管对象，并通过ID地址序号实现机动车船的跟踪监管。只要该机动车船在区域性在线识别机构管辖的区域内运行，其均可对该机动车船实施监管。这种“区域性”划定其优点在于结合实时地理位置信息管控机动车船可使本实用新型适应性增强、监控更为全面，并可对在不同地区(例如省份)登记的所有机动车船进行全面公平的管控。上位机管理平台13为本实用新型的监管系统对机动车船实施控制的部分，其用于确定所监管的机动车船在月度、季度或年度等较长监控时间长度内是否存在排放超标的现象，并基于具体排放状况对所监管的机动车船实施管理和控制。具体地，上位机管理平台13首先根据ID地址序号分别对应存储接收到的属于某一机动车船的所有第一状态信息；然后判断在特定监管时间长度内与某一 ID地址序号对应的累加的第一状态信息是否超出与该ID地址序号对应的第二级排放阈值；最后存储比较结果并基于此实施具体监管。如图2所示，本实用新型对所监管机动车船的管控主要通过与机动车船责任人的交互完成，具体方式包含但不限于向机动车船责任人发出提醒信息，限制该机动车船的继续使用；向机动车船责任人发出罚款信息，依据超标程度处以罚款等。上位机管理平台13可与多个区域性在线识别机构通信连接，并依据各机动车船的ID地址序号分别对应存储属于该机动车船的所有信息。与第一级排放阈值相似，第二级排放阈值与ID地址序号(即与特定的机动车船类型)相对应，同时其也与具体的监管时间长度有关。另外，为增强本实用新型智能监管系统的灵活性和动态配置性，在本实用新型的一优选实施例中，上位机管理平台13内还可设置其他多级排放阈值信息，据此形成多级状态信息，并对所监管的机动车船进行多级控制。例如，用于实施提醒控制的第三级排放阈值，用于判断机动车船在购买机动车船后是否再次超标的第四级、第五级...第N级排放阈值信息(N为不等于1-3的正整数)。本实用新型的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统运行如下(I)监测装置识别所监管的机动车船的ID地址序号，同时监测所监管的机动车船的废气和微细颗粒信息，并将ID地址序号以及废气和微细颗粒信息发往区域性在线识别机构；(2)区域性在线识别机构接收且存储ID地址序号及废气和微细颗粒信息，比较废气和微细颗粒信息与其内存储的多个第一排放阈值信息，据此生成机动车船的第一级状态信息并初步判断排放是否超标，然后将第一级状态信息发往上位机管理平台；(3)上位机管理平台接收且存储第一级状态信息，比较第一级状态信息的累加结果和其内存储的多个第二排放阈值信息，据此生成机动车船的第二级状态信息，并根据第二级状态信息管控所监管的机动车船的使用。本实用新型中，第一级、第二级、第三级...第N级排放阈值信息均包括与废气排放量和微细颗粒浓度有关的信息；第一级、第二级、第三级...第N级状态信息均包括与废气排放总量、微细颗粒浓度、废气排放是否超标、废气排放超标总量、微细颗粒浓度是否超标、微细颗粒浓度超标总量等信息，其中第二级、第三级.· ·第N级状态 信息还包括废气排放超标时段、微细颗粒浓度超标时段、废气排放超标运行位置区段和微细颗粒浓度超标位置区段等信息。特别说明的是，本实用新型的监测装置和监管系统不仅适用于传统的机动车船，而且适用于最新的可低空飞行的机动车辆。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置(11)，设置在所述机动车船的燃油动力系统上，其特征在于，包括用于采集废气和微细颗粒测试样的在线取样器(111)，用于处理接收到的所述废气和微细颗粒测试样以得到废气和微细颗粒信息的在线监测器(112)，用于识别所述机动车船的ID地址序号、控制所述在线取样器和所述在线监测器的开启和关闭以及控制所述监测装置数据传输的监控机(113)，以及用于转发所述废气和微细颗粒信息以及ID地址序号的北斗导航收发器(114)。
2.根据权利要求I所述的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置(11)，其特征在于，所述在线取样器(111)设置在所述机动车船的燃油废气和微细颗粒的排放管的出口端。
3.根据权利要求I所述的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置(11)，其特征在于，所述监控机(113)与所述燃油动力系统间还设有用于确保所述监控机在所述燃油动力系统启动时已上电并处于工作状态的电气联锁器件(116)。
4.根据权利要求I或3所述的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置(11)，其特征在于，所述监测装置(11)还包括与所述监控机(113)连接的、用于采集所述机动车船的燃油动力系统的温度的温度传感器(115)，所述监控机(113)根据所述温度传感器(115)采集的温度确定是否启动所述在线取样器(111)和在线监测器(112)。
5.根据权利要求I所述的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置(11)，其特征在于，所述监控机(113)包括含有存储器的控制模块(1131)和用于数据传输的监测数据收发器(1132)。
6.根据权利要求I所述的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置(11)，其特征在于，所述监测装置(11)还包括为所述监测装置(11)供电的再充式电源模块。
7.根据权利要求I所述的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置(11)，其特征在于，所述在线取样器(111)为周期性采集废气和微细颗粒测试样的微型定量取样泵。
8.机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统(100)，其特征在于，包括依次通信连接的权利要求1-7任一权利要求的监测装置(11)、用于初步判断所述机动车船的废气和微细颗粒排放是否超标的区域性在线识别机构(12)和用于判断所述机动车船的废气和微细颗粒排放的总量是否超标并对所述机动车船的使用进行管控的上位机管理平台(13)。
9.根据权利要求8所述的机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监管系统(100)，其特征在于，所述区域性在线识别机构(12)和所述监测装置(11)通过北斗卫星导航系统通信连接，所述区域性在线识别机构(12)和所述上位机管理平台(13)通过互联网连接。
专利摘要本实用新型属于大气污染控制技术领域，并公开了机动车船燃油废气和微细颗粒排放的监测装置及监管系统。监测装置包括用于采集废气和微细颗粒测试样的在线取样器，用于处理接收到的废气和微细颗粒测试样的在线监测器，用于识别机动车船的ID地址序号且控制监测装置内各组件运行的监控机，以及用于转发废气和微细颗粒信息以及ID地址序号的北斗导航收发器。监管系统包括依次连接的上述监测装置、区域性在线识别机构和上位机管理平台。本实用新型的监测装置可实现响应迅速、精确度高的废气和微细颗粒监测，本实用新型的监管系统通过机动车船、区域性在线识别机构和上位机管理平台形成的整体结构实现有效且迅速的废气和微细颗粒排放的管控。
文档编号G01N15/06GK202562785SQ20122019294
公开日2012年11月28日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者林万泉, 章应霖 申请人:深圳市兰德玛水环境工程科技有限公司