大气负氧离子自动观测仪的保障和维护

侯飙,韩书新

(黑龙江省大气探测技术保障中心,黑龙江哈尔滨150030)

大气负氧离子自动观测仪的保障和维护

侯飙,韩书新

(黑龙江省大气探测技术保障中心,黑龙江哈尔滨150030)

1 引言

中国是遭受空气污染严重的国家之一。据有关部门调查，在我国仅有约百分之一的城市可达到世卫组织（WHO）推荐的空气质量标准。世界上污染最严重的10个城市中有7个在中国。空气污染已经成为制约我国经济与社会发展的重要问题。因此监测空气质量已成为各省气象部门的重要工作，黑龙江省也将监测各地区空气质量作为新的工作任务。

空气中的分子在高压或强射线的作用下发生电离而产生的自由电子，其中大部分被氧气俘获，所以把空气负离子统称为“负氧离子”。由于负氧离子对人的机体生理活动有着积极作用，所以它是空气新鲜度和评判当地人居环境的正向指标，近些年各地政府和公众对负氧离子的关注度越来越高。通过负氧离子监测能很好的反映空气、人居环境质量和生态建设,为社会提供生态产品的价值。

大气负离子自动观测系统能够采集空气中特定负氧离子并计算其浓度值，能长期、自动、连续、全天候监测大气负离子浓度变化，适应环境气象观测的业务需求，满足观测数据的高精度和高稳定性要求。它需具备高可靠性、高准确性、易维护、易备份等特点。

2 负氧离子观测设备简介

大气负离子自动观测仪主要用于测量空气中特定负离子浓度值，特别是对人体有益的迁移率≥0.4 cm2·v-1·s-1的小粒径负离子浓度值。

大气负离子自动观测仪由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分包括离子传感器、采集器和外围设备，软件包括仪器控制处理软件和计算机数据采集处理软件。

2.1 硬件组成

2.1.1 离子传感器

在离子传感器（或称采集桶、采集筒）的极化板（或称偏压板）上加载定量的极化电压，再让被测空气按设定速度匀速通过传感器。空气中特定的小粒径负离子在电场的作用下发生偏转，被采集板所捕获。采集到的负离子电荷量经过采集器的处理，即可计算出负离子的电荷浓度值。离子传感器主要由采集板、极化板、微电流计等组成。

2.1.2 采集器

采集器是大气负离子自动观测仪的核心，由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含电信号放大器（电荷放大器）、高性能微处理器、A/D电路、显示单元、实时时钟电路、大容量的程序和内存储器、传感器接口、数据接口、监测电路、指示灯等。

2.1.3 外围设备

外围设备部分主要包括电源、通信接口、计算机等。

2.2 软件组成

软件包括仪器控制处理软件和计算机数据采集处理软件两部分。

仪器控制处理软件主要包括信号采集与处理模块、控制模块、系统检测与预警模块、数据存储与传输模块、信息显示模块等组成。

计算机数据采集处理软件主要包括观测数据采集模块、存贮模块、预处理模块、质量控制模块、图形显示模块等。

3 设备运行监控

大气负离子自动观测仪的设备运行监控可分为台站级和省级两个部分。

台站级设备保障人员利用大气负离子自动观测仪随仪器配备的仪器控制处理软件和计算机数据采集处理软件进行设备的运行监控，主要包括状态监控和报警功能，包括蓄电池电压异常或故障时的标识或报警；通信中断后，计算机应有标识或报警；数据测量值出现异常时应有标识或报警；设备供电异常时计算机软件应有标识或报警等。

省级运行监控部门需要建立一个针对省内所有大气负离子自动观测仪的运行监控平台，完成对省内大气负离子自动观测仪实时运行监控工作，同时完成对每个负氧离子自动观测仪的运行评估。同时督促指导台站级设备保障人员进行仪器设备的维护维修与检定工作，提高探测设备的运行率，保障观测数据资料的准确、连续和稳定。

4 备品备件和观测仪购置

大气负离子自动观测仪的备品备件的采购可采取主要部件1：1的原则，例如离子传感器和采集器。其它外围设备如电源外壳等部件备件采购可酌情考虑。

大气负离子自动观测仪的购置可以参照一用一备的原则，一套在用，一套备份。建议采购两套大气负离子自动观测仪。

省级保障部门（技术科）可对观测仪传感器、采集器及供电系统等相关备件适量增加购置，这样就可对黑龙江省各地区自动观测仪的突发状况提供快速响应，并能大大提高故障解决时效。

5 日常管理和维护

大气负离子自动观测仪的管理和维护可以采取日巡查，月巡查，年巡检的方式。

5.1 日巡查

日巡查需要台站级保障人员每日对探测设备进行相关的巡查（电器安全，机械安全，防雷安全，安全标识等）。应着重对设备额定工作条件进行巡查，主要包括工作环境和电气系统环境。

工作环境包括：工作温度，0—40℃；相对湿度，≤80%。

电气系统环境包括：主电源，DC 12 V±2.5 V（12V2Ah免维护蓄电池，或太阳能电池供电系统）；极化电源，DC 90 V±9 V（层迭电池组）；外接电源，AC 220 V±22 V；线缆有无破损。

修水县虽然具有先天的资源优势，但是全域旅游发展与国内其他区域相比仍存在一定的差距，修水县发展全域旅游必须要遵循可持续发展的原则，要重视生态环境的保护与可持续发展，严格控制旅游开发程度，不能为了谋取利益而无视修水县的生态保护。同时修水县必须充分重视现阶段发展中存在着的问题，通过全域旅游的理论指导进行创新发展，开创修水全域旅游的新局面。

同时需检查工作环境中不应有大的电磁场、放射性等干扰因素。

5.2 月维护

月维护除了要完成日巡查的内容外，还要利用计算机数据采集处理软件对设备的硬件运行情况进行检测。

5.3 年度巡检

年巡检由省级保障部门组织相关保障人员及专家对探测设备进行每年一度的年度检查，检查内容涵盖观测设备的软硬件运行情况，着重检查供电系统与数据传输系统两个方面，排查故障隐患，争取提早发现问题，提高设备的运行率。

6 故障维修

设备故障维修工作由省大气探测技术保障中心技术科和台站级保障人员共同协作完成。

探测设备发生故障后，省级保障部门（技术科）第一时间督促指导台站进行故障排查维修工作。对于台站保障人员无法解决的故障，省级保障人员要深入现场进行维修。尽量做到在第一时间解决问题，以提高探测设备的技术保障水平，缩短设备的故障维修时间，提高探测设备的运行效益。

7 强制检定

为了保证观测数据准确和设备能够开展野外观测，大气负离子自动观测仪必须实行离子传感器强制检定。检定周期为两年。检定工作由省大气探测技术保障中心检定科完成，检定过程可采用现场巡检与实验室检定相结合的方式进行。

大气负离子自动观测仪采用的是国际通用的“吸入式电容收集法”进行检定。检定依据为国家标准“空气离子测量仪通用规范（GB/T 18809-2002）”。检定项目主要包括：（1）取样空气流量；（2）离子浓度示值；（3）离子迁移率；（4）实测比对各项目进行。各检定项目的原理及方法如下。

7.1 取样空气流量其中，Q—取样空气流量，cm3/s；

A—收集器有效横截面积，即极化板与收集板所包围的空间的横断面，cm2；

v—抽气速率，cm/s。

通过采用游标卡尺测量收集器有效横截面积A，采用热球式风速计测量有效面积内各选取点（测试点的选取可参照GB/T 18809-2002中关于空气流速取样点的要求进行选取）的风速值然后取其平均值，进而得出抽气速率v，进而可计算出空气流量Q的值。

7.2 离子浓度示值

1002－252X(2016)04－0033－02

2016－9－1

侯飙（1982-），男，黑龙江省哈尔滨市人，哈尔滨工程大学，本科生，工程师.