CN103776665A - 一种自动换膜空气颗粒物采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动换膜空气颗粒物采样器，包括壳体和安装在壳体内的滤膜存储机构、升降夹持旋转机构、检测机构、控制装置，所述滤膜存储机构包括安装在壳体内板上的待测滤膜库和已测滤膜库；所述升降夹持旋转机构包括安装在壳体内板上升降装置和安装在升降机构上的夹持装置和旋转装置；所述控制装置连接检测机构和升降夹持旋转机构。本发明通过机械结构多自由度的运动将人工换膜用机械运动来代替，满足长时间采样需求，大大减轻了人的劳动强度；系统对每个滤膜自动采样，无需人工干预；远程控制和监视，短信查询和通知功能让用户实时了解机器工作状态，真正实现无人值守；设计合理，结构紧凑，重量轻便，便携性好，适合户外工作。

Description

一种自动换膜空气颗粒物采样器

技术领域

本发明涉及一种空气颗粒物采样器，尤其涉及一种自动换膜空气颗粒物采样器。

背景技术

空气颗粒物采样器通过滤膜称重法捕集环境大气中的总悬浮微粒和可吸入微粒，用于对气溶胶的常规检测。目前空气颗粒物采样器主要是采用人员值守，需要通过人工现场更换滤膜，当需要连续长时间采样或者进行多滤膜间隔采样时，给操作人员带来大量的重复劳动，同时也大大增加了操作人员的劳动强度，对于采样单位来说，现场值守还增加了人员投入；因此，需要一种能进行定时采样或者间隔采样，具有自动换膜、远程控制、无人值守的智能空气颗粒物采样器，但现有技术中未见此类空气颗粒物采样器的产品和技术的报道。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种能进行定时采样或者间隔采样，具有自动换膜、远程控制、无人值守的自动换膜空气颗粒物采样器。

为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种自动换膜空气颗粒物采样器，包括壳体和安装在壳体内的滤膜存储机构、升降夹持旋转机构、检测机构、控制装置，所述滤膜存储机构包括安装在壳体内板上的待测滤膜库和已测滤膜库；所述升降夹持旋转机构包括安装在壳体内板上升降装置和安装在升降机构上的夹持装置和旋转装置；所述控制装置连接检测机构和升降夹持旋转机构。

进一步的，所述壳体由上罩壳、前面板、底板和壳体内板组成，上罩壳与前面板和底板结合形成四方体，壳体内板安装在四方体内部用于支撑内部器件；所述控制装置包括安装在壳体内板上的主板固定座，固定在主板固定座上的控制主板，与控制主板连接并安装在壳体上的散热风扇、触摸显示屏、采样器开关、打印接口、USB接口，所述前面板和上罩壳上留有对应的开口，并且前面板上开有方形通槽用于放入或拿出滤膜存储机构。

更进一步的，所述上罩壳与前面板相连接的两面上各设置有一个把手。

更进一步的，所述控制装置还包括GPRS模块，GPRS模块安装在壳体内板上，控制主板连接GPRS模块。

进一步的，所述升降装置包括依次连接的升降编码器、升降电机、升降丝杠、升降滑块；所述夹持装置由开合导轨、夹紧手指、光电传感器、弹簧、开合电机和凸轮组成，其中夹紧手指设置两个半圆环形，弹簧安装在两个夹紧手指之间并一起安装在开合导轨上，开合电机主轴连接凸轮，凸轮连接两个夹紧手指，光电传感器安装在夹紧手指上；所述旋转装置包括旋转电机和与之连接的旋转编码器，其中旋转电机安装在升降滑块上并连接夹持装置。

更进一步的，所述夹紧手指的夹紧部位设置有台阶形槽。

进一步的，所述检测机构包括切割器接头、采样头上盖、采样头、采样气管、孔口流量计、采样风机、采样电机、曲柄滑块、导向轴承、光耦探针、槽型光耦；其中切割器接头连接采样头上盖，采样头上盖通过导向柱和缓冲弹簧与安装在壳体内板上的固定板连接；采样头连接曲柄滑块和导向轴承，采样电机通过主轴连接曲柄滑块，光耦探针安装在曲柄滑块上，槽型光耦固定在壳体内板上；采样头的气嘴通过采样气管与孔口流量计连接，孔口流量计另一端连接采样风机，采样风机固定在壳体内板上。

进一步的，所述待测滤膜库和已测滤膜库各由三根库挡杆与库底板组成，在库底板上还设置有库把手，其中库底板通过库定位销固定在壳体内板上。

本发明的有益效果在于：通过不同机械结构的结合来实现多个自由度的运动，将人工换膜的动作流程用机械运动来代替，滤膜库一次可加入多个滤膜，满足长时间采样需求，大大减轻了人的劳动强度；通过自带的控制系统设定每个滤膜的工作参数，系统会根据工作参数实现对每个滤膜的自动采样，无需人工后续干预；GPRS模块实现对机器的远程控制和监视，短信查询和通知功能让用户在没有连接互联网时了解机器工作状态，并能及时收到机器出现掉电、故障、采样完成等信息，真正实现无人值守；夹紧手指和滤膜的结构能防脱落，驱动采样头升降的曲柄滑块机构可有效防止采样头粘连到采样头上盖上，避免出现无法打开的状况，因此设计合理，结构紧凑，重量轻便，便携性好，适合户外工作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1为本发明的外部结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图。

图中：1、切割器接头，2、壳体，3、把手，4、散热风扇，5、触摸显示屏，6、采样器开关，7、打印接口，8、前面板，9、USB接口，10、固定板，11、升降编码器，12、弹簧，13、开合电机，14、凸轮，15、旋转编码器，16、导向销，17、缓冲弹簧，18、采样头上盖，19、采样头，20、主板固定座，21、控制主板，22、采样气管，23、导向轴承，24、孔口流量计，25、采样风机，26、槽型光耦，27、光耦探针，28、GPRS模块，29、曲柄滑块，30、已测滤膜库，31、库把手，32、主轴，33、库定位销，34、升降电机，35、待测滤膜库，36、库挡杆，37、采样电机，38、升降丝杠，39、旋转电机，40、升降滑块，41、开合导轨，42、夹紧手指，43、光电传感器。

具体实施方式

如图1、2所示的一种自动换膜空气颗粒物采样器，包括壳体2和安装在壳体内的滤膜存储机构、升降夹持旋转机构、检测机构、控制装置，所述滤膜存储机构包括安装在壳体内板上的待测滤膜库35和已测滤膜库30；所述升降夹持旋转机构包括安装在壳体内板上升降装置和安装在升降机构上的夹持装置和旋转装置；所述控制装置连接检测机构和升降夹持旋转机构。

所述壳体2由上罩壳、前面板8、底板和壳体内板组成，上罩壳与前面板和底板结合形成四方体，壳体内板安装在四方体内部用于支撑内部器件；所述控制装置包括安装在壳体内板上的主板固定座20，固定在主板固定座上的控制主板21，与控制主板连接并安装在壳体2上的散热风扇4、触摸显示屏5、采样器开关6、打印接口7、USB接口9，所述前面板8和上罩壳上留有对应的开口，并且前面板8上开有方形通槽用于放入或拿出滤膜存储机构。

更进一步的，所述上罩壳与前面板相连接的两面上各设置有一个把手3。

更进一步的，所述控制装置还包括GPRS模块28，GPRS模块28安装在壳体内板上，控制主板21连接GPRS模块28。

所述升降装置包括依次连接的升降编码器11、升降电机34、升降丝杠38、升降滑块40；所述夹持装置由开合导轨41、夹紧手指42、光电传感器43、弹簧12、开合电机13和凸轮14组成，其中夹紧手指42设置两个半圆环形，弹簧12安装在两个夹紧手指之间并一起安装在开合导轨41上，开合电机13主轴连接凸轮14，凸轮14连接两个夹紧手指42，光电传感器43安装在夹紧手指42上；所述旋转装置包括旋转电机39和与之连接的旋转编码器15，其中旋转电机39安装在升降滑块40上并连接夹持装置。

所述检测机构包括切割器接头1、采样头上盖18、采样头19、采样气管22、孔口流量计24、采样风机25、采样电机37、曲柄滑块29、导向轴承23、光耦探针27、槽型光耦26；其中切割器接头1连接采样头上盖18，采样头上盖18通过导向柱16和缓冲弹簧17与安装在壳体内板上的固定板10连接；采样头19连接曲柄滑块29和导向轴承23，采样电机37通过主轴32连接曲柄滑块29，光耦探针27安装在曲柄滑块29上，槽型光耦26固定在壳体内板上；采样头19的气嘴通过采样气管22与孔口流量计24连接，孔口流量计24另一端连接采样风机25，采样风机25固定在壳体内板上。

所述待测滤膜库35和已测滤膜库30各由三根库挡杆36与库底板组成，在库底板上还设置有库把手31，其中库底板通过库定位销33固定在壳体内板上。

切割器接头1和壳体2之间密封连接，防止雨水进入主机内部；壳体2结构为防雨设计，保证仪器在户外工作时可抵抗一定程度的风雨侵袭，在左右两侧安装有把手3，方便主机搬运，另外还安装有散热风扇4；升降编码器11跟升降丝杠38顶部配合在一起，用来判断升降丝杠38的旋转圈数，从而判断与升降丝杠38配合的升降滑块40的升降高度，升降丝杠38的旋转是由升降电机34来驱动的，通过升降电机34的正反转来实现升降滑块40的上升和下降；升降滑块40上安装有旋转电机39，旋转电机39带动整个夹持装置旋转，并通过旋转编码器15来判断当前所处的角度，从而实现夹持装置的准确定位；夹持装置是由开合导轨41、夹紧手指42、光电传感器43、弹簧12、开合电机13和凸轮14组成的，左右两个夹紧手指42通过弹簧12连接在一起，并安装到开合导轨41上，在一侧夹紧手指42上安装有光电传感器43，用来判断滤膜的位置并在转移过程中判断滤膜是否掉落，开合电机13主轴跟凸轮14配合在一起，凸轮14外侧跟左右两侧夹紧手指42接触，当开合电机13带动凸轮14旋转时，夹紧手指42会沿着开合导轨41张开和闭合，从而实现对滤膜的取放；采样头上盖18通过导向柱16和缓冲弹簧17与上固定板10连接在一起；减速电机37通过主轴32与曲柄滑块机构29连接在一起，曲柄滑块机构29的滑块顶部安装有采样头19，并通过导向轴承23的约束来实现竖直升降，曲柄滑块机构29上安装有光耦探针27，光耦探针27与槽型光耦26的配合可实现对采样头19升降高度的感知；采样头19上的气嘴通过采样气管22与孔口流量计24连接，孔口流量计24另一端连接的是采样风机25；滤膜储存库由已测滤膜库35和待测滤膜库30两部分构成，这两部分是由六根库挡杆36约束而成，另外储存库上还安装有一个库把手31，方便滤膜库的整体取放；控制主板21通过六角铜柱安装在主板座20上，是整机的控制中枢。

将滤膜储存机构从主机内取出，然后将待测滤膜放到待测滤膜库35中，然后将滤膜储存机构放回主机内，并保证滤膜储存机构完全配合到库定位销33中；通过采样器开关6启动主机后，在触摸显示屏5上对具体工作参数进行设置，可以通过手动方式输入待测滤膜数量，也可以启动自动检测功能，其工作流程是：旋转电机39带动夹持装置旋转，当旋转编码器15判断夹持装置对准待测滤膜库35后会让旋转电机39停止转动，此时开合电机13会带动凸轮14旋转，使两个夹紧手指42张开到最大，此时升降电机34开始带动升降丝杠38旋转，并驱动升降滑块40竖直向下移动，与此同时跟升降丝杠38顶端配合的升降编码器11开始计算下降高度，当安装在夹紧手指42上的光电传感器43检测到滤膜以后，即可通过升降编码器11算出从初始点的下降高度，由于初始位置到待测滤膜库35底部距离是已知的，减去测得的下降高度可得待测滤膜的总高度，除以每个滤膜的固定高度即可得到滤膜的数量，当测量完成后会控制夹持装置回到初始位置。计算完待测滤膜数量以后，可以通过触摸显示屏5设置每个滤膜的采样开始时间和结束时间，当到达设定的采样时间时升降电机34旋转并带动升降丝杠38旋转，旋转丝杠38驱动升降滑块40下降，当夹紧手指42上的光电传感器43感应到滤膜后旋转电机39停止工作，升降滑块40停止下降，此时开合电机13带动凸轮14旋转，左右两侧夹紧手指42会在弹簧12作用下沿着开合导轨41夹紧，当左右两侧夹紧手指42到达最近点时开合电机13停止工作，此时会夹紧滤膜，然后升降电机34会反转，驱动升降滑块40上升，当到达最顶端时升降电机34停止转动，此时旋转电机39开始逆时针旋转，当旋转编码器15判断夹持的滤膜对准采样头19以后会控制旋转电机39停止工作，此时升降电机34工作并带动升降滑块40下降，当下降一定高度使滤膜可以放到采样头19上以后升降电机34停止工作，此时开合电机13带动凸轮14旋转，使夹紧手指42张开到最大位置，滤膜落到采样头19上，然后升降电机34工作并使升降滑块40升到最高点，此时旋转电机39驱动夹持装置顺时针转动到避开采样头19的地方，此时采样电机37带动主轴32转动，主轴32带动曲柄滑块29工作，曲柄滑块29上的滑块带动采样头19上升，当光耦探针27触发到顶部的槽型光耦26后减速电机37停止工作，此时采样头19到达最高点，并与采样头上盖18一起将滤膜夹紧，并通过密封垫保证接缝处不漏气，此时采样风机25开始工作，气流经过标准切割器从切割器接头1进入采样头上盖18，并冲击到滤膜上，滤除特定组分颗粒物后空气继续经过采样气管22进入孔口流量计24，然后进入采样风机25，并从采样风机25排气口排出；当到达设定的采样结束时间后采样风机25停止工作，此时采样电机37通过主轴32带动曲柄滑块机构29工作，使采样头19降到最低点，然后旋转电机39带动夹持装置逆时针旋转到对准采样头19的位置，此时升降电机34转动并带动升降滑块40下降到夹持装置能夹住滤膜的位置，然后开合电机13带动凸轮14旋转，使左右两侧夹紧手指42闭合并夹紧滤膜，此时升降电机34开始工作并驱动升降滑块40上升到最顶端，然后旋转电机39会带动夹持装置顺时针旋转到对准已测滤膜库30的位置，此时升降电机34开始工作并驱动夹持装置下降，此时升降编码器11开始计算下降高度，当判断夹持装置到达合适的高度时升降电机34停止工作，开合电机13带动凸轮14旋转并驱动夹紧手指42张开，使滤膜放到已测滤膜库30中，此时夹持装置会在升降电机34和旋转电机39驱动下回到最顶端最左侧的初始位置，并等待下一个滤膜的开始时刻。

除了可以在工作现场通过触摸显示屏5对主机进行控制和操作外，还可以通过GPRS模块28实现对主机的无线控制，其工作原理为通过GPRS模块28实现与GPRS无线网络的连接，并与具有互联网功能的电脑连接，通过电脑上的专用软件对主机进行控制并进行参数设定，同时在工作时还可以实时将工作状态同步到电脑上，实现对主机的远程控制和监视。另外还具有短信查询和通知功能，此功能也是通过GPRS模块28来实现的，当用户需要知道当前采样状态时只需给主机对应的手机号打个电话或者发个特定的短信，此时GPRS模块28会将当前工作状态以短信形式发到用户手机上，如果在采样过程中出现断电、故障或采样完成时，主机会主动将信息发到用户手机上，便于让用户及时知道当前状况。

通过不同机械结构的结合来实现多个自由度的运动，并通过复杂的控制将人工换膜的动作流程用机械运动来代替，滤膜库一次可加入多个滤膜，满足长时间采样需求，大大减轻了人的劳动强度。通过本身自带的控制系统可以一次设定好每个滤膜的工作参数，设定完成后系统会根据工作参数来实现对每个滤膜的自动采样，无需人工后续干预。机器自带的GPRS模块可实现对机器的远程控制和监视，无需去现场即可实时了解当前工作状态。短信查询和通知功能让用户在没有连接互联网时了解机器工作状态，并能及时收到机器出现掉电、故障、采样完成时的信息，真正实现无人值守。结构紧凑，重量轻便，便携性好，适合户外工作。整机结构设计比较紧凑，在保证结构强度的同时尽量减轻整机重量。整机设计充分考虑了恶劣天气的影响，能抵抗一定程度冰雪雨露的侵袭，适合在户外无人值守工作。夹紧手指和滤膜的特殊结构能防脱落。夹紧手指的夹紧部位加工有台阶型槽，滤膜最外沿加工一圈台阶，在两个配合过程中，滤膜外沿台阶配合到夹紧手指槽内，可有效防止在运动过程的脱落。驱动采样头升降的曲柄滑块机构可有效防止采样头粘连到采样头上盖上，避免出现无法打开的状况。由于采样头上盖和采样头之间在采样时需要加密封，当长时间工作时会出现粘连无法分离现象，用曲柄滑块机构当曲柄向下旋转时会带动滑块向下滑动，滑块与采样头相连，则可实现采样头与采样头上盖的强制分离。

Claims (7)

1.一种自动换膜空气颗粒物采样器，其特征在于：包括壳体（2）和安装在壳体内的滤膜存储机构、升降夹持旋转机构、检测机构、控制装置，所述滤膜存储机构包括安装在壳体内板上的待测滤膜库（35）和已测滤膜库（30）；所述升降夹持旋转机构包括安装在壳体内板上升降装置和安装在升降机构上的夹持装置和旋转装置；所述控制装置连接检测机构和升降夹持旋转机构。

2.根据权利要求1所述的自动换膜空气颗粒物采样器，特征在于：所述壳体（2）由上罩壳、前面板（8）、底板和壳体内板组成，上罩壳与前面板和底板结合形成四方体，壳体内板安装在四方体内部用于支撑内部器件；所述控制装置包括安装在壳体内板上的主板固定座（20），固定在主板固定座上的控制主板（21），与控制主板连接并安装在壳体（2）上的散热风扇（4）、触摸显示屏（5）、采样器开关（6）、打印接口（7）、USB接口（9），所述前面板（8）和上罩壳上留有对应的开口，并且前面板（8）上开有方形通槽用于放入或拿出滤膜存储机构。

3.根据权利要求2所述的自动换膜空气颗粒物采样器，其特征在于：所述上罩壳与前面板相连接的两面上各设置有一个把手（3）。

4.根据权利要求2所述的自动换膜空气颗粒物采样器，其特征在于：所述控制装置还包括GPRS模块（28），GPRS模块（28）安装在壳体内板上，控制主板（21）连接GPRS模块（28）。

5.根据权利要求1所述的自动换膜空气颗粒物采样器，其特征在于：所述升降装置包括依次连接的升降编码器（11）、升降电机（34）、升降丝杠（38）、升降滑块（40）；所述夹持装置由开合导轨（41）、夹紧手指（42）、光电传感器（43）、弹簧（12）、开合电机（13）和凸轮（14）组成，其中夹紧手指（42）设置两个半圆环形，弹簧（12）安装在两个夹紧手指之间并一起安装在开合导轨（41）上，开合电机（13）主轴连接凸轮（14），凸轮（14）连接两个夹紧手指（42），光电传感器（43）安装在夹紧手指（42）上；所述旋转装置包括旋转电机（39）和与之连接的旋转编码器（15），其中旋转电机（39）安装在升降滑块（40）上并连接夹持装置。

6.根据权利要求1所述的自动换膜空气颗粒物采样器，其特征在于：所述检测机构包括切割器接头（1）、采样头上盖（18）、采样头（19）、采样气管（22）、孔口流量计（24）、采样风机（25）、采样电机（37）、曲柄滑块（29）、导向轴承（23）、光耦探针（27）、槽型光耦（26）；其中切割器接头（1）连接采样头上盖（18），采样头上盖（18）通过导向柱（16）和缓冲弹簧（17）与安装在壳体内板上的固定板（10）连接；采样头（19）连接曲柄滑块（29）和导向轴承（23），采样电机（37）通过主轴（32）连接曲柄滑块（29），光耦探针（27）安装在曲柄滑块（29）上，槽型光耦（26）固定在壳体内板上；采样头（19）的气嘴通过采样气管（22）与孔口流量计（24）连接，孔口流量计（24）另一端连接采样风机（25），采样风机（25）固定在壳体内板上。

7.根据权利要求1所述的自动换膜空气颗粒物采样器，其特征在于：所述待测滤膜库（35）和已测滤膜库（30）各由三根库挡杆（36）与库底板组成，在库底板上还设置有库把手（31），其中库底板通过库定位销（33）固定在壳体内板上。

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