CN103913350A - 一种智能主动式云雾滴采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：它包括支架、云雾滴凝结和收集装置、防雨罩、动力装置、云雾滴存储箱、湿度传感器和降雨传感器；云雾滴凝结和收集装置的一端紧固连接防雨罩，另一端紧固连接动力装置，连接成的整体固定安装在支架顶板上；支架的第一支撑架紧固连接云雾滴存储箱，云雾滴存储箱连接云雾滴凝结和收集装置；支架的第一支撑架还紧固连接智能电子控制系统，湿度传感器和降雨传感器分别连接数据采集器，数据采集器连接信号处理系统，信号处理系统分别连接两电子电源开关，两电子电源开关分别连接动力装置和云雾滴存储箱，信号控制系统实时接收湿度传感器和降雨传感器的信号并进行判断，并根据判断结果实时对动力装置和云雾滴存储箱的工作状态进行调节。

Description

一种智能主动式云雾滴采样装置

技术领域

本发明涉及一种云雾滴采样装置，特别是关于一种适用于高山背景地区使用的智能主动式云雾滴采样装置。

背景技术

在大气科学研究中，对云滴或雾滴的研究十分重要。通常情况下通过对云滴或雾滴中的化学成分进行分析，研究大气气溶胶的大气化学过程、大气气溶胶区域输送、云雾滴湿沉降对生态系统的影响等。因此，获取云滴或雾滴样品是开展上述研究的前提基础。国外对云滴或雾滴各个方面的研究均比较多，而我国云滴或雾滴方面尤其是化学成分方面的研究则相对较少，主要原因是获取云滴或雾滴样品比较困难，基本是“可遇而不可求”，很难在固定地点获取云滴或雾滴样品，且需要消耗大量的人力。

现有的云雾滴采样装置非常简单，即通过风扇使得密封管道内产生负压，将云雾滴样品吸入管道，再通过管道设置的尼龙丝或不锈钢丝使得云雾滴凝结成液相态，从而采集云雾滴样品。如果在秋冬季我国北方城市或郊区采集雾滴，获取率会比较高，但是若在我国南方地区则相当困难，因为雾存在的时间相当短暂。此外，我国绝大部分高山背景站位于人烟稀少的地区，很难有专人长期看守，更无从开展云雾方面的观测研究，因此要在高山背景地区获取云雾滴样品需要消耗大量人力财力。因此，设计一种能够识别雾天气自动采集雾滴装置，同时还能够参考观测点位视频监控图像，进行远程控制采样器装置采集云滴，对于高山背景站开展云雾滴研究十分必要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够识别云雾天气、自动采样、智能远程可控、运行成本低且可操作性强的智能主动式云雾滴采样装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：它包括一支架、一云雾滴凝结和收集装置、一防雨罩、一动力装置、一云雾滴存储箱、一湿度传感器和一降雨传感器；所述支架是由顶板、纵向连接架和底板构成的工字型支架，所述顶板向右下方倾斜；所述纵向连接架两相邻侧面分别向外延伸设置第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架平行于所述底板，所述第二支撑架垂直于所述底板，所述第二支撑架的外端部横向设置一支撑板，所述支撑板上分别设置有用于放置所述湿度传感器和所述降雨传感器的安装孔；其中，所述云雾滴凝结和收集装置的一端紧固连接所述防雨罩，所述云雾滴凝结和收集装置的另一端紧固连接所述动力装置，连接成的整体固定安装在所述顶板上；所述第一支撑架紧固连接所述云雾滴存储箱，所述云雾滴存储箱连接所述云雾滴凝结和收集装置；所述第一支撑架还紧固连接一智能电子控制系统，它包括一湿度传感器接口、一降雨传感器接口、一数据采集器、一信号处理系统、两电子电源开关、一直流电源适配器和一外接电源；所述湿度传感器和降雨传感器分别通过所述湿度传感器接口和降雨传感器接口连接所述数据采集器的输入端，所述数据采集器的输出端连接所述信号处理系统的输入端，所述信号处理系统的输出端分别连接所述两电子电源开关的一端，所述两电子电源开关的另一端分别连接所述动力装置和云雾滴存储箱，所述信号控制系统实时接收所述湿度传感器和降雨传感器的信号并进行判断，并根据判断结果实时对所述动力装置和云雾滴存储箱的工作状态进行调节；所述外接电源通过所述直流电源适配器为所有器件进行供电。

所述云雾滴凝结和收集装置包括一两端开口的长方体、一顶部开口的倒置四棱锥台和若干凝结片，每一所述凝结片均采用一正方向框架，所述正方形框架纵向间隔均匀设置若干根用于使云雾滴凝结成液相态的尼龙丝；所述长方体顶部的其中一长边上间隔设置有活动不锈钢铰链；所述长方体前中部纵向间隔均匀设置若干个斜插槽，每一所述斜插槽内均插设所述凝结片；所述长方体底部的后部设置一开口，所述倒置四棱锥台的顶部开口与所述长方体的开口紧固连接，所述倒置四棱锥台的底部设置一用于对倒置四棱锥台进行清洗的通孔和一用于将倒置四棱锥台内的云雾滴进行排出的排水孔，所述排水孔内插设一排水管，所述排水管的顶部设置有尼龙网；靠近所述动力装置一侧的长方体与倒置四棱锥台连接处设置一阻隔板。

所述防雨罩是由一长方形底面和两直角三角形侧面构成的簸箕状结构，且所述簸箕状结构一端为长方形开口，所述长方形开口的形状与大小与所述云雾滴凝结和收集装置的一端开口的大小和形状相匹配，所述防雨罩的长方形开口与所述云雾滴凝结和收集装置的开口紧固连接。

所述动力装置是由一长方形底面和两直角三角形侧面构成的簸箕状结构，所述簸箕状结构一端为长方形开口，所述长方形开口的形状与大小与所述云雾滴凝结和收集装置的开口的大小和形状相匹配，所述长方形开口与所述云雾滴凝结和收集装置2的开口通过螺栓紧固连接。所述长方形开口处固定设置一“田”字形支架，所述“田”字形支架中间安装一直流风扇，所述直流风扇的电源连接第一电子电源开关的一端，第一电子电源开关的另一端连接所述信号控制系统。

所述云雾滴存储箱包括两个扣合在一起的箱体，两个箱体扣合处通过一隔板隔开，所述上层箱体内放置有一蠕动泵，所述下层箱体内放置有一Teflon溶液瓶，所述下层箱体的前端面上安装不锈钢铰链和机械锁；所述下层不锈钢箱体的三个侧面和一个底面除前端面均安装有半导体制冷片，所述半导体制冷片包裹Teflon溶液瓶；所述蠕动泵的输入端连接所述排水管，输出端连接所述Teflon溶液，所述蠕动泵的电源连接第二电子电源开关的一端，第二电子电源开关的另一端连接信号控制系统。

所述智能电子控制系统还设置一无线远程传输装置，所述信号处理系统通过所述无线远程传输装置与一外部远程计算机进行信号交互，所述远程计算机通过所述无线远程传输装置接收所述信号处理系统发送的数据，同时所述远程计算机也通过所述无线远程传输装置向所述信号处理系统发送指令。

所述智能电子控制系统设置在一个箱体内，所述箱体一侧面上安装有铰链和机械锁，用于打开和关闭箱体。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括支架、云雾滴凝结和收集装置、防雨罩、动力装置、云雾滴存储箱、湿度传感器、降雨传感器和智能电子控制系统，云雾滴凝结和收集装置一端连接防雨罩，另一端紧固连接动力装置，云雾滴存储箱连接云雾滴凝结和收集装置，智能电子控制系统的信号控制系统实时接收湿度传感器和降雨传感器的信号并进行判断，并根据判断结果实时对动力装置和云雾滴存储箱的工作状态进行调节，因此本发明在无人看守的情况下，根据温湿度传感器和降雨传感器来识别雾天气，即无降雨且相对湿度大于93%时，整套设备自动启动进行云雾滴采集，当不能满足上述判别条件时，整套设备自动停止运行，因此能够有效确保采集的液体样品为雾滴样品，自动化程度高，可操作性强。2、本发明的智能电子控制系统还设置一无线远程控制装置，信号处理系统可以通过无线远程传输装置与外部远程计算机进行信号交互，远程计算机通过无线远程传输装置接收信号处理系统发送的数据，同时远程计算机也通过无线远程传输装置向信号处理系统发送指令，可以确保装置开启时的启动时间、关闭时间、实时温湿度等资料实时通过传输给远程计算机，且远程计算机可以远程控制装置的开启和关闭，因此可以借助高山背景站视频监控系统，采集云滴样品。本发明的设备成本低、易于保养，自动化程度高，可以在城市、郊区、高山等不同地理和自然条件下使用，尤其适用于无人看守的高山背景观测站开展云雾滴的观测研究。

附图说明

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

图1是本发明智能主动式云雾滴采样装置的结构示意图；

图2是本发明支架的结构示意图；

图3是本发明智能电子控制系统的结构示意图；

图4是本发明云雾滴凝结和收集装置的结构示意图；

图5是本发明防雨罩的结构示意图；

图6是本发明动力装置的结构示意图；

图7是本发明云雾滴存储箱的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1～3所示，本发明的智能主动式云雾滴采样装置包括一支架1、一云雾滴凝结和收集装置2、一防雨罩3、一动力装置4、一云雾滴存储箱5、一湿度传感器6和一降雨传感器7；如图2所示，支架1是由一顶板11、一纵向连接架12和一底板13构成的工字型不锈钢支架；顶板11向右下方倾斜（本发明实施例中向右下方倾斜的角度为15°，但是不限于此，具体倾斜的角度可以根据实际所要达到的效果进行确定）；纵向连接架12两相邻侧面分别向外延伸设置第一支撑架14和第二支撑架15，第一支撑架14平行于支架1的底板11，第一支撑架14上设置有两个螺栓孔16；第二支撑架15垂直于支架1的底板13，且第二支撑架15的外端部横向设置一支撑板17，支撑板17的两端分别设置一用于放置湿度传感器6和降雨传感器7的螺栓安装孔18；底板13上设置有若干供与地面连接的膨胀螺栓孔19；其中，云雾滴凝结和收集装置2的一端紧固连接防雨罩3，云雾滴凝结和收集装置2的另一端紧固连接动力装置4，连接成的整体通过尼龙收紧带固定安装在支架1的顶板11上；支架1的第一支撑架14通过螺栓紧固连接云雾滴存储箱5，云雾滴存储箱5通过橡胶软管连接云雾滴凝结和收集装置2。

如图3所示，支架1的第一支撑架14上还通过螺栓紧固连接一智能电子控制系统8，它包括一湿度传感器接口、一降雨传感器接口、一数据采集器81、一信号处理系统82、两电子电源开关83、一直流电源适配器84、一外接电源85；湿度传感器6和降雨传感器7分别通过相应的湿度传感器接口和降雨传感器接口连接数据采集器81的输入端，数据采集器81的输出端连接信号处理系统82的输入端，信号处理系统82的输出端分别连接两电子电源开关83的一端，两电子电源开关83的另一端分别连接动力装置4和云雾滴存储箱5，信号控制系统82实时接收湿度传感器6和降雨传感器7的信号并进行判断，并根据判断结果实时对动力装置4和云雾滴存储箱5的工作状态进行调节，另外，外接电源85提供电压为220V的交流电通过直流电源适配器84变为36V的直流电为所有电子器件进行供电。

在一个优选的实施例中，如图4所示，云雾滴凝结和收集装置2采用有机玻璃材质，它包括一两端开口的长方体21、一顶部开口的倒置四棱锥台22和若干凝结片23，每一凝结片23均采用一正方向框架231，且正方形框架231纵向间隔均匀设置若干根用于使云雾滴凝结成液相态的尼龙丝232，相邻尼龙丝232之间的距离可以设置为5mm，但是不限于此；长方体21顶部的其中一长边上间隔设置两个活动不锈钢铰链，用于对长方体21进行打开和闭合操作；长方体21前中部纵向间隔均匀设置若干个斜插槽（本发明实施例中斜插槽的个数为5个，但是不限于此，斜插槽的个数可以根据实际需要进行设定），每一斜插槽与长方体21底面成80°角，每一斜插槽的槽底距离长方体21底面可以为1cm，但是不限于此，斜插槽的具体尺寸可以根据实际需要进行选择，使用时，每一斜插槽内均插设凝结片23；长方体21底部的后部设置一开口，倒置四棱锥台22的顶部开口与长方体21的开口紧固连接，用于收集云雾滴，倒置四棱锥台22的底部设置一用于便于对倒置四棱锥台进行清洗的通孔24和一用于将倒置四棱锥台22内的云雾滴进行排出的排水孔，排水孔内插设一排水管25，排水管25向外伸出倒置四棱锥台底部2cm，排水管25的顶部设置100目的尼龙网；为了防止收集的云雾滴流入到动力装置4中，因此在靠近动力装置4一侧的长方体21与倒置四棱锥台22连接处设置一高度为1cm的阻隔板26。

在一个优选的实施例中，如图5所示，防雨罩3采用有机玻璃材质，它是由长方形底面31和两直角三角形侧面32构成的簸箕状结构，且簸箕状结构一端为长方形开口，长方形开口的形状与大小与云雾滴凝结和收集装置2的一端开口的大小和形状相匹配，使用时，防雨罩3的长方形开口与云雾滴凝结和收集装置2的开口通过螺栓紧固连接。

在一个优选的实施例中，如图6所示，动力装置4的结构与防雨罩3的结构大体相同，动力装置4采用有机玻璃材质，它是由长方形底面41和两直角三角形侧面42构成的簸箕状结构，且簸箕状结构一端为长方形开口，长方形开口的形状与大小与云雾滴凝结和收集装置2的开口的大小和形状相匹配，动力装置4的长方形开口处固定设置一“田”字形支架43，“田”字形支架43中间安装一直流风扇44，直流风扇44的电源连接第一电子电源开关（其中一电子电源开关）的一端，第一电子电源开关的另一端连接信号控制系统，使用时，动力装置4的长方形开口与云雾滴凝结和收集装置2的开口通过螺栓紧固连接。

在一个优选的实施例中，如图7所示，云雾滴存储箱5包括两个扣合在一起的不锈钢箱体51、52，两个不锈钢箱体扣合处通过一不锈钢隔板53隔开，上层不锈钢箱体51内放置有一蠕动泵54，下层不锈钢箱体52内放置有一Teflon溶液瓶55，Teflon溶液瓶容量55可以为5L，但是不限于此，为了能够对云雾滴存储箱进行打开和关闭操作，在下层不锈钢箱体52的前端面上安装有不锈钢铰链和机械锁，可以从下层不锈钢箱体52的前端面打开云雾滴存储箱5，下层不锈钢箱体52除前端面以外的其他侧面（三个侧面和一个底面）均安装有半导体制冷片（图7中所示的连续排列的小方格），半导体制冷片包裹Teflon溶液瓶55。使用时，蠕动泵54的橡胶皮管的输入端连接云雾滴凝结和收集装置2的排水管，蠕动泵54的橡胶皮管的输出端连接Teflon溶液55，蠕动泵54的电源连接第二电子电源开关（另一电子电源开关）的一端，第二电子电源开关的另一端连接信号控制系统。

在一个优选的实施例中，如图7所示，正常情况下整套采样装置运行时，除了自身有数据存储装置外，为了确保后方及时了解装置工作状态，同时也有利于数据备份，智能电子控制系统8还可以设置一无线远程传输装置86，信号处理系统82可以通过无线远程传输装置86与一外部远程计算机进行信号交互，远程计算机可以通过无线远程传输装置86接收信号处理系统82发送的数据，同时远程计算机也可以通过无线远程传输装置86向信号处理系统82发送指令，例如：当装置通电后会自动运行，而实际工作中，不需要每天实时采集雾滴采样，在不需要采样时，远程计算机可以通过无线远程传输装置86给信号处理系统82发送指令，强制关机或开机。本发明的智能电子控制系统8可以设置在一个不锈钢箱体87内，不锈钢箱体87一侧面安装有不锈钢铰链和机械锁，可以方便打开和关闭不锈钢箱体内。

下面对本发明智能主动式云雾滴采样装置的使用过程进行详细说明：

将本发明的智能主动式云雾滴采样装置放置在某个采集地点，当本发明通电开始运行时，智能电子控制系统8开始工作，湿度传感器6和降雨传感器7实时将湿度数据信号和降雨数据信号通过湿度传感器接口和降雨传感器接口发送到数据采集器81，信号处理系统82实时读取数据采集器81中湿度数据和降雨数据并实时进行判断：

1）如果通过对降雨传感器7进行判断得知有降雨时，动力装置4中的直流风扇44和云雾滴存储箱5的蠕动泵54不进行工作，整个云雾滴采样装置处于不采集状态；

2）如果通过对降雨传感器7进行判断得知没有降雨时，并且同时对湿度传感器6获取的湿度大于93%（通常情况下湿度大于93%则可以认为该样品处于雾状），则说明采集地点产生雾，信号处理系统82发送信号到两电子电源开关83分别对直流风扇44和蠕动泵54进行供电，直流风扇44启动后，由于云雾滴凝结和收集装置2内为负压，此时将环境中的高湿度空气通过防雨罩3顶部进入到云雾滴凝结和收集装置2的收集通道内，云雾滴经过云雾滴凝结和收集装置2中的凝结片23凝结成液滴，汇集在云雾滴凝结和收集装置2底部，由于整个云雾滴经过云雾滴凝结和收集装置2在顶板11上是倾斜放置，由于重力流作用，液滴流入倒置四棱锥台22中，液滴通过倒置四棱锥台22底部的排水管通过橡胶皮管进入蠕动泵54并经过蠕动泵54的挤压，将收集的液滴送入Teflon溶液瓶55储存。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：它包括一支架、一云雾滴凝结和收集装置、一防雨罩、一动力装置、一云雾滴存储箱、一湿度传感器和一降雨传感器；所述支架是由顶板、纵向连接架和底板构成的工字型支架，所述顶板向右下方倾斜；所述纵向连接架两相邻侧面分别向外延伸设置第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架平行于所述底板，所述第二支撑架垂直于所述底板，所述第二支撑架的外端部横向设置一支撑板，所述支撑板上分别设置有用于放置所述湿度传感器和所述降雨传感器的安装孔；其中，所述云雾滴凝结和收集装置的一端紧固连接所述防雨罩，所述云雾滴凝结和收集装置的另一端紧固连接所述动力装置，连接成的整体固定安装在所述顶板上；所述第一支撑架紧固连接所述云雾滴存储箱，所述云雾滴存储箱连接所述云雾滴凝结和收集装置；

所述第一支撑架还紧固连接一智能电子控制系统，它包括一湿度传感器接口、一降雨传感器接口、一数据采集器、一信号处理系统、两电子电源开关、一直流电源适配器和一外接电源；所述湿度传感器和降雨传感器分别通过所述湿度传感器接口和降雨传感器接口连接所述数据采集器的输入端，所述数据采集器的输出端连接所述信号处理系统的输入端，所述信号处理系统的输出端分别连接所述两电子电源开关的一端，所述两电子电源开关的另一端分别连接所述动力装置和云雾滴存储箱，所述信号控制系统实时接收所述湿度传感器和降雨传感器的信号并进行判断，并根据判断结果实时对所述动力装置和云雾滴存储箱的工作状态进行调节；所述外接电源通过所述直流电源适配器为所有器件进行供电。

2.如权利要求1所述的一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：所述云雾滴凝结和收集装置包括一两端开口的长方体、一顶部开口的倒置四棱锥台和若干凝结片，每一所述凝结片均采用一正方向框架，所述正方形框架纵向间隔均匀设置若干根用于使云雾滴凝结成液相态的尼龙丝；所述长方体顶部的其中一长边上间隔设置有活动不锈钢铰链；所述长方体前中部纵向间隔均匀设置若干个斜插槽，每一所述斜插槽内均插设所述凝结片；所述长方体底部的后部设置一开口，所述倒置四棱锥台的顶部开口与所述长方体的开口紧固连接，所述倒置四棱锥台的底部设置一用于对倒置四棱锥台进行清洗的通孔和一用于将倒置四棱锥台内的云雾滴进行排出的排水孔，所述排水孔内插设一排水管，所述排水管的顶部设置有尼龙网；靠近所述动力装置一侧的长方体与倒置四棱锥台连接处设置一阻隔板。

3.如权利要求2所述的一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：所述防雨罩是由一长方形底面和两直角三角形侧面构成的簸箕状结构，且所述簸箕状结构一端为长方形开口，所述长方形开口的形状与大小与所述云雾滴凝结和收集装置的一端开口的大小和形状相匹配，所述防雨罩的长方形开口与所述云雾滴凝结和收集装置的开口紧固连接。

4.如权利要求2或3所述的一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：所述动力装置是由一长方形底面和两直角三角形侧面构成的簸箕状结构，所述簸箕状结构一端为长方形开口，所述长方形开口的形状与大小与所述云雾滴凝结和收集装置的开口的大小和形状相匹配，所述长方形开口与所述云雾滴凝结和收集装置2的开口通过螺栓紧固连接。所述长方形开口处固定设置一“田”字形支架，所述“田”字形支架中间安装一直流风扇，所述直流风扇的电源连接第一电子电源开关的一端，第一电子电源开关的另一端连接所述信号控制系统。

5.如权利要求2或3或4所述的一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：所述云雾滴存储箱包括两个扣合在一起的箱体，两个箱体扣合处通过一隔板隔开，所述上层箱体内放置有一蠕动泵，所述下层箱体内放置有一Teflon溶液瓶，所述下层箱体的前端面上安装不锈钢铰链和机械锁；所述下层不锈钢箱体的三个侧面和一个底面除前端面均安装有半导体制冷片，所述半导体制冷片包裹Teflon溶液瓶；所述蠕动泵的输入端连接所述排水管，输出端连接所述Teflon溶液，所述蠕动泵的电源连接第二电子电源开关的一端，第二电子电源开关的另一端连接信号控制系统。

6.如权利要求2或3或4或5所述的一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：所述智能电子控制系统还设置一无线远程传输装置，所述信号处理系统通过所述无线远程传输装置与一外部远程计算机进行信号交互，所述远程计算机通过所述无线远程传输装置接收所述信号处理系统发送的数据，同时所述远程计算机也通过所述无线远程传输装置向所述信号处理系统发送指令。

7.如权利要求1或2或3或4或5所述的一种智能主动式云雾滴采样装置，其特征在于：所述智能电子控制系统设置在一个箱体内，所述箱体一侧面上安装有铰链和机械锁，用于打开和关闭箱体。