CN105865852A - 一种矢量化流通式采样器 - Google Patents

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肖航
黄岑彦
佟磊
黄仲文
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Abstract

本发明涉及一种矢量化流通式采样器，其特征在于：包括用于采样大气污染物的采样管，所述采样管安装于流体管内，所述流体管底部安装有转动轴承，所述转动轴承内连接有用于支撑流体管的支架，所述支架顶部设有转动感应装置，所述采样管的两端设有筛网，所述采样管和采样管两端的筛网形成的空间内设有采样介质,所述流体管内设有内部风速测定装置，所述流体管外设有外部环境风速风向测定装置。本发明利用风力驱动空气流经采样介质，大幅度提高采样速率，缩短采样时间；同时根据同步的风速、风向和指向数据对采样体积计量进行矢量化，从而估算各个方向来源对采样位点目标物的贡献度；融合了主动采样的采样流量稳定的优点和被动采样的无电驱动力的优点，采样迅速且采样体积计量精度高，并且无需电能作为采样动力。

Description

一种矢量化流通式采样器
技术领域：
本发明属于大气采样技术领域，尤其涉及一种矢量化流通式采样器。
背景技术：
目前的大气采样有主动式、被动式和流通式三种。
主动式大气采样以电力驱动的泵吸入空气进行，目标分析物通过滤膜等采样介质后被采集。主动式大气采样器流量稳定，采样体积精度高，然而由于工作时需要稳定的电力驱动,且对操作人员要求较高，难以普及，另一方面，环境污染监测往往需要监测远离排放源的大气污染物浓度,这一数值通常很低,因此需要在有限时间内获得尽可能大体积的样品，满足需求的大流量采样器价格昂贵、体积庞大 ,不利于大规模采样网络；同时偏远地区又难以提供稳定的动力供应，进而限制了主动式采样的应用。
被动式大气采样是基于分子扩散、吸附、沉降或渗透原理，以目标物在采样介质和空气间的逸度差为驱动力，目标物被具有高吸附能力的采样介质吸附，从而实现采样。被动式大气采样器选择聚氨酯泡沫（PUF）、高分子树脂聚合物、半渗透膜和聚乙烯薄膜等采样介质，可对空气中气相污染物或颗粒相污染物实施采集。相对于主动采样而言被动采样器体积小，灵敏轻便、便于运输，采样操作过程简单，无需电力驱动，经济实用，尤其适合边远区、背景区使用；被动采样器的测定结果代表一段较长时间的加权平均质量密度(浓度),被动采样网络的应用可更宏观地反映空气污染的空间分布状况。但是被动式大气采样器的采样速率较低，采样周期长，同时受采样周边的环境影响较大，采样精度较低，采样体积和污染物浓度误差大，只适于做半定量分析。
流通式大气采样是一种介于主动式和被动式之间的新型采样技术，与被动采样技术一样不需要电力驱动，而是依靠风能来实现采样，极大地提高了其采样速率；从采样的基本原理来说，流通式采样则与主动采样相同。采样简单、经济、时空覆盖率高，适合边远区、背景区使用。目前的流通式采样器依靠记录环境风速，然后通过流经采样器内、外的风速的经验回归方程来计算采样体积。由于风向和风速的随时变换，采样器的实际指向和风向吻合度的随机性，以及传感器灵敏度限制，最终导致在低风速条件下采样体积的估算误差较大，可能产生2至3倍的偏差，从而降低了定量的准确性。
发明内容：
本发明目的是为了克服上述现有流通式采样技术的缺点和不足，提供一种采样速率高、采样精度高的新型的矢量化流通式采样器，其技术方案如下：
一种矢量化流通式采样器，其特征在于：包括用于采样大气污染物的采样管，所述采样管安装于流体管内，所述流体管底部安装有转动轴承，所述转动轴承内连接有用于支撑流体管的支架，所述支架顶部设有转动感应装置，所述采样管的两端设有筛网，所述采样管和采样管两端的筛网形成的空间内设有采样介质,所述流体管内设有内部风速测定装置，所述流体管外设有外部环境风速风向测定装置。
进一步的，所述流体管的后端配置有至少一个尾翼，所述尾翼与流体管垂直设置。
进一步的，所述采样管的进风端设有卡圈，所述卡圈将进风端的筛网卡合于采样管前端。
进一步的，所述采样管的出风端连接有空心管，空心管将出风端的筛网卡合于采样管后端。
进一步的，所述采样管的数量至少为一个，且采样管的横截面为圆形、椭圆形或多边形。
进一步的，所述采样介质根据所需采样的目标物设定具有高吸附能力的物质。
进一步的，所述采样器配置有采样体积计量模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明利用风力驱动空气流经采样介质，大幅度提高采样速率，缩短采样时间；同时根据同步的风速、风向和指向数据对采样体积计量进行矢量化，从而估算各个方向来源对采样位点目标物的贡献度；融合了主动采样的采样流量稳定的优点和被动采样的无电驱动力的优点，采样迅速且采样体积计量精度高，并且无需电能作为采样动力。
附图说明：
图1为矢量化流通式采样器的一个实施例的结构示意图；
图2为矢量化流通式采样器的一个实施例采样时的示意图；
图3为矢量化流通式采样器的矢量化计量分解图。
具体实施方式：
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1和图2所示，一种矢量化流通式采样器，采用支架结构，所用的采样介质可以不同尺寸置入不同截面形状的采样管中。为方便采样器能灵敏地随风速转动，采样器采用轻质材料成型加工，采样过程为空气在风力驱动下自然流经采样介质，目标物被具有高吸附能力的采样介质吸附。
矢量化流通式采样器包括采样管3，采样管3安装于流体管2内，流体管2底部安装有转动轴承4，转动轴承4与支架5配合使流体管2成水平方向，自然放置采样，采样管3的两端的横截面上设有筛网11，卡圈10卡入或旋转固定于采样管3进风端，卡圈10将进风端的筛网11固定在采样管3前端的横截面上，采样管3的出风端通过旋转或卡入方式固定有空心管9，采样管3的后端横截面上通过空心管9也固定有筛网11。
支架5垂直水平面固定，支架5顶部设有转动感应装置8，采样介质6置于采样管3和采样管3两端的筛网11形成的空间内。
在采样器的内部设有风速测定装置7，用于检测流经采样器内的风速，一般可设置于采样管3出风端后的空心管9上，或者设置于流体管2的其它内部空间内，在采样器的外部环境风速风向测定装置，用于记录外界的实时风速和风向。
采样器的外部设有环境风速风向测定装置，风速风向测定装置不局限于7的位置。流体管2后部设有尾翼1，尾翼1可以为一片、两片或者多片,并且与流体管呈垂直方向设置，尾翼1配合转动轴承4，在风力作用下使流体管2灵活转动，空气流通采样管3进行采样。同时，流体管2转动的角度以及流经采样管3的风速被转动感应装置8和风速测定装置7实时测定和记录，从而实现采样体积计量的矢量化。
采样管3的数量至少为一个，横截面可以为圆形或椭圆形或多边形，通过旋转或卡入方式固定在空心管9前端。
本发明可对大气中气相和颗粒相污染物实施采样，根据采样样品的需要，采样介质可以选择聚氨酯泡沫、高分子树脂聚合物或两者的组合。
本发明通过与采样器配置采样体积计量模块能实时计算采样体积。如图3所示，在采样时间内，采样体积的矢量化计算方法如下：
图3中α为采样器指向和风向的夹角，即采样器指向方向的风速V指= V风×cosα，在采样时间T内，已知采样管的截面积S，就可以精确的计算出采样体积Vs=V风*cosα*T*S。
本发明的优势在于利用风力驱动空气流经采样介质，大幅度提高采样速率，缩短采样时间；同时可根据同步的风速、风向和指向数据对采样体积进行矢量化计量，从而估算各个方向来源对采样位点目标物的贡献度；可以进一步根据需采样的化合物性质来确定采样时间，也可以在固定采样时间的前提下，筛选出合适的已采样的化合物。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种矢量化流通式采样器，其特征在于：包括用于采样大气污染物的采样管，所述采样管安装于流体管内，所述流体管底部安装有转动轴承，所述转动轴承内连接有用于支撑流体管的支架，所述支架顶部设有转动感应装置，所述采样管的两端设有筛网，所述采样管和采样管两端的筛网形成的空间内设有采样介质,所述流体管内设有内部风速测定装置，所述流体管外设有外部环境风速风向测定装置。
2.根据权利要求1所述的一种矢量化流通式采样器，其特征在于：所述流体管的后端配置有至少一个尾翼，所述尾翼与流体管垂直设置。
3.根据权利要求1所述的一种矢量化流通式采样器，其特征在于：所述采样管的进风端设有卡圈，所述卡圈将进风端的筛网卡合于采样管前端。
4.根据权利要求1所述的一种矢量化流通式采样器，其特征在于：所述采样管的出风端连接有空心管，空心管将出风端的筛网卡合于采样管后端。
5.根据权利要求1所述的一种矢量化流通式采样器，其特征在于：所述采样管的数量至少为一个，且采样管的横截面为圆形、椭圆形或多边形。
6.根据权利要求1所述的一种矢量化流通式采样器，其特征在于：所述采样介质根据所需采样的目标物设定具有高吸附能力的物质。
7.根据权利要求1所述的一种矢量化流通式采样器，其特征在于：所述采样器配置有采样体积计量模块。
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