CN106769254A - 适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统 - Google Patents

适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统，属大气采样领域，以解决现有采样方式灵活性差、适用范围有限等问题。包括大气样本采集装置和遥控装置；支座底盘与保护外壳形成壳体；小型气泵、遥控接收器和电源依次设于壳体内腔中；四个连接骨架一端分别与保护外壳的四个侧面连接，尾端与连杆连接构成正方形；飞行动力装置设在连接骨架尾端；四个支架分别与支座底盘四个角连接；支架尾端设有吸附装置；保护外壳上表面中间设有放置采集装置的圆孔，采集装置出气口与小型气泵进气口通过橡胶管连接，从小型气泵出气口排出的气体通过设置于小型气泵处壳体侧壁的气孔排出壳体；遥控装置通过遥控接收器远程控制大气样本采集装置。

Description

适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统
技术领域
本发明涉及大气采样装置技术领域，尤其涉及一种适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统。
背景技术
由于人类的生产等活动，人类对环境的影响日益加剧，尤其是对大气的影响。例如，随着温室气体的大量排放，造成温室效应；还有目前全球尤为关注的PM2.5、PM10等等。然而，解决这些问题时，我们首先需要采取对大气进行监测、采样以及对其中的颗粒物进行分析等措施。
目前在对采集大气颗粒物时，所采用的采样方式有固定式采样、系留气球式采样、直升机采样等等。然而，在固定式采样中，由于其缺乏灵活性，笨重，仅能固定在地面或楼顶采样，因而大大限制了采样范围；在系留气球式采样及直升机采样中，虽然将采样装置带上空中，但其不仅缺乏经济性，而且由于采样装置体型较大，不适用于采集含有有毒气体扩散的大气环境和有障碍物的环境中，因而使得采样面比较狭窄，采样范围有限。另外，上述大气颗粒物采集方式不能对地下矿井、通道等中的大气颗粒物进行采集，而采集地下矿井、通道等气体中的颗粒物对研究煤矿瓦斯爆炸有重要意义。
发明内容
本发明的目的是解决目前的固定式采样、系留气球式采样、直升机采样存在的灵活性较差、适用范围有限以及不能对地下矿井、通道等中的大气颗粒物进行采集的技术问题，提供一种适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统，包括：大气样本采集装置和遥控装置，所述大气样本采集装置包括小型气泵、遥控接收器、电源、若干个飞行动力装置、四个支架、四个吸附装置、采集装置、支座底盘、四个连接骨架和保护外壳；
所述支座底盘与所述保护外壳连接形成壳体；所述小型气泵、遥控接收器和电源由上至下依次设置于壳体的内腔中；四个连接骨架的一端分别与保护外壳的四个侧面连接，四个连接骨架的尾端与连杆连接构成一个正方形；飞行动力装置设在四个连接骨架的尾端；所述四个支架分别与支座底盘的四个角连接；每个支架的尾端设置有吸附装置；所述保护外壳的上表面中间设置有一个圆孔，所述采集装置设在圆孔中，采集装置的出气口与小型气泵的进气口通过橡胶管连接，从所述小型气泵的出气口排出的气体通过设置于小型气泵处壳体侧壁上的多个气孔排出壳体外；所述遥控装置通过遥控接收器远程控制大气样本采集装置。
可选地，所述采集装置包括进气腔、出气腔、同心圆片、带孔采样槽和滤膜；所述进气腔与出气腔通过螺纹连接并在连接处形成凹槽；所述带孔采样槽放置于凹槽底部；所述滤膜放置于带孔采样槽上；所述同心圆片设置于滤膜上。
可选地，所述采集装置上设置有防尘装置，所述防尘装置包括外罩、内罩和连接杆；外罩与内罩之间通过连接杆连接；内罩上设置有至少一个通气孔，且内罩与进气腔螺纹连接。
可选地，所述飞行动力装置包括浆叶、无刷电机、照明装置和镂空保护托盘；无刷电机设置于连接骨架的尾端上面，照明装置设置于连接骨架的尾端侧面，浆叶与无刷电机的动力输出轴连接，所述镂空保护托盘连接于连接骨架的尾端上面，并延伸到连接骨架的尾端外侧。
可选地，所述大气样本采集装置还包括摄像装置、高度计、温度计、湿度计和空气流量计中的至少一种，所述摄像装置、高度计、温度计、湿度计和空气流量计设置于所述壳体的侧壁上。
本发明采用上述技术方案，通过利用飞行动力装置为载体，载动小型气泵的方式进行大气颗粒物的采集，通过吸附装置赋予支架以吸附性，采集矿井、地下通道的大气颗粒物，使采集的空间大大扩大。本发明与背景技术相比，具有体型小，质量轻，灵活性强，适用范围广，工作效率高，能适用于采集矿井、地下通道的大气颗粒物的优点。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是图1的俯视图。
图3是采集装置和防尘装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1和图2所示，本实施例中的适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统包括：大气样本采集装置和遥控装置，所述大气样本采集装置包括小型气泵1、遥控接收器2、电源3、四个飞行动力装置、四个支架4、四个吸附装置8、采集装置9、支座底盘10、四个连接骨架12和保护外壳13；
所述支座底盘10与所述保护外壳13连接形成壳体；所述小型气泵1、遥控接收器2和电源3由上至下依次设置于壳体的内腔中，小型气泵1与遥控接收器2之间以及遥控接收器2与电源3之间通过挡板隔开；四个连接骨架12的一端分别与保护外壳13的四个侧面连接，四个连接骨架12的尾端与连杆28连接构成一个正方形，以稳定机身；飞行动力装置设在四个连接骨架12的尾端；所述四个支架4分别与支座底盘10的四个角连接；每个支架4的尾端设置有吸附装置8，以通过吸附作用来实现低空和地下大气样本的长时间采样；所述保护外壳13的上表面中间设置有一个圆孔，所述采集装置9设在圆孔中，采集装置9的出气口与小型气泵1的进气口通过橡胶管连接，从所述小型气泵的出气口排出的气体通过设置于小型气泵处壳体侧壁上的多个气孔排出壳体外；所述遥控装置通过遥控接收器2远程控制大气样本采集装置。
可选地，如图3所示，所述采集装置9包括进气腔14、出气腔16、不锈钢同心圆片17、带孔采样槽18和滤膜19；所述进气腔14与出气腔16通过螺纹连接并在连接处形成凹槽15；所述带孔采样槽18放置于凹槽15底部；所述滤膜19放置于带孔采样槽18上；所述同心圆片17设置于滤膜19上。其中，在具体使用时，可以根据需要将多个采集装置级联，即将一个采集装置的出气腔16与另一个采集装置的进气腔14螺纹连接，以构成多级采集装置。
可选地，如图3所示，所述采集装置9上设置有防尘装置，以防止灰尘、泥土等大样本质堵塞采集装置9。所述防尘装置包括外罩25、内罩26和连接杆24；外罩25与内罩26之间通过连接杆24连接；内罩26上设置有至少一个通气孔27，且内罩26与进气腔14螺纹连接。优选地，可以在连接杆24周围设置四个呈十字对称分布的通气孔27。
可选地，所述飞行动力装置包括浆叶5、无刷电机6、照明装置7和镂空保护托盘11；无刷电机6设置于连接骨架12的尾端上面，照明装置7设置于连接骨架12的尾端侧面，浆叶5与无刷电机6的动力输出轴连接，所述镂空保护托盘11连接于连接骨架12的尾端上面，并延伸到连接骨架12的尾端外侧，以保护桨叶5。所述镂空保护托盘11为圆弧形，其所对的圆心角为90度。
可选地，所述大气样本采集装置还包括摄像装置、高度计、温度计、湿度计和空气流量计中的至少一种，所述摄像装置、高度计、温度计、湿度计和空气流量计设置于所述壳体的侧壁上。其中，摄像装置用于采集实时环境数据，如采样环境中的天气、雾霾等情况数据；高度计、温度计、湿度计和空气流量计分别用于记录样本采集时的实时高度、温度、湿度和空气流量数据。
可选地，所述遥控装置包括外壳、天线、液晶屏、数据显示屏和操控模块；所述天线设置于外壳上面，用于接收遥控接收器2发射回来的信号，并对飞行动力装置发送信号；所述液晶屏设置于外壳正面的左上角，用于显示摄像装置采集的环境数据；所述数据显示屏设置于外壳正面的右上角，用于显示采样时由高度计、温度计、湿度计和空气流量计记录的数据；所述操控模块设置于外壳正面的下部，用于控制飞行动力装置的运动。
所述小型气泵1采用成都气海机电制造有限公司制造的VXA系列微型高低温真空泵，其型号为VXA4505的小型气泵。
所述壳体为立方体，所述立方体的上下表面为正方形，且正方形的四个角处均有一定的弧度，所述正方形的长度为150mm，所述立方体的高度为250mm。所述进气腔14的上部为圆柱形、下部为圆台形；所述出气腔16的上部为圆台形、下部为圆柱形；其中，所述进气腔14圆柱形的外径为40mm、内径为38mm，出气腔16圆柱形的外径为38mm、内径为36mm；采集装置9的高度为45mm；所述带孔采样槽18的外径为72mm、内径为70mm、高度为4mm、其上的孔径为5mm；所述同心圆片17的外径为68mm、内径为60mm；所述外罩25和内罩26均为圆柱形结构，所述外罩25的外径为58mm，所述内罩26的外径为38mm，所述通气孔27的直径为10mm。所述气孔的直径为2mm，数量为20个，并均匀分布于小型气泵1所在位置处的壳体的四个侧壁上。
其中，所述采集装置9的材料为PVC，以减轻飞行动力装置的负重。所述支架4、桨叶5、支座底盘10、镂空保护托盘11、连接骨架12、保护外壳13和连杆28的材料为碳纤维。所述防尘装置的材料为PVC。所述吸附装置8由软质橡胶层和壁虎胶带层组成，软质橡胶层设置于壁虎胶带层里面。通过在内层设置软质橡胶层，可以减弱吸附装置8接触墙体时产生的冲击对机体本身的影响，另外，在接触表面粘贴一层软质橡胶层，亦可增大变形，进而增大接触面积。
可选地，所述支架4为可拆卸结构，以方便电源3中电池的更换和在支架4尾端变换不同类型的吸附装置。所述电源3为锂电池。
可选地，四个连接骨架12分别设置于位于靠近壳体顶面的三分之一高度处。
本发明在飞行时，四个桨叶5保证在同一水平面，整个大气样本采集装置的重心与其几何中心位于同一条垂直直线上。四个桨叶5分别通过各自的无刷电机6带动产生向上的升力。遥控装置用于向遥控接收器2发送信号，或接收遥控接收器2发射回来的信号。遥控接收器2用于识别遥控装置发出的信号，并通过该信号控制小型气泵1的开关、无刷电机6的开关及转速、以及控制大气样本采集装置的运动轨迹等。
本发明在使用时，通过遥控装置上的操控模块向遥控接收器2发送信号，以对大气样本采集装置作具体操作，采样完成后，通过遥控装置操控大气样本采集装置返回地面，取出滤膜19即可得到采集环境中的大气颗粒物。其中，若需要高度、温度、湿度和空气流量等数据，可以在壳体的侧壁上安装高度计、温度计、湿度计和空气流量计，并通过高度计、温度计、湿度计和空气流量计记录高度、温度、湿度和空气流量后，发送到遥控装置，并在遥控装置的数据显示屏上显示这些数据。
当在有建筑物或通道的环境下，本发明无法飞行采样时，通过吸附装置8吸附在建筑物或通道表面，固定好后通过遥控装置关闭电源3，开启小型气泵1工作；以实现短时间采样。

Claims (5)

1.一种适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统，其特征在于，包括：大气样本采集装置和遥控装置，所述大气样本采集装置包括小型气泵(1)、遥控接收器(2)、电源(3)、若干个飞行动力装置、四个支架(4)、四个吸附装置(8)、采集装置(9)、支座底盘(10)、四个连接骨架(12)和保护外壳(13)；
所述支座底盘(10)与所述保护外壳(13)连接形成壳体；所述小型气泵(1)、遥控接收器(2)和电源(3)由上至下依次设置于壳体的内腔中；四个连接骨架(12)的一端分别与保护外壳(13)的四个侧面连接，四个连接骨架(12)的尾端与连杆(28)连接构成一个正方形；飞行动力装置设在四个连接骨架(12)的尾端；所述四个支架(4)分别与支座底盘(10)的四个角连接；每个支架(4)的尾端设置有吸附装置(8)；所述保护外壳(13)的上表面中间设置有一个圆孔，所述采集装置(9)设在圆孔中，采集装置(9)的出气口与小型气泵(1)的进气口通过橡胶管连接，从所述小型气泵(1)的出气口排出的气体通过设置于小型气泵(1)处壳体侧壁上的多个气孔排出壳体外；所述遥控装置通过遥控接收器(2)远程控制大气样本采集装置。
2.根据权利要求1所述的适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统，其特征在于，所述采集装置(9)包括进气腔(14)、出气腔(16)、同心圆片(17)、带孔采样槽(18)和滤膜(19)；
所述进气腔(14)与出气腔(16)通过螺纹连接并在连接处形成凹槽(15)；所述带孔采样槽(18)放置于凹槽(15)底部；所述滤膜(19)放置于带孔采样槽(18)上；所述同心圆片(17)设置于滤膜(19)上。
3.根据权利要求1或2所述的适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统，其特征在于，所述采集装置(9)上设置有防尘装置，所述防尘装置包括外罩(25)、内罩(26)和连接杆(24)；外罩(25)与内罩(26)之间通过连接杆(24)连接；内罩(26)上设置有至少一个通气孔(27)，且内罩(26)与进气腔(14)螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统，其特征在于，所述飞行动力装置包括浆叶(5)、无刷电机(6)、照明装置(7)和镂空保护托盘(11)；无刷电机(6)设置于连接骨架(12)的尾端上面，照明装置(7)设置于连接骨架(12)的尾端侧面，浆叶(5)与无刷电机(6)的动力输出轴连接，所述镂空保护托盘(11)连接于连接骨架(12)的尾端上面，并延伸到连接骨架(12)的尾端外侧。
5.根据权利要求1所述的适用于低空和地下采样的大气颗粒物采集系统，其特征在于，所述大气样本采集装置还包括摄像装置、高度计、温度计、湿度计和空气流量计中的至少一种，所述摄像装置、高度计、温度计、湿度计和空气流量计设置于所述壳体的侧壁上。
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