CN108369163A - 微粒采样探头及使用它的细粉尘测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉尘测量设备，并且更特别地涉及一种小型化的细粉尘测量设备。根据本发明的一个实施例，与外部流体的速度变化无关地排出非采样流体，从而提供微粒采样探头以及小型化的细粉尘测量设备，二者提供均匀速度采样。相应地，可以消除对细粉尘测量场所的限制。

Description

微粒采样探头及使用它的细粉尘测量装置

技术领域

本公开涉及一种粉尘测量装置，并且更具体地涉及一种小型化的细粉尘测量装置。

背景技术

准确地测量大气中微粒(粉尘)的质量或尺寸分布是非常重要的，因为它与影响人类健康的大气环境、室内环境、工作环境等密切相关。一般而言，为了准确地测量微粒的质量或尺寸分布，使用大型固定式的细微粒测量装置。然而，为了掌握细粉尘的分布和移动路线，有必要测量多个位置和海拔的细粉尘。然而，由于不能移动固定式细粉尘测量装置，所以有必要在每个待测量点处安装细粉尘测量装置。然而，除了成本、空间等问题之外，还存在无法测量高海拔处的细粉尘的问题。

另一方面，当细粉尘测量装置旨在移动的同时测量细粉尘时，由于待引入的空气流的方向和速度大幅变动，因此难以准确地测量微粒的质量或尺寸分布。为了测量微粒的准确质量或尺寸分布，采样器需要准确地对大气中的微粒进行采样，并且在没有损失的情况下将采样的微粒送至测量仪器。以这种方式对大气中的微粒进行采样被称为等速采样(恒定速度采样)。也就是说，由于在移动期间的待采样空气与细粉尘测量装置之间存在相对速度，所以难以进行恒定速度采样。

发明内容

技术问题

本公开提供了一种通过自身保持恒定速度采样状态的微粒采样探头。

本公开提供了一种提供具有高响应速率的机械反馈的微粒采样探头。

本公开通过安装小型化微粒采样探头来提供小型化的细粉尘测量装置。

本公开提供了一种能够在低空气压力区域测量正常细粉尘浓度的细粉尘测量装置。

本公开提供了一种即使在可拆卸地附接至气球的飞行物体的海拔改变时也能正常工作的细粉尘测量装置。

技术方案

根据本公开的一方面，提供了一种微粒采样探头。

根据本公开的一个实施例的微粒采样探头可以包括：外部导管，其在纵向方向上延伸，并且包括第一入口和第一出口，外部流体被引入所述第一入口中，并且所述第一出口设置在与所述第一入口相对的一端处；以及采样导管，其在所述外部导管内沿所述纵向方向延伸，并且包括第二入口和第二出口，所述外部流体中的采样流体被引入所述第二入口中，所述第二出口设置在与所述第二入口相对的一端处。第一出口的流出方向可以形成为至少部分地与外部流体被引入到第一入口中的流入方向相反。

根据本公开的一个实施例，第一出口的流出方向可以面向外部流体被引入到第一入口中的流入方向。

根据本公开的一个实施例，外部导管可以包括介于第一入口与第一出口之间的排出通道，使得外部流体中的非采样流体在面向第一入口的流入方向的方向上流动。

根据本公开的一个实施例，第一出口可以形成为在纵向方向上与第一入口间隔开。

根据本公开的一个实施例，第一出口的流出方向可以与外部流体被引入到第一入口中的流入方向形成锐角。

根据本公开的一个实施例，采样导管和外部导管可以彼此同轴。

根据本公开的一个实施例，在采样导管与外部导管之间可以设置间隙，外部流体中的非采样流体在该间隙中流动。

根据本公开的一个实施例的微粒采样探头可以包括：第一外部导管，其在纵向方向上延伸，并且包括第一子入口和第一子出口，外部流体被引入所述第一子入口中，所述第一子出口设置在与第一子入口相对的一端处；第二外部导管，其在第一外部导管内沿纵向方向延伸，并且包括第二子入口和第二子出口，外部流体的一部分被引入到第二子入口中，第二子出口设置在与第二子入口相对的一端处；以及采样导管，其在第二外部导管内沿纵向方向延伸，并且包括第二入口和第二出口，引入到第二子入口中的流体中的采样流体被引入到第二入口中，第二出口设置在与第二入口相对的一端处。第一和第二子出口的流出方向可以形成为至少部分地与外部流体被引入到第一子入口中的流入方向相反。

根据本公开的一个实施例，第一和第二子出口的流出方向可以与外部流体被引入到第一子入口中的流入方向形成锐角。

根据本公开的一个实施例，第一子出口可以形成在第一外部导管中，以在纵向方向上与第一子入口间隔开，并且第二子出口可以形成在第二外部导管中，以在纵向方向上与第二子入口间隔开。

根据本公开的一个实施例，第一外部导管的外壁和第二外部导管的外壁可以为外部流体提供连续的流线。

根据本公开的一个实施例，第一外部导管的外壁和第二外部导管的外壁可以为外部流体提供不连续的流线。

根据本公开的一个方面，提供了一种细粉尘测量装置。

根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置可以包括：微粒采样探头，其构造为以恒定速度对引入的外部流体进行采样，并且排出采样流体；流量控制泵，其构造为通过主流路接收由微粒采样探头排出的采样流体，并且将采样流体排出至外部；传感器，其构造为接收从主流路引入的采样流体的一部分，并且测量细粉尘的浓度；以及处理器，其构造为接收来自传感器的细粉尘浓度，并且生成具有细粉尘的浓度的细粉尘测量信息。

根据本公开的一个实施例，微粒采样探头可以包括：外部导管，其在纵向方向上延伸，并且包括第一入口和第一出口，外部流体被引入到第一入口中，第一出口设置在与第一入口相对的一端处；以及采样导管，其在外部导管内沿纵向方向延伸，并且包括第二入口和第二出口，外部流体中的采样流体被引入到第二入口中，第二出口设置在与第二入口相对的一端处。第一出口的流出方向可以形成为至少部分地与外部流体被引入到第一入口中的流入方向相反。

根据本公开的一个实施例，细粉尘测量装置还可以包括调节器，其构造为将由微粒采样探头排出的采样流体加热到预定温度，或者过滤采样流体中包含的细粉尘微粒中等于或大于预定尺寸的微粒，并且将采样流体排出至主流路。

有益效果

根据本公开的一个实施例，可以提供一种微粒采样探头，其通过喷射非采样流体来提供恒定速度采样，而与外部流体的速度变化无关。

根据本公开的一个实施例，通过提供小型化的细粉尘测量装置，可以消除对进行细粉尘测量的场所的限制。

根据本公开的一个实施例，可以在使用小型化的细粉尘测量装置在移动期间实时测量细粉尘。

根据本公开的一个实施例，即使在低大气压力下也可以准确地测量细粉尘的浓度。

根据本公开的一个实施例，在通过使用气球消耗少量能量的同时达到高海拔之后，细粉尘测量装置能够在通过飞行载具移动的同时长时间测量微细粉尘的浓度。

根据本公开的一个实施例，即使当可拆卸地附接至气球的飞行载具的姿态改变时，也可以防止发生测量误差。

附图说明

图1是根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的框图；

图2是例示了采样探头采样期间发生的过采样和欠采样的图；

图3示出了用于说明根据本公开的第一实施例的微粒采样探头的剖视图和局部剖切透视图；

图4示出了用于说明根据本公开的第二实施例的微粒采样探头的剖视图和局部剖切透视图；

图5是例示了流体相对于根据本公开的一个实施例的微粒采样探头的流入方向与流出方向之间的关系的图；

图6示出了用于说明根据本公开的第三实施例的微粒采样探头的剖视图和局部剖切透视图；

图7示出了用于说明根据本公开的第四实施例的微粒采样探头的剖视图和局部剖切透视图；

图8是例示了根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的数量浓度测量传感器中的细粉尘微粒的速度所生成的脉冲的形状的图；

图9是例示了根据本公开一实施例的细粉尘测量设备的流量控制泵为了保持体积流量恒定而使用的大气压力传感器值曲线的图；

图10是例示了根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的图；

图11是例示了在根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的细粉尘测量单元中包括的第二数量浓度测量传感器的结构的图；

图12是例示了在根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置在水平方向上飞行并且细粉尘测量装置连接至气球并增加海拔的同时用于第二数量浓度测量传感器的混合气体流入方向的图；

图13是例示了参照基于根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的飞行载具的水平飞行中的反重力方向和气球飞行中的反重力以及混合气体流入方向的图；

图14是例示了在根据本公开一实施例的细粉尘测量装置连接至气球并且增加海拔时的第二数量浓度测量传感器中的挥发性溶剂的图；并且

图15是例示了配备有根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置的无人观测飞机的图。

具体实施方式

本公开可以进行各种修改并且可以具有多个实施例。因此，特定实施例在附图中示出并通过详细说明进行详细描述。然而，应该明白的是，这并不旨在将本公开限制至特定实施例，而是所有的修改、等同方案和替换方案均落入本公开的精神和范围内。另外，在本说明书中，当描述了一个构成元件将信号“传输”到另一个构成元件时，应该明白的是，尽管一个构成元件可以直接连接至另一个构成元件，以便传输信号，但是该信号可以经由插置在其间的再一构成元件来传输。

图1是例示了根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的图。

参照图1，根据本公开一实施例的细粉尘测量装置5包括微粒采样探头10、调节器20、质量浓度测量传感器30、第一数量浓度测量传感器40、第二数量浓度测量传感器50、流量控制泵60、流量控制传感器62、大气压力传感器64、处理器70、存储器72以及通信接口80。

微粒采样探头10不管外部流体的速度变化而喷射采样流体，从而致使具有预定流量的采样水流入调节器20或质量浓度测量传感器30、第一数量浓度测量传感器40以及第二数量浓度测量传感器50。微粒采样探头10包括：外部导管，其在纵向方向上延伸，并且包括供外部流体流入其中的第一入口以及设置在与第一入口相对的一端处的第一出口；和采样导管，其在外部导管内沿纵向方向延伸，并且包括供外部流体的采样流体流入其中的第二入口以及设置在与第二入口相对的一端处的第二出口。第一出口的流出方向形成为至少部分地与外部流体流入第一入口的流入方向相反。后面将参照图3至图7详细描述微粒采样探头10的详细结构和操作原理。

调节器20可以包括：加热器，其用于将从微粒采样探头10引入的采样流体的温度提高达指定参考值；以及旋流器或撞击器，其构造为去除包含在采样流体中并具有大于指定尺寸的尺寸的微粒。因此，调节器20可以将采样流体的温度提高达参考值，可以去除包含在采样流体中并具有大于指定尺寸的尺寸的微粒，然后可以将采样流体提供给质量密度测量传感器30、第一数量浓度测量传感器40以及第二数量浓度测量传感器50。这时，调节器20根据一实施方法可以从细粉尘测量装置中排除，并且微粒采样探头10可以将采样流体提供给质量浓度测量传感器30、第一数量浓度测量传感器40和第二数量浓度测量传感器50。这时，可以形成供采样流体从调节器20流动至流量控制泵60的主流路，并且可以形成供采样流体从微粒采样探头10流动至调节器的流入路径。替代地，当根据一实施方法省略调节器20时，可以形成供采样流体从微粒采样探头10流动至流量控制泵60的主流路。

质量浓度测量传感器30测量从主流路流入其中的采样流体中包含的细粉尘的质量浓度。质量浓度测量传感器30将质量浓度传输给处理器70。例如，质量浓度测量传感器30可以是构造为测量撞击器等中的细粉尘的质量的传感器。质量浓度测量传感器30包括泵，并且可以允许采样流体的一部分通过泵的操作从主流路流入质量浓度测量传感器30中。

第一数量浓度测量传感器40测量从主流路流入其中的采样流体中包含的细粉尘的数量浓度。第一数量浓度测量传感器40通过光学测量方法测量流入其中的采样流体中包含的细粉尘的数量浓度。第一数量浓度测量传感器40包括泵，并且可以允许采样流体的一部分通过泵的操作从主流路流入第一数量浓度测量传感器40中。由于第一数量浓度测量传感器40通过光学测量方法测量细粉尘的数量浓度，因此数量浓度测量传感器40可以与第二数量浓度测量传感器50相比通过测量对应于相对较大的微粒的细粉尘来对于每种微粒直径测量数量浓度(例如，具有对应于0.3至5.0μm的相应微粒直径的细粉尘的数量浓度)。第一数量浓度测量传感器40将每种微粒直径的数量浓度传输给处理器70。例如，第一数量浓度测量传感器40可以是构造为测量每种直径的细粉尘的数量浓度的传感器，比如光学微粒计数器(OPC)等。

第二数量浓度测量传感器50测量从主流路流入其中的采样流体中包含的细粉尘的数量浓度。第二水浓度测量传感器50通过使采样流体穿过挥发性溶液相来测量细粉尘的浓度，从而致使挥发性溶液冷凝，并且感测冷凝在细粉尘上的挥发性溶液。因此，第二数量浓度测量传感器50与第一数量浓度测量传感器40相比可以测量对应于相对较小的微粒的细粉尘的数量浓度。第二数量浓度测量传感器50包括泵，并且可以允许采样流体的一部分通过泵的操作从主流路流入第二数量浓度测量传感器50中。第二数量浓度测量传感器50将数量浓度传输给处理器70。例如，第二数量浓度测量传感器50可以是构造为测量细粉尘的数量浓度的传感器，比如冷凝微粒计数器(CPC)等。

流量控制泵60将从微粒采样探头10流入其中的单位时间流量调节为指定值。也就是说，流量控制泵60可以通过主流路连接至微粒采样探头10或调节器20，并且可以调节从主流路吸入并排出到外部的采样流体的单位时间流量，使得可以调节由微粒采样探头10排出的采样流体的单位时间流量。这时，可以调节流量控制泵60，以排出大于由相应传感器30、40和50抽吸的流量的总和的流量。

流量控制传感器62通过差动压力传感器或质量流量传感器生成传感器值，并且将所生成的传感器值传输至处理器70，所述传感器值包括采样流体的质量流量或细粉尘测量装置的内部大气压力与外部大气压力之间的大气压力差。

大气压力传感器64测量细粉尘测量装置5周围的大气压力，并且将测量到的大气压力传输至处理器70。

处理器70接收来自上述组分的质量浓度、每种微粒直径的数量浓度和数量浓度，并且生成包括所接收到的质量浓度、每种微粒直径的数量浓度和数量浓度的细粉尘测量信息。处理器70经由通信接口80将细粉尘测量信息传输至外部装置。另外，处理器70可以根据大气压力检查目标传感器值，并且可以控制流量控制泵60，以便控制采样流体的单位时间流量，使得从流量控制传感器62输出的传感器值变为目标传感器值。这时，存储器72存储包括彼此匹配的相应的大气压力和传感器值的流量控制信息，并且处理器70可以通过检查流量控制信息来根据当前大气压力检查目标传感器值。

通信接口80通过公知的通信方法(例如有线通信、射频通信、超声波通信等)与外部装置连接，并且将细粉尘测量信息传输至外部装置。

参照图1，细粉尘测量装置5在以上被描述为包括质量浓度测量传感器30、第一数量浓度测量传感器40和第二数量浓度测量传感器50。然而，根据细粉尘测量装置的实施方法，可以在细粉尘测量装置中省略质量浓度测量传感器30和第一数量浓度测量传感器40。

图2是示出了采样探头采样期间发生的过采样和欠采样的图。

当不对外部流体进行恒定速度采样时，会发生过采样或欠采样问题。如图2中的情况93所示，当抽吸空气流量比探头流量快时发生过采样，并且如图2的情况96所示，当抽吸空气流的速度比探头流速度慢时发生欠采样。当以这种方式发生过采样或欠采样时，浓度高于或低于空气中微粒的浓度的微粒被采样。在这种情况下，即使试图使用测量装置进行精确测量，由于采样误差也不可能知道微粒的准确浓度。具体而言，当采样探头周围的流量不恒定时，进行恒定速度采样非常困难。

根据本公开一实施例的细粉尘测量装置包括能够在不受外部空气流变化影响的情况下进行恒定速度采样的微粒采样探头。在下文中，将参照图3至图7描述根据本公开一实施例的微粒采样探头。

图3示出了用于说明根据本公开的第一实施例的微粒采样探头的剖视图和局部剖切透视图。

参照图3，根据本公开的第一实施例的微粒采样探头100可以包括外部导管110和采样导管150。在下文中，将详细描述每个构造。

外部导管110可以在纵向方向上延伸，并且可以包括引入外部流体的第一入口112以及设置在与第一入口112相对的一端的第一出口114。这里，第一出口114可以定位在与第一入口112相对的端部中或第一入口112的侧向表面的端部中。

第一入口112可以接收待采样的外部流体。引入到第一入口112中的外部流体的一部分可以被提供给后面描述的采样导管150，并且引入的外部流体的其余部分可以通过后面描述的第一出口114排出。

第一出口114可以排出待采样流体以外的剩余流体。这时，第一出口114的流出方向可以形成为至少部分地与外部流体被引入到第一入口112中的流入方向相反。更具体而言，第一出口114的流出方向可以形成为至少部分地与第一入口112的流入方向相反。

另外，第一出口114可以在纵向方向上与第一入口112间隔达距离p。这时，间隔距离p可以是大于0的自然数。这是用于恒定速度采样的构造，并且后面将给出其详细描述。

外部导管110还可以包括在第一入口112与第一出口114之间的排出通道116。排出通道可以构造为允许非采样流体在面向第一入口112的流入方向的方向上流动。

采样导管150可以在与外部导管110大致相同的方向上延伸，并且可以设置在外部导管110内。更具体而言，采样导管150的外壁可以与外部导管110的内壁间隔达距离g。此外，采样导管150可以与外部导管110同轴。

采样导管150可以包括第二入口152和第二出口154，外部流体中的采样流体被引入到第二入口152中，第二出口154设置在与第二入口相对的一端处。

采样导管150的第二入口152可以被提供被引入到外部导管110的第一入口112中的外部流体的一部分作为采样流体。在这种情况下，由于采样导管150与外部导管110间隔达距离g，因此可以选择性地给采样导管150的第二入口152提供被引入到外部导管110的第一入口112中的外部空气中的中心流体。

另一方面，不能被引入采样导管150的第二入口152中的非采样流体流动穿过采样导管150的外壁与外部导管110的内壁之间的间隙g。相应地，可以将非采样流体供应到以上描述的排出通道116。

引入到采样导管150的第二入口152中的流体可以通过设置在与第二入口152相对的一端的第二出口154输送至测量仪器。这时，与第二入口152相对的一端可以直接或间接连接至测量仪器。

在下文中，将描述根据本公开的第一实施例的微粒采样探头的操作方法。

包含待测量的微粒的流体可以通过外部导管110的第一入口112提供。引入到第一入口112中的流体被引导至采样导管150的第一入口152和第一出口114。

这时，引入到采样导管150的第一入口152中的流体流动穿过外部导管110的中心，并且可能对外部空气速度的变化不敏感。相应地，引入到采样导管150的第一入口152中的流体可以受到恒定速度采样测量。

替代地，引导至外部流体的第一出口114的流体沿着外部导管110的边缘流动，并且可能导致过采样或欠采样。因此，通过排出沿着外部导管110的边缘流动的噪声诱导流体，可以提高采样精度。

朝向外部流体的第一出口114引导的流体可以通过穿过排出通道116沿面向第一入口112的方向流动。

已经穿过排出通道116的流体可以通过第一出口114喷出。这时，非采样流体可以沿面向第一入口112的方向喷出。

根据本公开的第一实施例的微粒采样探头，第一入口112和第一出口114在外部导管110的纵向方向上彼此间隔达距离p。这时，p可以是大于0的自然数。相应地，当外部流体通过第一入口112沿着外部导管110的外壁流动至第一出口114时，由于间隔距离p的流动界面而发生压降。相应地，第一入口112处的外部流体的压力变得高于第一出口114处的外部流体的压力。这可以意味着：即使当外部流体的速度曲线改变时，第一出口114的压力也保持低于第一入口112的压力。作为结果，即使当外部流体的速度改变时，采样导管150也能够通过经由第一出口114排出非采样流体来执行恒定速度采样。

另外，由于响应于外部流体的流量变化而执行机械操作，因此可以以高响应速度自动调节出口处的流出速度。

图4和图5是用于说明根据本公开的第二实施例的微粒采样探头的视图。

参照图4，根据本公开的第二实施例的微粒采样探头200可以包括外部导管210和采样导管250。在下文中，将详细描述每个构造。

外部导管210可以在纵向方向上延伸，并且可以包括供外部流体流过的第一入口212以及设置在与第一入口212相对的一端的第一出口214。

第一入口212可以接收待采样的外部流体。引入到第一入口212中的外部流体的一部分可以被提供给后面描述的采样导管250，并且引入的外部流体的其余部分可以通过后面描述的第一出口214排出。

第一出口214可以定位在外部导管210的一侧。第一出口214可以在外部导管210中形成为环形形状。第一出口214可以在外部导管210中形成为孔，或者形成为如图所示的覆环。

第一出口214的流出方向可形成为至少部分地与外部流体被引入第一入口212中的流入方向相反。更具体而言，第一出口214的流出方向可以与第一入口212的流入方向形成锐角。

参照图5，当流入方向朝右(x轴)时，流出方向可以相对于x轴(参见虚线箭头)形成锐角。构成出口214的孔和/或覆环可以以倾斜的形式设置，使得第一出口214的流出方向和第一入口212的流入方向形成锐角。

再次参照图4，第一出口214可以沿纵向方向与第一入口212间隔达距离P。这是为了如上所述地在第一入口212与第一出口214之间产生压力差。因此，根据本公开的第二实施例的微粒采样探头也能够自动提供恒定速度采样。

采样导管250可以在与外部导管210大致相同的方向上延伸，并且可以设置在外部导管210内。更具体而言，采样导管250的外壁可以与外部导管210的内壁间隔达距离g。此外，采样导管250可以与外部导管210同轴。

采样导管250可以包括第二入口252和第二出口254，外部流体中的采样流体被引入到第二入口152中，第二出口154设置在与第二入口相对的一端处。

采样导管250的第二入口152可以被提供被引入到外部导管210的第一入口212中的外部流体的一部分作为采样流体。在这种情况下，由于采样导管250与外部导管210间隔开，因此可以选择性地给采样导管250的第二入口252提供被引入到外部导管210的第一入口212中的对流量变化不敏感的中心流体。

另一方面，不能被引入采样导管250的第二入口252中的非采样流体流动穿过采样导管250的外壁与外部导管210的内壁之间的间隙g。

引入到采样导管250的第二入口252中的流体可以通过设置在与第二入口252相对的一端的第二出口254输送至测量仪器。这时，与第二入口252相对的一端可以直接或间接连接至测量仪器。

在前文中，已经描述了根据本公开的第二实施例的微粒采样探头。

以上描述的根据本公开的第一实施例的微粒采样探头提供了非采样流体穿过排出通道的流路，然而根据本公开的第二实施例的微粒采样探头可以通过直接形成在外部导管中的孔或覆环来提供非采样流体。

由于根据本公开的第二实施例的微粒采样探头的操作方法对应于以上描述的根据本公开的第一实施例的微粒采样探头的操作方法，因此将省略对根据本公开的第二实施例的微粒采样探头的操作方法的描述。

图6示出了用于说明根据本公开的第三实施例的微粒采样探头的剖视图和局部剖切透视图。

参照图6，根据本公开的第三实施例的微粒采样探头300可以包括第一外部导管310、第二外部导管320和采样导管350。在下文中，将详细描述每个构造。

第一外部导管310可以在纵向方向上延伸，并且可以包括第一子入口312和第一子出口314，外部流体被引入到第一子入口312中，第一子出口314设置在与第一子入口312相对的一端。

第二外部导管320可以在纵向方向上延伸，并且可以包括第二子入口322和第二子出口324，外部流体被引入到第二子入口322中，第二子出口324设置在与第二子入口322相对的一端。

这时，第二外部导管320可以设置在第一外部导管310内。例如，第二外部导管320可以与第一外部导管310同轴地设置在第一外部导管310内。

根据一个实施例，第一外部导管310的内壁可以与第二外部导管320的外壁间隔达距离g1。相应地，第一外部导管310的对外部空气的速度变化敏感的最外侧流体通过第一外部导管310的第一子出口314排出，并且第一外部导管310的对外部空气的速度变化不敏感的中心流体可以选择性地提供给第二外部导管320。

第一子出口314和第二子出口324的流出方向对应于上述实施例中的那些的描述，从而将省略其描述。

采样导管350可以在与第一或第二外部导管310或320大致相同的方向上延伸，并且可以包括第二入口352以及设置在与第二入口352相对的一端处的第二出口354。

这时，采样导管350可以设置在第二外部导管320内。例如，采样导管350可以与第二外部导管320同轴地设置在第二外部导管320内。

根据一个实施例，第二外部导管320的内壁可以与第一外部导管310的外壁间隔达距离g2。相应地，主要被第一外部导管310过滤的流体可以被第二外部导管320二次过滤。

在前文中，已经描述了根据本公开的第三实施例的微粒采样探头。

不同于上述实施例，根据第三实施例的微粒采样探头提供用于多级过滤的多个外部导管，从而允许对流入采样导管中的采样流体进行恒定速度采样。

由于根据本公开的第三实施例的微粒采样探头的操作方法对应于根据以上描述的实施例的微粒采样探头的操作方法，因此将省略对根据第三实施例的微粒采样探头的操作方法的描述。

图7示出了用于说明根据本公开的第四实施例的微粒采样探头的剖视图和局部剖切透视图。

参照图7，根据本公开的第四实施例的微粒采样探头400可以包括第一外部导管410、第二外部导管420和采样导管450。在下文中，将详细描述每个构造。

第一外部导管410可以在纵向方向上延伸，并且可以包括第一子入口412和第一子出口414，外部流体被引入到第一子入口412中，第一子出口414设置在与第一子入口412相对的一端。

第二外部导管420可以在纵向方向上延伸，并且可以包括第二子入口422和第一子出口424，外部流体被引入到第二子入口422中，第一子出口424设置在与第二子入口422相对的一端。

这时，第二外部导管420可以设置在第一外部导管410内。例如，第二外部导管420可以与第一外部导管410同轴地设置在第一外部导管410内。

根据一个实施例，第二外部导管420在纵向方向上延伸，并且第二外部导管420的在第二子出口424中的外径可以大于在第二子入口422中的外径。相应地，第二外部导管420的外壁可以形成与第一外部导管410的外壁连续的流线。在另一个角度来看，外部流体可以从第一外部导管410连续地流动至第二外部导管420。这时，第二外部导管420的外壁可以形成与第一外部导管410的外壁相同的流线。

作为结果，压力曲线可以从第一外部导管410的第一子入口412向第一外部导管410的第一子出口414并且从第一外部导管410的第一子出口414向第二外部导管420的第二子出口424连续地改变。

第一子出口414和第二子出口424的流出方向对应于结合上述实施例描述的那些，从而将省略其描述。

采样导管450可以在与第一或第二外部导管410或420大致相同的方向上延伸，并且可以包括第二入口452以及设置在与第二入口452相对的一端处的第二出口454。

这时，采样导管450可以设置在第二外部导管420内。例如，采样导管450可以与第二外部导管420同轴地设置在第二外部导管420内。

根据一个实施例，第二外部导管420的外壁可以与第一外部导管410的内壁间隔达距离g1，并且采样导管450的外壁可以与第二外部导管420的内壁间隔达距离g2。相应地，可以给整个采样导管450提供对外部流量的速度变化不敏感的中心流体。

在前文中，已经描述了根据本公开的第四实施例的微粒采样探头。

不同于以上描述的实施例，根据第四实施例的微粒采样探头提供了多个外部导管，并且可以通过经由设置在多个外部导管中的多个出口提供流线来实现采样流体的恒定速度采样。

由于根据本公开的第四实施例的微粒采样探头的操作方法对应于根据以上描述的实施例的微粒采样探头的操作方法，因此将省略对根据第四实施例的微粒采样探头的操作方法的描述。

图8是例示了根据在根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的数量浓度测量传感器中的细粉尘微粒的速度而生成的脉冲的形状的图。

以上参照图8描述的细粉尘测量装置5的第一数量浓度测量传感器40和第二数量浓度测量传感器50是使用光学测量方法的传感器，并且在细粉尘微粒穿过被投射激光束的区域时，根据入射到设置在传感器中的光电二极管上的激光束的量而生成的脉冲的高度是否等于或大于指定阈值来确定微粒是否通过。

参照图8，如810指示的，第一数量浓度测量传感器40和第二数量浓度测量传感器50可以构造为生成脉冲，其高度形成为在细粉尘微粒以较低速度移动时为定阈值或更大。然而，如820指示的，第一数量浓度测量传感器40和第二数量浓度测量传感器50可以构造为不产生脉冲，其高度形成为在细粉尘微粒以相对较高的速度移动时为指定阈值或更大。也就是说，为了使第一数量浓度传感器40和第二数量浓度传感器50生成具有等于或高于阈值的高度的脉冲，微粒停留在被激光束投射的区域中的时间需要比指定时间更长。也就是说，当细粉尘微粒的移动速度增加时，在测量微粒的数量浓度时出现错误的可能性很高。

因此，根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置5的流量控制泵60将从微粒采样探头10引入的流体的单位时间的体积流量控制为预定数值。也就是说，流量控制泵60使通过微粒采样探头10引入到细粉尘测量装置5中的流体的单位时间的体积流量保持恒定，使得能够防止被引入第一数量浓度测量传感器40和第二数量浓度测量传感器50中的细粉尘微粒的速度增大。

这时，流量控制泵60可以包括以活塞式、罗茨式和叶片式中的任一种实施的泵。

图9是例示了根据本公开一实施例的细粉尘测量设备的流量控制泵为了保持体积流量恒定而使用的大气压力传感器值曲线图的图。

参照图9，当通过将从流量控制传感器62接收到的传感器值与通过设置在细粉尘测量装置5外的大气压力传感器64测量的空气压力相关联而绘制曲线图时，可以导出如图9所示的曲线图。

存储器72可以预先存储流量控制信息，其指示如图9的曲线图中示出的传感器值与外部大气压力之间的关系的信息。这时，流量控制信息可以包括用于导出如图10所示的曲线图的方程或用于匹配并存储传感器值和大气压力的信息的表。处理器70参考存储在存储器72中的流量控制信息，以便检查作为与通过大气压力传感器测量到的当前大气压力相关的传感器值的目标传感器值，并且控制流量控制泵60，使得目标传感器值等于通过差动压力传感器或质量流量传感器输出的传感器值。相应地，即使当外部大气压力根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置的移动而变化时，可以将通过微粒采样探头10引入的流体的单位时间体积流量控制为恒定。

因此，利用根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置5，即使在比如高海拔环境等大气压力极低的环境中，通过使经由微粒采样探头10引入的采样流体的体积流量保持恒定，也能通过光学测量方法保持细粉尘微粒的测量精度。

图10是例示了根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的图。

参照图10，根据本公开一实施例的细粉尘测量装置包括飞行载具1、气球连接单元3和细粉尘测量单元5。

飞行载具1依据接收自地面上的控制器(未示出)的控制信号或预定程序在高海拔上以无人机的形式进行移动。飞行载具1的移动原理和控制过程等基于公知的无人飞机技术，并且将省略其详细描述。

气球连接单元3连接飞行载具1的一端和气球7，并且可以电连接至飞行载具1，以便接收请求飞行载具1和气球7彼此分离的分离请求信号。这时，飞行载具1可以依据接收自控制器的控制信号或预定程序向气球连接单元3传输分离请求信号。

在飞行载具1和气球7彼此分离之后，飞行载具1可以根据接收自控制器的控制信号或所述程序开始飞行。

细粉尘测量单元5附接至飞行载具1的内部或外部，以抽吸飞行载具周围的空气，并且测量抽吸到的空气中所含的细粉尘的浓度。

图11是例示了在根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的细粉尘测量单元中包括的第二数量浓度测量传感器的结构的图。

参照图11，第二数量浓度测量传感器50包括溶剂罐910、饱和器920、冷凝器930和感测单元940。

溶剂罐910储存挥发性溶剂，并致使挥发性溶剂以单位时间预定量流入饱和器920中。

饱和器920接收经由微粒采样探头10引入的采样流体，将从挥发性溶剂中挥发的气体与采样流体混合，以产生混合气体，并且将该混合气体引入到冷凝器930中。饱和器920包括构造为允许采样流体在其中流动的流路和构造为将流路的内部温度保持在预定温度的加热器。这时，饱和器920的流路可以由多孔材料形成，并且从溶剂罐910引入的挥发性溶剂可以流入多孔材料中，从而蒸发。

冷凝器930接收并冷凝从饱和器920引入的混合气体，并且将冷凝的混合气体引入到感测单元940中。冷凝器930可以包括构造为允许混合气体从饱和器920流动到感测单元940的流路以及构造为将流路中的温度降低至预定温度的热辐射源(例如，散热风扇、散热翅片等)。因此，挥发性溶剂可以在包含在混合气体中的流体的细粉尘上冷凝。

感测单元940感测挥发性溶剂冷凝在其上的细粉尘，并且测量采样流体中的细粉尘的数量浓度。感测单元940包括发光源和感光传感器，通过感光传感器测量从发光源投射的光的散射程度，并且根据散射程度来计算细粉尘的数量浓度。

这时，上述第二数量浓度测量传感器50可以被实施为使得每个功能单元的形状根据其实施方法被改变为不同于的图11的形状。

以上参照图11描述的第二数量浓度测量传感器50构造为使得从冷凝器930引入到感测单元940中的混合气体的流动方向(以下称为“混合气体流入方向”)形成在不同于水平方向的方向上。因此，冷凝器930中还未挥发的挥发性溶剂不会通过冷凝器930引入到感测单元940中。感测单元940是构造为测量光散射程度的模块。因此，当液态的挥发性溶剂被引入时，感测单元940发生故障，从而不能准确地测量细粉尘的数量浓度。然而，当第二数量浓度测量传感器50的混合气体流入方向被设定为垂直于作为飞行载具1的前进方向的轴向方向时，在与气球7竖直连接的飞行载具1移动的同时，第二数量浓度测量传感器50的挥发性溶剂可能被引入到感测单元940中。

图12是例示了在根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置在水平方向上飞行并且细粉尘测量装置连接至气球并增加海拔的同时用于第二数量浓度测量传感器的混合气体流入方向的图，图13是例示了参照基于根据本公开一实施例的细粉尘测量装置的飞行载具的水平飞行中的反重力方向和气球飞行中的反重力以及混合气体流入方向的图，并且图14是例示了在根据本公开一实施例的细粉尘测量装置连接至气球并且增加海拔时的第二数量浓度测量传感器中的挥发性溶剂的图。

参照图12，根据本公开的实施例的细粉尘测量装置的第二数量浓度传感器50可安装在飞行载具的内部或外部，使得混合气体流入方向对应于施加至水平飞行的飞行载具1的重力的相反方向(以下称为“水平飞行反重力方向1010”)与施加至连接至气球并增加海拔的飞行载具1的重力的相反方向(以下称为“气球飞行反重力方向1020”)之间的方向。

参照图13，细粉尘测量单元5可以附接在飞行载具1的内部或外部，使得水平飞行反重力方向1010与气球飞行反重力方向1020之间的角度可以形成为90度或更小，并且混合气体流入方向可以形成在水平飞行反重力方向1010与气球飞行反重力方向1020之间的方向1100上。

参照图14，即使当飞行载具1倾斜并连接至气球以增加海拔时，由于细粉尘测量装置的混合气体流入方向不对应于水平方向，因此可以防止液相挥发性溶剂流入感测单元940中。因此，根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置能够防止在挥发性溶剂流入感测单元940之后通过第二数量浓度测量传感器50测量到的数量浓度产生误差。

图15示出了配备有根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置的无人观测飞机。

根据本公开的一个实施例的细粉尘测量装置可以安装在无人观测飞机(例如无人机)上，以便感测大气中的有害微粒。借此，可以计算有害微粒的流路和/或有害微粒的量。

参照图15，无人观测飞机1000可以包括本体部分1100、框架1200、螺旋桨1250和腿部1300中的至少一个。

本体部分1100可以形成在无人观测飞机1000的中心。这时，包括根据以上描述的本公开的实施例的微粒采样探头的细粉尘测量装置可以安装在本体部分1100上。这时，可以将微粒采样探头的第一入口212所指向的方向设定为无人观测飞机1000的前进方向。

另外，本体部分1100还可以包括通信单元。通信单元可以将来自微粒采样探头的信号提供给操作者。

框架1200可以从本体部分1100沿径向方向延伸，以提供用于连接本体部分1100与螺旋桨1250的结构。如图所示，例如，可以提供六个框架1200。

腿部1300可以分别从框架1200的一侧向下延伸。无人观测飞机1000可以使用腿部1300在着陆的同时保持平衡。

螺旋桨1250可以设置在每个框架1200的一端处，以给无人观测飞机1000提供升力，使得无人观测飞机1000能够飞行。

虽然已经参照其示例性实施例详细描述了本公开，但是本公开的范围不局限于所公开的示例性实施例，并且应该基于所附权利要求书来解释。本领域技术人员将认识到，在不背离本公开的范围的情况下可以做出许多修改和变型。

Claims (14)

1.一种微粒采样探头，包括：

外部导管，其在纵向方向上延伸，并且包括第一入口和第一出口，外部流体被引入所述第一入口中，所述第一出口设置在与所述第一入口相对的一端处；以及

采样导管，其在所述外部导管内沿所述纵向方向延伸，并且包括第二入口和第二出口，所述外部流体中的采样流体被引入所述第二入口中，所述第二出口设置在与所述第二入口相对的一端处，

其中，所述第一出口的流出方向形成为至少部分地与所述外部流体被引入到所述第一入口中的流入方向相反。

2.根据权利要求1所述的微粒采样探头，其中，所述第一出口的流出方向与所述外部流体被引入所述第一入口中的流入方向不同。

3.根据权利要求2所述的微粒采样探头，其中，所述外部导管包括介于所述第一入口与所述第一出口之间的排出通道，使得所述外部流体中的非采样流体沿与所述第一入口的流入方向不同的方向流动。

4.根据权利要求1所述的微粒采样探头，其中，所述第一出口形成为在纵向方向上与所述第一入口间隔开。

5.根据权利要求1所述的微粒采样探头，其中，所述第一出口的流出方向与所述外部流体被引入到所述第一入口中的入口方向形成锐角。

6.根据权利要求1所述的微粒采样探头，其中，所述采样导管和所述外部导管彼此同轴。

7.根据权利要求1所述的微粒采样探头，其中，在所述采样导管与所述外部导管之间设置有间隙，所述外部流体中的非采样流体在所述间隙中流动。

8.一种微粒采样探头，包括：

第一外部导管，其在纵向方向上延伸，并且包括第一子入口和第一子出口，外部流体被引入所述第一子入口中，第一子出口设置在与所述第一子入口相对的一端处；

第二外部导管，其在所述第一外部导管内沿纵向方向延伸，并且包括第二子入口和第二子出口，所述外部流体的一部分被引入到所述第二子入口中，所述第二子出口设置在与所述第二子入口相对的一端处；以及

采样导管，其在所述第二外部导管内沿所述纵向方向延伸，并且包括第二入口和第二出口，引入到所述第二子入口中的流体中的采样流体被引入到所述第二入口中，所述第二出口设置在与所述第二入口相对的一端处，

其中，所述第一子出口和所述第二子出口的流出方向形成为至少部分地与所述外部流体被引入到所述第一子入口中的流入方向相反。

9.根据权利要求8所述的微粒采样探头，其中，所述第一子出口和所述第二子出口的流出方向与所述外部流体被引入到所述第一子入口中的流入方向形成锐角，并且所述第一子出口形成在所述第一外部导管中，以沿所述纵向方向与所述第一子入口间隔开，并且所述第二子出口形成在所述第二外部导管中，以沿所述纵向方向与所述第二子入口间隔开。

10.根据权利要求8所述的微粒采样探头，其中，所述第一外部导管的外壁和所述第二外部导管的外壁为所述外部流体提供连续的流线。

11.根据权利要求8所述的微粒采样探头，其中，所述第一外部导管的外壁和所述第二外部导管的外壁为所述外部流体提供不连续的流线。

12.一种细粉尘测量装置，包括：

微粒采样探头，其构造为以恒定速度采样引入的外部流体，并且排出采样流体；

流量控制泵，其构造为通过主流路接收由所述微粒采样探头排出的采样流体，并且将所述采样流体排出至外部；

传感器，其构造为接收引入到所述主流路中采样流体的一部分，并且测量细粉尘的浓度；以及

处理器，其构造为接收来自传感器的所述细粉尘的浓度，并且生成具有所述细粉尘的浓度的细粉尘测量信息。

13.根据权利要求12所述的细粉尘测量装置，其中，所述微粒采样探头还包括：

外部导管，其在纵向方向上延伸，并且包括第一入口和第一出口，外部流体被引入所述第一入口中，所述第一出口设置在与所述第一入口相对的一端处；以及

采样导管，其在所述外部导管内沿所述纵向方向延伸，和并且包括第二入口和第二出口，所述外部流体中的采样流体被引入所述第二入口中，所述第二出口设置在与所述第二入口相对的一端处，并且

其中，所述第一出口的流出方向形成为至少部分地与所述外部流体被引入到所述第一入口中的流入方向相反。

14.根据权利要求12所述的细粉尘测量装置，还包括：

调节器，其构造为将由所述微粒采样探头排出的采样流体加热到预定温度，或者过滤所述采样流体中包含的细粉尘微粒中具有等于或大于预定尺寸的尺寸的微粒，并且将所述采样流体排出至所述主流路。