CN110057985B - 一种高空监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高空监测设备，属于大气监测设备领域。包括壳体、监测装置、采样装置和供电装置，壳体上设有第一进气口、第二进气口和出气口。监测装置设于壳体内，监测装置包括监测盒、电子流量计和抽气装置，监测盒、电子流量计和抽气装置串联于第一进气口和出气口间，监测盒用于监测大气气体成分浓度。采样装置设于壳体内，采样装置、电子流量计和抽气装置串联于第二进气口和出气口间，采样装置用于采样大气中的颗粒物；抽气装置与供电装置电连接。这种高空监测设备可借助飞行器升入高空，可在不同位置对大气进行实时监测。

Description

一种高空监测设备

技术领域

本发明涉及大气监测设备领域，具体而言，涉及一种高空监测设备。

背景技术

大气环境监测是预防大气污染、进行大气保护的前提，大气环境对人类生活的质量甚至安全有着直接影响。传统的监测方式以地面监测站为主，高空监测成本高，资源浪费严重，并且不能准确控制监测地点。但是由于大气污染具有涉及区域范围大、区域间传输量大、污染源种类多、环境影响因子复杂等特点，即使采取大面积布设地面监测站点的方式，也很难判断污染物的迁移扩散以及传输过程中的变化情况，难以确定污染源头。传统的监测方式无法对不同位置大气进行实时监测，无法满足新时期环境监测的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高空监测设备，以改善传统监测方式无法对不同位置大气进行实时监测的问题。

本发明是这样实现的：

基于上述目的，本发明提供一种高空监测设备，包括壳体、监测装置、采样装置和供电装置；

所述壳体上设有第一进气口、第二进气口和出气口；

所述监测装置设于所述壳体内，所述监测装置包括监测盒、电子流量计和抽气装置，所述监测盒、所述电子流量计和抽气装置串联于第一进气口和出气口间，所述监测盒用于监测大气气体成分浓度；

所述采样装置设于所述壳体内，所述采样装置、所述电子流量计和所述抽气装置串联于第二进气口和出气口间，所述采样装置用于对大气中的颗粒物进行采样；

所述供电装置设于所述壳体内，所述抽气装置与所述供电装置电连接。

在本发明的一个实施例中，所述监测盒包括第一盒体、第一滤网、第二滤网和多个气体传感器；

所述第一盒体内部形成第一通气腔，所述第一盒体上设有第一入口和第一出口，所述第一入口与所述第一进气口连通，所述第一出口与所述电子流量计连通；

所述第一滤网和所述第二滤网间隔分布于所述第一盒体内，所述第一滤网和所述第二滤网将所述第一通气腔分隔为进气腔、监测腔和出气腔，所述监测腔位于所述进气腔与所述出气腔之间，所述第一入口与所述进气腔连通，所述第一出口与所述出气腔连通，所述多个气体传感器设于所述监测腔内。

在本发明的一个实施例中，高空监测设备还包括控制器和信号接收发射器，所述信号接收发射器、所述电子流量计和所述抽气装置均与所述控制器电连接，所述信号接收发射器用于向基站发射所述气体传感器和所述电子流量计监测的信号，以及接收基站发出的控制所述抽气装置的控制信号。

在本发明的一个实施例中，所述采样装置包括过滤盒和收集盒；

所述过滤盒与所述收集盒串联，所述过滤盒与所述第二进气口连通，所述收集盒与所述电子流量计连通。

在本发明的一个实施例中，所述过滤盒与所述第二进气口通过第一采样管连通，所述收集盒与所述电子流量计通过第二采样管连通，所述第一采样管上设有第一快接接头，所述第二采样管上设有第二快接接头。

在本发明的一个实施例中，所述过滤盒包括第二盒体、第一阻隔体、第二阻隔体和过滤筛；

所述第二盒体内部形成第二通气腔，所述第二盒体上设有第二入口和第二出口，所述第二入口与所述第二进气口连通，所述第二出口与所述收集盒连通；

所述过滤筛设于所述第二盒体内，所述过滤筛将所述第二通气腔分隔为第一腔室和第二腔室；

所述第一阻隔体和所述第二阻隔体均设于所述第一腔室内，所述第一阻隔体与所述第二盒体间形成进气通道，所述第二阻隔体与所述第一阻隔体间形成出气通道，所述出气通道通向所述过滤筛，所述第一阻隔体上设有凸出部，所述第二阻隔体上设有凹槽，所述凸出部延伸至所述凹槽内，所述凸出部与所述凹槽间形成连通所述进气通道和出气通道的转向通道，所述凹槽内设有面向所述凸出部的硅油涂层；

所述第二入口与所述进气通道连通，所述第二出口与所述第二腔室连通。

在本发明的一个实施例中，所述收集盒包括第三盒体和滤膜；

所述第三盒体内部形成第三通气腔，所述第三盒体上设有第三入口和第三出口，所述第三入口与所述过滤盒连通，所述第三出口与所述电子流量计连通；

所述滤膜设于所述第三盒体内，所述滤膜将所述第三通气腔分为第三腔室和第四腔室，所述第三入口与所述第三腔室连通，所述第三出口与所述第四腔室连通。

在本发明的一个实施例中，所述第三盒体包括第一半盒和第二半盒；

所述第一半盒的一端可拆卸的插设于所述第二半盒内，所述第一半盒将所述滤膜压紧于所述第二半盒上。

在本发明的一个实施例中，所述第一进气口和所述第二进气口内均设有进气口滤网；

所述出气口内设有出气口滤网。

在本发明的一个实施例中，所述壳体内部形成容纳室，所述壳体上设有与所述容纳室连通的监测口；

所述容纳室内设有温湿压一体传感器。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种高空监测设备，使用时，可搭载在飞行器上并随其升入高空，供电装置为抽气装置供电后，抽气装置开始工作，气体将从第一进气口和第二进气口分别进入到监测盒和采样装置中，电子流量计可对进入的气体的流量进行实时监测，监测盒可对大气气体成分浓度进行监测，采样装置可对大气中的颗粒物进行采样，使得高空监测和高空采样同时进行。这种高空监测设备可在不同位置对大气进行实时监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的高空监测设备的结构示意图；

图2为图1所示的高空监测设备的局部视图；

图3为图2所示的过滤盒的结构示意图；

图4为图2所示的收集盒的结构示意图。

图标：100-高空监测设备；10-壳体；11-第一进气口；12-第二进气口；13-出气口；14-进气口滤网；15-出气口滤网；16-容纳室；161-监测口；20-监测装置；21-监测盒；211-第一盒体；2111-第一通气腔；2112-第一入口；2113-第一出口；2114-进气腔；2115-监测腔；2116-出气腔；212-第一滤网；213-第二滤网；214-气体传感器；22-电子流量计；23-真空泵；30-采样装置；31-过滤盒；311-第二盒体；3111-第二通气腔；3112-第二入口；3113-第二出口；3114-第一腔室；3115-第二腔室；312-第一阻隔体；3121-凸出部；313-第二阻隔体；3131-凹槽；314-过滤筛；315-进气通道；316-出气通道；317-转向通道；318-硅油涂层；32-收集盒；321-第三盒体；3211-第三通气腔；3212-第三入口；3213-第三出口；3214-第三腔室；3215-第四腔室；3216-第一半盒；3217-第二半盒；322-滤膜；33-第一采样管；34-第二采样管；35-第一快接接头；36-第二快接接头；40-供电装置；50-信号接收发射器；60-温湿压一体传感器；70-光学监测模块；80-卫星定位模块；90-数据存储模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种高空监测设备100，包括壳体10、监测装置20、采样装置30和供电装置40，监测装置20、采样装置30和供电装置40均设于壳体10内。

其中，壳体10为矩形结构，壳体10长度方向上的两端的端面分别为第一端面和第二端面。第一端面上设有向内凹陷的第一进气口11和第二进气口12，第二端面上设有向内凹陷的出气口13。本实施例中，第一进气口11和第二进气口12内均设有进气口滤网14，出气口13内设有出气口滤网15。

监测装置20包括监测盒21、电子流量计22和抽气装置，监测盒21、电子流量计22和抽气装置串联于第一进气口11和出气口13间。

其中，监测盒21包括第一盒体211、第一滤网212、第二滤网213和多个气体传感器214。第一盒体211内部形成第一通气腔2111，第一盒体211上设有第一入口2112和第一出口2113。第一滤网212和第二滤网213均为惰性大孔滤网，第一滤网212和第二滤网213间隔分布于第一盒体211内，第一滤网212和第二滤网213将第一通气腔2111分隔为进气腔2114、监测腔2115和出气腔2116，监测腔2115位于进气腔2114与出气腔2116之间，第一入口2112与进气腔2114连通，第一出口2113与出气腔2116连通。所有气体传感器214均设于监测腔2115内。第一入口2112通过管道与壳体10上的第一进气口11连通，第一出口2113通过管道与电子流量计22连通。

监测腔2115中的各个气体传感器214的种类不同，可根据所需要监测的气体而选择传感器的种类。本实施例中，监测腔2115中的传感器分别为二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、臭氧传感器、二氧化硫传感器和二氧化氮传感器，各个传感器用于监测大气中各种气体的浓度。其中，二氧化碳传感器的型号为MH-410D；一氧化碳传感器的型号为ME2-CO；臭氧传感器的型号为MQ131；二氧化硫传感器的型号为ME3-SO₂；二氧化氮传感器的型号为ME3-NO2。

电子流量计22的作用是用于监测进入到监测盒21内的气体的流量的大小。本实施例中，抽气装置为真空泵23。当抽气装置工作时，大气气体将从第一进气口11进入到监测盒21内，第一进气口11中的进气口滤网14可对气体中粒径较大的杂物进行过滤；进入监测盒21内的气体将依次流经进气腔2114、监测腔2115和出气腔2116，最后再经过电子流量计22、真空泵23、出气口滤网15并从出气口13流出。监测盒21中的第一滤网212和第二滤网213的设置使得从进气腔2114进入到监测腔2115中的气体能够均匀的扩散在监测腔2115内，使得监测腔2115中的传感器能够准确的监测出气体的浓度。

采样装置30用于对大气中的颗粒物进行采用，比如PM2.5、PM10等。如图2所示，采样装置30、电子流量计22和抽气装置串联于第二进气口12和出气口13间。

本实施例中，采样装置30包括过滤盒31和收集盒32，过滤盒31与收集盒32串联，过滤盒31与第二进气口12连通，收集盒32与电子流量计22连通。过滤盒31可对粒径大于所要收集的颗粒物的大颗粒物进行过滤，过滤盒31的作用是对所要收集的颗粒物进行收集。

其中，如图3所示，过滤盒31包括第二盒体311、第一阻隔体312和第二阻隔体313和过滤筛314。第二盒体311内部形成第二通气腔3111，第二盒体311上设有第二入口3112和第二出口3113。过滤筛314设于第二盒体311内，过滤筛314将第二通气腔3111分隔为第一腔室3114和第二腔室3115。第一阻隔体312和第二阻隔体313均设于第一腔室3114内，第一阻隔体312与第二盒体311间形成进气通道315，第二阻隔体313与第一阻隔体312间形成出气通道316，出气通道316通向过滤筛314；第一阻隔体312上设有凸出部3121，第二阻隔体313上设有凹槽3131，凸出部3121延伸至凹槽3131内，凸出部3121与凹槽3131间形成转向通道317，进气通道315与出气通道316通过转向通道317连通，凹槽3131内设有面向凸出部3121的硅油图层。第二入口3112与进气通道315连通，第二出口3113与第二腔室3115连通。带颗粒物的气体从第二入口3112进入到进气通道315内后，气体从进气通道315流向出气通道316的过程中将发生变向，气体中大颗粒物将被甩出，并附着在硅油涂层318上，所要收集取样的较小的颗粒物将跟随气体通过过滤筛314从第二出口3113排出。

如图4所示，收集盒32包括第三盒体321和滤膜322，第三盒体321内部形成第三通气腔3211，第三盒体321上设有第三入口3212和第三出口3213。滤膜322设于第三盒体321内，滤膜322将第三通气腔3211分为第三腔室3214和第四腔室3215，第三入口3212与第三腔室3214连通，第三出口3213与第四腔室3215连通。

本实施例中，收集盒32为可拆卸结构，其包括第一半盒3216和第二半盒3217，第一半盒3216为底端开口结构，第二半盒3217为顶端开口结构，第一半盒3216的底端从第二半盒3217的开口可拆卸的插于第二半盒3217内，第一半盒3216将滤膜322压紧于第二半盒3217上。第三入口3212设于第一半盒3216的顶端，第三出口3213设于第二半盒3217的底端。

如图2所示，过滤盒31的第二入口3112与第二进气口12通过第一采样管33连通，过滤盒31的第二出口3113与收集盒32的第三出口3213通过管道连通，过滤盒31的第三出口3213与电子流量计22通过第二采样管34连通。本实施例中，第一采样管33上设有第一快接接头35，第二采样管34上设有第二快接接头36，通过第一快接接头35和第二快接接头36可实现整个采样装置30的快速安装及拆卸。

当抽气装置工作时，大气气体将从第二进气口12进入到过滤盒31中，气体中的大颗粒物质将被拦截在过滤盒31内，而所需要收集采样的小颗粒物质将跟随气体一同进入到收集盒32进入到第三腔室3214中，滤膜322起到阻隔小颗粒物质的作用，小颗粒物质将被收集在第三腔室3214中，气体最后依次经过电子流量计22、真空泵23、出气口滤网15从出气口13流出。

本实施例中，采样装置30为PM2.5的采样装置30，即直径大于2.5微米的大颗粒物将被过滤盒31拦截，直径小于或等于2.5微米的小颗粒物将被收集在收集盒32内。当然，若要对其他颗粒物进行收集时，只需要将采样装置30取下，并对采样装置30中的过滤盒31进行更换即可。

收集盒32内收集颗粒物后，由于收集盒32为可拆卸结构，将第一半盒3216和第二半盒3217进行分离后，便可取出收集盒32内的颗粒物，并进行化验分析。

本实施例中，供电装置40为蓄电池，其作用是为用电设备提供电能。供电装置40设于壳体10内，供电装置40与抽气装置电连接，即供电装置40可为真空泵23提供电能。

如图1所示，本实施例中，高空监测设备100还包括控制器和信号接收发射器50，控制器和信号接收器均设有壳体10内。本实施例中控制器为单片机。信号接收发生器、电子流量计22、抽气装置和监测盒21中的气体传感器214均与控制器电连接。信号接收发射器50用于向地面基站发射气体传感器214和电子流量计22监测的信号，以及接收地面基站发出的控制抽气装置的控制信号。也就是说，传感器所监测出气体的浓度值和电子流量计22监测出的气体的流量值通过信号接收发射器50发射给地面基站，若电子流量计22所监测的流量值未在指定范围内时，可通过基站向信号接收发射器50发射控制信号，从而使控制器对真空泵23的转速进行调节，从而对进入到监测装置20和采样装置30中的气体的流量进行控制。

此外，本实施例中，壳体10内形成容纳室16，壳体10上设有与容纳室16连通的监测口161，容纳室16内设有温湿压一体传感器60，其型号为MS8607。温湿压一体传感器60与控制器电连接。大气气体从检测口进入到容纳室16内后，温湿压一体传感器60可对大气的温度、湿度、压力进行监测。温湿压一体传感器60所监测的信号也可通过信号接收发射器50发射至地面基站。

本实施例中，高空观测系统还包括光学监测模块70、卫星定位模块80和数据存储模块90。光学监测模块70用于监测多个粒径通道的粒子数浓度；卫星定位模块80用于获取时间、经度、纬度、海拔高度信息；光学监测模块70所监测的数据信号也可通过号接收发射器发射至地面基站。数据存储模块90为数据采集卡，用于存储所监测出的数据，包括时间、经纬度、海拔高度、真空泵23流量、温度、湿度、气压、多种气体浓度、多个粒径通道的粒子数浓度。

使用时，整个设备可挂载飞行器(比如无人机)上，由地面基站控制真空泵23打开，高空监测和高空采样同时进行，地面基站实时监控高空监测设备100运行情况和大气气象要素变化情况，实现三维观测。在高空探测器不慎丢失的情况下可依据卫星定位模块80发射的定位信号寻找，另外，实时定位功能可实现对污染源的精准定位。各个气体传感器214可以可同时监测多种气体成分。温湿压一体传感器60实时监测所处地区的大气温度、湿度与大气压并由数据采集卡实时记录存储，通过信号接收发送器与地面基站保持连接，可实现在线分析。这种高空监测设备100可在不同位置对大气进行实时监测。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高空监测设备，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体上设有第一进气口、第二进气口和出气口，所述第一进气口和所述第二进气口内均设有进气口滤网；所述出气口内设有出气口滤网；

监测装置，所述监测装置设于所述壳体内，所述监测装置包括监测盒、电子流量计和抽气装置，所述监测盒、所述电子流量计和抽气装置串联于第一进气口和出气口间，所述监测盒用于监测大气气体成分浓度；

采样装置，所述采样装置设于所述壳体内，所述采样装置、所述电子流量计和所述抽气装置串联于第二进气口和出气口间，所述采样装置用于对大气中的颗粒物进行采样；以及

供电装置，所述供电装置设于所述壳体内，所述抽气装置与所述供电装置电连接；

其中，所述监测盒包括第一盒体、第一滤网、第二滤网和多个气体传感器；所述第一盒体内部形成第一通气腔，所述第一盒体上设有第一入口和第一出口，所述第一入口与所述第一进气口连通，所述第一出口与所述电子流量计连通；所述第一滤网和所述第二滤网间隔分布于所述第一盒体内，所述第一滤网和所述第二滤网将所述第一通气腔分隔为进气腔、监测腔和出气腔，所述监测腔位于所述进气腔与所述出气腔之间，所述第一入口与所述进气腔连通，所述第一出口与所述出气腔连通，所述多个气体传感器设于所述监测腔内；

所述采样装置包括过滤盒和收集盒；所述过滤盒与所述收集盒串联，所述过滤盒与所述第二进气口连通，所述收集盒与所述电子流量计连通；所述收集盒包括第三盒体和滤膜；所述第三盒体内部形成第三通气腔，所述第三盒体上设有第三入口和第三出口，所述第三入口与所述过滤盒连通，所述第三出口与所述电子流量计连通；所述滤膜设于所述第三盒体内，所述滤膜将所述第三通气腔分为第三腔室和第四腔室，所述第三入口与所述第三腔室连通，所述第三出口与所述第四腔室连通；

所述过滤盒包括第二盒体、第一阻隔体、第二阻隔体和过滤筛；所述第二盒体内部形成第二通气腔，所述第二盒体上设有第二入口和第二出口，所述第二入口与所述第二进气口连通，所述第二出口与所述收集盒连通；所述过滤筛设于所述第二盒体内，所述过滤筛将所述第二通气腔分隔为第一腔室和第二腔室；所述第一阻隔体和所述第二阻隔体均设于所述第一腔室内，所述第一阻隔体与所述第二盒体间形成进气通道，所述第二阻隔体与所述第一阻隔体间形成出气通道，所述出气通道通向所述过滤筛，所述第一阻隔体上设有凸出部，所述第二阻隔体上设有凹槽，所述凸出部延伸至所述凹槽内，所述凸出部与所述凹槽间形成连通所述进气通道和出气通道的转向通道，所述凹槽内设有面向所述凸出部的硅油涂层；所述第二入口与所述进气通道连通，所述第二出口与所述第二腔室连通。

2.根据权利要求1所述的高空监测设备，其特征在于，高空监测设备还包括控制器和信号接收发射器，所述信号接收发射器、所述电子流量计和所述抽气装置均与所述控制器电连接，所述信号接收发射器用于向基站发射所述气体传感器和所述电子流量计监测的信号，以及接收基站发出的控制所述抽气装置的控制信号。

3.根据权利要求1所述的高空监测设备，其特征在于，所述过滤盒与所述第二进气口通过第一采样管连通，所述收集盒与所述电子流量计通过第二采样管连通，所述第一采样管上设有第一快接接头，所述第二采样管上设有第二快接接头。

4.根据权利要求1所述的高空监测设备，其特征在于，所述第三盒体包括第一半盒和第二半盒；

所述第一半盒的一端可拆卸的插设于所述第二半盒内，所述第一半盒将所述滤膜压紧于所述第二半盒上。

5.根据权利要求1所述的高空监测设备，其特征在于，所述壳体内部形成容纳室，所述壳体上设有与所述容纳室连通的监测口；

所述容纳室内设有温湿压一体传感器。