CN110160842B - 一种大气采样检测器 - Google Patents

Abstract

本发明属于大气检测装置技术领域，公开了一种大气采样检测器，包括箱体，箱体上侧铰接有盖板，箱体内设置有圆筒，圆筒的上端固接有外圆盘，外圆盘的上端开设有卡槽，卡槽内卡装有夹具，夹具装夹有采样膜，外圆盘的两侧均设置有进气通道，进气通道设置有第二开口，箱体内设置有负压泵和第一电机，进气通道的下端均与负压泵的进气口管道连接，箱体内设置有推拉机构，推拉机构用于将夹具从第二开口处插入至完全隔断进气通道的内腔或将夹具返回原位；进气通道设置有电磁阀和气体流量传感器，箱体外侧安装有控制模块。本装置既能提高采集效率，又能进行数据对比，降低所测浓度误差，提高大气采样检测的准确性，还能自动更换采样膜，减少了人工。

Description

一种大气采样检测器

技术领域

本发明涉及大气检测装置技术领域，具体为一种大气采样检测器。

背景技术

随着环境污染的加重以及人们对环境质量和大气质量关注度的日益提升，大气质量的检测变得越来越重要，大气检测不仅能提供各种污染程度指标，更重要的是提示人们污染的来源以及如何加强污染源的控制与环境的保护，大气采样包括有害气体采样和颗粒物采样，颗粒物采样时使一定体积的空气通过采样膜，悬浮于空气中的颗粒物被阻留在采样膜上，根据滤膜增加的质量与通过滤膜的空气体积，确定空气中总悬浮颗粒物的质量浓度，并可用于测定颗粒物中的金属、无机盐以及有机污染物等组分。

现有技术中的采集只有单个采样膜进行，当一个采样膜采集完成后需要工作人员来替换采样膜并再次进行采样，且无法自动更换采样膜，造成了工作效率的低下，浪费了人力。

发明内容

本发明意在提供一种大气采样检测器，解决现有技术中单个进气通道更换采样膜频繁，工作效率低，且无法自动更换采样膜的问题。

本发明提供基础方案是：一种大气采样检测器，包括箱体，所述箱体顶部的中央设有第一开口，所述第一开口铰接有盖板，所述第一开口正下方的箱体内设置有竖直的圆筒，所述圆筒的上端沿其径向固接有外圆盘，所述外圆盘的上端呈阵列分布有偶数个卡槽，所述卡槽远离外圆盘中心的端部贯通，所述卡槽内卡装有夹具，所述夹具中间贯通且贯通处覆盖有采样膜，所述外圆盘的两侧各设置有一根竖直的进气通道，所述进气通道的上端均穿出箱体的顶部，所述进气通道靠近外圆盘的一侧沿其周向设置有第二开口，所述箱体内设置有负压泵和第一电机，所述进气通道的下端均与负压泵的进气口管道连接，所述第一电机用于控制圆筒转动；

所述箱体内设置有推拉机构，所述推拉机构用于将夹具从第二开口处插入至完全隔断进气通道的内腔或将夹具返回原位；

所述位于第二开口上方的进气通道设置有电磁阀和气体流量传感器，所述箱体外侧安装有控制模块，所述控制模块用于根据气体流量传感器发送的信息控制电磁阀、负压泵以及第一电机的开启、关闭，并控制推拉机构推拉夹具，收集进气通道内定量体积的大气的颗粒物。

基础方案的工作原理：工作人员打开盖板，取出夹具并装夹采样膜，然后将夹具放入卡槽，并使其中两个卡槽分别对准两侧的第二开口，关闭盖板，使本系统通电；控制模块控制推拉机构将两个对准第二开口的夹具从第二开口插入进气通道的内腔，然后控制模块控制电磁阀和负压泵开启，负压泵将空气抽入进气通道，空气中的颗粒物过滤在采样膜上，当气体流量传感器发送的信息达到预设值后，控制模块控制电磁阀和负压泵关闭，控制模块控制推拉机构将夹具返回原位，然后控制模块控制第一电机启动，并带动圆筒转动，转动角度为两个夹具之间的夹角，使下一个夹具对准第二开口，并重复上述控制模块控制的过程，直至所有夹具均收集有定量体积的大气的颗粒物。

基础方案的有益效果是：本装置采用两根进气通道同时进行采样膜的采集，即能提高采集效率，又能进行数据对比，降低所测定的气体中总悬浮颗粒物的质量浓度误差，以及颗粒物中的金属、无机盐和有机污染物等组分浓度误差，提高大气采样检测的准确性，还能自动更换采样膜，避免工作人员频繁跑动，减少了人工，适用于长时间持续性的大气颗粒物浓度分析。

进一步，所述推拉机构包括圆筒中心沿其轴向设置的方管，所述方管上端靠近进气通道的两侧沿其轴向均开设第三开口，所述第三开口的上端贯通，所述方管内滑动连接有滑条，所述滑条靠近第三开口的两侧固接有齿条，所述齿条的齿部穿过开口，且分别齿接有滚轮组，所述方管的上端固接有内圆盘，所述内圆盘上对称的滑动连接有两块滑块，所述滑块靠近方管的端部安装有位移传感器，所述滑块的上侧设置有齿部，所述滑轮通过其齿部与滚轮组啮合，所述滑块的轴向正对第二开口，所述滑块靠近外圆盘的端部设置有电磁铁，所述电磁铁通电时可与夹具靠近滑块的端部磁性连接，所述箱体内设置有伺服电机，所述伺服电机用于控制滑条上下移动，所述位移传感器和伺服电机均与控制模块电性连接。

通过上述设置，控制模块控制推拉机构时，控制模块控制伺服电机开启，伺服电机带动滑条移动，滑条通过滚轮组带动两块滑块相向而行，将与第二开口对应的夹具从第二开口插入进气通道的内腔，位移传感器实时将位移数据发送给控制模块，当位移传感器的测量值达到预设值时，夹具完全插入进气通道，伺服电机关闭，当气体传感器发送的信息达到预设值时，控制模块控制电磁铁通电，电磁铁与夹具磁性连接，控制模块控制伺服电机再次开启并反转，伺服电机带动滑条上移，滑条通过滚轮组带动两块滑块相对而行，当夹具原位返回夹槽内，控制模块控制电磁铁断电，然后滑块继续滑动至返回原位，即完成对夹具的推拉，其定位准确，结构简单。

进一步，所述箱体内设置有第一温度传感器、调温模块和干燥剂，所述调温模块用于根据第一温度传感器发送的温度数据，调节自身的输出，将箱体内部的温度调整至4°，且精度控制在±2°范围内，所述干燥剂用于干燥箱体内部。

通过上述设置，可以延长采样膜在箱体内的放置时间，避免附着在采样膜上的颗粒物挥发，减少了检测误差。

进一步，所述箱体的上方设置有平板，所述箱体与平板之间固接有支撑杆，所述平板上设置有无线传输模块和大气检测传感器组，所述大气检测传感器组通过无线传输模块与外部终端实现数据通讯。

通过上述设置，使本装置可持续监测当地大气的空气质量，同大气颗粒物的检测形成互补，更加全面的检测大气环境，且平板可对第一开口和进气通道的上端进行遮挡，避免雨水落入损坏本装置。

进一步，所述大气检测传感器组包括大气压传感器、第二温度传感器、湿度传感器、风速传感器、二氧化碳传感器和二氧化硫传感器。

通过上述设置，可实时检测该地区的大气压、温度、湿度、风速、二氧化碳和二氧化硫，进行数据对比分析，为研究大气环境提供支持。

进一步，所述进气通道的上端设置有金属滤网。

通过上述设置，避免异物落入进气通道而损坏夹具上的采样膜或负压泵。

附图说明

图1为本发明一种大气采样检测器的结构示意图；

图2为本发明一种大气采样检测器俯视的剖面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：箱体1、盖板2、圆筒3、外圆盘4、卡槽5、夹具6、进气通道7、第二开口8、负压泵9、第一电机10、方管11、滑条12、齿条13、第一滚轮14、第二滚轮15、内圆盘16、滑块17、伺服电机18、齿轮19、控制模块20、电磁阀21、气体流量传感器22、第一温度传感器23、调温模块24、支撑杆25、平板26、无线传输模块27、大气检测传感器组28。

实施例如图1和图2所示，一种大气采样检测器，包括箱体1，箱体1顶部的中央设有第一开口，第一开口铰接有盖板2，第一开口正下方的箱体1内设置有竖直的圆筒3，箱体1内的后侧壁固接有轴承和轴承支座，圆筒3中部的外圆周与轴承的内圈固接，圆筒3的上端沿其径向固接有外圆盘4，外圆盘4的上端呈阵列分布有十二个卡槽5，卡槽5远离外圆盘4中心的端部贯通，卡槽5内卡装有夹具6，夹具6包括两块矩形的框架，其中一个框架的四角均焊接有定位柱，另一个框架的四角开设有相对应的定位孔，定位柱的长度小于定位孔的深度，两块框架合拢时相对的两个侧面均覆盖有极性相吸的磁铁层，两块框架之间夹持有将框架中空部分全覆盖的采样膜。

外圆盘4的左右两侧各设置有一根竖直的进气通道7，进气通道7的横截面呈矩形，进气通道7的上端伸出箱体1的顶部，进气通道7的上端设置有金属滤网，进气通道7靠近外圆盘4的一侧沿其径向设置有两端贯通的第二开口8，第二开口8的长度等于进气通道7的宽度，第二开口8的深度与其所在一侧的壁厚相等，夹持有采样膜的夹具6的厚度等于第二开口8的宽度且大于卡槽5的深度，夹具6的宽度等于进气通道7的内腔的宽度，夹具6的长度等于进气通道7的内腔的长度与进气通道7靠近外圆盘4一侧的管壁厚度之和，箱体1内安装有负压泵9和第一电机10，进气通道7的下端均与负压泵9的进气口管道连接，第一电机10的输出轴与圆筒3之间连接有皮带，用于控制圆筒3转动。

箱体1内设置有推拉机构，推拉机构包括圆筒3中心沿其轴向设置的方管11，方管11上端的左右两侧沿其轴向均开设有第三开口，第三开口的上端贯通，方管11内滑动连接有滑条12，滑条12的左右两侧固接有齿条13，齿条13的齿部穿过开口，且分别齿接有滚轮组。

滚轮组包括与齿条13啮合的第一滚轮14，第一滚轮14远离齿条13的一侧的下方齿接有第二滚轮15，方管11的上端前后侧固接有秦倾斜向下的连接块，并通过连接块固接有内圆盘16，内圆盘16的内侧与齿条13之间具有间隙，避免齿条13上下移动时卡住，内圆盘16上左右对称的安装有滑槽，两个滑槽上各滑动连接有滑块17，滑块17的上侧设置有齿部，滑块17通过其齿部与第二滚轮15啮合，第一滚轮14和第二滚轮15的设置是为了使滚轮组与滑块17的齿接点尽量靠近滑块17远离方管11的端部，在保证滑块17远离方管11的端部到与其对应进气通道7的侧壁之间的距离小于齿接点到滑块17靠近方块的端部的距离的情况下，最大程度减少了推拉机构的尺寸，降低了成本。

滑块17的轴向正对第二开口8，滑块17靠近方管11的端部安装有位移传感器，位移传感器采用宙斯牌M30线性位移传感器，位移传感器与控制模块20电性连接，滑块17靠近外圆盘4的端部固接有电磁铁，电磁铁通电时可与夹具6磁性连接，电磁铁的自由端与卡槽5靠近内圆盘16的端部平齐，箱体1内还安装有可正反转的伺服电机18，伺服电机18的输出轴上安装有齿轮19和断电刹车器，滑条12的下端穿出方管11，且滑条12下端的右侧设置有齿部，伺服电机18的输出轴的齿轮19与滑条12下端的齿部啮合。

进气通道7位于第二开口8上侧的部分均安装有电磁阀21和气体流量传感器22，气体流量传感器采用河南中原流量计生产厂生产的DN80涡街流量计，箱体1的外侧安装有控制模块20，负压泵9、伺服电机18、第一电机10、电磁阀21、气体流量传感器22和电磁铁均与控制模块20电性连接，控制模块20包括PLC控制器，PLC控制器采用三菱的FX3U-32M可编程控制器，控制模块20用于根据气体流量传感器22发送的信息开启或关闭电磁阀21、负压泵9以及第一电机10，并控制推拉机构依次推拉夹具6，收集进气通道7内定量体积的大气的颗粒物。

箱体1内设置有第一温度传感器23、调温模块24和干燥剂，调温模块24用于根据第一温度传感器23发送的温度数据，调节自身的输出，将箱体1内部的温度调整至4°，且精度控制在±2°范围内，干燥剂用于干燥箱体1内部。

箱体1的上方设置有平板26，箱体1与平板26之间固接有两根支撑杆25，平板26上安装有无线传输模块27和大气检测传感器组28，大气检测传感器组28通过无线传输模块27与外部终端实现数据通讯，大气检测传感器组28包括大气压传感器、第二温度传感器、湿度传感器、风速传感器、二氧化碳传感器和二氧化硫传感器，第一温度传感器23和第二温度传感器均采用TELESKY牌的DS18B20传感器。

具体工作时，工作人员打开盖板2，取出夹具6并装夹采样膜，然后将夹具6卡装入卡槽5，夹具6的一侧抵住卡槽5靠近内圆盘16的端部，并使两个卡槽5的夹具6分别部分插入两侧的第二开口8，关闭盖板2，使本系统通电，控制模块20开始工作：控制伺服电机18通电并开始运作，断电刹车器解除锁止，伺服电机18带动滑条12上移，滑条12通过滚轮组带动两块滑块17相向而行，其行进距离为滑块17未动时其靠近对应一侧的进气通道7的端部到进气通道7的距离，即为位移传感器位移量的预设值，当位移传感器发送给控制模块20的位移量达到预设值时，刚好将夹具6从第二开口8完全插入进气通道7内，控制模块20控制伺服电机18断电，伺服电机18上的断电刹车器使伺服电机18的输出轴锁止，然后控制模块20控制电磁阀21和负压泵9开启，负压泵9将空气抽入进气通道7，空气中的颗粒物过滤在采样膜上，当气体流量传感器22发送的信息达到预设值后，控制模块20控制电磁阀21关闭，同时控制负压泵9延时2s关闭，控制模块20控制电磁铁通电，电磁铁与夹具6磁性连接，然后控制模块20控制伺服电机18通电并开启，断电刹车器解除锁止，伺服电机18反转，当位移传感器再次测量的位移量达到预设值时，控制器控制伺服电机18断电，断电刹车器将伺服电机18的输出轴锁止，控制模块20控制电磁铁断电，夹具6和滑块17均返回原位，最后，控制模块20控制第一电机10启动，第一电机10带动圆筒3转动30°，使下一个夹具6对准第二开口8，并重复上述控制模块20控制的过程七次，即可将使所有夹具6均收集有定量体积的大气的颗粒物，同时无限传输模块实时将大气监测传感器组监测的数据发送至外部中端，供工作人员进行数据分析。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种大气采样检测器，包括箱体(1)，其特征在于：所述箱体(1)顶部的中央设有第一开口，所述第一开口铰接有盖板(2)，所述第一开口正下方的箱体(1)内设置有竖直的圆筒(3)，所述圆筒(3)的上端沿其径向固接有外圆盘(4)，所述外圆盘(4)的上端呈阵列分布有偶数个卡槽(5)，所述卡槽(5)远离外圆盘(4)中心的端部贯通，所述卡槽(5)内卡装有夹具(6)，所述夹具(6)中间贯通且贯通处覆盖有采样膜，所述外圆盘(4)的两侧各设置有一根竖直的进气通道(7)，所述进气通道(7)的上端均穿出箱体(1)的顶部，所述进气通道(7)靠近外圆盘(4)的一侧沿其周向设置有第二开口(8)，所述箱体(1)内设置有负压泵(9)和第一电机(10)，所述进气通道(7)的下端均与负压泵(9)的进气口管道连接，所述第一电机(10)用于控制圆筒(3)转动；

所述箱体(1)内设置有推拉机构，所述推拉机构用于将夹具(6)从第二开口(8)处插入至完全隔断进气通道(7)的内腔或将夹具(6)返回原位；

位于所述第二开口(8)上方的进气通道(7)设置有电磁阀(21)和气体流量传感器(22)，所述箱体(1)外侧安装有控制模块(20)，所述控制模块(20)用于根据气体流量传感器(22)发送的信息控制电磁阀(21)、负压泵(9)以及第一电机(10)的开启、关闭，并控制推拉机构推拉夹具(6)，收集进气通道(7)内定量体积的大气的颗粒物；

所述推拉机构包括圆筒(3)内沿其轴线设置的方管(11)，所述方管(11)上端靠近进气通道(7)的两侧沿其轴向均开设第三开口，所述第三开口的上端贯通，所述方管(11)内滑动连接有滑条(12)，所述滑条(12)靠近第三开口的两侧固接有齿条(13)，所述齿条(13)的齿部穿过开口，且分别齿接有滚轮组，所述方管(11)的上端固接有内圆盘(16)，所述内圆盘(16)上对称的滑动连接有两块滑块(17)，所述滑块(17)靠近方管(11)的端部安装有位移传感器，所述滑块(17)的上侧设置有齿部，所述滑块通过其齿部与滚轮组啮合，所述滑块(17)的轴向正对第二开口(8)，所述滑块(17)靠近外圆盘(4)的端部设置有电磁铁，所述电磁铁通电时可与夹具(6)靠近滑块(17)的端部磁性连接，所述箱体(1)内设置有伺服电机(18)，所述伺服电机(18)用于控制滑条(12)上下移动，所述位移传感器和伺服电机(18)均与控制模块(20)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种大气采样检测器，其特征在于：所述箱体(1)内设置有第一温度传感器(23)、调温模块(24)和干燥剂，所述调温模块(24)用于根据第一温度传感器(23)发送的温度数据，调节自身的输出，将箱体(1)内部的温度调整至4°，且精度控制在±2°范围内，所述干燥剂用于干燥箱体(1)内部。

3.根据权利要求1所述的一种大气采样检测器，其特征在于：所述箱体(1)的上方设置有平板(26)，所述箱体(1)与平板(26)之间固接有支撑杆(25)，所述平板(26)上设置有无线传输模块(27)和大气检测传感器组(28)，所述大气检测传感器组(28)通过无线传输模块(27)与外部终端实现数据通讯。

4.根据权利要求3所述的一种大气采样检测器，其特征在于：所述大气检测传感器组(28)包括大气压传感器、第二温度传感器、湿度传感器、风速传感器、二氧化碳传感器和二氧化硫传感器。

5.根据权利要求1所述的一种大气采样检测器，其特征在于：所述进气通道(7)的上端设置有金属滤网。

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