CN110470579A - 一种大气颗粒物监测装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种大气颗粒物监测装置及其使用方法。包括控制器和气球，气球的下端安装有颗粒物浓度监测传感器和高度传感器，颗粒物浓度监测传感器下端安装第一电机以驱动旋转支架转动，旋转支架上安装有激光发射器，激光发射器通过第二电机驱动旋转，激光发射器下方设有光学成像传感器，控制器通过线缆与颗粒物浓度监测传感器、高度传感器、第一电机、激光发射器和第二电机电性连接，旋转支架上连接有三根调节绳，三根调节绳分别通过三个呈三角形布置的卷扬机构调节长度，三个卷扬机构分别与控制器独立控制连接，控制器具有控制面板以通过调节三根调节绳的长度实现气球的高度和水平位置的调节。具有受风干扰小、气球位置可调并锁定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种大气颗粒物监测装置及其使用方法。
背景技术
大气颗粒物指的是分散在大气中的固态或液态颗粒状物质的总称，其粒径范围约为0.1μm-100μm，对它的监测、分析和研究是当前环境保护工作的重点。大气颗粒物的监测范围主要包括空气动力学直径小于或等于100μm的总悬浮颗粒物TSP(TotalSuspendedParticulate)、空气动力学直径小于或等于10μm的可吸入颗粒物PM 10(ParticleswithDiametersof10μmorless)和空气动力学直径小于或等于2.5μm的细颗粒物PM 2.5三种。气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的雾霾大气对人体健康的危害甚至大于沙尘暴。粒径大于10μm的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5μm-10μm的颗粒物，能够进入上呼吸道，部分可通过痰液等排出体外，部分会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；粒径小于2.5μm的细颗粒物，不易被阻挡，被吸入人体后直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发哮喘、支气管炎和心血管病等疾病。
随着人们对大气环境的越发重视以及雾霾的日趋恶化，对于大气中颗粒物的监测成为气象工作人员的一项重要任务。
传统人工测量方式落后，已经不再采用；无人机测量仅适合单次测量且测量时受到无人机风扇气流的干扰而存在误差；利用热气球、氢气球、氦气球放飞的方式进行测量，仅适合单次，不适合多次测量；利用激光雷达监测车可以完成不同高度、不同距离的大气颗粒物浓度测量，但是其成本较高，接近1千万元人民币，不利于大面积推广。
针对以上问题，申请公布号为CN107290258A的中国专利公开了一种自动化大气颗粒物监测设备，解决了以上问题，其包括底板，底板上安装绕绳棍、大电动机和减速箱，绕绳棍上绕有拉绳，拉绳的另一端与气球固定连接，气球下端安装颗粒物浓度监测传感器，颗粒物浓度监测传感器下端安装第一电机以驱动其下方的旋转支架转动，旋转支架上安装有激光发射器，激光发射器通过第二电机驱动旋转，激光发射器下方设有光学成像传感器，第一、第二电机与控制器电性连接，拉绳内部为中空结构，中空结构内设有电线，绕绳棍旁边安装有绕线轮，绕线轮与小电动机固定连接，底板上端安装有箱体，箱体上设有开口，控制器安装在箱体上，颗粒物浓度监测传感器上安装有高度传感器和风速风向传感器。
该监测设备能够实现气球的高度调整以带动气球下部的各类传感器随动，但是气球通过一根绕在绕绳棍上的拉绳拉拽，放绳时气球在自身升力作用下上升，收绳时气球高度降低，该设备存在以下缺点：(1)在无风时，仅能检测一条直线上的各个高度的点的数据，若想检测相邻的其他位置的数据，则需要搬动设备到该位置的正下方，十分不便；(2)在有风时，气球随风摆动，无法保证气球准确持续停留在需要检测的位置上。以上两个问题限制了该监测设备的进一步推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气球位置可由控制面板调节、受风干扰小、可准确停留在想要检测的位置上的大气颗粒物监测装置；本发明的目的还在于提供一种上述大气颗粒物监测装置的使用方法。
本发明的大气颗粒物监测装置的技术方案是这样实现的：大气颗粒物监测装置包括控制器和气球，气球的下端安装有颗粒物浓度监测传感器和高度传感器，颗粒物浓度监测传感器下端安装第一电机以驱动其下方的旋转支架转动，旋转支架上安装有激光发射器，激光发射器通过第二电机驱动旋转，激光发射器下方设有光学成像传感器，控制器通过线缆与所述颗粒物浓度监测传感器、高度传感器、第一电机、激光发射器和第二电机电性连接，旋转支架上连接有三根调节绳，三根调节绳分别通过三个呈三角形布置的卷扬机构调节长度，三个卷扬机构分别与所述控制器独立控制连接，所述控制器具有控制面板以通过调节三根调节绳的长度实现气球的高度和水平位置的调节。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，三个卷扬机构呈正三角形布置。保证各个方向的位置调节均比较一致。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，所述卷扬机构包括驱动电机、减速器、滚筒以及用于滚动支撑滚筒的支撑座。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，所述线缆缠绕在绕线筒上，绕线筒上设有提供给绕线筒朝向收紧线缆的方向的作用力的扭簧。由于线缆需要跟随着气球的位置进行适应性的伸长或缩短，绕线筒和扭簧的设置使得气球在下落而导致线缆伸出的长度较长时，可以自动将多余的线缆缠绕在绕线筒上。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，所述调节绳选用聚乙烯绳。具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐磨损的特点。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，大气颗粒物监测装置还包括控制箱体，所述控制器安装在控制箱体上，所述控制面板通过支架安装在控制箱体上部，所述绕线筒转动装配在控制箱体内。方便了控制面板的操作。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，所述卷扬机构还包括用于检测滚筒旋转角度的角度检测传感器以计算对应的调节绳的放线或收线长度，角度检测传感器与所述控制器控制连接。通过角度检测传感器的反馈可以直观地看出各根调节绳的长度变化，也方便后台根据长度变化计算出气球的位置。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，任意相邻两个卷扬机构的距离不低于6m。由于气球的竖直投影落在三个卷扬机构形成的三角形内部时才具有良好的抗风吹干扰的能力，因此，为了确保气球水平调节范围足够，需要对三角形的大小进行限定。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，旋转支架的下表面边缘均布有三个钢环，三根调节绳上端通过弹簧钩分别与三个钢环连接。方便了调节绳与旋转支架的连接。
在上述方案的基础上，进一步改进如下，所述线缆为伸缩线缆。确保线缆具有更大的伸缩范围。
本发明的大气颗粒物监测装置的使用方法的技术方案是这样实现的：大气颗粒物监测装置的使用方法包括以下步骤：调高气球的高度时，通过控制面板同步控制三个卷扬机构进行放线动作，使得三根调节绳的长度伸长，气球在自身升力作用下升高；调低气球高度时，通过控制面板同步控制三个卷扬机构进行收线动作，使得三根调节绳的长度缩短并拉动气球下行；调节气球在水平面内向P方向移动时，通过控制面板控制靠近P方向的一个或两个卷扬机构进行收线动作、控制远离P方向的两个或一个卷扬机构进行放线操作，在靠近P方向的调节绳的拉力以及气球自身升力作用下，气球向P方向移动；调节完成后，气球在三个方向的调节绳的拉力及自身升力的作用下被限定在该位置。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：相对于现有技术的监测设备，本发明通过三根调节绳同时对气球进行束缚和位置调整，原理如下：气球升力向上，三根调节绳分别从三个方向对气球进行束缚，当需要调节气球高度时，通过控制面板控制三个卷扬机构同时放线；当需要调节气球的水平位置时，需要向哪个方向移动，则收紧靠近该方向的一根或两根调节绳的长度以将气球拉过来，同时对远离该方向的一根或两根调节绳进行放线操作，实现了气球在水平方向上的位置调整。由于气球升力的作用，加上三个方向上的调节绳的拉紧力，即使遇到风吹，气球也不会大范围飘动，而是基本固定在某一个比较小的变动范围内，实现准确停留在想要检测的位置处的目的，调节方式简单快捷、省时省力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的大气颗粒物监测装置的具体实施例结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为图1的俯视示意图；
图4为气球在水平方向上调整后的第二种状态的俯视图；
图5为气球在水平方向上调整后的第三种状态的俯视图；
图6为气球的第四种状态的主视图；
图7为气球的第五种状态的主视图；
其中：1-气球，2-颗粒物浓度监测传感器，3-第一电机，4-旋转支架，41-钢环，5-激光发射器，6-第二电机，7-光学成像传感器，8-线缆，9-调节绳，10-卷扬机构，101-驱动电机，102-减速器，103-滚筒，104-支撑座，11-控制箱体，111-控制器，112-控制面板，113-支架。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明大气颗粒物监测装置的具体实施例：如图1-3所示，大气颗粒物监测装置包括控制器111和气球1，气球1的下端安装有颗粒物浓度监测传感器2和高度传感器，颗粒物浓度监测传感器2下端安装第一电机3以驱动其下方的旋转支架4转动，旋转支架4上安装有激光发射器5，激光发射器5通过第二电机6驱动旋转，激光发射器5下方设有光学成像传感器7，控制器111通过线缆8与所述颗粒物浓度监测传感器2、高度传感器、第一电机3、激光发射器5和第二电机6电性连接，旋转支架4上连接有三根调节绳9，三根调节绳9分别通过三个呈三角形布置的卷扬机构10调节长度，三个卷扬机构10分别与所述控制器111独立控制连接，所述控制器111具有控制面板112以通过调节三根调节绳9的长度实现气球1的高度和水平位置的调节。
在本实施例中，三个卷扬机构10呈正三角形布置。保证各个方向的位置调节均比较一致。卷扬机构10包括驱动电机101、减速器102、滚筒103以及用于滚动支撑滚筒103的支撑座104。线缆8缠绕在绕线筒上，绕线筒上设有提供给绕线筒朝向收紧线缆8的方向的作用力的扭簧。由于线缆8需要跟随着气球1的位置进行适应性的伸长或缩短，绕线筒和扭簧的设置使得气球1在下落而导致线缆8伸出的长度较长时，可以自动将多余的线缆8缠绕在绕线筒上。调节绳9选用聚乙烯绳。具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐磨损的特点。大气颗粒物监测装置还包括控制箱体11，所述控制器111安装在控制箱体11上，所述控制面板112通过支架113安装在控制箱体11上部，所述绕线筒转动装配在控制箱体11内。方便了控制面板112的操作。卷扬机构10还包括用于检测滚筒103旋转角度的角度检测传感器以计算对应的调节绳9的放线或收线长度，角度检测传感器与所述控制器111控制连接。通过角度检测传感器的反馈可以直观地看出各根调节绳9的长度变化，也方便后台根据长度变化计算出气球1的位置。任意相邻两个卷扬机构10的距离不低于6m。由于气球1的竖直投影落在三个卷扬机构10形成的三角形内部时才具有良好的抗风吹干扰的能力，因此，为了确保气球1水平调节范围足够，需要对三角形的大小进行限定。旋转支架4的下表面边缘均布有三个钢环41，三根调节绳9上端通过弹簧钩分别与三个钢环41连接。方便了调节绳9与旋转支架4的连接。线缆8为伸缩线缆。确保线缆8具有更大的伸缩范围。
在调节时：如图3-4所示，俯视状态下，通过控制面板112控制左上和左下两个卷扬机构10动作以带动滚筒103朝着卷绕方向旋转以收紧对应的调节绳9，将气球1向左上方向拉，对应地，控制面板112控制右下边的卷扬机构10动作以驱动滚筒103放线，直至气球1到达指定水平位置和高度形成的三维坐标点处后停止调整；相反地，采用相反的调整方式得到如图5所示的气球1位置；如图6-7所示，从图6状态调整到图7状态的过程中，收紧右边的调节绳9，松开左边的调节绳9，并同时放绳实现气球1高度的调整。
相对于现有技术的监测设备，本发明通过三根调节绳9同时对气球1进行束缚和位置调整，原理如下：气球1升力向上，三根调节绳9分别从三个方向对气球1进行束缚，当需要调节气球1高度时，通过控制面板112控制三个卷扬机构10同时放线；当需要调节气球1的水平位置时，需要向哪个方向移动，则收紧靠近该方向的一根或两根调节绳9的长度以将气球1拉过来，同时对远离该方向的一根或两根调节绳9进行放线操作，实现了气球1在水平方向上的位置调整。由于气球1升力的作用，加上三个方向上的调节绳9的拉紧力，即使遇到风吹，气球1也不会大范围飘动，而是基本固定在某一个比较小的变动范围内，实现准确停留在想要检测的位置处的目的，调节方式简单快捷、省时省力。
本发明的大气颗粒物监测装置的使用方法的具体实施例：大气颗粒物监测装置的使用方法包括以下步骤：调高气球的高度时，通过控制面板同步控制三个卷扬机构进行放线动作，使得三根调节绳的长度伸长，气球在自身升力作用下升高；调低气球高度时，通过控制面板同步控制三个卷扬机构进行收线动作，使得三根调节绳的长度缩短并拉动气球下行；调节气球在水平面内向P方向移动时，通过控制面板控制靠近P方向的一个或两个卷扬机构进行收线动作、控制远离P方向的两个或一个卷扬机构进行放线操作，在靠近P方向的调节绳的拉力以及气球自身升力作用下，气球向P方向移动；调节完成后，气球在三个方向的调节绳的拉力及自身升力的作用下被限定在该位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)
1.大气颗粒物监测装置，包括控制器和气球，气球的下端安装有颗粒物浓度监测传感器和高度传感器，颗粒物浓度监测传感器下端安装第一电机以驱动其下方的旋转支架转动，旋转支架上安装有激光发射器，激光发射器通过第二电机驱动旋转，激光发射器下方设有光学成像传感器，控制器通过线缆与所述颗粒物浓度监测传感器、高度传感器、第一电机、激光发射器和第二电机电性连接，其特征在于，旋转支架上连接有三根调节绳，三根调节绳分别通过三个呈三角形布置的卷扬机构调节长度，三个卷扬机构分别与所述控制器独立控制连接，所述控制器具有控制面板以通过调节三根调节绳的长度实现气球的高度和水平位置的调节。
2.根据权利要求1所述的大气颗粒物监测装置，其特征在于，三个卷扬机构呈正三角形布置。
3.根据权利要求1所述的大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述卷扬机构包括驱动电机、减速器、滚筒以及用于滚动支撑滚筒的支撑座。
4.根据权利要求1-3任一项所述的大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述线缆缠绕在绕线筒上，绕线筒上设有提供给绕线筒朝向收紧线缆的方向的作用力的扭簧。
5.根据权利要求1-3任一项所述的大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述调节绳选用聚乙烯绳。
6.根据权利要求4所述的大气颗粒物监测装置，其特征在于，大气颗粒物监测装置还包括控制箱体，所述控制器安装在控制箱体上，所述控制面板通过支架安装在控制箱体上部，所述绕线筒转动装配在控制箱体内。
7.根据权利要求3所述的大气颗粒物监测装置，其特征在于，所述卷扬机构还包括用于检测滚筒旋转角度的角度检测传感器以计算对应的调节绳的放线或收线长度，角度检测传感器与所述控制器控制连接。
8.根据权利要求1-3任一项所述的大气颗粒物监测装置，其特征在于，任意相邻两个卷扬机构的距离不低于6m。
9.根据权利要求1-3任一项所述的大气颗粒物监测装置，其特征在于，旋转支架的下表面边缘均布有三个钢环，三根调节绳上端通过弹簧钩分别与三个钢环连接。
10.大气颗粒物监测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：调高气球的高度时，通过控制面板同步控制三个卷扬机构进行放线动作，使得三根调节绳的长度伸长，气球在自身升力作用下升高；调低气球高度时，通过控制面板同步控制三个卷扬机构进行收线动作，使得三根调节绳的长度缩短并拉动气球下行；调节气球在水平面内向P方向移动时，通过控制面板控制靠近P方向的一个或两个卷扬机构进行收线动作、控制远离P方向的两个或一个卷扬机构进行放线操作，在靠近P方向的调节绳的拉力以及气球自身升力作用下，气球向P方向移动；调节完成后，气球在三个方向的调节绳的拉力及自身升力的作用下被限定在该位置。
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