CN110736648A - 多方位降尘采样器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多方位降尘采样器及其控制方法，所述多方位降尘采样器包括防尘盖、第一云台、集尘缸底座和至少两个集尘缸；所述至少两个集尘缸沿所述集尘缸底座的周向均匀分布在所述集尘缸底座上；所述防尘盖与所述第一云台固定连接，且通过所述第一云台的旋转带动所述防尘盖转动；其中，所述防尘盖上开设有开口，当所述第一云台带动所述防尘盖转动时，使得所述防尘盖的开口位于选定的集尘缸的正上方。本发明的多方位降尘采样器，能够根据实时风向和风速等气象条件自动分离收集降尘，实现自动分离收集静风和分方位的降尘，保证收集结果的准确性，为城市环境空气监测点或热点网格区域的降尘溯源监测提供了设备上的保障。

Description

多方位降尘采样器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种大气环境监测领域，尤其涉及一种多方位降尘采样器及其控制方法。

背景技术

现有技术中的降尘采样器能够对环境空气中可沉降颗粒物进行测定，得到的测定结果可以作为大气环境质量评价的依据。

我国GB/T 15265-94《环境空气降尘的测定重量法》规定的降尘测定方法是湿法收集法，其工作原理为：空气中可沉降的颗粒物，沉降在装有乙二醇水溶液做收集液的集尘缸内，经蒸发、干燥、称重后，计算降尘量。集尘缸为内径(15±0.5)cm、高30cm的圆筒形玻璃缸，缸底要平整。降尘监测周期为(30±2)d，取换缸的时间规定为月底5d内完成。集尘缸放置高度应距离地面5～12m，如放置屋顶平台上，采集口应距平台(1～1.5)m，以避免平台扬尘的影响。

我国开展降尘监测必须遵循的以上原则，但是现有降尘测定方法还存在一些不足，比如：①监测周期长不易识别短时沙尘暴的污染特征；②不能识别区分干式和湿式降尘量；③降尘样品易受到鸟粪、蚊虫及落叶等污染；④不能保证换样时间的一致性。为解决以上不足，国内学者针对降尘测定方法做了一些改进，具体情况如下：

CN101013070A公开了一种降雨降尘分时段多功能全自动采样器，可分时段或定时对雨水、沙尘暴降尘、日常降尘进行采样。采样器的箱体顶部有封闭的上盖，上盖在接近边部镶有一个圆筒形收集口，在箱体中部还设有一个由传动机构带动的旋转托盘，旋转托盘上方沿圆周均匀设置多个收集杯座和收集杯，雨水或降尘通过收集口进入收集杯，通过传送带使托盘旋转可实现分时段全自动换样，下雨时可自动连续采集雨水，不下雨时可自动连续采集不同时间段的大气降尘。该采样器可以分别收集干式和湿式降尘样品，并且可以提高沙尘暴降尘样品分开收集的时间分辨率；但收集口及其与收集杯的连接设计与《GB/T15265-94》要求的集尘缸尺寸不同，会影响颗粒物沉降的空气动力学行为，而且收集口内壁粘附的降尘不能进入收集杯。

CN204359560U公开了一种多功能大气多方位降尘采样器，箱体内并排设置两个降尘收集罐，顶部设有可在两个收集罐上方移动遮盖的上盖，通过与电机链接的尼龙绳控制收集罐的开合，可再下雨时自动采集雨水，同时关闭干沉降样品的采集，雨停后大气湿度满足采样条件时自动进行干沉降样品的采集。该专利可以把干湿沉降样品分离，但无法分析降尘的污染源方位。

CN205879608U公开了一种大气降尘采样装置，箱体顶端的支架上有密封盖，支架内的漏斗底端通过橡胶管与倒置漏斗相连，可将沉降的降尘收集到收集瓶里，装置内设置有计时器和控制器，可以连续采集大气降尘或沙尘暴降尘，滤网结构可以阻挡树叶或昆虫等落入集尘缸，方便连续采样的进行；但其采样方法与《GB/T 15265-94》要求的不一样，不能作为目前降尘监测的主流方法。

CN207095923U公开了一种自动降尘采样装置，除正在采集的两个平行降尘缸之外，在采样装置内部备有一套平行的降尘缸，可以实现准时准点自动换样，确保了采集样品时间上的一致性；但其内部只能备有一套备用降尘缸，每实现一次自动换样后都要再进行人为取样，并不能满足长期采样的要求，也不能分析降尘的污染源方位。

综上所述，现有的降尘采样器和采样方法无法获得污染源方位数据，不能为污染源的精准治理提供技术支撑，因此急需研发一种可量化污染源方位及影响程度的多方位降尘采样器。

发明内容

本发明目的是提供一种多方位降尘采样器及其控制方法，其根据环境风向和风速自动分离收集不同方位污染源降尘的多方位降尘采样器及其控制方法。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种多方位降尘采样器，其包括防尘盖、第一云台、集尘缸底座和至少两个集尘缸；

所述至少两个集尘缸沿所述集尘缸底座的周向均匀分布在所述集尘缸底座上；

所述防尘盖与所述第一云台固定连接，且通过所述第一云台的旋转带动所述防尘盖转动；

其中，所述防尘盖上开设有开口，当所述第一云台带动所述防尘盖转动时，使得所述防尘盖的开口位于选定的集尘缸的正上方。

可选的，所述的多方位降尘采样器还包括第二云台，所述集尘缸底座固定在所述第二云台上部，且通过所述第二云台的旋转带动所述集尘缸底座转动；

所述第二云台带动其上的所述第一云台转动。

可选的，所述开口的尺寸被设置为仅容许一个所述集尘缸完整地位于所述开口的正下方。

可选的，所述防尘盖为圆形，并且外沿向下折弯，形成翻边结构；所述翻边结构的下端低于所述集尘缸的沿口，以通过所述防尘盖遮蔽所述集尘缸。

可选的，所述集尘缸底座包括多瓣底盘，在所述多瓣底盘上围绕其中心均匀分布多个集尘缸架，每个集尘缸架内放置一个所述集尘缸。

可选的，所述防尘盖与中轴杆为同轴心设置，所述中轴杆竖直设置，由所述第一云台带动所述中轴杆，使所述中轴杆带动所述防尘盖转动；

所述第二云台与所述集尘缸底座为同轴心设置，所述第二云台设置在箱体内，所述集尘缸底座在所述箱体外部，安装在所述第二云台上端，由所述第二云台带动转动；

所述防尘盖、所述中轴杆、所述第一云台、所述第二云台和所述集尘缸底座的轴线均在一条竖直线上。

可选的，所述的多方位降尘采样器还包括环境风向风速仪、仪器支撑架、太阳能电池板和控制面板，其中：

所述环境风向风速仪设置于所述仪器支撑架一侧伸出的竖杆上，用于测试环境的风向和风速；

所述仪器支撑架置于地面或平台上，用于支撑箱体；

所述太阳能电池板用于为所述多方位降尘采样器供电；

所述控制面板位于所述箱体内，用于提供多方位降尘采样器的人机交互的控制界面。

可选的，所述第一云台和所述第二云台通过驱动电源驱动，驱动电源为太阳能电池板、蓄电池组和/或市电。

可选的，每次对应风向的所述集尘缸都正对风的来向，使得每个所述集尘缸所收集的降尘都是从空气中沉降而得，避免了风向从所述防尘盖吹过而带起盖上的灰尘落入所述集尘缸，造成采样误差。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种多方位降尘采样器的控制方法，用于控制上述的多方位降尘采样器，其特征在于：

(1)若风速>0.2m/s，则：

a.若此次风向仍在与上次相同的区域内，则不用转动；

b.若此次风向在另一区域内，则防尘盖的开口的中心线向风向方向转动，对应的处于工作状态的集尘缸中心线也向着风向方向转动，直至对应的集尘缸中心线与防尘盖的开口中心线重合，即集尘缸在防尘盖的开口正中位置。

(2)若风速≤0.2m/s，则：

转动第一云台和第二云台，使得0号集尘缸的轴线位于0°，而且使得防尘盖的开口的中心线位于0°方向。

本发明具有如下有益效果：本发明的所述多方位降尘采样器，通过多方位降尘采样器能够根据实时风向和风速自动分离收集降尘，实现自动分离收集静风和分方位的降尘。更进一步本实施例的多方位降尘采样器可长时间自动工作，无需人工干预，可避免人工操作误差对降尘收集的干扰，保证收集结果的准确性，为城市环境空气监测点或热点网格区域的降尘溯源监测提供了设备上的保障。

附图说明

图1为本发明的多方位降尘采样器的结构示意图；

图2为本发明的多方位降尘采样器的部分结构示意图；

图3为本发明的多方位降尘采样器的部分结构示意图；

图中标记示意为：1-集尘缸；2-防尘盖；3-第一云台；4-中轴杆；5-集尘缸底座；6-第二云台；7-箱体。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种多方位降尘采样器，包括防尘盖2、第一云台3、中轴杆4、集尘缸底座5、第二云台6和至少两个集尘缸1；

所述至少两个集尘缸1沿所述集尘缸底座5的周向均匀分布在所述集尘缸底座5上；所述至少两个集尘缸1不仅包括各方位集尘缸，还包括一个静风方位集尘缸。

所述防尘盖2通过所述中轴杆4与所述第一云台3固定连接，且通过所述第一云台3的旋转带动所述防尘盖2转动。

所述集尘缸底座5固定在所述第二云台6上部，且通过所述第二云台6的旋转带动所述集尘缸底座5转动。

所述第二云台6带动其上的所述第一云台3转动，当根据风向确认集尘缸1所需要的移动至的目标位置后，控制第一云台3和/或第二云台6的转动，将目标集尘缸和防尘盖2移动至预定位置，并使得目标集尘缸和防尘盖的开口与风向方位重合。

本实施例中，所述防尘盖2为圆形，并且外沿向下折弯，形成翻边结构；翻边结构的下端低于所述集尘缸1的沿口，以通过所述防尘盖2遮蔽所述集尘缸1。并且所述防尘盖2上开设有开口，并且使得开口的尺寸被设置为仅容许一个所述集尘缸1完整地位于开口的正下方。也就是说，本实施例可以根据所述集尘缸1的数量对防尘盖2和开口的面积进行变更，保证露出部分仅可暴露一个所述集尘缸1的缸口面积，确保同一时间仅收集到一个风向或静风(≤0.2m/s)时的降尘。

所述集尘缸底座5包括多瓣底盘，在所述多瓣底盘上围绕其中心均匀分布多个集尘缸架，每个集尘缸架内放置一个所述集尘缸；其底盘的多瓣结构可以减轻重量，在旋转时可以减少所述第二云台6的损耗。

所述防尘盖2与所述中轴杆4为同轴心设置，所述中轴杆4竖直设置，由所述第一云台3带动所述中轴杆，使所述中轴杆带动所述防尘盖转动；

所述第二云台6与所述集尘缸底座5为同轴心设置，所述第二云台6设置在所述箱体7内，所述集尘缸底座5在所述箱体7外部，安装在所述第二云台6上端，由所述第二云台6带动转动；

所述防尘盖2、所述中轴杆4、所述第一云台3、所述第二云台6和所述集尘缸底座5的轴线均在一条竖直线上。

本实施例中，所述多方位降尘采样器还包括环境风向风速仪、仪器支撑架、太阳能电池板和控制面板，其中：

所述环境风向风速仪设置于所述仪器支撑架一侧伸出的竖杆上，用于测试环境的风向和风速；

所述仪器支撑架置于地面或平台上，用于支撑所述箱体7；

所述太阳能电池板可为所述多方位降尘采样器供电，也可为蓄电池组充电；

所述控制面板位于所述箱体内，用于提供降尘采样器的人机交互的控制界面。

所述第一云台3和所述第二云台6通过驱动电源驱动，驱动电源为太阳能电池板、蓄电池组和/或市电。

本实施例的多方位降尘采样器在使用时，每次对应风向的所述集尘缸都正对风的来向，使得每个所述集尘缸所收集的降尘都是从空气中沉降而得，避免了风向从所述防尘盖吹过而带起盖上的灰尘落入所述集尘缸，造成采样误差。

由此，本实施例的多方位降尘采样器，通过环境风向风速仪，可以实时测得风向风速等气象数据，并根据实时风向和风速，实现自动分离收集各风向以及静风时的降尘。而且，每次对应风向的集尘缸都正对风的来向，使得每个集尘缸所收集的降尘都是从空气中沉降而得，避免了风向从盖子吹过而带起盖上的灰尘落入集尘缸，造成采样误差。

本实施例的多方位降尘采样器，通过控制第一云台和第二云台的正转和反转，可以在最短时间内将集尘缸转到相应的风向位置，每次转动最多不大于180°。每次转动先转动第一云台和防尘盖，再转动第二云台实现集尘缸角度的微调，当然，第一云台和第二云台也可同时转动，使得反应时间和转动时间缩短，提高风向分辨的精度，减少仪器损耗。

具体地，在实际使用时设定：静风为0号集尘缸，置于0°。每个集尘缸中心线角度相差72°；收集北、东、南、西方向的四个集尘缸分别为1-4号集尘缸；0-5号集尘缸分别对应角度：0°、72°、144°、216°、288°。

由此，各集尘缸所对应的工作角度和风向具体为：

0号集尘缸：0°(静风)；

1号集尘缸：72°(北)；

2号集尘缸：144°(东)；

3号集尘缸：216°(南)；

4号集尘缸：288°(西)；

风向方位判定：

北风：315°-45°(不包含45°)；

东风：45°-135°(不包含135°)；

南风：135°-225°(不包含225°)；

西风：225°-315°(不包含315°)；

风向方位判定：北风315°-45°(1号集尘缸)；东风45°-135°(2号集尘缸)；南风135°-225°(3号集尘缸)；西风225°-315°(4号集尘缸)；+为顺时针旋转，-为逆时针旋转。

风向和风速判定条件：最快20s判定1次，按照瞬时风向来得到风向，按照瞬时风速来得到风速。

(1)若风速>0.2m/s，则：

a.若此次风向仍在与上次相同的区域内，则不用转动；

b.若此次风向在另一区域内，则防尘盖的开口(72°)的中心线向风向方向转动，对应的处于工作状态的集尘缸中心线也向着风向方向转动，直至对应的集尘缸中心线与防尘盖的开口中心线重合，即集尘缸在防尘盖的开口正中位置。

例如：当风速＞0.2m/s，先定位风向的区域，选定需要的集尘缸。

假设上一次判定为静风，0号集尘缸采样；当前的风向(调整过程的目标风向)为267°，属于西风(225°-315°)范围内，选择4号集尘缸收集。

计算目标集尘缸的目前的角度：目标集尘缸的角度＝上一刻风向+(目标集尘缸号-上次的集尘缸号)*72°；也就是说，目前4号集尘缸处于：0+(4-0)*72°＝288°。

计算第一云台的转动角度：第一云台的转动角度α＝(目标集尘缸号-上次的集尘缸号)*72°。(如果转动角度α大于180°，则反向旋转角度＝α-360°)

计算第二云台的转动角度：第二云台的转动角度β＝目标风向-目标集尘缸的目前的角度；本实施例为267°-288°＝-21°，即第二云台需要转动-21°。(如果转动角度β大于180°，则反向旋转角度＝β-360°)

(2)若风速≤0.2m/s，则：

转动第一云台和第二云台，使得0号集尘缸的轴线位于0°，而且使得防尘盖的开口的中心线位于0°方向。

本实施例的所述多方位降尘采样器，通过多方位降尘采样器能够根据实时风向和风速自动分离收集降尘，实现自动分离收集静风和分方位的降尘。更进一步本实施例的多方位降尘采样器可长时间自动工作，无需人工干预，且可避免人工操作误差对降尘收集的干扰，保证收集结果的准确性，为城市环境空气监测点或热点网格区域的降尘溯源监测提供了设备上的保障。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种多方位降尘采样器，其特征在于，包括防尘盖、第一云台、集尘缸底座和至少两个集尘缸；

所述至少两个集尘缸沿所述集尘缸底座的周向均匀分布在所述集尘缸底座上；

所述防尘盖与所述第一云台固定连接，且通过所述第一云台的旋转带动所述防尘盖转动；

其中，所述防尘盖上开设有开口，当所述第一云台带动所述防尘盖转动时，使得所述防尘盖的开口位于选定的集尘缸的正上方。

2.根据权利要求1所述的多方位降尘采样器，其特征在于，还包括第二云台，所述集尘缸底座固定在所述第二云台上部，且通过所述第二云台的旋转带动所述集尘缸底座转动；

所述第二云台带动其上的所述第一云台转动。

3.根据权利要求1所述的多方位降尘采样器，其特征在于，所述防尘盖的开口尺寸被设置为仅容许一个所述集尘缸完整地位于所述开口的正下方。

4.根据权利要求1所述的多方位降尘采样器，其特征在于，所述防尘盖为圆形，并且外沿向下折弯，形成翻边结构；所述翻边结构的下端低于所述集尘缸的沿口，以通过所述防尘盖遮蔽所述集尘缸。

5.根据权利要求1所述的多方位降尘采样器，其特征在于，所述集尘缸底座包括多瓣底盘，在所述多瓣底盘上围绕其中心均匀分布多个集尘缸架，每个集尘缸架内放置一个所述集尘缸。

6.根据权利要求2所述的多方位降尘采样器，其特征在于，所述防尘盖与中轴杆为同轴心设置，所述中轴杆竖直设置，由所述第一云台带动所述中轴杆，使所述中轴杆带动所述防尘盖转动；

所述第二云台与所述集尘缸底座为同轴心设置，所述第二云台设置在箱体内，所述集尘缸底座在所述箱体外部，安装在所述第二云台上端，由所述第二云台带动转动；

所述防尘盖、所述中轴杆、所述第一云台、所述第二云台和所述集尘缸底座的轴线均在一条竖直线上。

7.根据权利要求1所述的多方位降尘采样器，其特征在于，还包括环境风向风速仪、仪器支撑架、太阳能电池板和控制面板，其中：

所述环境风向风速仪设置于所述仪器支撑架一侧伸出的竖杆上，用于测试环境的风向和风速；

所述仪器支撑架置于地面或平台上，用于支撑箱体；

所述太阳能电池板用于为所述多方位降尘采样器供电；

所述控制面板位于所述箱体内，用于提供多方位降尘采样器的人机交互的控制界面。

8.根据权利要求1所述的多方位降尘采样器，其特征在于，所述第一云台和所述第二云台通过驱动电源驱动，驱动电源为太阳能电池板、蓄电池组和/或市电。

9.根据权利要求1所述的多方位降尘采样器，其特征在于，每次对应风向的所述集尘缸都正对风的来向，使得每个所述集尘缸所收集的降尘都是从空气中沉降而得，避免了风向从所述防尘盖吹过而带起盖上的灰尘落入所述集尘缸，造成采样误差。

10.一种多方位降尘采样器的控制方法，用于控制权利要求2中的多方位降尘采样器，其特征在于：

(1)若风速>0.2m/s，则：

a.若此次风向仍在与上次相同的区域内，则不用转动；

b.若此次风向在另一区域内，则防尘盖的开口的中心线向风向方向转动，对应的处于工作状态的集尘缸中心线也向着风向方向转动，直至对应的集尘缸中心线与防尘盖的开口中心线重合，即集尘缸在防尘盖的开口正中位置；

(2)若风速≤0.2m/s，则：

转动第一云台和第二云台，使得0号集尘缸的轴线位于0°，而且使得防尘盖的开口的中心线位于0°方向。

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