CN111413159A - 空气样品采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了空气样品采集装置，它包括机架，机架上呈圆周等间距可拆卸连接多个锥形且含有液体的采集瓶。机架的底端铰接连接多根支腿，机架的中间位置可转动设置一个中心杆，中心杆的底端连接一个驱动中心杆升降和转动的中心杆驱动机构，中心杆的顶端延伸到采集瓶的上方，中心杆的顶端连接一个可封堵采集瓶上端开口的封堵盖；封堵盖上设置有连接采集瓶的连接机构；位于封堵盖顶端的中心杆上可转动设置一个弧形的支撑板，支撑板上设置有风机、瓶盖开启装置和支撑板限位机构。瓶盖开启装置包括支撑板底端设置的与瓶盖配合的带多边形凹槽的开启头。本发明具有自动更换采集瓶、定时采集空气样品和拿取方便的特点。

Description

空气样品采集装置

技术领域

本发明涉及空气样品采集装置。

背景技术

为了对农药厂、食品制造厂、医院周边以及特定区域的环境进行检测时，需要借助设备将空气中的粒子采集到带液体的采集瓶内，通过长时间的向采集瓶内吹气，使空气中的粒子溶于液体，最后对液体中的粒子进行分析，通过现有设备进行空气样品采集时存在以下不足：1、早中晚三个时间段中空气中含有粒子数量存在偏差，仅通过随机一次空气采集，容易对实验结果造成较大误差。2、每次空气样品采集时间较长，采集时需要人工不断连续操作，采集工作极其浪费时间。3、现有设备在进行空气样品采集时，需要将设备架设在待测区域，之后开始采集，当一个采集瓶装采集完成后，需要人工手动更换下一个采集瓶，人工手动更换效率低，额外增加了人工成本。因此设计一款自动更换采集瓶、定时采集空气样品和拿取方便的空气样品采集装置具有广阔的市场前景。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了自动更换采集瓶、定时采集空气样品和拿取方便的空气样品采集装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

空气样品采集装置，它包括机架，所述机架上呈圆周等间距设置多个通孔，在每个通孔内对应放置一个内部为锥形空腔的采集瓶，每个所述采集瓶的上端螺纹连接一个瓶盖，所述机架的底端铰接连接多根支腿；

所述机架的中间位置设置一个中心杆，所述中心杆的底端连接一个驱动所述中心杆升降和转动的中心杆驱动机构；通过所述中心杆驱动机构实现所述中心杆的顶端旋转固定角度后与所述采集瓶对齐，同时驱动中心杆竖直移动以实现开启瓶盖和封堵所述采集瓶动作；所述中心杆的顶端延伸到所述采集瓶的上方，所述中心杆的顶端连接一个可封堵所述采集瓶上端开口的封堵盖；所述封堵盖上设置有连接所述采集瓶的连接机构；位于所述封堵盖顶端的所述中心杆上可转动设置一个弧形的支撑板，所述支撑板上设置有风机、瓶盖开启装置和支撑板限位机构；所述支撑板上设置有与所述风机出风口对应的圆孔，所述圆孔的底端与所述封堵盖内螺旋设置的通道对应，所述通道的底端倾斜设置在所述封堵盖的内侧顶壁边缘；所述封堵盖中心设置有与外部连通的出气口；

所述瓶盖开启装置包括所述支撑板底端设置的与所述瓶盖配合的带多边形凹槽的开启头，所述开启头的内侧顶壁上设置有磁铁，所述瓶盖为铁磁性材质；所述开启头的顶端连接一个方形的伸缩杆，所述伸缩杆内设置有压缩弹簧Ⅰ，所述伸缩杆顶端与所述支撑板上设置的开启头驱动电机的输出轴连接；所述开启头驱动电机的输出轴位于多个所述通孔中心形成的圆周上；

所述机架上设置有控制器，所述控制器上设置有时钟芯片、电源、显示屏和键盘，所述时钟芯片和显示屏分别与控制器连接，所述键盘包括电源开关键、开始键、结束键、定时按键和上下调节按键；所述定时按键用于设定空气样品具体的采集时刻和空气样品总的采集时长，所述上下调节按键用于选择相应的数值。

进一步的，所述采集瓶的下方设置一个环形的提升板，所述提升板上设置多个与所述通孔对应的垫板；所述提升板上对称设置两根竖直滑杆，对应的在所述机架上设置有带小孔的固定板，位于每个所述竖直滑杆一侧的所述提升板上分别设置一根牵引绳，每根所述牵引绳穿过所述机架上设置的导向孔后与所述提升板下方的踏板连接。

进一步的，所述中心杆驱动机构包括从动齿轮、套筒、套筒驱动电机、升降杆、螺纹杆和螺纹杆驱动电机；所述从动齿轮固定在所述中心杆的底端，所述套筒内设置有与所述从动齿轮配合的齿槽；所述套筒的底端与所述机架底端设置的所述套筒驱动电机的输出轴连接；所述升降杆为L形杆，所述升降杆的顶端套置在所述中心杆上，位于所述升降杆上方的中心杆上设置有挡板Ⅰ，所述升降杆的底端可竖直滑动在所述机架内设置的方形槽内，所述螺纹杆与所述升降杆螺纹连接，所述螺纹杆的底端与所述机架底端设置的所述螺纹杆驱动电机的输出轴连接。

进一步的，所述采集瓶上设置有卡环，所述连接机构包括呈圆周铰接连接在所述封堵盖侧壁上的多个卡爪，每个所述卡爪的底端设置有向所述封堵盖的中心位置延伸的凸起；所述卡爪的铰接连接处设置有扭簧；每个所述卡爪的顶端向外延伸，位于所述卡爪上方的所述封堵盖上设置一个水平拉杆，每个所述水平拉杆可滑动在所述封堵盖上设置的水平开口槽内，所述水平开口槽的内侧壁上设置有电磁铁；所述水平开口槽内设置有复位弹簧；所述封堵盖的内侧顶壁上设置有密封垫圈。

进一步的，所述支撑板限位机构包括竖直的限位杆和所述封堵盖上对应设置的限位槽，所述支撑板上设置一个拱形板，所述限位杆的顶端穿过所述拱形板，所述限位杆上套置有压缩弹簧Ⅱ，所述压缩弹簧Ⅱ的两端分别顶在所述拱形板和所述限位杆上设置的挡板Ⅱ上。

本发明的有益效果是：

将多个采集瓶插在机架的通孔上，通过瓶盖开启装置将瓶盖打开，之后旋转固定角度使中心杆使封堵盖与采集瓶对齐，并且竖直移动将封堵盖罩在采集瓶上。通过设置风机可向采集瓶内吹气，气体沿着螺旋设置地通道进入采集瓶内，气体在锥形的采集瓶内形成漩涡，空气在锥形收集瓶的内壁上离心后从封堵盖上的出气口排出，空气中的粒子经过漩涡和离心作用被收集到采集瓶内的液体中。将连接机构上的电磁铁线圈通电，使卡爪的底部与卡环脱离，并通过升降杆提升封堵盖，使封堵盖与采集瓶分离，之后通过瓶盖开启装置将瓶盖旋拧到采集瓶上。整个过程自动更换采集瓶，省去人工操作，减少劳动力和避免浪费时间。通过设置控制器、时钟芯片和键盘，可在早中晚分别定时取样，并且在每个时间段内设定的取样时间不同。使取样结果更加准确，减少误差。通过设置提升板，可用脚踩踏板，使提升板竖直移动使采集瓶被顶出，人手动拿取方便，避免人工手动拿取采集瓶时采集瓶被掰断。

附图说明

附图1为本发明的立体结构示意图；

附图2为本发明侧视局部剖视结构示意图；

附图3为本发明采集瓶取样前瓶内剖视结构示意图；

附图4为本发明采集瓶采集空气时的状态示意图；

附图5为本发明的附图2中局部A放大结构示意图；

附图6为本发明中心杆驱动机构的剖视结构示意图；

附图7为本发明中心杆驱动机构的立体结构示意图；

附图8为本发明的立体结构示意图(含有提升板)；

附图9为本发明设定的定时空气样品采集表格；

图中，机架1、支腿11、加长杆111、圆柱体12、平板13、通孔131、卡槽131a、固定板14、导向孔15、方形槽16、气泡水准仪17、采集瓶2、瓶盖21、水平瓶底22、限位块23、卡环24、中心杆3、中心杆驱动机构31、从动齿轮311、套筒312、齿槽312a、套筒驱动电机313、升降杆314、螺纹杆315、螺纹杆驱动电机316、挡板Ⅰ32、封堵盖4、连接机构41、卡爪411、扭簧411a、水平拉杆412、水平开口槽413、电磁铁414、复位弹簧415、通道42、密封垫圈43、出气口44、支撑板5、风机51、瓶盖开启装置52、开启头521、磁铁521a、伸缩杆522、压缩弹簧Ⅰ522a、开启头驱动电机523、支撑板限位机构53、限位杆531、挡板Ⅱ531a、限位槽532、拱形板533、压缩弹簧Ⅱ534、控制器6、显示屏61、键盘62、提升板7、垫板71、竖直滑杆72、牵引绳73、踏板74。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。

如附图1至附图9所示的空气样品采集装置，它包括机架1，机架1上呈圆周等间距设置多个通孔131，每个通孔131内放置一个内部为锥形空腔的采集瓶2。具体实施方式为：机架1的底端为圆柱体12，顶端为带通孔131的平板13。采集瓶2的侧壁上设置有限位块23，平板13的通孔131侧壁上设置有卡槽131a。使用时，将锥形的采集瓶2插入平板13的通孔131内即可。每个采集瓶2的上端螺纹连接一个瓶盖21，为了方便放置采集瓶2，避免发生倾斜，采集瓶2底端固定连接一个水平瓶底22。机架1的底端铰接连接多根支腿11，如附图1所示，支腿11设置有三根，每根支腿11的底端螺纹连接一个加长杆111，加长杆111的底端为锥形。使用时将支腿11展开来固定支撑机架1。

机架1的中间位置设置一个中心杆3，中心杆3的顶端弯曲呈勾状。中心杆3的底端连接一个驱动中心杆3升降和转动的中心杆驱动机构31。通过中心杆驱动机构31实现中心杆3的顶端旋转固定角度后与采集瓶2对齐，同时可以驱动中心杆3竖直移动以实现开启瓶盖21和封堵采集瓶2动作。如附图6和附图7所示，中心杆驱动机构31包括从动齿轮311、套筒312、套筒驱动电机313、升降杆314、螺纹杆315和螺纹杆驱动电机316；从动齿轮311固定在中心杆3的底端，套筒312内设置有与从动齿轮311配合的齿槽312a；从动齿轮311可沿着齿槽312a竖直滑动。套筒312的底端与机架1底端设置的套筒驱动电机313的输出轴连接；使用时，通过套筒驱动电机313驱动中心杆3转动。升降杆314为L形杆，升降杆314的顶端套置在中心杆3上，位于升降杆314上方的中心杆3上设置有挡板Ⅰ32，升降杆314的底端可竖直滑动在机架1内设置的方形槽16内，螺纹杆315与升降杆314螺纹连接，螺纹杆315的底端与机架1底端设置的螺纹杆驱动电机316的输出轴连接。通过螺纹杆驱动电机316实现螺纹杆315转动，螺纹杆315转动时驱动升降杆314竖直升降。升降杆314下降时，可将封堵盖4罩在采集瓶2的上端开口处。

中心杆3的顶端延伸到采集瓶2的上方，中心杆3的顶端连接一个可封堵将采集瓶2上端开口的封堵盖4。封堵盖4上设置有连接采集瓶2的连接机构41；具体实施方式为：如附图3和附图5所示，采集瓶2上设置有卡环24，连接机构41包括呈圆周铰接连接在封堵盖4侧壁上的多个卡爪411，每个卡爪411的底端设置有向封堵盖4的中心位置延伸的凸起；卡爪411的铰接连接处设置有扭簧411a；当封堵盖4下降时罩在采集瓶2上，同时卡爪411在扭簧411a的作用下卡紧卡环24，避免采集瓶2与封堵盖4脱离。每个卡爪411的顶端向外延伸，位于卡爪411上方的封堵盖4上设置一个水平拉杆412，每个水平拉杆412可滑动在封堵盖4上设置的水平开口槽413上，水平开口槽413的内侧壁上设置有电磁铁414。水平开口槽413内设置有复位弹簧415，优选的，在水平拉杆412的内侧端设置一根横杆，横杆的端部为铁磁性材质，当电磁铁414的线圈通电时，吸引水平拉杆412或者横杆，卡爪411被拉动，卡爪411的底端脱离卡环24。优选的，在封堵盖4的内侧顶壁上固定粘结一个密封垫圈43。

位于封堵盖4顶端的中心杆3上可转动设置一个弧形的支撑板5，支撑板5上设置有风机51、瓶盖开启装置52和支撑板限位机构53。如附图5所示，支撑板限位机构53包括竖直的限位杆531和封堵盖4上对应设置的限位槽532，支撑板5上设置一个拱形板533，限位杆531的顶端穿过拱形板533，限位杆531上套置有压缩弹簧Ⅱ534，压缩弹簧Ⅱ534的两端分别顶在拱形板533和限位杆531上设置的挡板Ⅱ531a上。使用时，拉动限位杆531使其内侧端滑出限位槽532。如附图8所示，当空气样品采集完成后，拉动限位杆531并向外掰动支撑板5，之后开始拿取采集瓶2。

支撑板5上设置有与风机51出风口对应的圆孔，圆孔的底端与封堵盖4内螺旋设置的通道42对应，通道42的底端倾斜设置在封堵盖4的内顶壁边缘。封堵盖4中心设置有与外部连通的出气口44，将出气口44设置在中间位置才能保证空气进入采集瓶2的锥形空腔后形成漩涡，最终气体从中间排出，如果将出气口44设置在封堵盖4的边缘，形成漩涡的气体在上升时在触碰到封堵盖4的底壁后发生反弹，影响产生漩涡的效果。如附图4和附图6所示，出气口44延伸到中心杆3的顶端勾状弯曲位置的底端。在进行空气样品采集时，通过风机51将空气吹进采集瓶2内，空气和液体在采集瓶2内螺旋形成漩涡，在锥形收集瓶2的内壁上离心后从封堵盖4上的出气口44排出，空气中的粒子经过漩涡和离心作用被收集到采集瓶2内的液体中。

瓶盖开启装置52包括支撑板5底端设置的与瓶盖21配合的带多边形凹槽的开启头521，开启头521距离机架1中心的距离与封堵盖4距离机架1中心的距离相等，确保旋转中心杆3时，开启头521位于采集瓶2的上方。开启头521的内侧顶壁上设置有磁铁521a，瓶盖21为铁磁性材质，当瓶盖21被拆卸下来后吸引在开启头521的内侧顶壁上。开启头521的顶端连接一个方形的伸缩杆522，伸缩杆522内设置有压缩弹簧Ⅰ522a，伸缩杆522顶端与支撑板5上设置的开启头驱动电机523的输出轴连接；开启头驱动电机523的输出轴位于多个使用时，下降开启头521使其底端顶在瓶盖21上，并且压缩弹簧Ⅰ522a处于压缩状态，当开启头521的多边形凹槽与瓶盖21对齐后，开启头521罩在瓶盖21上。通过开启头驱动电机523的正反转将瓶盖21开启或者拧紧。

由于采集瓶2的下侧呈锥形，在从通孔131内取出时，如果不竖直拿取很容易掰断采集瓶2，为了拿取方便，在采集瓶2的下方设置一个环形的提升板7，提升板7上设置多个与通孔131对应的垫板71，垫板71的厚度等于平板13的厚度，当提升板7被提升到顶端时，垫板71恰好位于通孔131内。提升板7上对称设置两根竖直滑杆72，对应的在机架1上设置有带小孔的固定板14，位于每个竖直滑杆72一侧的提升板7上分别设置一根牵引绳73，每根牵引绳73穿过机架1上设置的导向孔15后与提升板7下方的踏板74连接。使用时，将踏板74摆动到机架1的一侧，用脚踩踏板74实现提升板7的竖直移动。优选的，在机架1上设置一根卷轴，卷轴连接一个电机，并在每根竖直滑杆72上分别套置一个弹簧。使用时，将牵引绳73缠绕到卷轴上，通过电机带动卷轴旋转实现提升板7的上升，当卷轴方向转动时，在弹簧的作用下，提升板7回复到初始位置。提升板7可以同时提升多个采集瓶2，最终采集瓶2的水平瓶底22的底端与平板13的上表面持平，可快速拿取采集瓶2。为了保证采集瓶2在被提升使，机架1保持竖直状态，可在机架1的上表面设置一个气泡水准仪17，可时刻观察机架1是否位于竖直状态。

机架1上设置有控制器6，控制器6上设置有时钟芯片、电源、显示屏61和键盘62，时钟芯片和显示屏61分别与控制器6连接，键盘62包括电源开关键、开始键、结束键、定时按键和上下调节按键；定时按键用于设定空气样品具体的采集时刻和空气样品总的采集时长；上下调节按键用于选择相应的数值，即在进行定时时，先选采集时刻模式再选采集时长模式，在每个模式下，通过上下调节按键确定具体的时刻和时长。控制器6与套筒驱动电机313、螺纹杆驱动电机316、电磁铁414、风机51和开启头驱动电机523控制连接。如附图8所示，为了使用方便，在每个采集瓶2上标有编号，同时为了采集的数据准确性，如附图9所示，在一天中设定三个时间段，每个时间段均用两个采集瓶2采集空气，采集时长可设定为20分钟或者30分钟，也可根据实际需要设定具体时间。每个采集瓶2的采集时间不等，以确保采集数据的准确性。

本发明的使用方法：

第一步，通过支腿11将机架1固定好，将六个采集瓶2插进通孔131内，按下电源开关键，并通过定时按键和上下调节键，设定好自动采集的时刻和时长，之后按下开始键。

第二步，到达设定的采集时刻后，控制器6通过控制中心杆驱动机构31使中心杆3转动，使开启头521位于1号采集瓶的上方，之后开启头521下降并打开瓶盖21，瓶盖21被吸附到开启头521内，控制器6通过中心杆驱动机构31使开启头521上升并转动，最终使封堵盖4与采集瓶2对齐并罩在采集瓶2上，控制器控制风机51向采集瓶2内吹气，持续工作到设定的采集时长后，控制器6控制风机51停止转动。之后控制器6控制电磁铁414的线圈通电，同时控制中心杆驱动机构31使封堵盖4上升，并通过开启头521将瓶盖21旋拧到采集瓶2上。可通过控制中心杆3的正转反转角度来使开启头521和封堵盖4分别与相应的采集瓶2对齐，相邻两个采集瓶2之间围成的圆心角为60度，开启头521与封堵盖4之间围成的圆心角为30度。

第三步，重复第二步，继续将剩余的采集瓶2采集完空气，最后中心杆3转动到附图8所示的位置(将此位置设定成为空位)，当全部采集完成后，按下结束键并断开电源，之后拉动限位杆531和转动支撑板5，将支撑板5旋转到外侧，以防止阻碍拿取采集瓶2。最后脚踩踏板74，将采集瓶2提升，最后取下并存放。

需要说明的是，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.空气样品采集装置，其特征在于：它包括机架，所述机架上呈圆周等间距设置多个通孔，在每个通孔内对应放置一个内部为锥形空腔的采集瓶，每个所述采集瓶的上端螺纹连接一个瓶盖，所述机架的底端铰接连接多根支腿；

所述机架的中间位置设置一个中心杆，所述中心杆的底端连接一个驱动所述中心杆升降和转动的中心杆驱动机构；通过所述中心杆驱动机构实现所述中心杆的顶端旋转固定角度后与所述采集瓶对齐，同时驱动中心杆竖直移动以实现开启瓶盖和封堵所述采集瓶动作；所述中心杆的顶端延伸到所述采集瓶的上方，所述中心杆的顶端连接一个可封堵所述采集瓶上端开口的封堵盖；所述封堵盖上设置有连接所述采集瓶的连接机构；位于所述封堵盖顶端的所述中心杆上可转动设置一个弧形的支撑板，所述支撑板上设置有风机、瓶盖开启装置和支撑板限位机构；所述支撑板上设置有与所述风机出风口对应的圆孔，所述圆孔的底端与所述封堵盖内螺旋设置的通道对应，所述通道的底端倾斜设置在所述封堵盖的内侧顶壁边缘；所述封堵盖中心设置有与外部连通的出气口；

所述瓶盖开启装置包括所述支撑板底端设置的与所述瓶盖配合的带多边形凹槽的开启头，所述开启头的内侧顶壁上设置有磁铁，所述瓶盖为铁磁性材质；所述开启头的顶端连接一个方形的伸缩杆，所述伸缩杆内设置有压缩弹簧Ⅰ，所述伸缩杆顶端与所述支撑板上设置的开启头驱动电机的输出轴连接；所述开启头驱动电机的输出轴位于多个所述通孔中心形成的圆周上；

所述机架上设置有控制器，所述控制器上设置有时钟芯片、电源、显示屏和键盘，所述时钟芯片和显示屏分别与控制器连接，所述键盘包括电源开关键、开始键、结束键、定时按键和上下调节按键；所述定时按键用于设定空气样品具体的采集时刻和空气样品总的采集时长，所述上下调节按键用于选择相应的数值。

2.如权利要求1所述的空气样品采集装置，其特征在于：所述采集瓶的下方设置一个环形的提升板，所述提升板上设置多个与所述通孔对应的垫板；所述提升板上对称设置两根竖直滑杆，对应的在所述机架上设置有带小孔的固定板，位于每个所述竖直滑杆一侧的所述提升板上分别设置一根牵引绳，每根所述牵引绳穿过所述机架上设置的导向孔后与所述提升板下方的踏板连接。

3.如权利要求1所述的空气样品采集装置，其特征在于：所述中心杆驱动机构包括从动齿轮、套筒、套筒驱动电机、升降杆、螺纹杆和螺纹杆驱动电机；所述从动齿轮固定在所述中心杆的底端，所述套筒内设置有与所述从动齿轮配合的齿槽；所述套筒的底端与所述机架底端设置的所述套筒驱动电机的输出轴连接；所述升降杆为L形杆，所述升降杆的顶端套置在所述中心杆上，位于所述升降杆上方的中心杆上设置有挡板Ⅰ，所述升降杆的底端可竖直滑动在所述机架内设置的方形槽内，所述螺纹杆与所述升降杆螺纹连接，所述螺纹杆的底端与所述机架底端设置的所述螺纹杆驱动电机的输出轴连接。

4.如权利要求1所述的空气样品采集装置，其特征在于：所述采集瓶上设置有卡环，所述连接机构包括呈圆周铰接连接在所述封堵盖侧壁上的多个卡爪，每个所述卡爪的底端设置有向所述封堵盖的中心位置延伸的凸起；所述卡爪的铰接连接处设置有扭簧；每个所述卡爪的顶端向外延伸，位于所述卡爪上方的所述封堵盖上设置一个水平拉杆，每个所述水平拉杆可滑动在所述封堵盖上设置的水平开口槽内，所述水平开口槽的内侧壁上设置有电磁铁；所述水平开口槽内设置有复位弹簧；所述封堵盖的内侧顶壁上设置有密封垫圈。

5.如权利要求1所述的空气样品采集装置，其特征在于：所述支撑板限位机构包括竖直的限位杆和所述封堵盖上对应设置的限位槽，所述支撑板上设置一个拱形板，所述限位杆的顶端穿过所述拱形板，所述限位杆上套置有压缩弹簧Ⅱ，所述压缩弹簧Ⅱ的两端分别顶在所述拱形板和所述限位杆上设置的挡板Ⅱ上。

Images