CN112595560A - 一种大气沙尘采样装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气沙尘采样装置，包括支架和设置在支架上的采集器，采集器上设置有多个不同朝向的、相互独立的斜口集沙盒，所有斜口集沙盒围绕支架的中心立柱环向布置，由所有斜口集沙盒共同围合成锥形结构；斜口集沙盒包括斜向下设置的集沙口和集沙腔室，集沙腔室用于收纳从每个集沙口中下落的沙尘。采用本发明可以至少同时采集八个方向的沙尘，各方向间无遗漏，不仅避免了平口采集器垂直放置时不能捕获水平分量风向沙尘的缺点，而且避免了平口采集器水平放置时或水平放置的圆筒式采集器不能捕获垂直分量风向沙尘的缺点，还解决了“现有沙尘采集器无法分辨方向，不能采集主导风向的沙尘”的技术问题。

Description

一种大气沙尘采样装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及大气环境中的沙尘采集设备，具体涉及一种大气沙尘采样装置及其应用方法。

背景技术

大气中的沙尘对装备的使用及保障有重大影响，可能会破坏无线电通信，影响激光和电视制导武器的投放，影响枪炮活动部件的顺畅运转，损坏飞机和坦克的发动机，堵塞各种空气过滤装置。目前，GJB150A和英国国防标准都开设有实验室砂尘试验，国防科技工业敦煌试验站也承担着装备沙尘环境适应性试验和研究的重任。为此，需要精确开展沙尘的沉降速率和粒度分布研究，然而，沙尘的准确采集成了制约因素。

现有技术中：文献CN209624132U公开了一种沙尘采集器，包括采集器顶盖、集沙袋、筒体、筒体底盖；采集器顶盖中心位置设有进沙口，筒体底盖设有排孔，集沙袋袋口与筒体顶端平齐的结合在一起，通过顶盖与筒体外壁挤压将集沙袋固定；文献CN2828789Y公开了一种沙尘采集器，包括立轴杆、采集筒、采沙袋，立轴杆的上下部位各通过轴承与一根槽钢形支架相配合连接，槽钢形支架的两侧面从上到下依次对称固定一对对采集筒，槽钢形支架上部通过连杆连接一片尾翼。

如前述文献中的方案所述，现有的大多数沙尘采集器都是直接放置在地面的平口桶或者水平放置的圆筒式采集器。其中：平口桶主要用于采集垂直分量风向的沙尘，很难采集水平分量的沙尘，且沙尘采集量易受地表吹起沙尘的影响；对于水平放置的圆筒式采集器，它主要用于采集水平分量风向的沙尘，但不能采集垂直分量风向的沙尘，且会影响风向标转动的灵敏度。还有种沙尘采集方式是直接扫用地面积聚的沙尘，这种方式虽然简单，但代表性很差。可见，现有的这三种采样采样方式都存在沙尘采样准确性差的技术问题。更关键的是，使用现有的沙尘采集器都无法分辨方向，更不能采集主导风向的沙尘。此外，现有的一些沙尘采集器还存在拆装、使用不方便的问题。

发明内容

针对背景技术中存在的技术问题，本发明目的在于提供一种大气沙尘采样装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种大气沙尘采样装置，包括支架和设置在支架上的采集器，其特征在于：采集器上设置有多个不同朝向的、相互独立的斜口集沙盒，所有斜口集沙盒围绕支架的中心立柱环向布置，由所有斜口集沙盒共同围合成锥形结构；斜口集沙盒包括斜向下设置的集沙口和集沙腔室，集沙腔室用于收纳从每个集沙口中下落的沙尘。本发明中，所述相互独立是指不同斜口集沙盒的集沙口、内腔相互独立，互不干扰，以防止不同集沙腔室内存储的沙尘相互混合，例如，正南方向与正北方向的斜口集沙盒互不干扰、正南方向与正西方向的斜口集沙盒互不干扰……。

作为本发明的较佳实施方案，每个集沙口与水平面的夹角为45°。

进一步地，每个斜口集沙盒是由两块等腰三角板和前板共同围合而成，围合成同一斜口集沙盒的两块等腰三角板的底边密封连接在一起。本发明所述等腰三角板的底边是指等腰三角板最长的那条边。

进一步地，每个集沙腔室是由两块相邻等腰三角板的顶点以下的区域和前板共同围合而成的空间。相应的，每个集沙口位于两块等腰三角板顶点以上的区域。

为提高大气沙尘采样装置的稳定性，等腰三角板底部尖端被限位在托盘上，托盘固定连接在支架上，等腰三角板顶部尖端采用卡帽固定。

为方便大气沙尘采样装置的拆卸、安装，由八块或十六块等腰三角板围绕支架中心立柱环向布置构成锥形结构的采集器，托盘上均匀分布有孔，等腰三角板底部尖端插入托盘上的孔内，等腰三角板顶部尖端采用可拆卸的八爪卡帽固定。

为方便快速取样，孔采用通孔，孔底部配合设置有可拆卸的堵帽，当堵帽被拆卸后，集沙腔室内的沙尘通过孔下落。

作为优选方案，等腰三角板的底边与支架轴线的夹角为0-15°。为进一步方便大气沙尘采样装置的安装，同时方便大气沙尘采样装置在不同的采集点进行使用，在托盘上设置有方向标识。

为便于更准确地获取相关风向风速数据，在支架顶部设置有风向风速传感器，在支架上还设置有机箱和太阳能供电板，太阳能供电板用于给风向风速传感器和机箱供电，机箱内的控制器用于存储风向风速传感器反馈的风向、风速数据。

作为本发明的优选实施方案，每个集沙口的垂直投影面积不小于0.4㎡，集沙口下边沿离地高度不小于1.5m。

本发明的有益效果如下。

采用本发明提供的大气沙尘采样装置，可以至少同时采集八个方向的沙尘，各方向间无遗漏，不仅避免了平口采集器垂直放置时不能捕获水平分量风向沙尘的缺点，而且避免了平口采集器水平放置时或水平放置的圆筒式采集器不能捕获垂直分量风向沙尘的缺点，还解决了“现有沙尘采集器无法分辨方向，不能采集主导风向的沙尘”的技术问题。

采用本发明提供的大气沙尘采样装置，使用过程中受风的扰动影响小，在保证捕获沙尘的同时，能够最大限度降低受风向的影响。

采用本发明提供的大气沙尘采样装置，可准确获取采样周期内不同风向、不同高度的沙尘质量(重量)、每秒钟风向数据、风速数据，有助于获取采样周期内沙尘沉降速率、不同风向的瞬时值、二分钟平均值、极大风速风向、最大风速风向统计量，以及沙尘粒度分布、盐份含量、可溶性物质含量和非可溶性物质含量的分析，便于准确评估沙尘对装备环境适应性的影响，同时能够为沙尘监测数据的进一步分析和利用提供基础。

本发明提供的大气沙尘采样装置结构简单，易于安装、拆卸和转移，使用方便，尤其适合在野外长期开展沙尘监测实验。

附图说明

图1为实施例1中大气沙尘采样装置的采集器主向示意图；

图2为实施例1中大气沙尘采样装置的采集器俯向示意图；

图3为实施例1中大气沙尘采样装置的等腰三角板示意图；

图4为实施例1中大气沙尘采样装置的前板示意图；

图5为实施例1中大气沙尘采样装置的托盘示意图；

图6为实施例1中大气沙尘采样装置的卡帽示意图；

图7为实施例1中大气沙尘采样装置的采集器安装位置示意图；

图8为实施例1中大气沙尘采样装置示意图，对于采集器，图中示意性地体现了其安装位置，并未体现其详细结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1

一种大气沙尘采样装置，参照图1至图8所示。它包括支架1和设置在支架1上的采集器2，采集器2上设置有多个不同朝向的、相互独立的斜口集沙盒，所有斜口集沙盒围绕支架1的中心立柱环向布置，由所有斜口集沙盒共同围合成棱锥形结构，所有斜口集沙盒的集沙口3也共同围合成棱锥形结构，该朝向在同一水平面涵盖了360°的方位；斜口集沙盒包括斜向下设置的集沙口3和集沙腔室4，集沙腔室4用于收纳从每个集沙口3中下落的沙尘。其中，每个斜口集沙盒是由两块等腰三角板5和前板6共同围合而成，围合成同一斜口集沙盒的两块等腰三角板5的底边密封连接在一起，每个集沙口3与水平面的夹角为45°，每个集沙口3是由两块相邻的等腰三角板5的斜边和前板6的顶边共同围合而成的斜口，围合成同一集沙口3的两块等腰三角板5的底边密封连接在一起；每个集沙腔室4是由两块相邻等腰三角板5的顶点以下的区域和前板6共同围合而成的空间。

在本实施例中：支架1采用三脚架，三脚架中心部位设置有立柱12，在立柱12上设置有托盘7，托盘7上设置有八个沿着同一圆周且均匀布置的孔8，托盘7上还设置有孔或其它便于观察的标记作为方向标识，立柱12穿过托盘7的中心孔13并将托盘固定。

在本实施例中：如图1和图2所示，采集器2由八块等腰三角板5围合而成，对应的共有八个集沙口3和八个集沙腔室4，围合成同一集沙口3的两块等腰三角板5的底边重合并密封连接在一起，所有斜口集沙盒的集沙口3共同围合成八棱锥形结构；本实施例中的集沙口3和集沙腔室4，还可以认为是将两个相邻块等腰三角板5与前板6围合成的空间一分为二，上部空间(等腰三角板5顶点以上)为集沙口3，下部空间配合前板6就构成了能够储装沙尘的集沙腔室4。具体是所有等腰三角板5的底边靠近三脚架的立柱12，所有围合成同一集沙口3的等腰三角板5连接部位通过密封条进行密封，所有等腰三角板5底部尖端插入托盘7上的孔8内，所有等腰三角板5顶部尖端通过可拆卸的八爪卡帽固定。八爪卡帽如图6所示，其中部的安装孔用于供立柱12穿过，安装孔外围设置有限位孔，等腰三角板5顶部尖端可穿过限位孔，以便于将等腰三角板5顶部尖端卡合固定，当然，还可以采用其它结构的卡帽，只要能够将等腰三角板5顶部尖端固定好就行。安装好等腰三角板5后，等腰三角板5围绕三脚架的立柱12环向布置，采集器2整体则呈如图1所示的锥形结构。

在本实施例中：在支架1顶部设置有风向风速传感器9，在支架1上还设置有机箱10和太阳能供电板11，机箱10位于采集器2下方，太阳能供电板11用于给风向风速传感器9和机箱10供电，机箱10内的控制器用于存储风向风速传感器9反馈的风向、风速数据。

在本实施例中，采集器2的安装高度应符合“集沙口3下边沿离地高度为1.5m”的要求，即等腰三角板5的顶点距离地面高度为1.5m。

在本实施例中，采集器2的规格为参见图7所示，图中：ABC表示集沙口3，ABD、ACD分别表示等腰三角板5的边线，BCD表示前板6的边线，AD表示等腰三角板5的底边，C表示等腰三角板5的顶点，BC(边线E)表示集沙口3下边沿，D表示等腰三角板5底部尖端，A表示等腰三角板5顶部尖端，集沙口3的垂直投影面积(即ABC的垂直投影面积)为0.4㎡，等腰三角板5的底边AD与支架1轴线(立柱12轴线AG)的夹角为10°，即∠DAG＝10°；集沙口3与水平面的夹角为45°，即∠EAG＝45°。

在本实施例中，所有斜口集沙盒的集沙口3共同围合成八棱锥形结构，可以理解成将一个环形区域等分成八个扇形/三角形区间，每个扇形/三角形区间对应于集沙口3的垂直投影区域，每个区间可以朝一个特定方位布置。相应地，当采用十六块等腰三角板和前板构成采集器时，可以理解成将一个环形区域等分成十六个扇形/三角形区间。

本发明中沙尘采样装置的应用方法：根据试验要求在合适高度安装采集器，安装时确保托盘的定位小孔朝向正南，顺时针依序安装等腰三角板，使八个集沙口对应方向为南(S)、西南(SW)、西(W)、西北(NW)、北(N)、东北(NE)、东(E)、东南(SE)；机箱太阳能板安装在采集器下部同一位置，机箱在北面，太阳能板在南面，控制器(包括数据采集器、数据存贮器和蓄电池)安装在机箱内部；风向风速传感器安装在三角架立柱顶端，并通过立柱中心铺设的线缆连接数据采集器；安装结束后根据试验要求采集/收集沙尘。

使用过程中，大气中飘浮的沙尘运动的方向是由风向决定的，从沙尘所处位置顺着风向投影，若投影区域内与集沙口有重叠，该沙尘就会落在相应的集沙口中并储存在集沙腔室。由投影关系可推知，当风向为水平方向时，相应方向的集沙口与投影重叠的面积最大；当风向垂直向下时，八个方向集沙口与投影重叠的面积相等；其它从水平到垂直的风向，相应方向的集沙口与投影重叠的面积由最大逐渐变为相等。此种结构的采集器最佳，可确保主导风向能采集更多的沙尘，沙尘采集量相差的程度取决于各风向的分布，即主导风向的优势程度；沙源一定时，风速越大，粗粒沙尘所占的比重越大，即风速会改变沙尘的粒度分布。

实施例2

一种大气沙尘采样装置，主体结构参照实施例1，其与实施例1的区别在于：在确保集沙口3与水平面的夹角为45°的情况下，等腰三角板5采用具有相应尺寸的三角板，使其底边AD与支架1轴线(立柱12轴线AG)的夹角为0°，即∠DAG＝0°。

实施例3

一种大气沙尘采样装置，主体结构参照实施例1，其与实施例1的区别在于：在确保集沙口3与水平面的夹角为45°的情况下，等腰三角板5采用具有相应尺寸的三角板，使其底边AD与支架1轴线(立柱12轴线AG)的夹角为15°，即∠DAG＝15°。

实施例4

一种大气沙尘采样装置，主体结构参照实施例1，其与实施例1的区别在于：托盘7上的孔8采用通孔，腰三角板5底部尖端插入孔8内但不贯穿托盘7，孔8底部配合设置有可拆卸的堵帽，当堵帽被拆卸后，集沙腔室4内的沙尘通过孔8下落。

本发明中大气沙尘采样装置的使用要求/注意事项：安装场所要求空旷，四周孤立障碍物的距离应是该障碍物高度的10倍以上；合理选择采样装置的参数，垂直投影面积，该参数影响装置主体高度和重量；太阳板南向安装；托盘方向标识朝正南，确保采集器安装方位准确；风向风速采集频率与算法符合《地面气象观测规范》，以文本文件存贮原始采集数据，以数据库的形式存贮分钟统计数据，分钟统计数据有：瞬时、1分钟、2分钟、10分钟的平均风速和风向，最大风速风向，最大风速，最大风速时间，极大风速风向，极大风速，极大风速时间；平常，每个月测试1次；有沙尘暴时，每次沙尘暴都要检测；每次收集所采集的沙尘都要去除杂物，烘干后称重，并妥善保管样品，以备后续分析；采集结束后，下载风向风速数据，并对数据进行常规审核。

Claims (10)

1.一种大气沙尘采样装置，包括支架(1)和设置在支架(1)上的采集器(2)，其特征在于：采集器(2)上设置有多个不同朝向的、相互独立的斜口集沙盒，所有斜口集沙盒围绕支架(1)的中心立柱环向布置，由所有斜口集沙盒共同围合成锥形结构；斜口集沙盒包括斜向下设置的集沙口(3)和集沙腔室(4)，集沙腔室(4)用于收纳从每个集沙口(3)中下落的沙尘。

2.根据权利要求1所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：每个集沙口(3)与水平面的夹角为45°。

3.根据权利要求2所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：每个斜口集沙盒是由两块等腰三角板(5)和前板(6)共同围合而成，围合成同一斜口集沙盒的两块等腰三角板(5)的底边密封连接在一起。

4.根据权利要求3所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：每个集沙腔室(4)是由两块相邻的等腰三角板(5)的顶点以下的区域和前板(6)共同围合而成的空间。

5.根据权利要求4所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：等腰三角板(5)底部尖端被限位在托盘(7)上，托盘(7)固定连接在支架(1)上；等腰三角板(5)顶部尖端采用卡帽固定。

6.根据权利要求5所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：由八块或十六块相同规格的等腰三角板(5)围绕支架中心立柱环向布置，构成锥形结构的采集器，托盘(7)上均匀分布有孔(8)，等腰三角板(5)底部尖端插入托盘(7)上的孔(8)内，等腰三角板(5)顶部尖端采用可拆卸的八爪卡帽固定。

7.根据权利要求6所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：孔(8)采用通孔，孔(8)底部配合设置有可拆卸的堵帽，当堵帽被拆卸后，集沙腔室(4)内的沙尘通过孔(8)下落。

8.根据权利要求7所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：在托盘(7)上设置有方向标识。

9.根据权利要求1-8任一项所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：在支架(1)顶部设置有风向风速传感器(9)，在支架(1)上还设置有机箱(10)和太阳能供电板(11)，太阳能供电板(11)用于给风向风速传感器(9)和机箱(10)供电，机箱(10)内的控制器用于存储风向风速传感器(9)反馈的风向、风速数据。

10.根据权利要求9所述的大气沙尘采样装置，其特征在于：每个集沙口(3)的垂直投影面积不小于0.4㎡，集沙口(3)下边沿离地高度不小于1.5m。

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