CN113063636A - 一种主动式大气定向采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动式大气定向采样装置，包括风速风向仪、数据采集器、支架、数据通讯线缆、采样控制器、收集室和采样箱，其中所述风速风向仪设置于所述数据采集器的顶部，所述数据采集器的底部设置所述支架，所述数据采集器通过数据通信线缆与采样控制器连接，所述采样控制器通过所述收集室连接所述采样箱；本发明中的主动式大气定向采样装置，能够获取特定风向气流中挥发性/半挥发性有机污染的浓度信息。
Description
技术领域
本发明涉及大气监测技术领域，特别是涉及一种主动式大气定向采样装置。
背景技术
在研究大气污染物跨境传输、长距离输送和溯源分析过程中，污染物来源一直是研究者关注的重点。现有方法中，大多采用后向气流轨迹模型(HYSPLIT TrajectoryModel)计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹，从而分析在采样期间大气气团来源，但是这种间接的方法不能提供可靠的高分辨数据。因此希望能够获得来自不同方向气团的污染物浓度信息。
综上，提供一种主动式大气定向采样装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种主动式大气定向采样装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够获取特定风向气流中挥发性/半挥发性有机污染的浓度信息。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种主动式大气定向采样装置，包括风速风向仪、数据采集器、支架、数据通讯线缆、采样控制器、收集室和采样箱，其中所述风速风向仪设置于所述数据采集器的顶部，所述数据采集器的底部设置所述支架，所述数据采集器通过数据通信线缆与采样控制器连接，所述采样控制器通过所述收集室连接所述采样箱。
优选地，所述数据采集器内置PM2.5传感器、CO传感器、CO2传感器、VOCs传感器和温湿度传感器。
优选地，所述采样箱和采样控制器分别内置四个前置通断阀和后置通断阀，收集室介于两者之间，从而构成四路采样通道，前置通断阀和后置通断阀能够同时开启或关闭，用于控制不同风向范围气流的进入。
优选地，所述前置通断阀、后置通断阀的主体材质为铝或黄铜，阀体膜片材质是氟橡胶。
优选地，所述采样控制器还包括采样流量控制单元，采样流量控制单元包括一次设置的高效过滤器、限流孔和真空泵，所述限流孔用于对四路采样通道的流量进行统一调控，所述限流孔前端设置高效过滤器，能够避免颗粒物进入造成堵塞，所述真空泵入口处设置压力传感器，监测其入口负压情况。
优选地，所述收集室选用热解析管作为大气挥发性有机污染物的吸收介质，内部填充Tenax A、Carbograph 1和Carbosieve SIII三种吸附材料，为三段式热解析管，材质为不锈钢材质。
优选地，所述采样箱的进气口处设置有颗粒物过滤器，所述颗粒物过滤器的滤膜选用孔径5um，直径47mm的PTFE滤膜，采样箱的进气口与颗粒物过滤器通过1/4英寸PFA管连通。
优选地，所述支架为三脚架。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的主动式大气定向采样装置，结构简单，通过设置风速风向仪、数据采集器、支架、数据通讯线缆、采样控制器、收集室和采样箱，能够获取特定风向气流中挥发性/半挥发性有机污染的浓度信息。
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为本发明中主动式大气定向采样装置的结构示意图；
图2为本发明中采样控制器、收集室和采集箱内部结构与连接方式图；
图中：1-风速风向仪，2-数据采集器，3-支架，4-数据通讯线缆，5-采样控制器，6-收集室，7-采样箱，8-1/4英寸PFA管，9-颗粒物过滤器，5a-后置通断阀，5b-后置通断阀，5c-后置通断阀，5d-后置通断阀，5e-高效颗粒物过滤器，5f-限流孔，5g-真空泵，5h-压力传感器，7a-进气口，7b-前置通断阀、7c-前置通断阀，7c-前置通断阀，7e-前置通断阀。
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。
本发明的目的是提供一种主动式大气定向采样装置，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的主动式大气定向采样装置，如图1所示，包括风速风向仪1、数据采集器2、支架3、数据通讯线缆4、采样控制器5、收集室6和采样箱7，其中风速风向仪1设置于数据采集器2的顶部，数据采集器2的底部设置支架3，数据采集器2通过数据通信线缆4与采样控制器5连接，采样控制器5通过收集室6连接采样箱7。
本实施例中，数据采集器2内置PM2.5传感器、CO传感器、CO2传感器、VOCs传感器和温湿度传感器，可实时采集和存储大气中PM2.5、CO、CO2和VOCs浓度信息，及温度、相对湿度和风速风向数据。
数据采集器2内置传感器工作原理：PM2.5传感器采用激光散射原理，通过风扇转动主动抽吸空气，根据光散射强度换算得到颗粒物的质量浓度；CO传感器采用电化学测量原理，被动扩散式采样，根据电化学反应产生的电流信号换算得到CO浓度信息；CO2传感采用NDIR原理，被动扩散式采样，根据红外某一特定波段的吸收强度得到CO2的浓度信息；VOCs传感器采用PID原理，被动扩散式采样，在10.6eV紫外光的激发下得到的电流信号换算得到VOCs的当量浓度信息，标定物质为异丁烯。
如图2所示，采样箱7和采样控制器5分别内置四个前置通断阀(前置通断阀7b、前置通断阀7c、前置通断阀7d、前置通断阀7e)和后置通断阀(后置通断阀5a、后置通断阀5b、后置通断阀5c、后置通断阀5e)，收集室6介于两者之间，从而构成四路采样通道(命名为通道1～4)，前置通断阀和后置通断阀能够同时开启或关闭，用于控制不同风向范围气流的进入；前置通断阀7b与后置通断阀5a、前置通断阀7c与后置通断阀5b、前置通断阀7d与后置通断阀5c和前置通断阀7e与后置通断阀5d分别构成四路采样通道，某一时刻最多只有一个采样通道处于打开状态，其余采样通道处于封闭状态，可减少热解析管捕集到的挥发性有机污染扩散逃逸。
本实施例的前置通断阀和后置通断阀主体材料采用铝或黄铜，阀体膜片材质是氟橡胶(FKM)。
本实施例的采样控制器5可进行四个风向角度范围设定、风速阈值设定、采样关闭延时设定及采样时间上限设定，具体参数调节如下：
风向角度范围为0°～359°，其中北风(N)为0度(即360度)，东风(E)为90度，南风(S)为180度，西风(W)为270度，其余风向角度同理可得。设定时，风向角度范围设置一般不能重合，首先设定通道1，然后依次设定通道2～4，风向角度范围为大于等于下限且小于上线时满足条件，故不用的采样通道可设定为0。
对于微风环境，风速变化很小但风向多变，此时不适宜采样，因此可通过设定风速阈值提高整个采样系统的稳定性。当风向处于设定风向范围内，且风速大于设定阈值，即可触发对应采样通道开启。一般气象要求风速启动阈值为0.3m/s，因此建议风速阈值设定不要过小。
当某一风向范围的风速降低至风速阈值以下时，可设置延时n秒停止该采样通道采样，如果延时时间范围内有其它风向范围的风满足风速阈值要求，则立即切换。采样延时关闭设定可保证在阵风场合采样装置不会频繁打开或关闭。
为了防止采样穿透，可设置采样时间上限。当采样时间累计达到设定上限时，采样通道将不再开启。
本实施例的采样控制器5还包括采样流量控制单元，其组成为：高效过滤器5e-限流孔5f-真空泵5g。限流孔5f可对四路采样通道的流量进行统一调控，其前置的高效过滤器5e，可避免颗粒物进入造成堵塞。真空泵5g入口处设置压力传感器5h，监测其入口负压情况，一般压力表数值＜50Kpa时，表示正常运行中。
当装置运行时，某一风向处于设定风向范围，且风速大于设定风速阈值，对应采样通道开启，气流从采样箱7的进气口开始，首先通过颗粒物过滤器9，气流中的颗粒物被滤膜截留，然后再通过对应的收集室6，目标污染物被收集室6内吸附材料吸收，图1中的箭头标出了其中气体的流动方向。
本实施例的风速风向仪1采用二维超声波风向风速仪，其工作原理是利用超声波时差法获得精准的风向和风速。
于本具体实施例中，收集室6选用热解析管作为大气挥发性有机污染物的吸收介质，内部填充Tenax A、Carbograph 1和Carbosieve SIII三种吸附材料，为三段式热解析管，材质为不锈钢材质。
于本具体实施例中，采样箱7的进气口7a处设置有颗粒物过滤器9，颗粒物过滤器9的滤膜选用孔径5um，直径47mm的PTFE滤膜，采样箱7的进气口7a与颗粒物过滤器9通过1/4英寸PFA管8连通。
于本具体实施例中，支架3为三脚架。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种主动式大气定向采样装置，其特征在于：包括风速风向仪、数据采集器、支架、数据通讯线缆、采样控制器、收集室和采样箱，其中所述风速风向仪设置于所述数据采集器的顶部，所述数据采集器的底部设置所述支架，所述数据采集器通过数据通信线缆与采样控制器连接，所述采样控制器通过所述收集室连接所述采样箱。
2.根据权利要求1所述的主动式大气定向采样装置，其特征在于：所述数据采集器内置PM2.5传感器、CO传感器、CO2传感器、VOCs传感器和温湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的主动式大气定向采样装置，其特征在于：所述采样箱和采样控制器分别内置四个前置通断阀和后置通断阀，收集室介于两者之间，从而构成四路采样通道，前置通断阀和后置通断阀能够同时开启或关闭，用于控制不同风向范围气流的进入。
4.根据权利要求3所述的主动式大气定向采样装置，其特征在于：所述前置通断阀、后置通断阀的主体材质为铝或黄铜，阀体膜片材质是氟橡胶。
5.根据权利要求3所述的主动式大气定向采样装置，其特征在于：所述采样控制器还包括采样流量控制单元，采样流量控制单元包括一次设置的高效过滤器、限流孔和真空泵，所述限流孔用于对四路采样通道的流量进行统一调控，所述限流孔前端设置高效过滤器，能够避免颗粒物进入造成堵塞，所述真空泵入口处设置压力传感器，监测其入口负压情况。
6.根据权利要求1所述的主动式大气定向采样装置，其特征在于：所述收集室选用热解析管作为大气挥发性有机污染物的吸收介质，内部填充TenaxA、Carbograph 1和Carbosieve SIII三种吸附材料，为三段式热解析管，材质为不锈钢材质。
7.根据权利要求1所述的主动式大气定向采样装置，其特征在于：所述采样箱的进气口处设置有颗粒物过滤器，所述颗粒物过滤器的滤膜选用孔径5um，直径47mm的PTFE滤膜，采样箱的进气口与颗粒物过滤器通过1/4英寸PFA管连通。
8.根据权利要求1所述的主动式大气定向采样装置，其特征在于：所述支架为三脚架。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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