CN113820184A - 一种新型大气颗粒物采样器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型大气颗粒物采样器，包括采样单元，所述采样单元包括膜片、膜托和二维运动平台，所述膜片安装在所述膜托上，所述膜托安装在所述二维运动平台上。采样膜片通过二维运动平台可在二维平面自由移动，在进气口位置固定不变的情况下，实现了采样膜表面颗粒物的均匀分布，为扫描电镜提供理想的样品。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，特别涉及一种新型大气颗粒物采样器。
背景技术
大气颗粒物采样器主要为扫描电镜提供分析样品，目前采样器主要有主动和被动两种方式，由于被动采样的缺点是采样周期长、耗时耗力，因此，常常使用主动采样方式。主动采样是通过抽气实现颗粒物的快速采集，但是，目前存在采样时采样膜片上颗粒物分布不均匀的技术问题，因此，难以为扫描电镜提供理想的样品。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型大气颗粒物采样器，包括采样单元，所述采样单元包括膜片、膜托和二维运动平台，所述膜片安装在所述膜托上，所述膜托安装在所述二维运动平台上。
较佳地，所述膜托为T型膜托，所述二维运动平台上设有膜托安装槽，所述T型膜托的边缘通过异型密封圈固定安装在所述膜托安装槽上。
较佳地，所述T型膜托包括膜片安装台和台柱，所述膜片安装台和台柱呈T型；所述膜片固定在所述膜片安装台的上表面；
在所述膜片安装台的下端周向设有一圈安装凸缘，所述异型密封圈的内圈设有与此安装凸缘适配的凹槽，所述安装凸缘嵌设于所述凹槽内。
较佳地，所述二维运动平台包括安装底框、X向传动组件和Y向传动组件，所述安装底框内设有X向导轨；
所述X向传动组件包括X向电机、X向偏心轮、X向连杆和X向移动框，所述X向移动框滑动设置在所述X向导轨上；所述X向电机和X向偏心轮位于所述安装底框的外侧，所述X向电机的输出轴与所述X向偏心轮的旋转轴固定连接；所述X向连杆沿X向设置，其一端与所述X向移动框的一侧固定连接，另一端穿过所述安装底框抵在所述X向偏心轮的周面上，所述X向移动框的另一侧与所述安装底框的侧壁之间设有X向复位弹性件，所述X向移动框可在其两侧的所述X向偏心轮和X向复位弹性件的作用下沿所述X向往复移动；
所述X向移动框内设有Y向导轨；
所述Y向传动组件包括Y向电机、Y向偏心轮、Y向连杆和膜托平台，所述膜托平台滑动设置在所述Y向导轨上，所述膜托可拆卸设置在所述膜托平台上；所述Y向电机和Y向偏心轮位于所述安装底框的外侧，所述Y向电机的输出轴与所述Y向偏心轮的旋转轴固定连接；所述Y向连杆沿Y向设置，其一端与所述膜托平台的一侧固定连接，另一端穿过所述安装底框抵在所述Y向偏心轮的周面上，所述膜托平台的另一侧与所述X向移动框之间设有Y向复位弹性件；所述膜托平台相对于所述X向移动框，可在其两侧的所述Y向偏心轮和Y向复位弹性件的作用下沿所述Y方向往复运动。
较佳地，所述复位弹性件为弹簧片或弹簧。
较佳地，所述新型大气颗粒物采样器还包括一壳体，所述壳体的中部通过一隔板将所述壳体分成做密封处理的上容腔和未做密封处理的下容腔，所述采样装置位于所述上容腔内，所述二维运动平台安装在所述隔板上；所述上容腔的顶部开设有进气口；
所述下容腔内设有气泵，所述气泵的吸气口与所述上容腔相通，所述气泵的排气口通过所述下容腔的间隙与外界环境相通。
较佳地，所述二维运动平台上设置若干经气口，若干经气口间隔均匀地设置在所述膜托的外周；
所述隔板上设置出气孔，所述经气口经所述出气孔与所述气泵的吸气口连通；
所述气泵工作时，外界大气从所述进气口进入所述上容腔内，途径若干所述经气口后，从所述出气孔进入所述下容腔；大气颗粒物在惯性的冲击下保留在所述膜片上。
较佳地，所述下容腔内还设有为所述采样器供电的移动电源及控制电路。
较佳地，所述壳体的高度不超过10cm。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
本发明提供一种新型大气颗粒物采样器，采样膜片通过二维运动平台可在二维平面自由移动，在进气口位置固定不变的情况下，实现了采样膜表面颗粒物的均匀分布，为扫描电镜提供理想的样品。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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。附图中：
图1为本发明的优选实施例提供的一种新型大气颗粒物采样器的立体图；
图2为本发明的优选实施例提供的一种新型大气颗粒物采样器的剖视图；
图3为本发明的优选实施例提供的采样装置的立体图；
图4为本发明的优选实施例提供的一种采样装置的平面图；
图5为本发明的优选实施例提供的另一种采样装置的平面图；
图6为本发明的优选实施例提供的偏心轮的结构示意图；
图7为本发明的优选实施例提供的膜托的结构示意图；
图8为本发明的优选实施例提供的异型密封圈的结构示意图；
图9为本发明的优选实施例提供的膜托与异型密封圈的装配图；
图10为本发明的优选实施例提供的膜托与异型密封圈装配的剖视图；
图11为本发明的优选实施例提供的一种新型大气颗粒物采样器的气路走向示意图；
图12为本发明的优选实施例提供的一种新型大气颗粒物采样器的采样原理图。
具体实施方式
以下将结合图1至图12对本发明提供的一种新型大气颗粒物采样器进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
一种新型大气颗粒物采样器，包括一壳体1，所述壳体1的中部通过一隔板12将所述壳体1分成上容腔11和下容腔13，上容腔11是做了密封处理的密封腔，采样装置2位于所述上容腔11内，所述上容腔11的顶部开设有进气口111。
下容腔13是未做密封处理的非密封腔，下容腔13内设有气泵3，所述气泵3的吸气口与所述上容腔11相通，气泵3的排气口通过下容腔13的间隙与外界环境相通，在本实施例中，通过下容腔13的间隙保持所述下容腔13内与外界的气压平衡。
本发明对气泵3的具体类型不做限制，本实施例优选隔膜泵。
在本实施例中，所述采样单元包括膜片31、膜托34和二维运动平台，所述膜片31安装在所述膜托34上，所述膜托34安装在所述二维运动平台上。本实施例的采样膜片31通过二维运动平台可在二维平面自由移动，在进气口111位置固定不变的情况下，实现了采样膜表面颗粒物的均匀分布。
二维运动如何实现二维的平面运动的具体实施方式，在现有技术中有很多，本发明对此不做具体限制，为了便于描述膜片31是如何在二维平面上移动的，以下举一具体实施方式加以详细说明。
所述二维运动平台包括安装底框36、X向传动组件33和Y向传动组件39，所述安装底框36固定在隔板12上，且安装底框36内固设有X向导轨38；
所述X向传动组件33包括X向电机331、X向偏心轮332、X向连杆333和X向移动框334，所述X向移动框334滑动设置在所述X向导轨38上；所述X向电机331和X向偏心轮332位于所述安装底框36的外侧，所述X向电机331固设在隔板12上，其输出轴与所述X向偏心轮332的旋转轴同轴固定连接；所述X向连杆333沿X向设置，其一端与所述X向移动框334的一侧固定连接，另一端穿过所述安装底框36抵在所述X向偏心轮332的周面上(X向连杆333与X向偏心轮332只接触，但并未固定)，所述X向移动框334的另一侧与所述安装底框36的侧壁之间设有X向复位弹性件37，所述X向移动框334可在其两侧的所述X向偏心轮332和X向复位弹性件37的作用下沿所述X向往复移动；
所述X向移动框334内设有Y向导轨32；
所述Y向传动组件39包括Y向电机392、Y向偏心轮393、Y向连杆394和膜托平台391，所述膜托平台391滑动设置在所述Y向导轨32上，所述膜托34可拆卸设置在所述膜托平台391上；所述Y向电机392和Y向偏心轮393位于所述安装底框36的外侧，所述Y向电机392的输出轴与所述Y向偏心轮393的旋转轴固定连接；所述Y向连杆394沿Y向设置，其一端与所述膜托平台391的一侧固定连接，另一端穿过所述安装底框36抵在所述Y向偏心轮393的周面上，所述膜托平台391的另一侧与所述X向移动框334之间设有Y向复位弹性件35；所述膜托平台391相对于所述X向移动框334，可在其两侧的所述Y向偏心轮393和Y向复位弹性件35的作用下沿所述Y方向往复运动。
本实施例对X向复位弹性件37和Y向复位弹性件35的具体形状不做限制，作为一种实施例，请参考图4，弹性件为弹簧片，X向复位弹簧片37设置在安装底框36的内侧壁上，Y向复位弹簧片35设置在X向移动框334的内侧壁上。作为另外一种实施例，请参考图5，弹性件为弹簧，X向复位弹簧37'套设在X向导轨38上，Y向复位弹簧35'套设在Y向导轨32上。
请参考图6，本实施例提供的偏心轮可以是具有一定厚度的偏心圆环，也可以是具有一定厚度的椭圆环。电机位于对应的偏心轮正下方，偏心轮与电机相连接的部分位于焦点处，通过理论计算，改变偏心轮的长短轴可实现采样膜片31在要求范围内的均匀移动，综上即可实现在采样膜片31上均匀采样的要求。
所述膜托34为T型膜托34，所述膜托平台391上设有膜托安装槽，所述T型膜托34的边缘通过异型密封圈310固定安装(本实施例为嵌设)在所述膜托安装槽上。
请参考图7至图10，具体的，所述T型膜托34包括一体制成的膜片安装台341和台柱343，所述膜片安装台341和台柱343呈T型；所述膜片31固定在所述膜片安装台341的上表面。
在所述膜片安装台341的下端周向一体设有一圈安装凸缘342，所述异型密封圈310的内圈设有与此安装凸缘342适配的凹槽3101，所述安装凸缘342嵌设于所述凹槽3101内。在本实施例中，为了固定膜托34需要使用密封圈，如果采用传统的圆形密封圈，在不容易卡紧膜片31的同时，自身也难以稳固。异型密封圈310均匀固定在T型膜托34的安装凸缘342上，保证了自身稳定的同时，也起到了固定膜片31的作用。
在本实施例中，通过异型密封圈310在不遮挡采样区域的前提下将膜托34和膜片31一起固定在膜托平台391上，保证膜片31平整的放置在膜托34上，为了保证膜片31平整、均匀的位于膜托34上，如果膜片31不平整或偏移，会影响采样效果，颗粒物不能均匀分布在采样膜片31上，难以为扫描电镜提供理想样品。在本实施例中，膜片31和膜托34作为一个整体，便于更换。当采样完毕后，将膜片31和膜托34一起放到扫描电镜上进行分析。
在本实施例中，请参考图4，膜托平台391上设置若干经气口3911，若干经气口3911间隔均匀地设置在所述膜托34的外周；
请参考图2，所述隔板12上设置出气孔121，所述经气口3911经所述出气孔121与气泵3的吸气口连通；
请参考图12，气泵3工作时，外界大气从所述进气口111进入所述上容腔11内，途径若干所述经气口3911后，从所述出气孔121进入气泵3，经气泵3的排气口再排至下容腔13内，最后经下容腔13的间隙排至外界环境。本实施例通过气泵3在下部抽气实现气流的上进下出，气流中的颗粒物在惯性冲击下保留在采样膜片31上，请参考图11。
在本实施例中，所述下容腔13内还设有为所述采样器供电的移动电源以及控制电路，具体的，下容腔13内设有电池插槽131，电池插槽131内设有移动电源，此移动电源为可充电电池，充电电池为整个采样器供电。
本实施例提供的大气颗粒物采样器整体设计为圆柱形，体积较小，高度不超过10cm，便于携带。本实施例提供的大气颗粒物采样器应用广泛，如通过简单的改进可实现无人机挂载或者远程控制，方便实现各种条件下的采样。本实施例提供的大气颗粒物采样器便携化、微型化，可以随小型飞行器到各种环境中进行采样，因此可以广泛应用于大气环境监测领域，且针对特殊环境，利用便携化微型的大气颗粒物采样系统快速控制采样。
Claims (9)
1.一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，包括采样单元，所述采样单元包括膜片、膜托和二维运动平台，所述膜片安装在所述膜托上，所述膜托安装在所述二维运动平台上。
2.如权利要求1所述的一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，所述膜托为T型膜托，所述二维运动平台上设有膜托安装槽，所述T型膜托的边缘通过异型密封圈固定安装在所述膜托安装槽上。
3.如权利要求2所述的一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，所述T型膜托包括膜片安装台和台柱，所述膜片安装台和台柱呈T型；所述膜片固定在所述膜片安装台的上表面；
在所述膜片安装台的下端周向设有一圈安装凸缘，所述异型密封圈的内圈设有与此安装凸缘适配的凹槽，所述安装凸缘嵌设于所述凹槽内。
4.如权利要求1所述的一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，所述二维运动平台包括安装底框、X向传动组件和Y向传动组件，所述安装底框内设有X向导轨；
所述X向传动组件包括X向电机、X向偏心轮、X向连杆和X向移动框，所述X向移动框滑动设置在所述X向导轨上；所述X向电机和X向偏心轮位于所述安装底框的外侧，所述X向电机的输出轴与所述X向偏心轮的旋转轴固定连接；所述X向连杆沿X向设置，其一端与所述X向移动框的一侧固定连接，另一端穿过所述安装底框抵在所述X向偏心轮的周面上，所述X向移动框的另一侧与所述安装底框的侧壁之间设有X向复位弹性件，所述X向移动框可在其两侧的所述X向偏心轮和X向复位弹性件的作用下沿所述X向往复移动；
所述X向移动框内设有Y向导轨；
所述Y向传动组件包括Y向电机、Y向偏心轮、Y向连杆和膜托平台，所述膜托平台滑动设置在所述Y向导轨上，所述膜托可拆卸设置在所述膜托平台上；所述Y向电机和Y向偏心轮位于所述安装底框的外侧，所述Y向电机的输出轴与所述Y向偏心轮的旋转轴固定连接；所述Y向连杆沿Y向设置，其一端与所述膜托平台的一侧固定连接，另一端穿过所述安装底框抵在所述Y向偏心轮的周面上，所述膜托平台的另一侧与所述X向移动框之间设有Y向复位弹性件；所述膜托平台相对于所述X向移动框，可在其两侧的所述Y向偏心轮和Y向复位弹性件的作用下沿所述Y方向往复运动。
5.如权利要求4所述的一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，所述复位弹性件为弹簧片或弹簧。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，还包括一壳体，所述壳体的中部通过一隔板将所述壳体分成做密封处理的上容腔和未做密封处理的下容腔，所述采样装置位于所述上容腔内，所述二维运动平台安装在所述隔板上；所述上容腔的顶部开设有进气口；
所述下容腔内设有气泵，所述气泵的吸气口与所述上容腔相通，所述气泵的排气口通过所述下容腔的间隙与外界环境相通。
7.如权利要求6所述的一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，所述二维运动平台上设置若干经气口，若干经气口间隔均匀地设置在所述膜托的外周；
所述隔板上设置出气孔，所述经气口经所述出气孔与所述气泵的吸气口连通；
所述气泵工作时，外界大气从所述进气口进入所述上容腔内，途径若干所述经气口后，从所述出气孔进入所述下容腔；大气颗粒物在惯性的冲击下保留在所述膜片上。
8.如权利要求6所述的一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，所述下容腔内还设有为所述采样器供电的移动电源及控制电路。
9.如权利要求6所述的一种新型大气颗粒物采样器，其特征在于，所述壳体的高度不超过10cm。
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