CN207779766U - 气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站。所述气溶胶采样器包括：气体通道，其具有进气口和出气口；采样电机，与气体通道耦接，驱动大气由进气口进入气体通道并从出气口排出；以及滤膜，所述滤膜设置在所述气体通道中，用于截留大气中的气溶胶颗粒，以形成气溶胶样品。本实用新型气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站，能够对多个环境参数进行全面自动监测，减小了占用空间、降低了噪音及振动，提高了采集效率及采集精度。

Description

气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站

技术领域

本实用新型涉及大气环境监测技术领域，尤其涉及一种气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站。

背景技术

现有的辐射环境监测站已相对较为成熟，为公众安全提供了预警保障，但仍然存在一定的不足。例如，现有的监测站其采样及检测仪器单一，难以全面的对环境进行检测，在测量的精度方面也存在一定的局限性。

另外，大气放射性气溶胶采样器是检测站常用的仪器之一，主要用于对大气中的放射性物质进行监测。然而，现有的大气放射性气溶胶采样器，其占用空间较大、工作时产生较大的噪音及振动，采集效率及采集精度方面也存在一定的不足。

实用新型内容

鉴于上述技术问题，本实用新型提供了一种气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站。所述气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站，能够对多个环境参数进行全面自动监测，减小了占用空间、降低了噪音及振动，提高了采集效率及采集精度。

在一实施例中，所述气溶胶采样器，包括：气体通道，其具有进气口和出气口；采样电机，与气体通道耦接，驱动大气由进气口进入气体通道并从出气口排出；以及滤膜，所述滤膜设置在所述气体通道中，用于截留大气中的气溶胶颗粒，以形成气溶胶样品。

在一实施例中，所述气体通道的进气口、出气口均设置有金属网。

在一实施例中，所述进气口以及滤膜设置在自动检测站站房的上部，所述出气口设置在环境监测站站房的下部。

在一实施例中，还包括减震装置和承载所述电机的底座，所述减震装置设于所述电机与底座之间。

在一实施例中，所述减震装置为橡胶板。

在一实施例中，所述气溶胶采样器还包括设于所述电机外壳上的吸音材料及设于所述出气口的消音器。

在一实施例中，所述电机为立式电机。

在一实施例中，所述采样器设备包括所述的气溶胶采样器，还包括如下至少之一：气碘采样器、干湿沉降自动采样器、NaI谱仪、高气压电离室、气象监测器、以及降雨感应器。

在一实施例中，所述高气压电离室与所述NaI谱仪的中心高度相同，其中心距离基础面的高度均大于1.3m。

在一实施例中，所述气溶胶采样器通过管路与站房集成，所述管路的管道接口采用金属波纹管连接

附图说明

图1为依据本实用新型实施例一体化集成式环境监测站立体结构示意图。

图2为依据本实用新型实施例一体化集成式环境监测站主视图。

图3为依据本实用新型实施例一体化集成式环境监测站后视图。

图4为依据本实用新型实施例一体化集成式环境监测站俯视图。

图5为依据本实用新型实施例站房舱顶防水槽结构示意图。

图6为依据本实用新型实施例超大流量气溶胶采样器进、出气口结构示意图。

图7为依据本实用新型实施例超大流量气溶胶检测仪侧面示意图。

图8为图7所示的是超大流量气溶胶检测仪的平面示意图。

图9为依据本实用新型实施例滤膜的裁切和样品制备过程的示意图。

图10为依据本实用新型实施一体化机柜结构示意图。

图11为依据本实用新型实施例电池车结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型提供了一体化集成式环境监测站，为一自动检测站。图1为依据本实用新型实施例的一体化集成式环境监测站立体结构示意图；图2为依据本实用新型实施例的一体化集成式环境监测站主视图；图3为依据本实用新型实施例的一体化集成式环境监测站后视图；图4为依据本实用新型实施例的一体化集成式环境监测站俯视图。如图1-4所示，所述一体化集成式环境监测站，包括：站房10、采样器设备100及电气柜1。

一、站房

如图1-4所示，所述站房10包括舱体11，舱体呈方形结构，其包括舱顶12、舱底13以及舱壁14，三者连接形成一舱体空间。方形舱体底部四个角部分别设有一支脚21。

舱顶角件设置有防水槽152，如图5所示，用于防止舱顶积水。舱顶还设置有预装底座，可与用于固定环境监测仪器的仪器支架连接，由此可进一步保证拆卸过程中不会影响舱体防水性能。

舱底上开设有地漏，用于排除进入舱体内的积水。舱底采用集装箱用木地板和防静电防滑地板形成，地板厚度为25～50mm，优选为30mm，保证了电气安全。

舱体上还设置有舱门15、爬梯16、护栏17、LED支架18等。其中，舱门安装在站房的前方舱壁上，主要是用于方便人员出入，舱门门缝采用双密封条结构，由此可以很好的保证防水性能。舱门上设置有防反锁装置，在外部锁闭的紧急情况下可以从内部打开舱门逃生，提高了安全性。

爬梯设置于舱体外，靠近舱体的左侧舱壁，其包括多个爬梯踏步及爬梯两侧延伸的围栏，整个爬梯由站房舱体底部延伸至站房舱顶，用于对舱顶上的设备进行维修处理工作。优选的，爬梯踏步19采用格栅结构，相邻踏步之间具有间隙，防滑且避免积水隐患。另外，为了保障舱顶施工的安全性，在舱顶的四周设置有围栏。

LED支架设置于舱顶上，在LED支架上安装有LED显示屏20。LED支架为模块化支架，可以安装多种设备，便于后期增加设备或设备变更选型。

另外，考虑到我国幅员辽阔，各地温度特性差别比较大，有极热和极寒之地，为了避免温差对站房监测系统的影响，可在站房内部配置温控系统。

二、采样器设备

请进一步参照图1-4所示，所述采样器设备100，包括：超大流量气溶胶采样器101、气碘采样器140、干湿沉降自动采样器144、高气压电离室102、NaT谱仪142、气象监测器141、以及降雨感应器143等。

其中，所述超大流量气溶胶采样器，其进气口以及滤膜设置在自动检测站站房的上部，其出气口设置在环境监测站站房的下部；具体的，其进气口穿过舱顶，出气口穿过舱底或舱壁、与舱体的外部相通；用于从大气中采集气溶胶样品。

所述超大流量气溶胶采样器采集的气溶胶样品可以在实验室进行检测；也可以直接在监测站进行检测，此时可在监测站设置超大流量气溶胶监测仪，其包括所述超大流量气溶胶采样器101。其具体包括：

采样装置103，用于从大气中采集气溶胶样品；上述超大流量气溶胶采样器可作为超大流量气溶胶监测仪的采样装置；

制样装置104，用于将采样装置(超大流量气溶胶采样器)采集的气溶胶样品制备成符合检测要求的标准样品；以及

检测装置105，用于对标准样品进行分析以获得其中含有的放射性物质的信息。

具体地，如图7-9所示，所述采样装置(超大流量气溶胶采样器)包括电机部分106和采样部分107。电机部分和采样部分通过气体通道108连通。

所述气体通道具有进气口109和出气口110，进气口穿过所述站房舱体的舱顶，出气口穿过舱体的舱底或舱壁、与舱体的外部相通。如图5所示，所述进气口、出气口均设置有防虫网，即在进气口和出气口设置金属网145，在保证空气可以流通的情况下，还可防止虫子、老鼠及其他动物进入影响电机工作。另外，所述出气口采用管道延长，从而降低噪音并防止进气、出气干扰。

所述电机部分包括采样电机111，所述采样电机驱动大气由所述进气口进入气体通道并从所述出气口排出。其中，所述电机采用立式安装，与现有平着安装的电机相比，有效的减小了占地空间。为了减小振动及噪音影响，在电机上设置减震装置，以减小振动引起的噪音，例如造电机底座上设置橡胶板，从而起到有效的减振作用；在电机上设置消音装置，例如在电机的外壳上设置吸音材料，以降低电机噪音的传播；和/或在电机出气口设置消音器，以降低出风的噪音。另外，所述电机优选为高负载能力电机，即在滤膜灰尘较多时保持较大吸力，从而保证流量稳定。

所述采样装置(超大流量气溶胶采样器)还包括滤膜112，所述滤膜设置在所述气体通道中，用于截留大气中的气溶胶颗粒，以形成气溶胶样品。

如图7所示，气体通道为L形弯管结构，弯管结构的水平部分连接到抽吸用采样电机，弯管结构的竖直部分固定在机械框架113上。该机械框架的顶部的一侧设置有卷轴114，卷筒式滤膜卷绕在所述卷轴上。

所述采样部分还包括滤膜传送单元，具体为滚轴115和116，所述滚轴和构造用于将滤膜沿X方向(图9)传送到机械框架顶部的采样位置。然后，采样电机启动，根据设置的流量(例如空气以600-1000m³/h的流速穿过滤膜)和时间长度采集大气。如图9所示，空气沿Y方向穿过滤膜，以将空气中的气溶胶颗粒收集在滤膜中。采样后的大气经由出气口排出。采样完成后，滚轴和继续转动，将完成采样的滤膜传送到制样装置中。

制样装置包括机械框架117，其上固定有切割器，用于将完成采样的滤膜裁切成多个标准尺寸的滤膜块118。具体地，如图7-9所示，切割器的示例可以包括三轴机械手119、120和121。三轴机械手带有切割刀片。气溶胶采集结束后，三轴机械手配合滤膜传送辊的移动把含有气溶胶的滤膜裁成多个标准尺寸的滤膜块。切割后剩余的废滤膜碎片则收集到废滤膜回收盒122(图7)中。优选的，所述滤膜靠近采样装置(超大流量气溶胶采样器)布置，例如滤膜与采样装置间距在1～10cm范围内，以进一步提高采样效率。所述切割器顶盖距离滤膜尽量高，例如切割器顶盖与滤膜间距15～20cm范围内，以防止反弹气流。

如图7-8所示，采样装置的机械框架和制样装置的机械框架可以形成一个整体，以便于滤膜的传送和样品的制备。

如图8所示，制样装置的机械框架的顶部设置有样品工作台123，三轴机械手在样品工作台上完成滤膜的裁切。在样品工作台上放置多个样品盒124，多个滤膜块以叠置的方式存放在样品盒中，以制成标准样品。样品盒靠近切割器设置，以进一步提高采集效率。具体地，三轴机械手带有吸盘，在滤膜被裁成多个标准尺寸的滤膜块后，滤膜块被三轴机械手的吸盘吸取并依次叠放在样品盒中。装盒完成，三轴机械手会从样品工作台的盒盖存储位125取盒盖(未示出)，并盖上样品盒。

样品盒可以包括能够被样品工作台上设置的条码读取模块126读取的条码。在样品盒装盒完成后，条码读取模块会读取样品盒的条码并记录入系统。所述样品工作台还包括衰变位127。三轴机械手会将制备完成的样品盒放入样品工作台的衰变位，进行一定时长的衰变。完成衰变的样品盒经三轴机械手通过吸盘传送至检测装置的检测位置。

所述检测装置包括，能谱分析仪，具体可为高纯锗谱仪，用于对样品进行γ放射性核素分析与识别。

检测装置进一步包括，铅室传送臂128、铅室129和铅室机械臂130。铅室传送臂打开铅室，三轴机械手将样品盒放入铅室机械臂上的分析位131，然后铅室关闭，电气柜的数据采集传输箱体中的控制装置会启动NaI谱仪对样品进行能谱分析；等能谱分析完毕后，铅室会打开，然后三轴机械手会通过吸盘将分析完成的样品盒取出并丢入样品工作台的回收筒(未示出)里。

所述高气压电离室，设置于舱顶上方，用于监测辐射环境中γ剂量率，其固定在一仪器支架上，该仪器支架安装在舱顶的预装底座上。

所述NaI谱仪，设置于舱顶上方，用于对样品进行γ剂量率检测，同时也用于获取能谱及进行放射性核素识别。

优选的，所述高气压电离室、NaI谱仪探测器中心高度一致，并且距离基础面大于1.3m，由此提高了测量准确性。

通过将超大流量气溶胶监测仪采样、分析、处理得到的数据与高气压电离室、NaI谱仪的数据进行比对，可获得更为精确的数据结果，也可通过比对判断系统是否正常。

所述气碘采样器可用于采集空气中微粒碘、有机碘及无机碘；气碘采样器滤膜及碘盒靠近切割器设置，提高了采集效率。采集完成的碘盒可采用高纯锗谱仪分析大气中碘相关信息。

所述降雨感应器，设置于舱顶上方，用于监测雨量；所述干湿沉降自动采样器，设置于舱顶上方，用于监测湿度。所述干湿沉降自动采样器用于采集自然粉尘、沙尘暴及以降雨、雪雹等形式从大气中清洗下来的粉尘。

为了防止气流干扰，所述超大流量气溶胶采样器、高气压电离室、NaI谱仪、气碘采样器等布局尽量分散，其布局可根据舱顶面积而定，优选在满足仓顶面积要求下，选择最远距离分布。可选的，超大流量气溶胶采样器切割器、高气压电离室、NaI谱仪、气碘采样器分别位于舱顶的四个角部。

另外，所述超大流量气溶胶采样器通过管路与所述站房集成，管路的管道接口采用金属波纹管连接，可防腐防老化，同时由于波纹管可以进行长短及方向上的形变，能够实现空间调整，从而可以避免站房工程误差造成采样器设备与站房集成不匹配。

三、一体化机柜

如图10所示，所述电气柜1为一体化机柜，可设置于所述站房舱体内，靠近舱体右侧舱壁，为所述一体化集成式环境监测站提供控制、采集、传输功能。

所述电气柜包括三个独立的箱体，分别是后备电源箱体162、数据采集传输箱体163及电池柜164。具体的，所述后备电源箱体与所述数据采集传输箱体连接；所述电池柜箱体与所述后备电源箱体连接。而且，所述连接为可拆卸连接。优选的，所述后备电源箱体与所述数据采集传输箱体之间、所述电池柜箱体与所述后备电源箱体之间均为卡合连接。

其中，所述三个箱体的材质可采用铁板或不锈钢板。

所述后备电源箱体与数据采集传输箱体结构相同，箱体包括一顶板、一底板、三个侧板及一箱门。各模块采用19寸标准U箱设计，方便移植与拆卸，可整箱更换，也可U箱单独更换。具体而言，所述后备电源箱体与数据采集传输箱体为19寸机柜，内安装19寸机U箱模块，U箱模块侧面设置有散热孔，使U箱内部与U箱外部进行空气流通。

所述电池柜也可包括一顶板、一底板、三个侧板及一箱门；其可以不采用19寸机柜箱。

而现有的电气柜，其通常将所有模块及器件均布置在一个大柜体中，设备比较分散，排查问题比较困难，不便于维护及更换。相较而言，本实用新型的电气柜采用模块化设计，便于安装与维护。后备电源箱体、数据采集传输箱体、电池柜，各个箱体根据功能独立配置，可整体运输，也可分体运输，分体后重量轻，便于搬挪。

其中，所述后备电源箱体包括UPS及配电模块，所述UPS可以在市电断电时为所述一体化机柜内部各模块、高气压电离室、碘化钠谱仪、降雨感应器及气象监测器供电。整个箱体的对外输出为标准品字形220AC插座及12V军用航空插头，可为任何符合功率要求的12V与220V设备供电，具有很好的通用性。由于采用分路供电模式，对于系统功率比较大的设备，例如电机，由市电供电，对于功耗比较小的高气压电离室与固定碘化钠谱仪等剂量监测设备及控制传输设备，由UPS电源模块提供电力，保证在市电断电情况下剂量率信息仍然能正常传输到数据中心。

所述数据采集传输箱体负责整个系统数据状态及参数的采集与通讯传输，包括KVM显示器、数据采集模块、通讯传输模块等。

所述电池柜内部设置有蓄电池，蓄电池可放置在电池车165上，如图11所示，电池车包括底板166、侧板167及滚轮168，滚轮与所述电池车底板连接，通过电池车可以方便的将蓄电池从电池柜内部移出移入，蓄电池接到UPS上为系统提供续航。

箱体进行模块化设计后，对各模块的故障可很容易确定，同时也很容易更换。若存在通讯有关的故障则更换通讯模块，若存在采集故障则更换采集模块。箱体分体设计之后，每个箱体的重量变轻，这样可以实现双人搬动，方便携带，所以也可进行整个箱体的更换。

另外，所述后备电源箱体与数据采集传输箱体内置保温层，配备箱门，由此可以保温隔热。更进一步的，在站房内部配置温控系统的基础上，后备电源箱体与数据采集传输箱体内也配置了温控系统，可以很好的适应温度变化。在一具体实施例中，可在后备电源箱体与数据采集传输箱体内置保温层、加热器、散热风扇及温控系统。温控系统可以根据箱体内温度，根据预设的温度阈值，对加热器和/或散热风扇进行控制。散热风扇可以加强内部空气流通，可以进行散热，还可以加强内部加热器产生热量的分配。所述U箱侧面设置散热孔，U箱内外能很好的进行空气流通，保持与箱体温度一致。

从上述技术方案可以看出，本实用新型气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站至少具有以下有益效果其中之一：

(1)超大流量气溶胶采样器切割器、高气压电离室、固定NaI谱仪、气碘采样器布局分散，有效的防止了气流干扰。

(2)超大流量气溶胶采样器滤膜靠近切割器布置，提高了采样效率。

(3)超大流量气溶胶采样器切割器顶盖距离滤膜尽量高，有效的防止反弹气流。

(4)超大流量气溶胶采样器出气口采用管道延长，可降低噪音并防止进气、出气干扰。

(5)超大流量气溶胶采样器电机采取立式安装，减小了占地空间。

(6)高气压电离室、固定NaI谱仪探测器中心高度一致，并距离基础面大于1.3m，保证了测量准确性。

(7)气碘采样器滤膜及碘盒靠近切割器，提高了采集效率。

(8)超大流量气溶胶采样器采用减震及消音器等措施，有效的降低了噪声及震动。

(9)超大流量气溶胶采样器管道接口采用金属波纹管连接，既可实现防腐防老化又有调整空间。

(10)超大流量采样器进气口、出气口都具有防虫网设计，防止飞虫进入。

(11)超大流量气溶胶采样器采用高负载能力电机，在滤膜灰尘比较多的时候还能保持同样大的吸力，保证流量的准确性。

至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型气溶胶采样器、采样器设备及一体化集成式环境监测站有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各部件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种气溶胶采样器，其特征在于，包括：

气体通道，其具有进气口和出气口；所述气体通道的进气口、出气口均设置有金属网；

采样电机，与气体通道耦接，驱动大气由进气口进入气体通道并从出气口排出，所述电机为立式电机；

滤膜，所述滤膜设置在所述气体通道中，用于截留大气中的气溶胶颗粒，以形成气溶胶样品；

吸音材料和消音器，吸音材料设于所述电机外壳上，消音器设于所述出气口；以及

减震装置和承载所述电机的底座，所述减震装置设于所述电机与底座之间，所述减震装置为橡胶板；其中

所述进气口以及滤膜设置在自动检测站站房的上部，所述出气口设置在环境监测站站房的下部。

2.一种采样器设备，其包括如权利要求1所述的气溶胶采样器，还包括如下至少之一：气碘采样器、干湿沉降自动采样器、NaI谱仪、高气压电离室、气象监测器、以及降雨感应器。

3.根据权利要求2所述的采样器设备，其特征在于，所述高气压电离室与所述NaI谱仪的中心高度相同，其中心距离基础面的高度均大于1.3m。

4.根据权利要求3所述的采样器设备，其特征在于，所述气溶胶采样器通过管路与站房集成，所述管路的管道接口采用金属波纹管连接。