CN218584588U - 一种随动进气式的大气颗粒物浓度测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种随动进气式的大气颗粒物浓度测量设备，包括主体框架；气路管道，贯穿安装于所述主体框架；进气弯管，呈90度弯管形态，其可转动地设置于所述主体框架的上端，进气弯管与气路管道连通；采测及控制电路单元，安装于所述主体框架的下方，气路管道中的部分气流沿支路流入采测及控制电路单元的颗粒物测量模块；采测及控制电路单元能够接收风向传感器的信号，并根据信号调整进气弯管的转动角度。设备能自动朝向气流流向进行进气，辨别不同方向的气流中的颗粒物浓度。由于颗粒物浓度与颗粒物流动的方向数据关联起来，即每个大气颗粒物测量数值与方向数值构成一对数据值，可以为分析污染源提供数据基础。

Description

一种随动进气式的大气颗粒物浓度测量设备

技术领域

本实用新型涉及环境检测设备技术领域，特别涉及一种随动进气式的大气颗粒物浓度测量设备。

背景技术

随着中国城镇化程度不断提高，城市开始成为人和物资的主要集散地，同时也是空气污染源的集中地。在城市中，存在着诸如机动车、餐饮业排放、工业源等不同强度的细颗粒物来源。这些颗粒物，尤其是粒径更小的PM2.5，对于城市居民的身心健康，尤其是儿童、孕妇及老人，造成了不可逆的伤害和负面影响。

为了改善城市空气质量，中国政府自2016年以来开始在28个城市推行“2+26”城市大气网格化精细管理行动。该行动计划依托低成本的小微固定监测站，结合卫星、气象等大数据和污染源清单，依托网格化管理，实现对污染源的有效监管，最终达到降低城市细颗粒物浓度、改善城市空气质量的目的。经过一段时间的运行，证明了网格化管理的有效性。

然而，小微固定监测站进气口都是固定式，空气气流从进气口的四周进入采样腔，因未对进入气流方向进行区分，而是混合了各个方向的空气，导致无法准确判断颗粒污染物的来向。此外，由于进气口从周围吸收空气，气流并不能很好的传入设备气路中，会产生测量值偏低，或者数值不能及时跟踪外界变化的问题。

因此，如何提供一种能够随污染源来向进行偏转的大气颗粒物浓度测量设备成为本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对背景技术中的问题，提出了一种进气口可以随污染源来向进行偏转，同时提供定位数据的随动式大气颗粒物浓度测量设备。设备在原有固定式全向进气口的基础上实现了随动进气，能对污染物来向进行在线监测，有利于开展污染源溯源和定位工作。

本实用新型采用以下技术方案：

一种随动进气式的大气颗粒物浓度测量设备，包括：

主体框架；

气路管道，贯穿安装于所述主体框架；

进气弯管，呈90度弯管形态，其可转动地设置于所述主体框架的上端，并且，进气弯管与气路管道连通；

采测及控制电路单元，安装于所述主体框架的下方，气路管道中的部分气流沿支路流入采测及控制电路单元的颗粒物测量模块；

采测及控制电路单元能够接收风向传感器的信号，并根据信号调整进气弯管的转动角度；

其中，所述气路管道包括上下连通的上气路管和下气路管，上气路管与进气弯管刚性连接，下气路管的一侧设置有与颗粒物测量模块相连通的支气路；

其中，上气路管贯穿所述主体框架，并与主体框架可转动地连接；

所述主体框架的下端固定安装有漏斗状接头，下气路管的上端与所述漏斗状接头密封连接，且上气路管与所述漏斗状接头连通。

进一步的，还包括：

转动驱动组件，安装于主体框架，且转动驱动组件传动连接上气路管。

进一步的，所述主体框架的上端面设置有安装板面，且安装板面的尺寸大于主体框架；

其中，安装板面以上的部件与外界环境接触，安装板面以下部件为封闭式安装。

进一步的，所述上气路管的上端伸出安装板面，且伸出部位的外周设置有外挡圈，所述外挡圈的下端面与安装板面的上端面接触，且外挡圈与安装板面之间设置有防水胶圈；

所述进气弯管的下端设置有防水罩，且防水罩包裹所述外挡圈。

进一步的，所述转动驱动组件包括：

舵机，固定安装于主体框架，其输出端安装有驱动轮；

大齿轮，大齿轮刚性套接于上气路管的外周，并与驱动轮啮合；

其中，舵机由起始位置转动到目标位置采用最短路径算法，计算两个位置之间较小的夹角，决定转动方向。

进一步的，所述主体框架上还设置有定位电路单元，其包括：

印制板，呈圆环状，固定安装于主体框架，且围绕上气路管；

若干槽型光耦元件，安装于印制板的上端面，若干槽型光耦元件以旋转中心为轴呈圆形阵列分布；

遮光挡板，刚性连接于上气路管，且下端可穿越槽型光耦元件。

进一步的，采测及控制电路单元的外壳结构为U型，半包裹在下气路管上，U型结构底部开设有进气口，颗粒物测量模块位于该进气口的一侧；

其中，支气路、进气口和颗粒物测量模块依次连通。

进一步的，采测及控制电路单元集成有网络传输模块和温湿度模块；

采测及控制电路单元根据环境湿度数据对大气颗粒物测量模块所测数值进行校正；

采测及控制电路单元将风向数据、颗粒物浓度数据进行存储，由网络传输模块进行数据分发。

进一步的，采测及控制电路单元还集成有内部供电电路；

其中，外部电源接通后，内部供电电路可自动触发周期性通断供电，在一个周期内的通电时间内，执行完一次采测程序；

采测及控制电路单元采用PWM控制原理和通断控制。

进一步的，所述下气路管的下端设置有风机。

本实用新型采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

随动进气式的大气颗粒物浓度测量设备能自动朝向气流流向进行进气，辨别不同方向的气流中的颗粒物浓度，并且能够更加实时准确的测量并观察颗粒物的浓度实时变化情况。同时，由于颗粒物浓度与颗粒物流动的方向数据关联起来，即每个大气颗粒物测量数值与方向数值构成一对数据值，可以为分析污染源提供数据基础。

气流从上气路管的下端流出后进入漏斗状接头，气流流经漏斗状接头再进入下气路管。这样，上气路管与漏斗状接头非直接连接，避免了下气路管需要随着上气路管一起转动，也避免了上气路管和下气路管之间需要安装旋转接头，整个气路管道结构简单、便于安装、节省成本。并且，通过漏斗状接头也对上气路管流出的气流产生缓冲，防止气流过大对颗粒物测量模块产生损害。

安装板面以上的部件与外界环境接触，安装板面以下部件为封闭式安装，从而防止外界环境对主体框架内集成的部件以及采测及控制电路单元造成损害。并且，防水罩与外挡圈及防水胶圈构成具有一定防雨淋能力又不影响进气头转动的动态防护结构。

通过设置定位电路单元，上气路管转动过程中，遮光挡板可扫掠各个槽型光耦元件，从而对进气弯管所处的位置进行反馈，当到达目标位置时，转动驱动组件停止转动。由此，实现对上气路管和进气弯管转动位置的实时定位，当到达目标位置时停止转动，转动角度精准。

外部电源接通后，内部供电电路可自动触发周期性通断供电，在一个周期内的通电时间内，执行完一次采测程序；内部其它模块采用PWM控制原理和通断控制，使得在需要时启动相关模块，不需要时停止其工作；舵机由起始位置转动到目标位置采用最短路径算法，计算两个位置之间较小的夹角，决定转动方向。实现节能供电。

附图说明

图1为设备整体结构图。

图2为设备正视图。

图3为图2中A-A方向剖视图。

图4为图3中A处局部放大图。

图5为采测及控制电路单元的外壳结构图。

图6为采测及控制电路单元的外壳结构俯视图。

图7为设备局部图

具体实施方式

以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-7所示，本实施方式提供一种随动进气式的大气颗粒物浓度测量设备，包括主体框架3、气路管道、进气弯管1、采测及控制电路单元10以及转动驱动组件。

主体框架3为大气颗粒物浓度测量设备的主体结构，气路管道、进气弯管1、采测及控制电路单元10、以及转动驱动组件集成于主体框架3。

具体的，气路管道贯穿安装于所述主体框架3，空气气流由进气弯管1进入气路管道；

进气弯管1呈90度弯管形态，其可转动地设置于所述主体框架3的上端，并由转动驱动组件控制进气弯管1转动，从而调整进气弯管1的朝向，使得设备能自动朝向气流流向进行进气，辨别不同方向的气流中的颗粒物浓度；

采测及控制电路单元10安装于所述主体框架3的下方，气路管道中的部分气流沿支路流入采测及控制电路单元10的颗粒物测量模块101；

采测及控制电路单元10用来接收风向传感器的信号，并根据信号通过转动驱动组件调整进气弯管1的转动角度。

通过以上设置，设备能自动朝向气流流向进行进气，辨别不同方向的气流中的颗粒物浓度，并且能够更加实时准确的测量并观察颗粒物的浓度实时变化情况。同时，由于颗粒物浓度与颗粒物流动的方向数据关联起来，即每个大气颗粒物测量数值与方向数值构成一对数据值，可以为分析污染源提供数据基础。

本实施方式中，所述气路管道包括上下连通的上气路管4和下气路管9，上气路管4与进气弯管1刚性连接，所述转动驱动组件安装于主体框架3，且转动驱动组件传动连接上气路管4，从而，需要调整进气弯管1的朝向时，通过转动驱动组件驱动上气路管4旋转，进而带动进气弯管1旋转。

下气路管9的一侧设置有支气路91，流经下气路管9的气流部分通过支气路91流入颗粒物测量模块101，从而检测空气中的颗粒物浓度。

其中，上气路管4贯穿所述主体框架3，并通过轴承60与主体框架3可转动地连接；所述主体框架3的下端固定安装有漏斗状接头8，下气路管9的上端与所述漏斗状接头8密封连接，且上气路管4与所述漏斗状接头8连通。

可以理解的是，漏斗状接头8与主体框架3为密封式连接，上气路管4的下端缘可以与主体框架3的下端面平齐，也可以上气路管4的下端缘伸出主体框架3的下端面，也可以上气路管4的下端缘位于主体框架3的下端面以上(如图3所示)。优选的，下气路管9与漏斗状接头8为一体成型设置。

由此，气流从上气路管4的下端流出后进入漏斗状接头8，气流流经漏斗状接头8再进入下气路管9。

这样，上气路管4与漏斗状接头8非直接连接，避免了下气路管9需要随着上气路管4一起转动，也避免了上气路管4和下气路管9之间需要安装旋转接头，整个气路管道结构简单、便于安装、节省成本。并且，通过漏斗状接头8也对上气路管4流出的气流产生缓冲，防止气流过大对颗粒物测量模块101产生损害。

本实施方式中，所述下气路管9的下端设置有风机11，通过开启风机11进行抽气一定时间，从而形成主气路。

本实施方式中，所述主体框架3的上端面设置有安装板面31，且安装板面31的尺寸大于主体框架3，从而，安装板面31以上的部件与外界环境接触，安装板面31以下部件为封闭式安装，从而防止外界环境(尤其是下雨)对主体框架3内集成的部件以及采测及控制电路单元10造成损害。

本实施方式中，所述上气路管4的上端伸出安装板面31，且伸出部位的外周设置有外挡圈41，所述外挡圈41的下端面与安装板面31的上端面接触，且外挡圈41与安装板面31之间设置有防水胶圈42。

以上设置，能够防止雨水安装板面31的雨水从主体框架3与上气路管4之间的间隙处流入安装板面31以下的封闭空间。

本实施方式中，所述进气弯管1的下端设置有防水罩43，且防水罩43包裹所述外挡圈41，从而避免雨水直接淋向上气路管4。

可以理解的是，进气弯管1根部有防水罩43，防水罩43与外挡圈41及防水胶圈42构成具有一定防雨淋能力又不影响进气头转动的动态防护结构。优选的，所述防水罩43与进气弯管1为一体成型设置。

本实施方式中，所述转动驱动组件包括舵机13、驱动轮6以及大齿轮5，其中，舵机13固定安装于主体框架3，其输出端安装有驱动轮6；大齿轮5刚性套接于上气路管4的外周，并与驱动轮6啮合。

舵机13由起始位置转动到目标位置采用最短路径算法，计算两个位置之间较小的夹角，决定转动方向。

本实施方式中，所述主体框架3上还设置有定位电路单元7，定位电路单元7对进气弯管1所处的位置进行反馈，当到达目标位置时，转动驱动组件停止转动。

具体的，定位电路单元7包括印制板71、槽型光耦元件72以及遮光挡板73；印制板71呈圆环状，固定安装于主体框架3。可以理解的是，印制板71可以直接固定于主体框架3，也可以与主体框架3保持一定间隔地固定于主体框架3，本实施方式中，印制板71通过支撑元件74与主体框架3保持一定间隔地固定于主体框架3。

圆环状的印制板71围绕上气路管4，其上端面设置有若干槽型光耦元件72，若干槽型光耦元件72以旋转中心为轴呈圆形阵列分布。遮光挡板73刚性连接于上气路管4，其下端可穿越槽型光耦元件72。

本实施方式通过设置定位电路单元7，转动驱动组件控制上气路管4和进气弯管1同时转动以调节进气弯管1朝向，上气路管4转动过程中，遮光挡板73可扫掠各个槽型光耦元件72。

从而，对进气弯管1所处的位置进行反馈，当到达目标位置时，转动驱动组件停止转动。由此，实现对上气路管4和进气弯管1转动位置的实时定位，当到达目标位置时停止转动，转动角度精准。

可以理解的是，槽型光耦元件72的数量越多，上气路管4和进气弯管1转动位置的实时定位越精准，成本也越高。本领域技术人员可以根据实际需求，确定槽型光耦元件72的数量。

本实施方式中，所述遮光挡板73固定安装于大齿轮5的下端面，以简化整体结构。

本实施方式中，采测及控制电路单元10的外壳结构为U型，半包裹在下气路管9上，U型结构底部开设有进气口102，颗粒物测量模块101位于该进气口102的一侧；

其中，支气路91、进气口102和颗粒物测量模块101依次连通，以使得流经下气路管9的气流部分通过支气路91流入颗粒物测量模块101，从而检测空气中的颗粒物浓度。

本实施方式中，所述颗粒物测量模块101的背部还设置有出气口103，以便颗粒物测量模块101中的空气排出。

本实施方式中，采测及控制电路单元10的外壳结构上安装有连接器面板12，连接器面板12上设置有若干输入输出连接器组16，用于采测及控制电路单元10与外部进行供电、通信等电气连接，以及与定位电路单元7等电气连接。

本实施方式中，所述进气弯管1的进气端还设置有金属滤网2，以防止异物进入气路。

本实施方式中，大气颗粒物浓度测量设备还集成有温湿度传感器，以测量外部环境温湿度，根据环境湿度数据对大气颗粒物测量模块所测数值进行校正。

本实施方式中，所述进气弯管1的进气端还设置有气路内挡圈100，以用于防止雨水的灌入。

本实施方式中，采测及控制电路单元10还包括网络传输模块，颗粒物测量模块101完成检测后，采测及控制电路单元10将风向数据、颗粒物浓度数据进行存储，由网络传输模块进行数据分发。

本实施方式中，采测及控制电路单元10还包括内部供电电路，外部电源接通后，内部供电电路可自动触发周期性通断供电，在一个周期内的通电时间内，执行完一次采测程序，以实现节能供电。

本实施方式中，采测及控制电路单元10采用PWM控制原理和通断控制，使得在需要时启动相关模块，不需要时停止其工作，以进一步实现节能供电。

以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种随动进气式的大气颗粒物浓度测量设备，包括：

主体框架；

气路管道，贯穿安装于所述主体框架；

进气弯管，呈90度弯管形态，其可转动地设置于所述主体框架的上端，并且，进气弯管与气路管道连通；

采测及控制电路单元，安装于所述主体框架的下方，气路管道中的部分气流沿支路流入采测及控制电路单元的颗粒物测量模块；

其中，采测及控制电路单元能够接收风向传感器的信号，并根据信号调整进气弯管的转动角度；

其特征在于，所述气路管道包括上下连通的上气路管和下气路管，上气路管与进气弯管刚性连接，下气路管的一侧设置有与颗粒物测量模块相连通的支气路；

其中，上气路管贯穿所述主体框架，并与主体框架可转动地连接；

所述主体框架的下端固定安装有漏斗状接头，下气路管的上端与所述漏斗状接头密封连接，且上气路管与所述漏斗状接头连通。

2.如权利要求1所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，还包括：

转动驱动组件，安装于主体框架，且转动驱动组件传动连接上气路管。

3.如权利要求1所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，所述主体框架的上端面设置有安装板面，且安装板面的尺寸大于主体框架；

其中，安装板面以上的部件与外界环境接触，安装板面以下部件为封闭式安装。

4.如权利要求3所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，所述上气路管的上端伸出安装板面，且伸出部位的外周设置有外挡圈，所述外挡圈的下端面与安装板面的上端面接触，且外挡圈与安装板面之间设置有防水胶圈；

所述进气弯管的下端设置有防水罩，且防水罩包裹所述外挡圈。

5.如权利要求2所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，所述转动驱动组件包括：

舵机，固定安装于主体框架，其输出端安装有驱动轮；

大齿轮，大齿轮刚性套接于上气路管的外周，并与驱动轮啮合；

其中，舵机由起始位置转动到目标位置采用最短路径算法，计算两个位置之间较小的夹角，决定转动方向。

6.如权利要求1或2所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，所述主体框架上还设置有定位电路单元，其包括：

印制板，呈圆环状，固定安装于主体框架，且围绕上气路管；

若干槽型光耦元件，安装于印制板的上端面，若干槽型光耦元件以旋转中心为轴呈圆形阵列分布；

遮光挡板，刚性连接于上气路管，且下端可穿越槽型光耦元件。

7.如权利要求1所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，采测及控制电路单元的外壳结构为U型，半包裹在下气路管上，U型结构底部开设有进气口，颗粒物测量模块位于该进气口的一侧；

其中，支气路、进气口和颗粒物测量模块依次连通。

8.如权利要求1所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，采测及控制电路单元集成有网络传输模块和温湿度模块；

采测及控制电路单元根据环境湿度数据对大气颗粒物测量模块所测数值进行校正；

采测及控制电路单元将风向数据、颗粒物浓度数据进行存储，由网络传输模块进行数据分发。

9.如权利要求1所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，采测及控制电路单元还集成有内部供电电路；

其中，外部电源接通后，内部供电电路可自动触发周期性通断供电，在一个周期内的通电时间内，执行完一次采测程序；

采测及控制电路单元采用PWM控制原理和通断控制。

10.如权利要求1所述的大气颗粒物浓度测量设备，其特征在于，所述下气路管的下端设置有风机。

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