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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung gehört zu dem technischen Gebiet der Sicherheitsdetektion und bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Sammeln einer halbflüchtigen oder nichtflüchtigen Substanz.
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HINTERGRUND
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In letzter Zeit wird die Ionenmobilitätsspektrometer-Technologie (IMS-Technologie), die eindeutige Vorteile wie etwa Detektionsgeschwindigkeit, Empfindlichkeit, Miniaturisierung und Tragbarkeit verkörpert, schnell entwickelt. Instrumente, die auf der IMS-Technologie beruhen, werden zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung der künftigen Sicherheitsdetektionstechnologie. Die IMS-Technologie wird für die Online-Detektion verwendet, wobei eine Probe zuerst durch eine Probennahmevorrichtung geht. Die Qualität der Probennahmevorrichtung und das Verfahren beeinflussen nicht nur den Anwendungsumfang des IMS, sondern beeinflussen auch die Empfindlichkeit der Reaktion auf die zu testende Substanz. Somit ist eine hocheffiziente Probennahmevorrichtung eine der Schlüsseltechnologien, die die IMS-Leistungsfähigkeit bestimmt.
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Das chinesische Patent
CN 105590827B offenbart eine Probeneinführungsvorrichtung für Schwebstoffteilchen, wobei ein Anreicherungsfilm auf eine Metallleitung gehüllt ist, gemäß dem Prinzip der Niedertemperaturanreicherung und der thermischen Hochtemperaturanalyse mittels Erwärmen und Abkühlen der Metallleitung die Anreicherungsprobennahme ausgeführt wird und die Analyse und die Detektion in der Quasi-Online-Betriebsart verwirklicht werden. Da der Abkühlprozess nach dem Erwärmen zeitaufwändig ist, ist es schwierig, innerhalb von 3 Minuten einen schnellen Temperaturanstieg-/Temperaturabfallprozess abzuschließen, und ist für die schnelle Detektion vor Ort auf dem Gebiet der Sicherheitsdetektion ungeeignet.
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Die
US 2016/0356679 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Probensammlung, wobei diese Vorrichtung einen Kammerkörper beinhaltet. Der Kammerkörper umfasst einen Probeneinlass, der sich an einem ersten Ende des Kammerkörpers befindet und zum Absaugen einer Probe konfiguriert ist. Der Kammerkörper umfasst ferner einen Probenauslass, der neben einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende des Kammerkörpers angeordnet ist und zum Entladen der Probe konfiguriert ist. Der Kammerkörper umfasst ferner einen Gasaufblaseinlass in einer Wand des Kammerkörpers, der konfiguriert ist, um einen Wirbelgasstrom in den Kammerkörper einzuführen. Der Kammerkörper umfasst ferner eine Gasabgasöffnung, die zum Ablassen von Gas konfiguriert ist, um zusammen mit dem Gasaufblaseinlass einen Gasstrom vom Tornado-Typ in dem Kammerkörper zu erzeugen, der sich spiralförmig vom ersten Ende zum zweiten Ende des Kammerkörpers bewegt.
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Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen sollen nur das Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung verbessern und können somit Informationen enthalten, die nicht das verwandte Gebiet bilden, das dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung der oben erwähnten Nachteile des Standes der Technik und die Schaffung einer Vorrichtung zum Sammeln einer halbflüchtigen oder nichtflüchtigen Substanz, die eine einfache Struktur aufweist, zweckmäßig in der Wartung ist und Proben schnell sammeln kann.
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Die zusätzlichen Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und gehen teilweise aus der Beschreibung hervor oder können durch die Praxis der vorliegenden Offenbarung gelernt werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Vorrichtung zum Sammeln einer halbflüchtigen oder nichtflüchtigen Substanz geschaffen, die eine Luftdüse, einen vorderen Hohlraum und einen Sammelkörper enthält; wobei die Luftdüse dafür konfiguriert ist, Luft zu einer Probenanlagerungsfläche auszustoßen, um eine Luftströmung mit mitgeführten Probenpartikeln zu erzeugen; wobei ein oberes Ende des vorderen Hohlraums eine obere Öffnung aufweist, durch die die Luftströmung in den vorderen Hohlraum eintritt; wobei der Sammelkörper mit einem unteren Ende des vorderen Hohlraums dichtend verbunden ist, innerhalb dessen ein zylindrischer Hohlraum und ein konischer Hohlraum vorgesehen sind, die koaxial in der vertikalen Richtung angeordnet sind, und dessen Unterseite mit einem Probenauslass versehen ist, um Probenpartikel abzulassen; wobei der Probenauslass mit der Unterseite des konischen Hohlraums verbunden ist; wobei der Sammelkörper mit einem Luftansaugkanal, um die Luftströmung von dem vorderen Hohlraum in den zylindrischen Hohlraum eintreten zu lassen, versehen ist, der in Bezug auf die vertikale Achse des zylindrischen Hohlraums nicht koplanar ist und der schräg nach unten und nach innen angeordnet ist, so dass die Luftströmung einen Zyklon bildet, der sich in dem zylindrischen Hohlraum nach unten dreht; wobei der Sammelkörper ferner mit einem Luftabsaugkanal versehen ist, von dem ein Ende eine Ablassöffnung ist und das andere Ende mit einer Luftpumpe verbunden ist, und wobei die Ablassöffnung mit dem Innenraum des zylindrischen Hohlraums verbunden ist.
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Erfindungsgemäß ist eine Achse des zylindrischen Hohlraums und des konischen Hohlraums eine vertikale Achse.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Achse senkrecht zu der Probenanlagerungsfläche.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der konische Hohlraum ein verjüngter Hohlraum mit einem großen Ende, das mit dem zylindrischen Hohlraum in Verbindung steht, und mit einem kleinem Ende, das mit dem Probenauslass in Verbindung steht; wobei der Zyklon nach oben zurückgeführt wird und daraufhin von der Ablassöffnung des Luftabsaugkanales abgelassen wird, nachdem der Zyklon in dem konischen Hohlraum von den Probenpartikeln getrennt worden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verläuft die Ablassöffnung des Luftabsaugkanales von einer Oberseite des zylindrischen Hohlraums in den zylindrischen Hohlraum nach unten.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung sind die Luftansaugkanäle in einer Vielzahl vorgesehen und sind die Vielzahl der Luftansaugkanäle in Uhrzeigerrichtung oder entgegen der Uhrzeigerrichtung gleichförmig angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Anzahl der Einlasskanäle 2 bis 10.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die durch die Luftdüse ausgestoßene Luftströmung eine Luftströmung vom Impulstyp.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der vordere Hohlraum eine Trichterstruktur, wobei das untere Ende eine untere Öffnung aufweist und wobei der Durchmesser der oberen Öffnung größer als der Durchmesser der unteren Öffnung ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der vordere Hohlraum aus einer Inertlegierung oder aus einem Glasmaterial hergestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Durchmesser des Probenauslasses der 1-1,2-fache eines Durchmessers der Ablassöffnung.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Gasdurchflussrate in dem Luftabsaugkanal wenigstens der 10-fache der Gasdurchflussrate bei dem Probenauslass.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Probenauslass eine Filtervorrichtung verbunden, um zu ermöglichen, dass Probenpartikel durchgehen und um große Partikelverunreinigungen zu filtern.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Luftdüse von einem Typ mit schmalem Schlitz.
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Wie aus den obigen technischen Lösungen zu sehen ist, tritt die Luftströmung in dem vorderen Hohlraum in der Probennahmevorrichtung der vorliegenden Offenbarung in den zylindrischen Hohlraum ein und bildet den Zyklon, so dass Probenpartikel gemäß der Wirkung der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft während eines Rotationsprozesses aus dem Probenauslass abgelassen werden. Außerdem ist die Struktur der Probennahmevorrichtung einfach und sind die Kosten niedrig. Diese Vorrichtung weist keine beweglichen Teile auf und weist somit niedrige Kosten auf. Diese Vorrichtung ist beständig gegen hohen Druck (einschließlich Überdruck und Unterdruck) und das Partikelgas, das von dem Luftansaugkanal eintritt, kann Hochdruckgas sein. Außerdem ist die Probennahmeeffizienz der Vorrichtung hoch.
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Figurenliste
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Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen besser aus der ausführlichen Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
- 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Sammeln einer halbflüchtigen oder nichtflüchtigen Substanz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine schematische Ansicht, um die Richtung der Luftströmung in 1 zu zeigen;
- 3 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Sammeln einer halbflüchtigen oder nichtflüchtigen Substanz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 4a ist eine Vorderansicht der Luftdüse;
- 4b ist eine linke Seitenansicht der Luftdüse;
- 4c ist eine Draufsicht der Luftdüse.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Probenanlagerungsfläche;
- 2.
- Luftdüse;
- 3.
- vorderer Hohlraum;
- 4.
- Luftansaugkanal;
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- zylindrischer Hohlraum;
- 6.
- konischer Hohlraum;
- 7.
- Probenauslass;
- 8.
- Ablassöffnung;
- 9.
- Luftabsaugkanal;
- 10.
- Sammelkörper;
- 11.
- Filtervorrichtung;
- 21.
- Körper;
- 22.
- Luftstrahlkammer.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun beispielhafte Ausführungsformen umfassender beschrieben. Allerdings können die beispielhaften Ausführungsformen in einer Vielzahl von Formen verkörpert werden und sollen sie nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt verstanden werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen gegeben, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und die Konzepte der beispielhaften Ausführungsformen dem Fachmann auf dem Gebiet umfassend vermittelt werden. Dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen dieselben oder ähnliche Strukturen, so dass ihre ausführlichen Beschreibungen weggelassen werden.
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Anhand von 1 und 2 offenbart eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Vorrichtung zum Sammeln einer halbflüchtigen oder nichtflüchtigen Substanz, die zum Sammeln von Proben auf einer Oberfläche einer Probenanlagerungsfläche 1 zur Analyse und zum Testen durch ein nachfolgendes Analyseinstrument verwendet wird und die zur schnellen Probennahmeanalyse mit einem Ionenmobilitätsspektrometer (IMS), mit einem Gaschromatographie-Ionenmobilitätsspektrometer (GC-IMS), mit einer Gasphasenchromatographie (GC), mit einer Massenspektrometrie (MS) und mit einer Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und dergleichen vor Ort geeignet ist.
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Die Vorrichtung enthält eine Luftdüse 2, einen vorderen Hohlraum 3 und einen Sammelkörper 10; die Luftdüse 2 wird dazu verwendet, zu der zu detektierenden Probenanlagerungsfläche 1 eine schnelle Luftströmung auszustoßen, damit Probenpartikel von der Probenanlagerungsfläche 1 geblasen werden, um eine Luftströmung zu erzeugen, die Probenpartikel mitführt. Anhand von 4a bis 4c kann die Luftdüse 2 ein Typ mit schmalem Schlitz sein, wobei die Luftdüse 2 vom Typ mit schmalem Schlitz in der Ausführungsform einen Körper 21 enthält, der eine hohle rechteckige Parallelepipedstruktur mit einer Luftstrahlkammer 22 im Innenraum ist, wobei die Luftströmung von der Luftstrahlkammer 22 ausgestoßen wird. Der Querschnitt der Luftstrahlkammer 22 ist ein Rechteck, dessen Breite nicht mehr als ein Zehntel der Länge ist, wobei die geblasene Luftströmung eine verhältnismäßig dünne „Schneidenform“ aufweist. Ferner kann die durch die Luftdüse 2 ausgestoßene Luftströmung eine Luftströmung vom Impulstyp sein, d. h., unmittelbar nachdem die Luftdüse zu Beginn eines Probensammelprozesses für eine Zeitdauer ausgestoßen hat, wird sie abgeschaltet, wobei sie nach einer Weile erneut ausstößt. Das heißt, die Luftdüse 2 stößt die Luftströmung nach jedem weiteren selben Zeitraum aus. Die Luftdüse 2 kann mit einer Pumpe oder mit einem Luftkompressor verbunden sein.
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Der vordere Hohlraum 3 weist eine aufgeweitete Struktur auf und seine Innenoberfläche ist eine glatte Oberfläche. Ein oberes Ende des vorderen Hohlraums 3 ist eine obere Öffnung und ein Unterteil davon ist eine untere Öffnung, wobei ein Durchmesser der oberen Öffnung größer als der der unteren Öffnung ist. Die obere Öffnung ermöglicht, dass die durch die Luftdüse 2 ausgestoßene Luftströmung in den vorderen Hohlraum 3 eintritt. In Verwendung ist die zu detektierende Probenanlagerungsfläche 1 über dem vorderen Hohlraum 3 angeordnet und ist eine Achse des vorderen Hohlraums 3 zu der Probenanlagerungsfläche 1 so senkrecht wie möglich gehalten, während die obere Öffnung des vorderen Hohlraums 3 der Probenanlagerungsfläche 1 so nahe wie möglich ist, um so viel Luftströmung wie möglich zu sammeln. Der vordere Hohlraum 3 ist aus einer Inertlegierung oder aus einem Glasmaterial hergestellt.
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Der Sammelkörper 10 weist eine im Wesentlichen zylindrische Struktur auf und eine Oberseite des Sammelkörpers 10 ist mit dem unteren Ende des vorderen Hohlraums 3 dichtend verbunden ist. Der Innenraum des Sammelkörpers 10 ist mit einem zylindrischen Hohlraum 5 und mit einem konischen Hohlraum 6, die vertikal koaxial angeordnet sind, versehen und eine Unterseite davon ist mit einem Probenauslass 7 versehen, um die Probe abzulassen. Eine Achse des zylindrischen Hohlraums 5 und des konischen Hohlraums 6 ist eine vertikale Achse. Ein großes Ende des konischen Hohlraums 6 steht mit dem zylindrischen Hohlraum 5 in Verbindung und ein kleines Ende davon steht mit dem Probenauslass 7 in Verbindung und eine Achse des Probenauslasses 7 fällt mit der des konischen Hohlraums 6 zusammen.
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Der Sammelkörper 10 ist mit einer Vielzahl von Luftansaugkanälen 4 versehen, um die durch die Luftdüse 2 ausgestoßene Luftströmung von dem vorderen Hohlraum 3 in den hohen zylindrischen Hohlraum 5 zu lassen, wobei diese Luftansaugkanäle 4 in der Ausführungsform unabhängig von der radialen Dimension des Luftansaugkanales 4 in Bezug auf die Achse des zylindrischen Hohlraums 5 nicht koplanar sind und nach unten und innen geneigt angeordnet sind, d. h., die Achse des Luftansaugkanales 4 in der Luftansaugrichtung (in der Richtung des Pfeils in 1) mit der Achse der zylindrischen Kammer 5 nicht koplanar ist und der Luftansaugkanal 4 schräg nach unten und innen verläuft, d. h., der Winkel zwischen der Achse jedes des Luftansaugkanals 4 und der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse ist jeweils nicht 0 Grad, so dass die Luftströmung mit den mitgeführten Probenpartikeln, wenn sie von dem Luftansaugkanal 4 in den zylindrischen Hohlraum 5 eintritt, eine Tendenz besitzt, sich schräg nach unten zu bewegen, und die Luftströmung einen Zyklon bildet, der sich nach unten dreht, nachdem er durch eine Innenwand des zylindrischen Hohlraums 5 und des konischen Hohlraums 6 beschränkt gewesen ist. Die Anzahl der Luftansaugkanäle 4 kann zwischen 2 und 10 liegen, wobei die Luftansaugkanäle 4 in Uhrzeigerrichtung oder entgegen der Uhrzeigerrichtung gleichförmig angeordnet sind. Es wird angemerkt, dass sich „das Obere/über“ und „das Untere/unter“ in der vorliegenden Offenbarung auf die relative Positionsbeziehung jeder Komponente, wie sie in 1 gezeigt ist, beziehen, wobei sich die zylindrische Kammer 5 über der konischen Kammer 6 befindet und der Sammelkörper 10 unter dem vorderen Hohlraum 3 befindet. Außerdem bedeuten „das Innere/innerhalb/nach innen“ und „das Äußere/außerhalb/nach außen“ in der vorliegenden Offenbarung ebenfalls eine Positionsbeziehung wie etwa eine Richtung nach außen von der Achse des zylindrischen Hohlraums 5 zu der Wand des zylindrischen Hohlraums 5.
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Während der Drehung des Zyklons können Probenpartikel unter der Wirkung der Zentrifugalkraft und der Schwerkraft von dem Zyklon unter dem konischen Hohlraum 6 getrennt werden und von dem Probenauslass 7 abgelassen werden und können die Probenpartikel daraufhin zur Detektion in die entsprechende Detektionsvorrichtung eingeleitet werden. Wie in 3 gezeigt ist, kann unter dem Probenauslass 7 eine Filtervorrichtung 11 verbunden sein, um zu ermöglichen, dass Probenpartikel durchgehen, und um große Partikelverunreinigungen zu filtern, wobei die Filtervorrichtung 11 aus einem Material wie etwa Metall, Glas oder Silikagel hergestellt sein kann.
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An dem Sammelkörper 10 ist ein Luftabsaugkanal 9 vorgesehen. Ein Ende des Luftabsaugkanales 9 ist eine Ablassöffnung 8 und das andere Ende ist mit einer Luftabsaugpumpe verbunden. Die Ablassöffnung 8 verläuft von der Oberseite des zylindrischen Hohlraums 5 in das Innere des zylindrischen Hohlraums 5 nach unten, und der Zyklon innerhalb des konischen Hohlraums 6 kann nach oben zurückgeführt werden und von der Ablassöffnung 8 des Luftabsaugkanales 9 abgelassen werden. Da die Ablassöffnung 8 von der Oberseite des zylindrischen Hohlraums 5 nach unten verläuft, kann die Außenwand der Ablassöffnung 8 mit dem zylindrischen Hohlraum 5 einen ringförmigen Raum bilden, was vorteilhaft ist, um die Luftströmung so zu führen, dass sie einen Zyklon bildet, wodurch die Trennungseffizienz verbessert wird und wodurch der Ablassauslass 8 gleichzeitig eine bestimmte Entfernung von der oberen Oberfläche des zylindrischen Hohlraums 5 aufweist, und wodurch es außerdem möglich ist zu vermeiden, dass die Luftströmung des Luftansaugkanales 4 von der Ablassöffnung 8 direkt abgelassen wird, und um somit eine Verringerung der Probennahmeeffizienz zu vermeiden.
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Die Gesamthöhe der Probennahmevorrichtung ist die 8-10-fache eines Durchmesserwerts der Ablassöffnung 8. Der Luftabsaugkanal 9 kann während des Pumpens in dem zylindrischen Hohlraum 5 eine Saugwirkung erzeugen, so dass die Luftströmung in dem vorderen Hohlraum 3 leichter in den zylindrischen Hohlraum 5 eintreten und einen Zyklon bilden kann, so dass Probenpartikel unter der Wirkung der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft während der Drehung von dem Probenauslass 7 abgelassen werden. Wie aus 2 zu sehen ist, bildet die Luftströmung, die in den zylindrischen Hohlraum 5 und in den konischen Hohlraum 6 eintritt, gleichzeitig der Saugwirkung der Ablassöffnung 8 gleichzeitig einen inneren Zyklon mit kleinerem Durchmesser, wenn die Luftströmung in die Ablassöffnung 8 zurückgeführt wird und daraufhin schließlich von dem Absaugkanal entnommen wird. Der Durchmesser des Probenauslasses 7 kann vorzugsweise der 1-1,2-fache des Durchmessers der Ablassöffnung 8 sein. Die Gasdurchflussrate in dem Luftabsaugkanal 9 ist nicht kleiner als der 10-fache der Gasdurchflussrate, der von dem Probenauslass 7 abgelassen wird.
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Der Arbeitsprozess der Probennahmevorrichtung ist wie folgt:
- Zunächst wird die Probenanlagerungsfläche 1 über der Vorrichtung angeordnet, wobei der vordere Hohlraum 3 an die Probenanlagerungsfläche 1 angrenzt, woraufhin die Luftdüse 2 eine „schneidenartige“ Luftströmung zu der Probenanlagerungsfläche 1 ausstößt, um Probenpartikel von der Probenanlagerungsfläche 1 in den vorderen Hohlraum zu blasen, woraufhin sie unter der Saugwirkung des Ansaugkanales 9 durch den Luftansaugkanal 4 in den zylindrischen Hohlraum 5 eintritt, um einen Zyklon zu bilden. Während des Drehprozesses werden Probenpartikel wegen der Schwerkraft und wegen der Zentrifugalkraft von der Probennahmevorrichtung durch den Probenauslass 7 und in die Detektionsvorrichtung abgelassen, und wird ein anderer Teil der Luftströmung von der Probennahmevorrichtung durch den Luftabsaugkanal 9 mit dem inneren Zyklon abgelassen, um den Probennahmeprozess abzuschließen.
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Zusammengefasst weist die Vorrichtung zum Sammeln einer halbflüchtigen oder nichtflüchtigen Substanz, die durch die vorliegende Offenbarung geschaffen wird, die folgenden Vorteile auf:
- (1) Die Vorrichtung weist eine einfache Struktur und niedrige Kosten auf;
- (2) die Vorrichtung weist keine beweglichen Teile auf und weist niedrige Kosten auf;
- (3) die Vorrichtung ist beständig gegen hohen Druck (einschließlich Überdruck und Unterdruck), und das Schwebstoffgas, das von dem Luftansaugkanal eintritt, kann ein Hochdruckgas sein;
- (4) die Probennahmeeffizienz der Vorrichtung ist hoch.
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Oben sind insbesondere die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gezeigt und beschrieben worden. Selbstverständlich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt und soll die vorliegende Offenbarung im Gegenteil im Erfindungsgedanken und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche verschiedene Änderungen und Entsprechungen umfassen.
