TWI589853B - 自動採樣裝置及採樣方法 - Google Patents

Description

自動採樣裝置及採樣方法

本發明係關於一種自動採樣裝置及採樣方法，尤其是一種可組裝在無人載具上，由無人載具載送至預定地點採樣流體樣本的自動採樣裝置及採樣方法。

請參照第1圖，其係一種可組裝在無人載具上的習知採樣裝置9，該習知的採樣裝置9具有一採樣瓶91，其開口處設有一控制閥911；採樣前，該採樣瓶91內呈真空負壓狀態。當無人載具將該習知的採樣裝置9載送至預定地點時，可致動一動力源92，驅使一擺臂93動作以開啟該控制閥911，使現場的氣體受該採樣瓶91之真空負壓所吸入。完成採樣氣體後’再致動該動力源92驅使該擺臂93動作以關閉該控制閥911，由無人載具將該習知的採樣裝置9載送回來以便化驗。類似於該習知的採樣裝置9的一實施例已揭露於中華民國公告第M371234號「氣體採樣裝置」專利案當中。

然而，該習知的採樣裝置9須預先將其採樣瓶91抽真空，且開始採樣作業之前，以及採樣作業完成之後，若無法確實密封該採樣瓶91，將會有非採樣地點的氣體流入，常造成後續化驗結果失準的問題。再者，該習知的採樣裝置9每次只能進行單一次的氣體採樣動作即須返航，無法在短時間內於相同地點進行多次採樣，或是移動到不同地點進行多點 採樣後再返航，不僅採樣效率不佳，更會使採樣方式受限而影響採樣結果分析的準確度。

有鑑於此，習知的採樣裝置確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明提供一種自動採樣裝置及採樣方法，藉由變換流道的方式，欲採樣時才使流體通過採樣媒介，採樣前、後則將流體導向他處。

本發明提供一種自動採樣裝置及採樣方法，每次航程都可進行多次或多點流體採樣。

本發明的自動採樣裝置，包含：一本體，該本體具有一第一端及一第二端，該本體設有數個通道，各該通道貫穿該本體的第一端及第二端，該數個通道以該本體的第一端的中心處為中心呈環狀排列，其中至少有一個通道內設有一採樣媒介，且至少有一個通道維持中空狀態，該採樣媒介容置於一細管中，該細管的末端結合一塞塊以塞合固定在該通道的內壁面，該本體的第二端設有一凹槽；一旋轉器，該旋轉器連接該本體；一前蓋，該前蓋設有至少一流體入口，該前蓋覆蓋於該本體的第一端並連接該旋轉器；及一後蓋及一泵浦，該後蓋設有一流體出口，該後蓋覆蓋於該本體的第二端，該流體出口由該凹槽同時與該數個通道相連通，該泵浦設一引流管結合於該流體出口。

據此，本發明的自動採樣裝置，可藉由變換流道的方式，欲採樣時才使流體通過採樣媒介，採樣前、後則將流體導向他處，故操作簡易且可確保採樣結果準確。此外，本發明的自動採樣裝置，可在每次航程中進行多次或多點流體採樣，可大幅提升採樣效率，且可進行更多樣化的採樣方式，使採樣結果之分析得以綜合判斷而提升準確度。

其中，該本體的數個通道中有數個通道內分別設有一採樣媒 介，剩餘的數個通道維持中空，設有該採樣媒介的兩相鄰通道之間具有至少一個中空的通道；該結構具有提升採樣效率等功效。

其中，該前蓋的流體入口數量為數個；以便更靈活地調配流體通過該數個通道的狀態，使採樣方式可更加多元化，具有提升採樣結果分析的準確度等功效。

其中，該旋轉器包含一馬達、一第一嚙合件及一第二嚙合件，該馬達組裝定位在該前蓋，該第一嚙合件結合於該馬達的輸出端，該第二嚙合件組裝定位在該本體的外環周面，該第一嚙合件與該第二嚙合件相嚙合，一固接組件維持該前蓋與該後蓋相隔預定距離且不相對轉動；該結構簡易，便於製造、組裝，具有降低製造成本及提升組裝便利性等功效。

其中，該本體的中心處設有一容槽，該旋轉器容置於該容槽中，該旋轉器的輸出端固接該前蓋；該結構簡易，便於組裝，具有提升組裝便利性等功效。

其中，該本體的第二端設有一凹槽，該數個通道皆與該凹槽相連通，該凹槽中設一可轉動的蓋盤覆蓋於該數個通道的末端，該蓋盤位於該本體的第一端與第二端之間，使該蓋盤與該本體的第二端之間留有一氣隙，該蓋盤設有對應於該流體入口數量的通孔；該結構可確保非屬使用中的採樣媒介都不會受到非採樣流體所污染，具有提升採樣結果分析的精確度等功效。

其中，該蓋盤的通孔與該前蓋的流體入口同軸相對，該蓋盤與該前蓋可同步旋轉；該結構具有提升操作便利性等功效。

其中，該本體的中心處設有一容槽，該旋轉器容置於該容槽中，該旋轉器具有同軸相對的二個輸出端，其中一輸出端固接該前蓋，另一輸出端固接該蓋盤；該結構簡易，便於組裝，具有提升組裝便利性等功效。

本發明的採樣方法，包含下列步驟：將一自動採樣裝置組裝於一無人載具，該自動採樣裝置具有一本體及覆蓋於該本體一端的一前蓋；在該無人載具的巡航過程中，於一感測器偵測到流體中含有預設濃度的污染物質時，致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋的一流體入口與該本體中設有一採樣媒介的一通道相連通，令流體可通過該採樣媒介以進行採樣作業；採樣作業結束後，致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋以未設有該流體入口的部位與該本體中設有採樣媒介的該通道相對，令流體無法通過該採樣媒介；及於該無人載具返航後，取出該自動採樣裝置中的採樣媒介進行分析。

其中，於該無人載具返航前，再次致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋的流體入口與該本體中設有另一採樣媒介的另一通道相連通，令流體可通過該另一採樣媒介以再次進行採樣作業；及於採樣作業結束後，再次致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋以未設有該流體入口的部位與該本體中設有該另一採樣媒的該另一通道相對，令流體無法通過該另一採樣媒介；據此，每次巡航可進行多次或多點採樣後再返航，具有提升操作便利性及採樣效率等功效。

其中，依該感測器所偵測到的污染物質濃度來控制採樣作業的時間；具有提升採樣結果分析的精確度等功效。

〔本發明〕

1‧‧‧本體

1a‧‧‧第一端

1b‧‧‧第二端

11‧‧‧通道

12、12’‧‧‧容槽

13‧‧‧凹槽

2、2’‧‧‧旋轉器

3‧‧‧前蓋

31‧‧‧流體入口

4‧‧‧後蓋

41‧‧‧流體出口

5‧‧‧泵浦

51‧‧‧引流管

6‧‧‧旋轉器

61‧‧‧馬達

62‧‧‧第一嚙合件

63‧‧‧第二嚙合件

7‧‧‧蓋盤

71‧‧‧通孔

G‧‧‧氣隙

L‧‧‧塞塊

M‧‧‧採樣媒介

S‧‧‧固接組件

T‧‧‧細管

〔習用〕

9‧‧‧採樣裝置

91‧‧‧採樣瓶

911‧‧‧控制閥

92‧‧‧動力源

93‧‧‧擺臂

第1圖：一種習知採樣裝置的結構示意圖。

第2圖：本發明第一實施例的立體分解結構示意圖。

第3圖：本發明第一實施例的側剖結構示意圖。

第4圖：第3圖所示A-A截面的前蓋旋轉示意圖。

第5圖：本發明第二實施例的側剖結構示意圖。

第6圖：本發明第三實施例的立體分解結構示意圖。

第7圖：本發明第三實施例的側剖結構示意圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖，其係本發明自動採樣裝置的第一實施例，該自動採樣裝置大致上包含一本體1、一旋轉器2及一前蓋3，該前蓋3設於該本體1的一端，該旋轉器2連接該本體1與該前蓋3，使該本體1與該前蓋3可相對轉動；本實施例茲舉控制該前蓋3轉動而該本體1不轉動的結構予以說明。

請參照第2、3圖，該本體1具有一第一端1a及一第二端1b，該本體1設有數個通道11，各該通道11貫穿該本體1的第一端1a及第二端1b，使流體可以通過該本體1的第一端1a而流向第二端1b。在本實施例中，該本體1概呈圓筒狀，該本體1的中心處設有一容槽12以供容置該旋轉器2。該數個通道11以該本體1的第一端1a的中心處為中心呈環狀排列，其中至少有一個通道11內設有一採樣媒介M，且至少有一個通道11維持中空而未設置物品的狀態；較佳地，請配合參照第4圖，該本體1的數個通道11中，其中有數個通道11內分別設有一採樣媒介M，剩餘的數個通道11維持中空，而設有該採樣媒介M的數個通道11與中空的數個通道11可採間隔設置，即設有該採樣媒介M的兩相鄰通道11之間具有至少一個中空的通道11。

請再參照第2、3圖，該採樣媒介M的種類及型態不限，可例如為能夠吸附揮發性有機化合物的活性碳或顆粒型態的二乙烯基苯(divinylbenzene)等。本實施例選擇將採樣媒介M容置於一細管T中，並於該細管T的末端結合一塞塊L以塞合固定在該通道11的內壁面。

該旋轉器2組裝於該本體1，用以控制該前蓋3與該本體1可相對轉動。在本實施例中，該旋轉器2可以為一馬達，該旋轉器2結合固定在該本體1的容槽12中，且該旋轉器2的輸出端固接該前蓋3；據此，該旋轉器2受控制而運作時，可帶動該前蓋3相對於該本體1轉動。

該前蓋3設有至少一流體入口31，該前蓋3覆蓋於該本體1的第一端1a並連接該旋轉器2。請參照第3、4圖，該旋轉器2帶動該前蓋3轉動時，該前蓋3的流體入口31可變換位置以與該本體的任一個通道11相對位連通，使流體得以通過該前蓋3而流入與該流體入口31相對位的通道11中；該前蓋3未設置該流體入口31的部位則可遮蔽其餘的通道11，避免流體流通過該些通道11。

另，本實施例的自動採樣裝置還可另包含一後蓋4及一泵浦5，該後蓋4設有一流體出口41，該後蓋4覆蓋於該本體1的第二端1b，該流體出口41連通至少一個前述的通道11；例如，可以在該本體1的第二端1b設一凹槽13，使該數個通道11皆與該凹槽13相連通，故該流體出口41可藉由該凹槽13同時與該數個通道11相連通，該泵浦5則可設一引流管51結合於該流體出口41。據此，該後蓋4阻擋在該本體1的第二端1b，可避免該通道11中的採樣媒介M脫出，同時也可防止外部流體從該本體1的第二端1b流入該通道11中，或擾動流至該本體1的第二端1b的流體；此外，該泵浦5運作時，可由該引流管51向該本體1的內部抽吸流體並形成負壓，使該前蓋3外的流體能更快、更順暢地流入該本體1的內部及流出，以提升流體通過該自動採樣裝置的效率，同時藉由該泵浦5控制流體的流向，避免流體在流至該本體1的凹槽13時，又逆向流回該數個通道11中以致污染各採樣媒介M。

據由前述結構，本發明的自動採樣裝置可執行一種採樣方法，包含下列步驟： 將該自動採樣裝置組裝於一無人載具(例如無人車輛、船舶或飛行器等)上，並預設使該前蓋3的流體入口31對位到中空而未設有採樣媒介M的任一通道11；該無人載具上另建置有一感測器，用以偵測流體中的某污染物質的濃度，例如偵測流體中的總揮發性有機化合物(TVOC)濃度。

使用時，該無人載具可將該自動採樣裝置載送至指定地點，且在該無人載具的巡航過程中，流體可通過該前蓋3的流體入口31流入該中空的通道11，並流向該本體1的凹槽13，再通過該後蓋4的流體出口41排出；故本發明的自動採樣裝置不需預先抽真空，且巡航途中只要使該前蓋3的流體入口31與任一中空的通道11相對，即可在非採樣狀態下使流體順暢進出該自動採樣裝置，操作簡易，不易出錯。另一方面，由於該前蓋3遮蔽了內部設有採樣媒介M的通道11，故巡航途中不會有流體通過採樣媒介M，可有效避免採樣媒介M受非採樣地點的流體所污染以致後續化驗結果失準的問題。

當該感測器在巡航時偵測到流體中含有預設濃度的污染物質時，可控制該旋轉器2運作，致動該本體1與該前蓋3相對轉動，直至該前蓋3的流體入口31對位到內部設有採樣媒介M的任一通道11，令外部流體可通過該採樣媒介M以進行採樣作業。此時，採樣地點的流體可通過該前蓋3的流體入口31流入該通道11，通過該採樣媒介M並流向該本體1的凹槽13，再通過該後蓋4的流體出口41排出。

採樣作業結束後，再度控制該旋轉器2運作，使該本體1與該前蓋3順著一方向相對轉動(例如第4圖所示為該前蓋3依順時針方向轉動)，直至該前蓋3以未設有該流體入口31的部位與該本體1中設有採樣媒介M的該通道11相對，令流體無法通過該採樣媒介M。在本實施例中，其係使該前蓋3的流體入口31轉到與下一個中空的通道11相對。

接著，該無人載具可將該自動採樣裝置載送至另一指定地點後，或是在相隔預定時間後在相同地點，再次致動該本體1與該前蓋3相對轉動，使該前蓋3的流體入口31與該本體1中設有另一採樣媒介M的另一通道11相連通，令流體可通過該另一採樣媒介M以進行另一次的採樣作業；於該另一次的採樣作業結束後，則再次致動該本體1與該前蓋3相對轉動，使該前蓋3以未設有該流體入口31的部位與該本體1中設有該另一採樣媒M的該另一通道11相對，令流體無法通過該另一採樣媒介M。如此反覆操作，以於一次航程中取得多個已採樣的樣本，並於該無人載具返航後，將該自動採樣裝置送回實驗室，取出該自動採樣裝置中的採樣媒介M以作進一步的定性/定量分析。

其中，採樣作業的時間可設定為固定值，或較佳依該感測器所偵測到的污染物質濃度來控制採樣作業的時間。即，濃度低時設定較長的採樣作業時間，確保採樣媒介M能充分採集到流體中的污染物質；濃度高時則設定較短的採樣作業時間，以爭取採樣作業的效率，對偶發性的待檢測事件而言，較不易錯失採樣的機會，且能以更多的樣本數提高採樣結果分析的準確度。舉例而言，當該感測器所偵測到的甲苯濃度小於1ppm時，採樣作業時間約設定為60秒；濃度大於10ppm時，採樣作業時間則約設定為30秒即可。

是以，本發明的自動採樣裝置及採樣方法可藉由該前蓋3適時地開啟或遮蔽通道11，達到變換流道的效果，欲採樣時才使流體通過採樣媒介M，採樣前、後則將流體導向他處，可確保已採樣過的採樣媒介M不會再受到其他地點的流體所污染，且每次巡航可進行多次或多點採樣後再返航，不僅操作便利、採樣效率佳，採樣結果也能更為精準，使後續分析採樣結果的準確度提高。

值得一提的是，在其他實施例中，該前蓋3的流體入口31 數量也可以是數個，以便更靈活地調配流體通過該數個通道11的狀態，使採樣作業方式可更加多元化；例如可在同一地點同時利用數個採樣媒介M進行採樣，使採樣結果可相互比較，有助提升採樣結果分析的準確度。

請參照第5圖，其係本發明自動採樣裝置的第二實施例，本發明的第二實施例大致上同於上述的第一實施例，其主要差異在於：本發明第二實施例茲舉由一旋轉器6控制本體1轉動而前蓋3及後蓋4不轉動的結構予以說明。

詳言之，本實施例的旋轉器6包含一馬達61、一第一嚙合件62及一第二嚙合件63，該馬達61組裝定位在該前蓋3，該第一嚙合件62結合於該馬達61的輸出端，該第二嚙合件63組裝定位在該本體1的外環周面，且該第一嚙合件62與該第二嚙合件63相嚙合。又，一固接組件S維持該前蓋3與該後蓋4相隔預定距離且不相對轉動。

據此結構，該馬達61運作時可致使相嚙合的該第一嚙合件62與該第二嚙合件63產生相對運動，從而帶動該本體1相對於該前蓋3產生轉動，藉以調整該前蓋3的流體入口31與設有採樣媒介M的通道11相對，或是與中空而未設有採樣媒介M的通道11相對，並達成同於前述第一實施例之諸多功效。

請參照第6、7圖，其係本發明自動採樣裝置的第三實施例，本發明的第三實施例大致上同於上述的第一實施例，其主要差異在於：本發明第三實施例另於該本體1的凹槽13中設一可轉動的蓋盤7覆蓋於該數個通道11的末端，使該數個通道11中僅有前端與該前蓋3的流體入口31相連通者才能與該後蓋4的流體出口41相連通。

詳言之，該蓋盤7設於該本體1的第一端1a與第二端1b之間，使該蓋盤7與該本體1的第二端1b之間留有一氣隙G，該蓋盤7設有對應於該前蓋3的流體入口31數量的通孔71。該蓋盤7的通孔71可與該 前蓋3的流體入口31同軸相對，且該蓋盤7較佳可與該前蓋3同步旋轉。例如但不限制地，該本體1的中心處設有一容槽12’，一旋轉器2’結合固定於該容槽12’中，該旋轉器2’具有同軸相對的二個輸出端，其中一輸出端固接該前蓋3，另一輸出端固接該蓋盤7，以由該旋轉器2’帶動該蓋盤7與該前蓋3同步旋轉。

據此結構，當該旋轉器2’帶動該前蓋3旋轉至使其流體入口31與其中一通道11相對時，該蓋盤7的通孔71亦可與該通道11的末端相對，使流體可依序通過該前蓋3的流體入口31、該通道11、該蓋盤7的通孔71，再流入該氣隙G中，並從該後蓋4的流體出口41流出。而其他未與該前蓋3的流體入口31相對的通道11，其末端則會被該蓋盤7所遮蔽，故流入該氣隙G中的流體只能從該後蓋4的流體出口41流出，無法逆流至被該蓋盤7所遮蔽的通道11中，故可確保非屬使用中的採樣媒介M都不會受到非採樣流體所污染，使各採樣媒介M後續的採樣結果分析更加精確無誤。

綜上所述，本發明的自動採樣裝置，可藉由前蓋適時地開啟或遮蔽各通道，達到變換流道的效果；即，於欲採樣時才使流體通過採樣媒介，採樣前、後則將流體導向他處，可確保已採樣過的採樣媒介不會再受到其他地點的流體所污染，且每次巡航可進行多次或多點採樣後再返航，不僅操作便利、採樣效率佳，採樣結果也能更為精準，使後續分析採樣結果的準確度提高。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧本體

1a‧‧‧第一端

1b‧‧‧第二端

11‧‧‧通道

12‧‧‧容槽

13‧‧‧凹槽

2‧‧‧旋轉器

3‧‧‧前蓋

31‧‧‧流體入口

4‧‧‧後蓋

41‧‧‧流體出口

5‧‧‧泵浦

51‧‧‧引流管

L‧‧‧塞塊

T‧‧‧細管

Claims (12)

1. 一種自動採樣裝置，包含：一本體，該本體具有一第一端及一第二端，該本體設有數個通道，各該通道貫穿該本體的第一端及第二端，該數個通道以該本體的第一端的中心處為中心呈環狀排列，其中至少有一個通道內設有一採樣媒介，且至少有一個通道維持中空狀態，該採樣媒介容置於一細管中，該細管的末端結合一塞塊以塞合固定在該通道的內壁面，該本體的第二端設有一凹槽；一旋轉器，該旋轉器連接該本體；一前蓋，該前蓋設有至少一流體入口，該前蓋覆蓋於該本體的第一端並連接該旋轉器；及一後蓋及一泵浦，該後蓋設有一流體出口，該後蓋覆蓋於該本體的第二端，該流體出口由該凹槽同時與該數個通道相連通，該泵浦設一引流管結合於該流體出口。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自動採樣裝置，其中，該本體的數個通道中有數個通道內分別設有一採樣媒介，剩餘的數個通道維持中空，設有該採樣媒介的兩相鄰通道之間具有至少一個中空的通道。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自動採樣裝置，其中，該前蓋的流體入口數量為數個。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自動採樣裝置，其中，該旋轉器包含一馬達、一第一嚙合件及一第二嚙合件，該馬達組裝定位在該前蓋，該第一嚙合件結合於該馬達的輸出端，該第二嚙合件組裝定位在該本體的外環周面，該第一嚙合件與該第二嚙合件相嚙合，一固接組件維持該前蓋與該後蓋相隔預定距離且不相對轉動。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之自動採樣裝置，其中，該本 體的中心處設有一容槽，該旋轉器容置於該容槽中，該旋轉器的輸出端固接該前蓋。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之自動採樣裝置，其中，該本體的第二端設有一凹槽，該數個通道皆與該凹槽相連通，該凹槽中設一可轉動的蓋盤覆蓋於該數個通道的末端，該蓋盤位於該本體的第一端與第二端之間，使該蓋盤與該本體的第二端之間留有一氣隙，該蓋盤設有對應於該流體入口數量的通孔。
7. 如申請專利範圍第6項所述之自動採樣裝置，其中，該蓋盤的通孔與該前蓋的流體入口同軸相對，該蓋盤與該前蓋可同步旋轉。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自動採樣裝置，其中，該本體的中心處設有一容槽，該旋轉器容置於該容槽中，該旋轉器具有同軸相對的二個輸出端，其中一輸出端固接該前蓋，另一輸出端固接該蓋盤。
9. 一種採樣方法，包含下列步驟：將一自動採樣裝置組裝於一無人載具，該自動採樣裝置具有一本體及覆蓋於該本體一端的一前蓋；在該無人載具的巡航過程中，於一感測器偵測到流體中含有預設濃度的污染物質時，致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋的一流體入口與該本體中設有一採樣媒介的一通道相連通，令流體可通過該採樣媒介以進行採樣作業；採樣作業結束後，致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋以未設有該流體入口的部位與該本體中設有採樣媒介的該通道相對，令流體無法通過該採樣媒介；及於該無人載具返航後，取出該自動採樣裝置中的採樣媒介進行分析。
10. 如申請專利範圍第9項所述之採樣方法，其中，於該無人載具返航前，再次致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋的流體入口與該本體中設 有另一採樣媒介的另一通道相連通，令流體可通過該另一採樣媒介以再次進行採樣作業；及於採樣作業結束後，再次致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋以未設有該流體入口的部位與該本體中設有該另一採樣媒的該另一通道相對，令流體無法通過該另一採樣媒介。
11. 如申請專利範圍第9或10項所述之採樣方法，其中，依該感測器所偵測到的污染物質濃度來控制採樣作業的時間。
12. 一種採樣方法，包含下列步驟：將如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之自動採樣裝置組裝於一無人載具；在該無人載具的巡航過程中，於一感測器偵測到流體中含有預設濃度的污染物質時，致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋的流體入口與該本體中設有一採樣媒介的通道相連通，令流體可通過該採樣媒介以進行採樣作業；採樣作業結束後，致動該本體與該前蓋相對轉動，使該前蓋以未設有該流體入口的部位與該本體中設有採樣媒介的該通道相對，令流體無法通過該採樣媒介；及於該無人載具返航後，取出該自動採樣裝置中的採樣媒介進行分析。