專利名稱：全自動降塵采集器采集方法
技術領域：
本發明涉及大氣降塵采集裝置，是一種全自動降塵采集器采集方法，實現了無需 外接電源，多模式、全自動地對降塵進行收集、淋洗、封存等。
背景技術：
目前，大多數環境監測機構以及科研單位仍是采用傳統的降塵缸法收集大氣降 塵，該方法雖然裝置簡單，但人為干擾嚴重、受天氣干擾影響大、極易受外界環境污染、人力 資源消耗大。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術存在的問題，公開了一種全自動降塵采集器采集方 法，無需外接電源、體積小、可識別雨雪天氣排除天氣干擾、自動淋洗過濾，排除了外界環境 干擾以及減少人力的浪費。為達到上述目的，本發明的技術解決方案是一種全自動降塵采集器，包括機械框架外殼，降塵缸，管道，閥門，樣品瓶；其還包 括水泵，儲穩定劑容器，儲水容器，雨水檢測器，太陽能光板，頂蓋，電機和外圍輔助電路；其 中，降塵缸，閥門，多個樣品瓶，水泵，儲穩定劑容器，儲水容器置于框架內，框架外殼分上下 兩層，降塵缸固接于上層，其余組件位于下層，固接于底板上，雨水檢測器固接于框架外殼 外壁；降塵缸低端有一兩通閥，經管道與一多通閥入口相通連，多通閥出口經管道與多個樣 品瓶相通連；儲穩定劑容器經管道順序與一水泵、另一多通閥入口相通連，另一多通閥出口 經管道與多個樣品瓶相通連；降塵缸上部有另一兩通閥，經管道順序與另一水泵、儲水容器 相通連；框架外殼上口有頂蓋，框架外殼上口 一側緣與頂蓋一側以鉸鏈相連，鉸鏈一端固 接有步進電機；頂蓋內側有太陽能光板；閥門、水泵、雨水檢測器、步進電機和太陽能光板與外圍輔助電路電連接；太陽能 光板為閥門、水泵、雨水檢測器、步進電機供電。所述的全自動降塵采集器，其所述降塵缸，為玻璃缸，主體為圓柱狀；在其頂部側 壁均勻分布相切入的多根玻璃支管，是淋洗降塵水的進口，分別與另一兩通閥的出口相通 連，另一兩通閥的入口與水泵、儲水容器相通連；降塵缸底部中心內側設有過濾片結構，其底部中心外側有突出的玻璃支管，突出 的玻璃支管是淋洗降塵水的出口，經兩通閥、多通閥與多個樣品瓶相通連。所述的全自動降塵采集器，其所述外圍輔助電路，包括六部分單片微處理器、信 號輸入、控制輸出、液晶顯示屏、按鍵和充電電池；其中，信號輸入部分包括雨水傳感器、溫 度濕度大氣壓傳感器、儲水容器液位傳感器和光敏傳感器；控制輸出部分包括步進電機控 制電路，兩通閥、多通閥、水泵控制電路以及時鐘和數據存儲控制電路。輔助電路中的六部 分以單片微處理器為核心，它接收信號出入部分中各傳感器傳送的電壓或電流信號，經過判斷后送出信號給控制輸出部分中的各組件，實現控制儀器的目的。液晶顯示屏是用戶與 儀器的交互平臺，用戶通過按鍵，經單片微處理器作用后看到及設置液晶顯示屏上的功能 選項、菜單等。所述的全自動降塵采集器，其所述多通閥，為三通閥；多個樣品瓶，為三個樣品瓶； 多根玻璃支管，為六根。一種所述的全自動降塵采集器的采集方法，其包括步驟A)打開電源，外圍輔助電路工作，液晶顯示屏亮，進行“參數設置”“采樣信息”、 “采樣頻率”、“采樣模式”、“樣品淋洗次數”、“日期時間設置”、“當前氣象參數信息”；B)設置完成后，選擇“開始采樣”，第一個樣品采集周期開始；同時，雨水傳感器檢 測是否有雨，并將信號返回到外圍輔助電路中，當確認沒有雨后，外圍輔助電路控制步進電 機旋轉，打開頂蓋至一角度，降塵缸和太陽能光板暴露于自然大氣環境，此時刻為第一個樣 品周期正式開始采集的時間；C)外圍輔助電路自動記錄該日期時間為第一個樣品開始采集的日期時間，同時太 陽能光板對外圍輔助電路中的充電電池進行充電；D)根據設置的采樣頻率，當樣品采集時間到達設定時間時，外圍輔助電路記錄此 日期時間為第一個樣品結束采集的日期時間，并控制水泵和多通閥啟動數秒，從儲穩定劑 容器向第一個樣品瓶中注入適量的穩定劑，此后，外圍輔助電路控制另一水泵和另一兩通 閥啟動數秒，從儲水容器向降塵缸內第一次注入淋洗降塵水，淋洗降塵水從降塵缸頂部側 壁多根支管中注入，緊貼降塵缸的內壁流到底部；E)此時，外圍輔助電路控制兩通閥和多通閥啟動數秒，淋洗降塵水經降塵缸底部 過濾片結構、從突出支管流出進入第一個樣品收集瓶；F)根據設定的樣品淋洗次數，重復上述淋洗操作，樣品均收集到第一個樣品收集 瓶中，此即完成了第一個樣品采集過程；G)當第一個樣品采集周期完成后，第二個、第三個樣品采集周期按照第一個樣品 采集的步驟順時開始，外圍輔助電路會記錄第二個、第三個樣品開始采集和結束采集的日 期時間，并控制樣品收集到第二個、第三個樣品收集瓶中，以此類推，直到樣品采集結束。所述的采集方法，其在每個樣品采集的過程中，外圍輔助電路會按照設定的頻率 檢測雨水傳感器來判斷是否下雨，當確認下雨時，外圍輔助電路控制步進電機旋轉帶動頂 蓋關閉，連同太陽能光板翻轉蓋上降塵缸，同時記錄該日期時間；當雨停后，外圍輔助電路 控制步進電機旋轉打開頂蓋，繼續采集，同時記錄該日期時間。 所述的采集方法，其所述A)步中，還包括將儲穩定劑容器、儲水容器注滿。
本發明具有以下優點1、自主設計了所述的降塵玻璃缸，將淋洗水入口、過濾片和 淋洗水出口融入所述降塵缸，在外圍輔助電路的作用下，實現了自動淋洗，過濾，收集等功 能，盡可能的減少了人為干預造成的污染；裝置設置了多項功能選項，保證了自動淋洗及收 集的完全可靠；2、使用了太陽能光板，可隨時對裝置進行充電；同時設計的外圍輔助電路 的消耗功率極小，實現了無需外接電源即可工作的狀態，更快捷方便地應用于野外采樣；3、 降塵采集方式有干法和濕法，通過參數設置，該裝置即可用干法進行采集，也可用濕法進行 采集；4、采樣頻率更靈活，假設使用的所述多通閥3-1和多通閥3-2為3路，則可同時連接3 個所述的收集瓶，即收集完3個樣品后需更換下一批所述收集瓶；假設使用的多通閥3-1和
5多通閥3-2為4路，則可同時連接4個所述的收集瓶，即收集完4個樣品后需更換下一批所 述收集瓶，以此類推。采樣周期可根據研究性質及樣品瓶數目靈活設置；同時裝置添加自動 向樣品瓶中注入穩定劑的功能，可使樣品保存時間更長；5、引入所述的雨水檢測模塊，當檢 測到雨水時，所述的機械框架的頂蓋會自動蓋上所述的降塵玻璃缸，使樣品不受雨水的干 擾；當不下雨時，所述的頂蓋會自動打開至一定角度，此時所述的太陽能光板暴露，進行充 電；6、裝置功能更完善、更強大，從當前裝置界面上可看到本次收集的開始時間、當前時間、 采集模式、當前電池電量等信息，并存儲相關的信息，如下雨時間、停雨時間、樣品收集開始 時間等等；7、整套裝置輕便，易運輸；無需外界電，更易靈活使用；自動記錄相關數據，更人 性化。
圖1是本發明的全自動降塵采集器在不工作時的結構示意圖；圖2是本發明的全自動降塵采集器在工作時的結構示意圖；圖3是本發明的全自動降塵采集器中自主設計的降塵缸的俯視示意圖；圖4是本發明的降塵缸的側視示意圖；圖5是本發明的外圍輔助電路運作框架圖。
具體實施例方式下面以實施例并結合附圖對本發明進行詳細的描述。見圖1、2所示，是本發明的全自動降塵采集器的結構示意圖，包括機械框架外殼 15，一個降塵玻璃缸1，管道，閥門，多個樣品瓶4、5、6，水泵，儲穩定劑容器8，儲水容器9，雨 水檢測器10，太陽能光板11，頂蓋12，電機13和外圍輔助電路14。其中，降塵玻璃缸1，閥 門，多個樣品瓶4、5、6，水泵，儲穩定劑容器8，儲水容器9置于框架外殼15內，框架外殼15 分上下兩層，一個降塵玻璃缸1固接于上層，其余組件位于下層，固接于底板上，雨水檢測 器10固接于框架外殼15外壁。降塵玻璃缸1低端有兩通閥2-1，經管道與多通閥3-1入口 相通連，多通閥3-1出口經管道與多個樣品瓶4、5、6相通連。儲穩定劑容器8經管道順序 與水泵7-1、另一多通閥3-2入口相通連，另一多通閥3-2出口經管道與多個樣品瓶4、5、6 相通連。降塵玻璃缸1上部有另一兩通閥2-2，經管道順序與另一水泵7-2、儲水容器9相 通連。框架外殼15上口有頂蓋12，框架外殼15上口一側緣與頂蓋12 —側以鉸鏈相連， 鉸鏈一端固接有步進電機13。頂蓋12內側有太陽能光板11。閥門、水泵、雨水檢測器10、步進電機13和太陽能光板11與外圍輔助電路14電連 接。太陽能光板11為閥門、水泵、雨水檢測器10、步進電機13供電。降塵玻璃缸1為自主設計，其主體為圓柱狀，內徑150mm，高300mm，材質為玻璃；在 距離其頂部30mm處，側壁均勻分布相切入的六根玻璃支管1-1，其底部中心內側設有多個 l-2mm的微孔形成的過濾片結構1-2，其底部中心外側有突出的玻璃支管1_3。六根玻璃支 管1-1是淋洗降塵水的進口，分別與另一兩通閥2-2的出口相通連，兩通閥2-2的入口與水 泵7-2、儲水容器9相通連。玻璃支管1-3是淋洗降塵水的出口，經兩通閥2-1、多通閥3-1 與多個樣品瓶4、5、6相通連。
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過濾片結構1-2，可濾除樣品采集中外界環境引入的大雜質。外圍輔助電路14包括六部分單片微處理器、信號輸入、控制輸出、液晶顯示屏、 按鍵和充電電池。其中，信號輸入部分包括雨水傳感器、溫度濕度大氣壓傳感器、儲水容器 液位傳感器和光敏傳感器；控制輸出部分包括步進電機控制電路，兩通閥、多通閥、水泵控 制電路以及時鐘和數據存儲控制電路。本發明的全自動降塵采集器，在外圍輔助電路14的作用下，實現了有效控制儀 器，靈活設置參數，界面化操作，數據存儲等功能。雨水檢測器10用于檢測雨水，并不斷將信號返回所述的外圍輔助電路14，外圍輔 助電路14依據雨水量判斷降塵采集器是否進行降塵的收集，即是否關閉頂蓋12，以排除不 利天氣對樣品采集的影響。太陽能光板11，可將光能轉化成電能儲存于所述外圍輔助電路14中的充電電池 里，無需外界電源即可自動工作的目的。頂蓋12由步進電機13帶動鉸鏈旋轉，控制頂蓋12 的開關。附圖中使用的多通閥3-1、3_2為3路，即分別連接了 3個收集瓶。本發明是收集大氣中懸浮顆粒物自然沉降量的儀器，通過各個組件的協調作用， 經過淋洗、過濾、收集、添加穩定劑等過程，最終得到無人為干擾的顆粒物自然沉降的液體 樣品，操作人員將樣品拿回實驗室進行進一步分析。其工作過程是打開電源開關，外圍輔助電路14工作，其中的液晶顯示屏亮，進 入“參數設置界面”，通過其中的按鍵設定該界面下“采樣信息”、“采樣頻率”、“采樣模式”、 “樣品淋洗次數”、“日期時間設置”、“當前氣象參數信息”等參數，設置完成后，選擇“開始采 樣”，第一個樣品采集周期開始。此時，雨水傳感器10檢測是否有雨，并將信號返回到外圍 輔助電路14中，當確認沒有雨后，外圍輔助電路14控制步進電機13工作帶動機械框架的 頂蓋12旋轉打開至一定角度，降塵玻璃缸1和太陽能光板11暴露于自然大氣環境，此時刻 為第一個樣品周期正式開始采集的時間，外圍輔助電路14會自動記錄該日期時間為第一 個樣品開始采集的日期時間，同時太陽能光板11對外圍輔助電路14中的充電電池進行充 電。圖1是整套裝置不工作時的結構示意圖，圖2為整套裝置工作時的結構示意圖。根據最初采樣頻率的設置，當樣品采集時間到達設定時間時，外圍輔助電路14記 錄此日期時間為第一個樣品結束采集的日期時間，并控制水泵7-1和多通閥3-2啟動數秒， 從儲穩定劑容器8向第一個樣品瓶4中注入適量的穩定劑，此后外圍輔助電路14控制水泵 7-2和兩通閥2-2啟動數秒，從儲水容器9向降塵玻璃缸1內第一次注入淋洗降塵水，如圖3 和圖4所示，淋洗降塵水從降塵玻璃缸1的六根支管1-1中注入，緊貼降塵玻璃缸1的內壁 流到底部，此時，外圍輔助電路14控制兩通閥2-1和多通閥3-1啟動數秒，淋洗降塵水經過 降塵玻璃缸1底部的過濾片結構1-2 (可濾除外界雜質如小蟲等)、從支管1-3流出進入第 一個樣品收集瓶4 ；根據最初設定的樣品淋洗次數，重復上述淋洗操作，樣品均收集到第一 個樣品收集瓶4中，此即完整的第一個樣品采集過程。當第一個樣品采集周期完成后，第二 個樣品采集周期按照第一個樣品采集的步驟順時開始，外圍輔助電路14會記錄第二個樣 品開始采集和結束采集的日期時間，并控制樣品收集到第二個樣品收集瓶5中，以此類推， 直到第三個樣品采集結束。在每個樣品采集的過程中，外圍輔助電路14會按照一定的頻率檢測雨水傳感器10來判斷是否下雨。當確認出現下雨時，外圍輔助電路14控制步進電機13工作帶動機械 框架的頂蓋12連同太陽能光板11翻轉蓋上降塵玻璃缸1，同時記錄該日期時間；當下雨停 止后，外圍輔助電路14控制機械框架的頂蓋12打開繼續采集，同時記錄該日期時間。
圖5為外圍輔助電路的運作框架圖，其中，單片微處理器是核心，用于整套系統的 智能化自動檢測、數據處理和過程控制。信號輸入中，雨水傳感器用于降水的檢測，以便自 動控制太陽能翻板的開啟和關閉；溫度濕度大氣壓傳感器用于實時檢測環境溫濕度和大氣 壓值，為測量提供必要的氣象參數；儲水容器液位傳感器用于檢測儲水容器液位的高低，以 便提示是否需要加水；光敏傳感器用于檢測環境光線的強度，以便自動控制液晶屏背光的 強弱，節省電能。控制輸出部分中，步進電機控制電路用于太陽能翻板的電機正反轉控制， 以實現翻板的自動開啟和關閉；兩通閥、多通閥、水泵控制電路用于控制電磁閥的開啟和關 閉，以實現自動沖洗和自動補液；時鐘和數據存儲控制電路用于時間計時和關鍵參數及采 樣數據的儲存。液晶顯示屏用于人機交換的現實操作。按鍵用于參數設置、人工干預等人 機交換的信息輸入。充電電池是整個外圍輔助電路的動力來源，可以通過太陽能光板對其 充電，也可以接外接電源對其充電。
權利要求
一種全自動降塵采集器，包括機械框架，降塵缸，管道，閥門，樣品瓶；其特征在于，還包括水泵，儲穩定劑容器，儲水容器，雨水檢測器，太陽能光板，頂蓋，電機和外圍輔助電路；其中，降塵缸，閥門，多個樣品瓶，水泵，儲穩定劑容器，儲水容器置于框架內，框架分上下兩層，降塵缸固接于上層，其余組件位于下層，固接于底板上，雨水檢測器固接于框架外壁；降塵缸低端有一兩通閥，經管道與一多通閥入口相通連，多通閥出口經管道與多個樣品瓶相通連；儲穩定劑容器經管道順序與一水泵、另一多通閥入口相通連，另一多通閥出口經管道與多個樣品瓶相通連；降塵缸上部有另一兩通閥，經管道順序與另一水泵、儲水容器相通連；框架上口有頂蓋，框架上口一側緣與頂蓋一側以鉸鏈相連，鉸鏈一端固接有步進電機；頂蓋內側有太陽能光板；閥門、水泵、雨水檢測器、步進電機和太陽能光板與外圍輔助電路電連接；太陽能光板為閥門、水泵、雨水檢測器、步進電機供電。
2.如權利要求1所述的全自動降塵采集器，其特征在于，所述降塵缸，為玻璃缸，主體 為圓柱狀；在其頂部側壁均勻分布相切入的多根玻璃支管，是淋洗降塵水的進口，分別與另 一兩通閥的出口相通連，另一兩通閥的入口與水泵、儲水容器相通連；降塵缸底部中心內側設有過濾片結構，其底部中心外側有突出的玻璃支管，突出的玻 璃支管是淋洗降塵水的出口，經兩通閥、多通閥與多個樣品瓶相通連。
3.如權利要求1所述的全自動降塵采集器，其特征在于，所述外圍輔助電路，包括六 部分單片微處理器、信號輸入、控制輸出、液晶顯示屏、按鍵和充電電池；其中，信號輸入 部分包括雨水傳感器、溫度濕度大氣壓傳感器、儲水容器液位傳感器和光敏傳感器；控制輸 出部分包括步進電機控制電路，兩通閥、多通閥、水泵控制電路以及時鐘和數據存儲控制電 路；輔助電路中的六部分以單片微處理器為核心，它接收信號出入部分中各傳感器傳送 的電壓或電流信號，經過判斷后送出信號給控制輸出部分中的各組件，實現控制儀器的目 的；液晶顯示屏是用戶與儀器的交互平臺，用戶通過按鍵，經單片微處理器作用后看到及 設置液晶顯示屏上的功能選項、菜單。
4.如權利要求1或2所述的全自動降塵采集器，其特征在于，所述多通閥，為三通閥； 多個樣品瓶，為三個樣品瓶；多根玻璃支管，為六根。
5.一種如權利要求1所述的全自動降塵采集器的采集方法，其特征在于，包括步驟A)打開電源，外圍輔助電路工作，液晶顯示屏亮，進行“參數設置”“采樣信息”、“采樣 頻率”、“采樣模式”、“樣品淋洗次數”、“日期時間設置”、“當前氣象參數信息”；B)設置完成后，選擇“開始采樣”，第一個樣品采集周期開始；同時，雨水傳感器檢測是 否有雨，并將信號返回到外圍輔助電路中，當確認沒有雨后，外圍輔助電路控制步進電機旋 轉，打開頂蓋至一角度，降塵缸和太陽能光板暴露于自然大氣環境，此時刻為第一個樣品周 期正式開始采集的時間；C)外圍輔助電路自動記錄該日期時間為第一個樣品開始采集的日期時間，同時太陽能 光板對外圍輔助電路中的充電電池進行充電；D)根據設置的采樣頻率，當樣品采集時間到達設定時間時，外圍輔助電路記錄此日期時間為第一個樣品結束采集的日期時間，并控制水泵和多通閥啟動數秒，從儲穩定劑容器 向第一個樣品瓶中注入適量的穩定劑，此后，外圍輔助電路控制另一水泵和另一兩通閥啟 動數秒，從儲水容器向降塵缸內第一次注入淋洗降塵水，淋洗降塵水從降塵缸頂部側壁多 根支管中注入，緊貼降塵缸的內壁流到底部；E)此時，外圍輔助電路控制兩通閥和多通閥啟動數秒，淋洗降塵水經降塵缸底部過濾 片結構、從突出支管流出進入第一個樣品收集瓶；F)根據設定的樣品淋洗次數，重復上述淋洗操作，樣品均收集到第一個樣品收集瓶中， 此即完成了第一個樣品采集過程；G)當第一個樣品采集周期完成后，第二個、第三個樣品采集周期按照第一個樣品采集 的步驟順時開始，外圍輔助電路會記錄第二個、第三個樣品開始采集和結束采集的日期時 間，并控制樣品收集到第二個、第三個樣品收集瓶中，以此類推，直到樣品采集結束。
6.如權利要求5所述的采集方法，其特征在于，在每個樣品采集的過程中，外圍輔助電 路會按照設定的頻率檢測雨水傳感器來判斷是否下雨，當確認下雨時，外圍輔助電路控制 步進電機旋轉帶動頂蓋關閉，連同太陽能光板翻轉蓋上降塵缸，同時記錄該日期時間；當雨 停后，外圍輔助電路控制步進電機旋轉打開頂蓋，繼續采集，同時記錄該日期時間。
7.如權利要求5所述的采集方法，其特征在于，所述A)步中，還包括將儲穩定劑容器、 儲水容器注滿。
全文摘要
本發明公開了一種全自動降塵采集器及采集方法，涉及大氣降塵采集，采集器的組件置于框架外殼內，雨水檢測器固接于框架外殼外壁；降塵缸低端有一兩通閥，與一多通閥入口相通連，多通閥出口經管道與多個樣品瓶相通連；儲穩定劑容器經管道順序與一水泵、另一多通閥入口相通連，另一多通閥出口經管道與多個樣品瓶相通連；降塵缸上部有另一兩通閥，經管道順序與另一水泵、儲水容器相通連；框架外殼上口與頂蓋以鉸鏈相連，鉸鏈一端固接有步進電機；頂蓋內側有太陽能光板。閥門、水泵、雨水檢測器、步進電機和太陽能光板與外圍輔助電路電連接。本發明的采集器，易運輸，無需外界電，使用靈活，自動采集，自動記錄相關數據。
文檔編號G01N1/10GK101963549SQ200910089588
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月22日 優先權日2009年7月22日
發明者汪天照, 王自發, 董華斌 申請人:中國科學院大氣物理研究所
專業數控銑床產品供應商
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