本發(fā)明涉及大氣采樣裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于低空和地下采樣的大氣顆粒物采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于人類的生產(chǎn)等活動(dòng)，人類對環(huán)境的影響日益加劇，尤其是對大氣的影響。例如，隨著溫室氣體的大量排放，造成溫室效應(yīng)；還有目前全球尤為關(guān)注的PM2.5、PM10等等。然而，解決這些問題時(shí)，我們首先需要采取對大氣進(jìn)行監(jiān)測、采樣以及對其中的顆粒物進(jìn)行分析等措施。

目前在對采集大氣顆粒物時(shí)，所采用的采樣方式有固定式采樣、系留氣球式采樣、直升機(jī)采樣等等。然而，在固定式采樣中，由于其缺乏靈活性，笨重，僅能固定在地面或樓頂采樣，因而大大限制了采樣范圍；在系留氣球式采樣及直升機(jī)采樣中，雖然將采樣裝置帶上空中，但其不僅缺乏經(jīng)濟(jì)性，而且由于采樣裝置體型較大，不適用于采集含有有毒氣體擴(kuò)散的大氣環(huán)境和有障礙物的環(huán)境中，因而使得采樣面比較狹窄，采樣范圍有限。另外，上述大氣顆粒物采集方式不能對地下礦井、通道等中的大氣顆粒物進(jìn)行采集，而采集地下礦井、通道等氣體中的顆粒物對研究煤礦瓦斯爆炸有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決目前的固定式采樣、系留氣球式采樣、直升機(jī)采樣存在的靈活性較差、適用范圍有限以及不能對地下礦井、通道等中的大氣顆粒物進(jìn)行采集的技術(shù)問題，提供一種適用于低空和地下采樣的大氣顆粒物采集系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種適用于低空和地下采樣的大氣顆粒物采集系統(tǒng)，包括：大氣樣本采集裝置和遙控裝置，所述大氣樣本采集裝置包括小型氣泵、遙控接收器、電源、若干個(gè)飛行動(dòng)力裝置、四個(gè)支架、四個(gè)吸附裝置、采集裝置、支座底盤、四個(gè)連接骨架和保護(hù)外殼；

所述支座底盤與所述保護(hù)外殼連接形成殼體；所述小型氣泵、遙控接收器和電源由上至下依次設(shè)置于殼體的內(nèi)腔中；四個(gè)連接骨架的一端分別與保護(hù)外殼的四個(gè)側(cè)面連接，四個(gè)連接骨架的尾端與連桿連接構(gòu)成一個(gè)正方形；飛行動(dòng)力裝置設(shè)在四個(gè)連接骨架的尾端；所述四個(gè)支架分別與支座底盤的四個(gè)角連接；每個(gè)支架的尾端設(shè)置有吸附裝置；所述保護(hù)外殼的上表面中間設(shè)置有一個(gè)圓孔，所述采集裝置設(shè)在圓孔中，采集裝置的出氣口與小型氣泵的進(jìn)氣口通過橡膠管連接，從所述小型氣泵的出氣口排出的氣體通過設(shè)置于小型氣泵處殼體側(cè)壁上的多個(gè)氣孔排出殼體外；所述遙控裝置通過遙控接收器遠(yuǎn)程控制大氣樣本采集裝置。

可選地，所述采集裝置包括進(jìn)氣腔、出氣腔、同心圓片、帶孔采樣槽和濾膜；所述進(jìn)氣腔與出氣腔通過螺紋連接并在連接處形成凹槽；所述帶孔采樣槽放置于凹槽底部；所述濾膜放置于帶孔采樣槽上；所述同心圓片設(shè)置于濾膜上。

可選地，所述采集裝置上設(shè)置有防塵裝置，所述防塵裝置包括外罩、內(nèi)罩和連接桿；外罩與內(nèi)罩之間通過連接桿連接；內(nèi)罩上設(shè)置有至少一個(gè)通氣孔，且內(nèi)罩與進(jìn)氣腔螺紋連接。

可選地，所述飛行動(dòng)力裝置包括漿葉、無刷電機(jī)、照明裝置和鏤空保護(hù)托盤；無刷電機(jī)設(shè)置于連接骨架的尾端上面，照明裝置設(shè)置于連接骨架的尾端側(cè)面，漿葉與無刷電機(jī)的動(dòng)力輸出軸連接，所述鏤空保護(hù)托盤連接于連接骨架的尾端上面，并延伸到連接骨架的尾端外側(cè)。

可選地，所述大氣樣本采集裝置還包括攝像裝置、高度計(jì)、溫度計(jì)、濕度計(jì)和空氣流量計(jì)中的至少一種，所述攝像裝置、高度計(jì)、溫度計(jì)、濕度計(jì)和空氣流量計(jì)設(shè)置于所述殼體的側(cè)壁上。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，通過利用飛行動(dòng)力裝置為載體，載動(dòng)小型氣泵的方式進(jìn)行大氣顆粒物的采集，通過吸附裝置賦予支架以吸附性，采集礦井、地下通道的大氣顆粒物，使采集的空間大大擴(kuò)大。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有體型小，質(zhì)量輕，靈活性強(qiáng)，適用范圍廣，工作效率高，能適用于采集礦井、地下通道的大氣顆粒物的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的主視圖。

圖2是圖1的俯視圖。

圖3是采集裝置和防塵裝置的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1和圖2所示，本實(shí)施例中的適用于低空和地下采樣的大氣顆粒物采集系統(tǒng)包括：大氣樣本采集裝置和遙控裝置，所述大氣樣本采集裝置包括小型氣泵1、遙控接收器2、電源3、四個(gè)飛行動(dòng)力裝置、四個(gè)支架4、四個(gè)吸附裝置8、采集裝置9、支座底盤10、四個(gè)連接骨架12和保護(hù)外殼13；

所述支座底盤10與所述保護(hù)外殼13連接形成殼體；所述小型氣泵1、遙控接收器2和電源3由上至下依次設(shè)置于殼體的內(nèi)腔中，小型氣泵1與遙控接收器2之間以及遙控接收器2與電源3之間通過擋板隔開；四個(gè)連接骨架12的一端分別與保護(hù)外殼13的四個(gè)側(cè)面連接，四個(gè)連接骨架12的尾端與連桿28連接構(gòu)成一個(gè)正方形，以穩(wěn)定機(jī)身；飛行動(dòng)力裝置設(shè)在四個(gè)連接骨架12的尾端；所述四個(gè)支架4分別與支座底盤10的四個(gè)角連接；每個(gè)支架4的尾端設(shè)置有吸附裝置8，以通過吸附作用來實(shí)現(xiàn)低空和地下大氣樣本的長時(shí)間采樣；所述保護(hù)外殼13的上表面中間設(shè)置有一個(gè)圓孔，所述采集裝置9設(shè)在圓孔中，采集裝置9的出氣口與小型氣泵1的進(jìn)氣口通過橡膠管連接，從所述小型氣泵的出氣口排出的氣體通過設(shè)置于小型氣泵處殼體側(cè)壁上的多個(gè)氣孔排出殼體外；所述遙控裝置通過遙控接收器2遠(yuǎn)程控制大氣樣本采集裝置。

可選地，如圖3所示，所述采集裝置9包括進(jìn)氣腔14、出氣腔16、不銹鋼同心圓片17、帶孔采樣槽18和濾膜19；所述進(jìn)氣腔14與出氣腔16通過螺紋連接并在連接處形成凹槽15；所述帶孔采樣槽18放置于凹槽15底部；所述濾膜19放置于帶孔采樣槽18上；所述同心圓片17設(shè)置于濾膜19上。其中，在具體使用時(shí)，可以根據(jù)需要將多個(gè)采集裝置級聯(lián)，即將一個(gè)采集裝置的出氣腔16與另一個(gè)采集裝置的進(jìn)氣腔14螺紋連接，以構(gòu)成多級采集裝置。

可選地，如圖3所示，所述采集裝置9上設(shè)置有防塵裝置，以防止灰塵、泥土等大樣本質(zhì)堵塞采集裝置9。所述防塵裝置包括外罩25、內(nèi)罩26和連接桿24；外罩25與內(nèi)罩26之間通過連接桿24連接；內(nèi)罩26上設(shè)置有至少一個(gè)通氣孔27，且內(nèi)罩26與進(jìn)氣腔14螺紋連接。優(yōu)選地，可以在連接桿24周圍設(shè)置四個(gè)呈十字對稱分布的通氣孔27。

可選地，所述飛行動(dòng)力裝置包括漿葉5、無刷電機(jī)6、照明裝置7和鏤空保護(hù)托盤11；無刷電機(jī)6設(shè)置于連接骨架12的尾端上面，照明裝置7設(shè)置于連接骨架12的尾端側(cè)面，漿葉5與無刷電機(jī)6的動(dòng)力輸出軸連接，所述鏤空保護(hù)托盤11連接于連接骨架12的尾端上面，并延伸到連接骨架12的尾端外側(cè)，以保護(hù)槳葉5。所述鏤空保護(hù)托盤11為圓弧形，其所對的圓心角為90度。

可選地，所述大氣樣本采集裝置還包括攝像裝置、高度計(jì)、溫度計(jì)、濕度計(jì)和空氣流量計(jì)中的至少一種，所述攝像裝置、高度計(jì)、溫度計(jì)、濕度計(jì)和空氣流量計(jì)設(shè)置于所述殼體的側(cè)壁上。其中，攝像裝置用于采集實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，如采樣環(huán)境中的天氣、霧霾等情況數(shù)據(jù)；高度計(jì)、溫度計(jì)、濕度計(jì)和空氣流量計(jì)分別用于記錄樣本采集時(shí)的實(shí)時(shí)高度、溫度、濕度和空氣流量數(shù)據(jù)。

可選地，所述遙控裝置包括外殼、天線、液晶屏、數(shù)據(jù)顯示屏和操控模塊；所述天線設(shè)置于外殼上面，用于接收遙控接收器2發(fā)射回來的信號，并對飛行動(dòng)力裝置發(fā)送信號；所述液晶屏設(shè)置于外殼正面的左上角，用于顯示攝像裝置采集的環(huán)境數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)顯示屏設(shè)置于外殼正面的右上角，用于顯示采樣時(shí)由高度計(jì)、溫度計(jì)、濕度計(jì)和空氣流量計(jì)記錄的數(shù)據(jù)；所述操控模塊設(shè)置于外殼正面的下部，用于控制飛行動(dòng)力裝置的運(yùn)動(dòng)。

所述小型氣泵1采用成都?xì)夂C(jī)電制造有限公司制造的VXA系列微型高低溫真空泵，其型號為VXA4505的小型氣泵。

所述殼體為立方體，所述立方體的上下表面為正方形，且正方形的四個(gè)角處均有一定的弧度，所述正方形的長度為150mm，所述立方體的高度為250mm。所述進(jìn)氣腔14的上部為圓柱形、下部為圓臺形；所述出氣腔16的上部為圓臺形、下部為圓柱形；其中，所述進(jìn)氣腔14圓柱形的外徑為40mm、內(nèi)徑為38mm，出氣腔16圓柱形的外徑為38mm、內(nèi)徑為36mm；采集裝置9的高度為45mm；所述帶孔采樣槽18的外徑為72mm、內(nèi)徑為70mm、高度為4mm、其上的孔徑為5mm；所述同心圓片17的外徑為68mm、內(nèi)徑為60mm；所述外罩25和內(nèi)罩26均為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述外罩25的外徑為58mm，所述內(nèi)罩26的外徑為38mm，所述通氣孔27的直徑為10mm。所述氣孔的直徑為2mm，數(shù)量為20個(gè)，并均勻分布于小型氣泵1所在位置處的殼體的四個(gè)側(cè)壁上。

其中，所述采集裝置9的材料為PVC，以減輕飛行動(dòng)力裝置的負(fù)重。所述支架4、槳葉5、支座底盤10、鏤空保護(hù)托盤11、連接骨架12、保護(hù)外殼13和連桿28的材料為碳纖維。所述防塵裝置的材料為PVC。所述吸附裝置8由軟質(zhì)橡膠層和壁虎膠帶層組成，軟質(zhì)橡膠層設(shè)置于壁虎膠帶層里面。通過在內(nèi)層設(shè)置軟質(zhì)橡膠層，可以減弱吸附裝置8接觸墻體時(shí)產(chǎn)生的沖擊對機(jī)體本身的影響，另外，在接觸表面粘貼一層軟質(zhì)橡膠層，亦可增大變形，進(jìn)而增大接觸面積。

可選地，所述支架4為可拆卸結(jié)構(gòu)，以方便電源3中電池的更換和在支架4尾端變換不同類型的吸附裝置。所述電源3為鋰電池。

可選地，四個(gè)連接骨架12分別設(shè)置于位于靠近殼體頂面的三分之一高度處。

本發(fā)明在飛行時(shí)，四個(gè)槳葉5保證在同一水平面，整個(gè)大氣樣本采集裝置的重心與其幾何中心位于同一條垂直直線上。四個(gè)槳葉5分別通過各自的無刷電機(jī)6帶動(dòng)產(chǎn)生向上的升力。遙控裝置用于向遙控接收器2發(fā)送信號，或接收遙控接收器2發(fā)射回來的信號。遙控接收器2用于識別遙控裝置發(fā)出的信號，并通過該信號控制小型氣泵1的開關(guān)、無刷電機(jī)6的開關(guān)及轉(zhuǎn)速、以及控制大氣樣本采集裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡等。

本發(fā)明在使用時(shí)，通過遙控裝置上的操控模塊向遙控接收器2發(fā)送信號，以對大氣樣本采集裝置作具體操作，采樣完成后，通過遙控裝置操控大氣樣本采集裝置返回地面，取出濾膜19即可得到采集環(huán)境中的大氣顆粒物。其中，若需要高度、溫度、濕度和空氣流量等數(shù)據(jù)，可以在殼體的側(cè)壁上安裝高度計(jì)、溫度計(jì)、濕度計(jì)和空氣流量計(jì)，并通過高度計(jì)、溫度計(jì)、濕度計(jì)和空氣流量計(jì)記錄高度、溫度、濕度和空氣流量后，發(fā)送到遙控裝置，并在遙控裝置的數(shù)據(jù)顯示屏上顯示這些數(shù)據(jù)。

當(dāng)在有建筑物或通道的環(huán)境下，本發(fā)明無法飛行采樣時(shí)，通過吸附裝置8吸附在建筑物或通道表面，固定好后通過遙控裝置關(guān)閉電源3，開啟小型氣泵1工作；以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間采樣。