一种大气颗粒物采样系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种大气颗粒物采样系统，属于大气监测技术领域，该系统包括带有采样装置的飞行器和地面移动供电装置，飞行器通过电缆与地面移动供电装置连接，飞行器为旋翼飞行器，采样装置包括旋转式气体收集机构和气体采样器，旋转式气体收集机构的气体输入端开口向上且位于所有旋翼排布的环形区域下方，采样系统中设置有控制器，气体采样器借助控制器对旋转式气体收集机构和旋翼飞行器的控制形成对大气颗粒物的全方位、长时间采样机构，该采样系统通过旋转式气体收集机构在工作位和非工作位之间进行转换，工作时通过旋翼产生的气流进行大气颗粒物采集，载重量大大减小，持续飞行时间大大延长，而且对于电源的要求也随之降低。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于大气监测
，具体涉及一种大气颗粒物采样系统。
技术介绍
近年来，随着社会需求和社会生产力的不断提高，大气污染问题日趋严重，颗粒物污染是大气污染的重要组成形式，一次污染物中的颗粒物多包含苯并(a)芘等强致癌物质、有毒重金属、多种有机和无机化合物等，这类污染物在大气中与其他物质相互作用或与大气中的正常组分发生反应所产生的二次污染物,一般具有颗粒小、毒性比一次污染物大等特点，其中粒径较小的颗粒物长期漂浮在大气中,具有胶体的性质,也称气溶胶，如PM2.5颗粒物,它易随呼吸进入人体肺脏,在肺泡内积累并可进入血液输往全身,对人体健康危害非常大，一旦气溶胶的浓度超过大气循环能力的承载度，且在持续积累的情况下,受静稳天气等影响，极易出现大范围的雾霾天气。现阶段,我国大部分地区出现大气污染的严重污染，大气颗粒物污染的监测和治理已成为当务之急。颗粒物采样器是开展空气质量监测的重要设备，主要用于采集空气中的悬浮颗粒物，现有技术的大气颗粒物采样器一般由采样头、流量计和抽气动力系统三部分组成，通过控制抽气泵电机的转速来保持采样气体流量的恒定，由于随着滤膜上集聚的样品量的增加，采样气体流量就会降低，因此，必须选用大功率的气泵才能满足要求。目前传统的采样器,主要安置于地面监测点用于对地表大气颗粒物的采集和分析,但是气溶胶具有运动速度较大、扩散快、在大气中分布比较均匀的特点。它们的扩散情况与自身的比重有关，比重大者向下沉降，比重小者向上飘浮，并受气象条件的影响，可随气流扩散到很远的地方。因此在研究大气污染物的分布和运动规律时，必须对立体空间不同高度位置的大气颗粒物进行采样分析。虽然在个别区域采样器可以安置在特定的建筑物或者气象塔上进行不同高度的采集，但是不能达到空间上的监测和分析，且不具有普遍性。针对目前对大气污染物研究的迫切需求，现有的采样技术很难满足我国监测技术规范对大气污染例行监测规定的采样布点方法和采样时间的要求。专利号CN103091132A的专利公开了一种外载式无动力大气颗粒物采样器，无需配置动力设备，可以通过飞行器采集高空中的颗粒物样品，但是采样器是安装于速度20～60m/s的飞行器上，利用飞行时的气流进行采样，所采集的样品只能代表一个比较大的区域的平均值，无法用于较精确分析区域内颗粒物浓度的分布状况，而且普通的飞行器只能在一定高度范围内飞行，有很大的局限性。相对于传统飞行器，小型多旋翼飞行器是一种从机械机构上具有低惯性、稳定性和灵活性等性能更优的飞行器，而且制造成本和使用成本相对大大降低，近年来得到了广泛的关注和快速的发展。虽然小型多旋翼飞行器可以作为大气颗粒物采样器的理想带载平台，但是由于现有技术在电池储能方面的限制，导致重量过大、飞行时间较短，普通的小型多旋翼飞行器在更加深入研究大气颗粒物污染特征及规律方面受到一定限制。申请号为201210597187.9的专利文件公开了一种电缆供电的多旋翼飞行器系统，此专利虽然提出了利用电缆给飞行器供电，实现长时间飞行的想法，但是供电系统采用从地面以能满足无刷电机的低电压输送电能，只能使用直径比较大的电缆，无法满足大载重大功率飞行器的供电要求。
技术实现思路
本技术克服了现有技术的不足，提供了一种大气颗粒物采样系统，该采样系统采用无动力采样，无需抽气动力装置，不仅减轻了系统的重量，还节省了耗能，飞行采样时间大大延长，能够高效地实现任意采样点周围气体颗粒物的长时间精确采样。本技术的具体技术方案是：一种大气颗粒物采样系统，该系统包括带有采样装置的飞行器和地面移动供电装置，飞行器通过电缆与地面移动供电装置连接，关键点是，所述的飞行器为旋翼飞行器，旋翼飞行器通过呈环形排布的一组旋翼提供动力，所述的采样装置包括旋转式气体收集机构及与之输出端相连的气体采样器，旋转式气体收集机构的气体输入端开口向上且位于所有旋翼排布形成的环形区域的下方，采样系统中设置有控制器，所述的气体采样器借助控制器对旋转式气体收集机构和旋翼飞行器的控制形成对大气颗粒物的全方位、长时间采样机构。所述的旋转式气体收集机构包括固定于旋翼飞行器中部下端且通过伺服电机驱动的转盘、固定于转盘下端呈辐射状排布的一组气体收集管，气体收集管的气体输入口开口向上且位于所有旋翼排布形成的环形区域的下方，气体收集管的气体输出口与气体采样器的气体输入端相通连接。所述的气体采样器设置有气体进口和气体出口，在气体进口和气体出口之间依次设置有颗粒物切割器、采样滤膜、气体流量传感器及可调转速风扇，气体流量传感器信息输出端与控制器信息输入端相连，控制器信息输出端与可调转速风扇的控制端相连。所述的飞行器上设置有压力传感器和姿态传感器，压力传感器和姿态传感器的信息输出端均与控制器的信息输入端相连。所述的地面移动供电装置中设置有地面电源，地面电源包括输出端与电缆连接的柴油发电机和直流电源。所述的地面移动供电装置中设置有用于电缆收放的电缆卷取装置，其包括上端安装有电缆调向机构的支撑架及设置于对称支座上的电缆卷取轮，电缆卷取轮位于电缆调向机构下方，电缆卷取轮的转轴两端分别设置有集电环和平面发条式恒力弹簧。所述的电缆调向机构包括水平固定于支撑架上的轴承、固定架及滑轮机构，固定架一端设置有竖直的空心转轴与轴承相配合，滑轮机构包括架设在固定架上的张紧滑轮和换向滑轮，张紧滑轮输入端位于空心转轴的空心处上端，电缆依次穿过空心转轴、张紧滑轮、换向滑轮后向上与飞行器电连接。所述的地面移动装置为履带式电动车。本技术的有益效果是：本技术中的采样系统中将旋转式气体采集机构设置在旋翼所在环形区域的下方，旋转式气体采集机构的气体输入端位于旋翼下方时为采样位置，旋转式气体采集机构的气体输入端位于旋翼之间的间隙下方时为非采样位置，通过旋转式气体采集机构的旋转在采样位置和非采样位置进行转换，在采样位置通过旋翼产生的气流完成气体的采样，该采样系统利用飞行器旋翼产生的气流和可调转速风扇的空气流量调节来代替传统的真空泵，免去了设置采集气体所用泵体及其管路的重量，满足了飞行器载重量的要求而且节省了真空泵本身所需的高能耗，为飞行器进行全方位、长时间地采集大气颗粒物提供了技术支持，采样系统中的飞行器能够更长时间、更多位置、更多高度地进行大气中颗粒物的采样。附图说明图1是本技术具体实施例的结构示意图。图2是本技术中气体采样器的结构示意图。图3是本技术中电缆卷曲装置的结构示意图。图4是本技术中电缆调向机构的结构示意图。图5是本技术非采样状态示意图。图6是本技术采样状态示意图。附图中，1、飞行器，2、电缆，3、旋翼，4、气体采样器，401、气体进口，402、气体出口，403、颗粒物切割器，404、气体流量传感器，405、可调转速风扇，406采样滤膜，5、转盘，6、气体收集管，7、气体输入口，8、支撑架，801、电缆卷取轴，802、集电环，803、平面发条式恒力弹簧，804、轴承，805、固定架，806、张紧滑轮，807、换向滑轮，9、地面移动供电装置。具体实施方式本技术涉及一种大气颗粒物采样系统，该系统包括带有采样装置的飞行器1和地面移动供电装置9，飞行器1通过电缆2与地面移动供电装置9连接，所述的飞行器1为旋翼飞行器，旋翼飞行器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气颗粒物采样系统，该系统包括带有采样装置的飞行器(1)和地面移动供电装置(9)，飞行器(1)通过电缆(2)与地面移动供电装置(9)连接，其特征在于：所述的飞行器(1)为旋翼飞行器，旋翼飞行器通过呈环形排布的一组旋翼(3)提供动力，所述的采样装置包括旋转式气体收集机构及与之输出端相连的气体采样器(4)，旋转式气体收集机构的气体输入端开口向上且位于所有旋翼(3)排布形成的环形区域的下方，采样系统中设置有控制器，所述的气体采样器(4)借助控制器对旋转式气体收集机构和旋翼飞行器的控制形成对大气颗粒物的全方位、长时间采样机构。

【技术特征摘要】
1.一种大气颗粒物采样系统，该系统包括带有采样装置的飞行器(1)和地面移动供电装置(9)，飞行器(1)通过电缆(2)与地面移动供电装置(9)连接，其特征在于：所述的飞行器(1)为旋翼飞行器，旋翼飞行器通过呈环形排布的一组旋翼(3)提供动力，所述的采样装置包括旋转式气体收集机构及与之输出端相连的气体采样器(4)，旋转式气体收集机构的气体输入端开口向上且位于所有旋翼(3)排布形成的环形区域的下方，采样系统中设置有控制器，所述的气体采样器(4)借助控制器对旋转式气体收集机构和旋翼飞行器的控制形成对大气颗粒物的全方位、长时间采样机构。2.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物采样系统，其特征在于：所述的旋转式气体收集机构包括固定于旋翼飞行器中部下端且通过伺服电机驱动的转盘(5)、固定于转盘(5)下端呈辐射状排布的一组气体收集管(6)，气体收集管(6)的气体输入口(7)开口向上且位于所有旋翼(3)排布形成的环形区域的下方，气体收集管(6)的气体输出口与气体采样器(4)的气体输入端相通连接。3.根据权利要求1所述的一种大气颗粒物采样系统，其特征在于：所述的气体采样器(4)设置有气体进口(401)和气体出口(402)，在气体进口(401)和气体出口(402)之间依次设置有颗粒物切割器(403)、采样滤膜(406)、气体流量传感器(404)及可调转速风扇(405)，气体流量传感器(404)信息输出端与控制器信息输入端相连，控制器信息输出端与可调转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光伟，万撒特，王仕琴，
申请(专利权)人：中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心，王仕琴，
类型：新型
国别省市：河北;13