地面气溶胶移动集成观测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种地面气溶胶移动集成观测系统，包括采样管、集装箱、设备架、集成观测设备等。采样管固定在观测集装箱顶盖上。集装箱包括箱体，箱体壁包括三层结构，增加了保温隔热层和内壁面层。集装箱内部设置有设备架，设备架包括固定钢架和设备机柜，设备架是由若干根内卷边冲孔C型镀锌钢和集装箱箱体间接或直接连接在一起组成的立柱和横梁组成，设备机柜固定在集装箱中央，用于放置各种仪器设备。集成观测设备安装在集装箱内部的设备机柜上，仪器设备串联或并联，有序集成、合理组合，集装箱内的采样管路使用多个切割头，分离不同粒径范围气溶胶，增强仪器间的对比和相互验证。集装箱内电路采用安全系数较高的电路排布结构。

【技术实现步骤摘要】
地面气溶胶移动集成观测系统
本专利技术涉及一种测量装置，特别是涉及一种用于气溶胶的测量装置。
技术介绍
目前，世界范围内新发传染病屡屡出现，公共卫生突发事件时有发生，生物安全已成为严重影响人类生活、国家安全和经济发展的重要问题。大多数传染性病毒、生物恐怖武器等都以气溶胶粒子状态存在于大气中，实时监测大气中的气溶胶粒子势在必行。实验证明，空气中可传播的微生物粒子直径在2微米以上，对人体有危害的通常为10微米以下的可吸入颗粒。因此，对大气中的气溶胶粒子进行准确测量、分层次切割收集很重要。地面观测是大气气溶胶监测的一种重要方式，可以给出所在位置高时间分辨率的气溶胶数据，用以研究区域长时间气溶胶的变化特征和趋势，地面观测最好的方法就是在各种下垫面代表区域建立观测站，但这样会耗费大量的财力和物力，尤其在戈壁沙漠和高原地区运行成本很高，不切合实际情况。为了解决这个问题，就需要有一套可移动的地面气溶胶集成观测系统，可按照要求在所需地区开展加强期地基观测试验，尤其是在不方便布置观测点的戈壁沙漠和高原地区，以获得气溶胶光学、化学和物理等基本特性观测资料。目前，目前国内对地面气溶胶的观测研究存在一定的问题，首先是在进行地面气溶胶观测研究范围有限，多数测量设备采用的单点连续性观测，使仪器的可移动性比较差。即使部分有场外观测试验的，也是将仪器拆卸拉运到观测地点，搭建临时观测房或是租用民房进行短期的观测，试验完成后再进行拆卸运输，这样做的缺点是需要多次拆卸和组装仪器，耗费大量的精力，对仪器设备也有一定的损坏。其次，部分仪器公司将中型客车改装成观测车，将仪器放在车厢内，在车顶设置采样口，运输仪器进行短期采样试验，这样的缺点是中型客车本身就是一个污染源，在运输期间尾气排放就会对采样有一定的影响，此外，受到客车本身的空间限制，能装载的仪器数量比较有限，仪器运行产生大量的热，加上客车保温效果不好，箱体内的立体空间使用效率低，在恶劣的沙漠戈壁环境下运行制冷功率将达不到仪器运行要求，使得仪器无法运转，及时运转正常，长时间使用也容易滋生火灾隐患。另外，在地面气溶胶综合观测时，室外采样管通常是每个仪器对应一个采样管路，在地面气溶胶移动观测集装箱进行野外作业时，多种仪器在一起进行观测，这时如果每个仪器使用一套室外采光管路，由于移动观测集装箱车顶空间和承重力有限，实现起来比较困难，在集装箱顶部开孔太多也会影响到集装箱的整体结构和牢固性。同时采样管路过多，彼此之间也会有一定的影响。采样管路较多，运输和观测时安装和拆卸也比较费时费力。再者，由于观测技术不成熟，在观测设备的改装、后期维护和参数校准等各方面的技术储备都相对比较薄弱。当需要多种观测设备同时进行地面气溶胶复杂特性观测时，即使是几种仪器放在一起进行观测研究，也存在采样高度、采样粒径大小、温湿条件等差异，使得仪器之间的观测数据缺乏可对比性，造成观测数据质量不高，甚至观测数据无效的情况出现，对科研工作造成了很大的损失。目前对地面气溶胶进行观测的主要观测设备及功能如下表：以上各设备都包括数据控制接口，用于向上位机传输数据，或接收上位机的控制指令。各设备内部都包含一个具有进气口和出气口的开放通路，用于待观测的样本气体通过。以上各设备通常需要将进气口与切割头的出气口连接。对于经过加热干燥管的样本气体，切割头可以剔除大于某一粒径的气溶胶颗粒物。过滤前的气溶胶从切割头的进气口进入，过滤后的气溶胶从切割头的出气口排出，切割头的切割效率受空气流量（升/分钟）影响较大。如果气溶胶的散射特性、吸收特性、粒子数浓度、粒子谱分布、黑碳浓度、化学元素特征等分开单独观测，由于上述存在的一些问题，使得观测数据间缺乏一定的可对比性，就不能很好的对气溶胶的特性进行深入的分析研究，这就需要对观测设备的观测方法和产品结构进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种地面气溶胶移动集成观测系统，解决气溶胶移动观测过程中观测设备空间利用率低散热差、成本高、观测设备缺乏统一性、无法在一致的观测条件下进行连续观测，造成观测数据缺乏可对比性等技术问题。本专利技术地面气溶胶移动集成观测系统，包括采样模块、集成观测模块、承载模块。所述采样模块包括采样管，所述采样管包括由上到下依次相连的气流入口、采样管道和分流口；所述集成观测模块安装在承载模块中，主要包括观测设备、气流管路、计算机，所述观测设备通过数据控制接口分别与计算机相连；所述承载模块包括集装箱，所述集装箱包括一箱体，所述集装箱的顶面和侧壁上设置有通孔，用于连接采样管和仪器观测需要。所述采样模块的分流口固定在集装箱顶面上，使得整个采样管垂直安装在集装箱顶面上，采样管道通过若干管连接组成，可拆装，其最下端管径内的集装箱顶面上设置有通孔，所述通孔内设置有贯穿集装箱顶面的分流细管，所述分流细管下端伸入集装箱内、连接气流管路。所述承载模块还包括设备架和机柜，设备架固定在集装箱内部，由多根杆件组成，机柜固定安装在设备架上，所述集成观测模块中的观测设备和计算机集成安装在机柜中。所述集成观测模块还包括进气口、切割头、流量计、真空泵和排气管，所述采样管分流口到集成观测设备的进气口、进气口到切割头输入端、切割头输出端到流量计、流量计到真空泵和排气管之间通过主气流管路相连，形成一条从切割头到真空泵的贯通通道；在所述切割头与流量计间的主气流管路上，设置有观测设备，或在主气流管路上通过三通、四通接头设置有连接观测设备的支气流管路，所有主气流管路和支气流管路中连接的排气管都从集装箱侧壁的通孔穿出。所述观测设备还包括三波段积分浊度仪、动力学粒径谱仪、多角度吸收光度计、黑碳仪、数粒子计数器、颗粒物吸收光度计和单颗粒碳黑光度计，所述切割头包括第一切割头和第二切割头，第一切割头的出气口与第二切割头的进气口间串接入三波段浊度仪，通过主连接管路连接；在所述第一切割头或第二切割头到浮子流量计间的主连接管路上，通过三通接头或四通接头设置的一个支路连接管路连接多角度吸收光度计的进气口，另一支路连接黑碳仪的进气口；三波段积分浊度仪与浮子流量计间的主连接管路上，通过三个三通接头分别设置三条支路连接管路，第一条支路连接管路再通过一个四通接头设置两条分路连接管路，一条分路连接管路连接三波长颗粒物吸收光度计，另一条分路连接管路连接单颗粒碳黑光度计的进气口；第二条支路连接管路连接数粒子计数器的进气口，另一条分路连接浮子流量计和排气管。所述集装箱的箱壁由外向内依次包括箱体外壳、箱体内壁附加结构、电路排布结构，所述箱体内壁附加结构固定在箱体外壳上，包括保温加固层和内壁层，保温加固层采用支撑力强的材料对集装箱体进行加固并填充有保温材料，内壁层固定在保温加固层上，为集装箱壁的最内层，所述电路排布结构固定在箱体内壁上，主要包括电路线、开关。所述固定架固定安装在集装箱内壁和集装箱中央空间，包括横梁、立柱，其中集装箱内两个相对的侧壁上分别平行于集装箱底面设置有两根横梁，为主要承重架；集装箱另一侧壁上垂直集装箱底面设置有两根立柱，为主要承重架；集装箱中央设置有若干垂直于集装箱底面的立柱，所述立柱的上端与下端分别与集装箱的顶面和底面固定，为主要承重架；其他立柱和横梁固定在主要承重架上，可根据仪器安装和观测需要调动位置，为辅助固定架；所述设备机柜固定安装在集装箱中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地面气溶胶移动集成观测系统，包括采样模块、集成观测模块、承载模块，所述采样模块包括采样管，所述集成观测模块主要包括观测设备、气流管路、计算机，所述观测设备通过数据控制接口分别与计算机相连，所述承载模块包括集装箱，所述采样管主要包括由上至下依次连接的气流入口（O）、采用管道（P）和分流口（Q），所述集装箱包括箱体，所述箱体为长方体形，包括右侧面（A）、前侧面（B）、左侧面（C）、后侧面（D）、顶面（E）和底面（F），右侧面（A）和左侧面（C）相对，前侧面（B）和后侧面（D）相对，顶面（E）面和底面（F）面相对；所述集装箱的顶面（E）和后侧面（D）上设置有通孔，用于连接采样管和其他观测仪器，所述集装箱内设置有设备架，其特征在于，所述承载模块还包括设备架，所述设备架固定在集装箱内部，包括固定架（G）和机柜（S），所述机柜（S）固定安装在固定架（G）上，所述观测设备和计算机集成安装在机柜（S）中；所述分流口（Q）固定在集装箱顶面（E）上，所述分流口（Q）内设置有贯穿集装箱顶面（E）的分流细管（5）；所述分流细管（5）下端伸入集装箱内、连接气流管路；所述集成观测模块还包括进气口、切割头、流量计、真空泵和排气管，所述采样管分流口到集成观测设备的进气口、进气口到切割头输入端、切割头输出端到流量计、流量计到真空泵和排气管之间通过主气流管路相连，形成一条从切割头到真空泵的贯通通道；在所述切割头与流量计间的主气流管路上，设置有观测设备，或在主气流管路上通过三通、四通接头设置有连接观测设备的支气流管路，所有主气流管路和支气流管路中连接的排气管都从集装箱侧壁的通孔穿出。...

【技术特征摘要】
1.一种地面气溶胶移动集成观测系统，包括采样模块、集成观测模块、承载模块，所述采样模块包括采样管，所述集成观测模块主要包括观测设备、气流管路、计算机，所述观测设备通过数据控制接口分别与计算机相连，所述承载模块包括集装箱，所述采样管主要包括由上至下依次连接的气流入口(O)、采用管道(P)和分流口(Q)，所述集装箱包括箱体，所述箱体为长方体形，包括右侧面(A)、前侧面(B)、左侧面(C)、后侧面(D)、顶面(E)和底面(F)，右侧面(A)和左侧面(C)相对，前侧面(B)和后侧面(D)相对，顶面(E)和底面(F)相对；所述集装箱的顶面(E)和后侧面(D)上设置有通孔，用于连接采样管和其他观测仪器，其特征在于，所述承载模块还包括设备架，所述设备架固定在集装箱内部，包括固定架(G)和机柜(S)，所述机柜(S)固定安装在固定架(G)上，所述观测设备和计算机集成安装在机柜(S)中；所述分流口(Q)固定在集装箱顶面(E)上，所述分流口(Q)内设置有贯穿集装箱顶面(E)的分流细管(5)；所述分流细管(5)下端伸入集装箱内、连接气流管路；所述集成观测模块还包括进气口、切割头、流量计、真空泵和排气管，所述分流口到观测设备的进气口、进气口到切割头输入端、切割头输出端到流量计、流量计到真空泵和排气管之间通过主气流管路相连，形成一条从切割头到真空泵的贯通通道；在所述切割头与流量计间的主气流管路上，设置有观测设备，或在主气流管路上通过三通、四通接头设置有连接观测设备的支气流管路，所有主气流管路和支气流管路中连接的排气管都从集装箱侧壁的通孔穿出。2.根据权利要求1所述的地面气溶胶移动集成观测系统，其特征在于，所述采样管包含的采样管道(P)通过若干管连接组成，可拆装；所述观测设备包括三波段积分浊度仪，所述切割头包括第一切割头和第二切割头，所述第一切割头的出气口与第二切割头的进气口间串接入三波段浊度仪，通过主连接管路连接；所述集装箱箱体上设置有门；所述集装箱壁由外向内依次包括箱体外壳(a)、箱体内壁附加结构、电路排布结构，所述箱体内壁附加结构固定在箱体外壳上，所述电路排布结构固定在箱体内壁附加结构上；所述箱体内壁附加结构包括保温加固层(b)和内壁层(c)，所述保温加固层(b)是采用方钢焊出的钢架，所述方钢为中空的长方体钢管，所述钢架和箱体外壳(a)焊接在一起，钢架的空隙部分采用防火保温材料填充，钢架和填充材料共同形成集装箱内壁的保温加固层(b)，所述保温加固层(b)上固定有内壁层(c)，其采用防火防腐材料，所述箱体外壳(a)、保温加固层(b)和内壁层(c)形成集装箱壁的三层结构；所述设备架包括固定架(G)和机柜(S)，所述固定架(G)通过连接件固定在集装箱内部，包括主要承重架和辅助固定架，由若干杆件连接组成；所述机柜(S)安装在所述固定架(G)上，包括边框和托板，所述托板为安装在机柜(S)内部的的水平承重板，所述机柜(S)竖立的4面和顶部没有门和挡板；所述固定架(G)固定安装在集装箱内壁和集装箱中央空间，包括横梁、立柱，其中集装箱内两个相对的侧壁上分别平行于集装箱底面设置有两根横梁，为主要承重架；集装箱侧壁上垂直集装箱底面设置有两根立柱，为主要承重架；集装箱中央设置有若干垂直于集装箱底面的立柱，所述立柱的上端与下端分别与集装箱的顶面和底面固定，为主要承重架；其他立柱和横梁固定在主要承重架上，可根据仪器安装和观测需要调动位置，为辅助固定架；所述固定架(G)位于集装箱中央位置的主要承重架整体呈长方体形，所述机柜(S)固定安装在集装箱中央的若干立柱之间，通过安装在主要承重架上的辅助固定架进行加固。3.根据权利要求2所述的地面气溶胶移动集成观测系统，其特征在于，所述采样管道(P)是上下开口的圆管，由若干圆管密封连接组成，采样管道(P)下端与分流口(Q)上端密封连接；所述分流口(Q)是上口小而下口大的喇叭状气流出口，与集装箱顶面(E)密封连接；所述分流口(Q)的下端与一不锈钢板(6)密封焊接在一起，所述钢板(6)与集装箱顶面(E)密封连接，在所述分流口(Q)内部的钢板(6)上设置有若干通孔，所述通孔内设置有垂直钢板的若干细管(5)，所述细管(5)为中空的圆管，其一端伸入分流口内部，另一端贯穿钢板(6)和集装箱顶面(E)的通孔伸入集装箱内部，所述细管(5)外壁与钢板(6)密封连接；所述细管(5)伸入分流口(Q)内部的长度与其伸入集装箱顶面(E)的长度比为1:4；所述地面气溶胶移动集成观测系统还包括微脉冲激光雷达，雷达镜筒正对集装箱顶部的激光雷达预留孔，发射和接收激光进行观测；所述观测设备还包括动力学粒径谱仪、多角度吸收光度计、黑碳仪、数粒子计数器、颗粒物吸收光度计和单颗粒碳黑光度计；在所述第一切割头或第二切割头到浮子流量计间的主连接管路上，通过三通接头或四通接头设置的一个支路连接管路连接多角度吸收光度计的进气口，另一支路连接黑碳仪的进气口；所述三波段积分浊度仪与浮子流量计间的主连接管路上，通过3个三通接头分别设置三条支路连接管路，第一条支路连接管路再通过1个四通接头设置两条分路连接管路，一条分路连接管路连接三波长颗粒物吸收光度计，另一条分路连接管路连接单颗粒碳黑光度计的进气口；第二条支路连接管路连接数粒子计数器的进气口，另一条支路连接浮子流量计和排气管；所述箱体的一角向内凹进一长方体凹槽(L)，其位于集装箱表面的面开放，其底面设置有支撑板与集装箱底板相连，其向集装箱内凹入的面都与集装箱箱体连为一体、密封连接；所述机柜的边框固定在立柱上，其上设置有多个冲孔，可以调节托板的安装位置。4.根据权利要求3所述的地面气溶胶移动集成观测系统，其特征在于，所述气流入口(O)主要由遮雨帽(1)和阻虫网罩(4)组成，所述遮雨帽(1)由彼此平行且同轴的圆形上平板(2)和环形底片(3)组成，所述环形底片(3)下端密封连接进气管(B)，所述阻虫网罩为连接遮雨帽与采样管道的疏网；所述集装箱箱体的右侧面(A)上设置有两扇大小相同的对开门，所述集装箱前侧面(B)上设置有门；所述电路排布结构包括电路线和圆管，所述电路线从集装箱电源箱引出，所述电路线皆穿过圆管，所述圆管为两端开口的空心圆柱体形，可根据各电路的功能被紧贴固定在集装箱相应侧面内壁板上,所述电路上都设置有防水防爆四级插座；所述集装箱中央设置的立柱有两排，每排3根，一共6根，设备机柜安装在集装箱中央的立柱之间，彼此相邻的4根立柱之间放置2个相邻机柜，两机柜间用并柜件连接固定，所述并柜件为一个卡扣，可以将相邻两机柜的边框固定在一起。5.根据权利要求4所述的地面气溶胶移动集成观测系统，其特征在于，所述集成观测模块中的主连接管路、支路连接管路和分路连接管路采用导电胶皮管或内外抛光无缝焊接不锈钢管；所述长方体凹槽(L)以所述左侧面(C)、后侧面(D)、底面(F)三面的交点(M)为顶点嵌入箱体内部，其位于箱体左侧面(C)、后侧面(D)的面都开放；所述长方体凹槽(L)由面板P1、面板P2和面板P3以及底面支撑板围成；所述左侧面(C)的后下角有一矩形空缺，后侧面(D)的左下角有一矩形空缺；面板P1垂直焊接在后侧面(D)上矩形空缺的边缘处，面板P3垂直焊接在左侧面(C)上的矩形空缺的边缘处，面板P2沿平行于底面(F)的方向与面板P1和面板P3的上边缘焊接在一起；底面(F)靠近后侧面(D)和左侧面(C)的一角有矩形空缺，该处采用方钢交叉焊接成一支撑板，与集装箱底面(F)相连；所述长方体凹槽(L)底部的支撑板为网状钢架，所述长方体凹槽(L)用于放置集装箱的制冷机外机；所述箱体的后侧面(D)上还设置有若干通孔，且配备有堵头。6.根据权利要求5所述的地面气溶胶移动集成观测系统，其特征在于，从分流口到进气口、进气口到切割头的输入端、切割头的输出端到三波段积分浊度仪的进气口、三波段积分浊度仪的出气口到三通或四通接头使用3/4″导电胶皮管和3/4″内外抛光无缝不锈钢管接头连接，三/四通接头到多角度吸收光度仪的进气口、切割头到三/四通接头之间采用3/4″导电胶皮管连接，三/四通接头到流量计、流量计到真空泵、真空泵到集装箱外的排气管路都采用四氟管连接，观测仪器之间连接排气管时也使用四氟管连接。7.根据权利要求6所述的地面气溶胶移动集成观测系统，其特征在于，从采样管进入的气体分三个管路进行观测，包括管路1，管路2和管路3，其中，所述管路1的连接关系为：从分流口出口到PM10进气口一用3/4″导电胶皮管连接，PM10进气口一到PM10撞击式切割头用3/4″导电胶皮管连接，PM10撞击式切割头到三波段积分浊度仪TSI3563一用3/4″导电胶皮管和3/4″内外抛光无缝不锈钢管接头连接，三波段积分浊度仪TSI3563一到PM1撞击式切割头用3/4″导电胶皮管和3/4″内外抛光无缝不锈钢管接头连接，PM1撞击式切割头到三波段积分浊度仪TSI3563二用3/4″导电胶皮管和3/4″内外抛光无缝不锈钢管接头连接，三波段积分浊度仪TSI3563二到Swagelok三通接头一用3/4″导电胶皮管和3/4″内外抛光无缝不锈钢管接头连接，Swagelok三通接头一到多角度吸收光度计M...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建平，史晋森，闭建荣，邓俭，黄忠伟，张北斗，周天，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：