一种用于雾滴谱仪的采样装置

1.本发明涉及雾滴谱仪技术领域，尤其涉及一种用于雾滴谱仪的采样装置。


背景技术：

2.雾是一种自然的天气现象，它是由大量粒径在2～100μm的小水滴或冰晶组成的气溶胶系统，按照形成条件雾具体可以分为辐射雾、平流雾、混合雾、上坡雾和锋面雾，雾大多都是在夜间至早晨出现，经太阳照射后会逐渐消散，日变化特征明显，辐射雾尤为明显。辐射雾指由于地表辐射冷却作用使地面气层水汽凝结而形成的雾，它是我国陆地上最常见的雾，同时也是在冬季最常见的雾，它主要出现在近地面的夜间或早晨。辐射雾的厚度在几十米到几百米，它的水平范围不大且分布不均，常零星分布，越接近地面辐射雾越浓。辐射雾能造成能见度下降，对交通(城市交通、高速公路、机场航班起降、水陆航运等)影响较大，当辐射雾弥漫时，空气中的有毒、有害物质可能会与大气污染物发生一系列物理化学反应，从而产生新物质。如二氧化硫在大气中被氧化后，与雾滴结合成硫酸气溶胶，这一新物质的毒性要比原来的物质提高数倍以上，对人体危害也很大。在全球气候变暖背景下，我国面临的雾害形势日益严重，因此开展对雾的检测技术尤其是对近地面辐射雾的检测对于降低辐射雾对交通的影响，减少雾害造成的损失具有重要意义。
3.当前对雾的检测主要是采用上世纪70年代开始出现的光学原理的雾滴谱仪，目前美国dmt(droplet measurement technologies)公司研发的fm-100及其升级产品fm-120是国际上应用最多的光学雾滴谱仪，国内也有一些自主研发雾滴谱仪的公司，如：北京厚力德仪器设备有限公司研发了zbt-lf-01激光雾滴仪。这些公司的涌现推动了雾滴谱仪的发展与应用。目前基于光散射原理的雾滴谱仪大多是通过一个圆锥状的风道筒来采样，雾滴谱仪的主机尾部通过软管与气泵相连，雾滴谱仪开始运行时，气泵启动工作，风道筒周围的空气通过风道筒被抽入雾滴谱仪主机内进行检测。专利cn1047137涉及一种雾滴采样装置，采用多个可以同时开启或关闭的集雾盘对喷雾进行采样，能够同时对喷雾直径范围内不同的点进行同时快速采样。专利cn103913350b涉及一种智能主动式云滴采样装置，设计了一种能够识别雾天气自动采集雾滴装置，该采样装置采用了一种智能电子控制系统，控制系统采用湿度传感器和降雨传感器来识别雾天气，并对传感器采集的信号进行判断，根据判断结果对动力装置和云雾滴存储箱的工作状态进行调节，来实现对雾的主动采样。
4.当前雾滴谱仪在采样技术上还存在以下问题不足：
5.当前的雾滴谱仪多是采用风道筒采样，这种采样方式是对与雾滴谱仪相连的风道筒所在的固定高度以及该高度下风道筒周围小范围的空气进行采样，然而雾的局地性特征十分明显，特别是近地面的辐射雾在同一位置的不同高度以及同一高度的不同位置的厚度是不一样的，因而相应的微物理特征参数也会有差异。当前采用风道筒采样的方式反映的是在一定范围内的平均状况并不能完全反映特定地点的真实雾情,例如，在陆地交通中某个特定路段，会出现局地大雾，针对这种局地性特征，就需要对局部地区的雾进行精细化的采样和检测，来帮助气象部门为陆地交通提供更为精准和针对性、人性化的预报服务。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提供一种用于雾滴谱仪的采样装置，能够为研究近地面的辐射雾的微物理特征提供精细的采样手段，因而对人们认识近地面辐射雾的产生机制和规律、研究辐射雾的微物理特征、对辐射雾进行预警预报以减少雾害造成的损失提供精准的参考。
7.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
8.一种用于雾滴谱仪的采样装置，包括底板、雾滴谱仪、折叠管、竖向调整组件、横向调整组件、固定环、固定架和驱动组件，所述雾滴谱仪设置在底板上，所述底板上设有气泵和温控器，所述气泵输出端与雾滴谱仪进气端相连，所述驱动组件设于底板内，所述固定架设于底板上，所述温控器设于固定架内，所述固定架的一端与驱动组件相连，所述固定架的另一端活动卡接设于底板内，所述竖向调整组件设于固定架侧壁上，所述横向调整组件设于固定架上壁上，所述固定环设于横向调整组件和竖向调整组件上，所述折叠管的一端连接气泵进气口，所述折叠管另一端活动设于固定环上；需要调整固定环垂直方向的位置时，所述竖向调整组件驱动固定环带动折叠管升降；需要调整固定环水平方向的位置时，所述横向调整组件驱动固定环带动折叠管沿水平方向运动，需要调整折叠管的位置时，所述驱动组件带动固定架做环形运动，固定架带动折叠管旋转调整位置，固定环带动折叠管调整不同位置，便于雾滴谱仪通过折叠管对同一高度不同水平位置、同一水平位置不同高度以及不同区域的空气进行采样。
9.优选地，所述竖向调整组件包括滑槽二、液压杆二和伸缩杆二，所述液压杆二固定端设于底板上，所述伸缩杆二的一端设于液压杆二活动端上，所述滑槽二位于固定架侧壁上，所述伸缩杆二活动卡接设于滑槽二的侧壁上，所述固定环设于伸缩杆二上；需要调整固定环垂直方向的位置时，液压杆二工作带动伸缩杆二沿滑槽二滑动，固定环带动折叠管升降。
10.优选地，所述横向调整组件包括滑槽一、液压杆一和伸缩杆一，所述液压杆一固定端设于固定架上壁上，所述伸缩杆一的一端设于液压杆一活动端上，所述滑槽一位于固定架上壁上，所述伸缩杆一活动卡接设于滑槽一的侧壁上，所述固定环设于伸缩杆一上；需要调整固定环水平方向的位置时，液压杆一工作带动伸缩杆一沿滑槽一滑动，固定环带动折叠管沿水平方向运动。
11.优选地，所述驱动组件包括连接轴、电机和转盘，所述电机设于底板内，所述转盘活动设于底板上，所述连接轴连接转盘和电机，所述固定架的一端设于转盘上；需要调整折叠管的位置时，电机工作带动连接轴旋转，连接轴带动转盘旋转，转盘带动固定架做环形运动，固定架带动折叠管旋转调整位置。
12.优选地，所述折叠管为柔性材质设置。
13.优选地，所述电机为正反两转电机。
14.优选地，所述固定架的底壁上设有插杆，所述插杆上设有滚珠，所述插杆设于弧形槽内，所述滚珠贴合弧形槽底壁设置；电机驱动固定架)做环形运动时，滚珠沿着底板上的弧形槽滑动。
15.优选地，所述温控器具有恒温加热功能，使温度控制在25
±
2℃，从而防止采集的样气发生冷凝。
16.优选地，所述竖向调整组件和横向调整组件均采用光滑的金属圆管，让带有雾滴的气流以层流状态进入调整组件的圆管，根据流体力学变化规律，采样管直径d限定为：
[0017][0018]
其中μ表示流体的动力粘性系数、ν表示流体的平均速度、ρ表示流体的密度。
[0019]
本发明的有益效果为：
[0020]
(1)本发明操作简单，结构紧凑，设计合理，在采样结构上不同于以往使用风道筒采样的光学雾滴谱仪，本发明能够控制采样件上、下运动来实现对同一水平位置下不同高度的辐射雾进行采样，通过控制采样件进行旋转、伸缩运动来实现对同一高度下不同位置的辐射雾进行采样，帮助人们对大雾天气局部地区的陆地交通中的特定路段提供更为针对性的预报服务。同时也帮助人们研究近地面局部地区辐射雾的产生机制和规律、研究辐射雾的微物理特征、对辐射雾进行预警预报以减少辐射雾造成的损失提供更为精细的采样方法。
[0021]
(2)本发明采样口径和采样速度的大小满足雷诺数的要求，采集的样气能够以层流状态进入雾滴谱仪内检测。
[0022]
(3)本发明采样装置采用温控系统具有恒温加热功能，能够保证采样装置内的温度控制在25
±
2℃，使采样件不会结冰，从而防止采集的样气发生冷凝。
附图说明
[0023]
图1为本发明提出的一种用于雾滴谱仪的采样装置的结构示意图；
[0024]
图2为本发明提出的一种用于雾滴谱仪的采样装置的固定架结构示意图；
[0025]
图3为本发明提出的一种用于雾滴谱仪的采样装置的底板俯视图。
[0026]
图中：1、底板，2、雾滴谱仪，3、折叠管，4、竖向调整组件，5、横向调整组件，6、固定环，7、固定架，8、驱动组件，9、连接轴，10、电机，11、转盘，12、滑槽二，13、液压杆二，14、伸缩杆二，15、滑槽一，16、液压杆一，17、伸缩杆一，18、弧形槽，19、插杆，20、滚珠，21、气泵，22、温控器。
具体实施方式
[0027]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0028]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”，“水平的”，“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0029]
参照图1-3，一种用于雾滴谱仪的采样装置，包括底板1、雾滴谱仪2、折叠管3、竖向调整组件4、横向调整组件5、固定环6、固定架7和驱动组件8，所述雾滴谱仪2设置在底板1上，所述底板1上设有气泵21和温控器22，所述气泵21输出端与雾滴谱仪2进气端相连，所述
驱动组件8设于底板1内，所述固定架7设于底板1上，所述温控器22设于固定架7内，所述固定架7的一端与驱动组件8相连，所述固定架7的另一端活动卡接设于底板1内，所述竖向调整组件4设于固定架7侧壁上，所述横向调整组件5设于固定架7上壁上，所述固定环6设于横向调整组件5和竖向调整组件4上，所述折叠管3为柔性材质设置，所述折叠管3的一端连接气泵21进气口，所述折叠管3另一端活动设于固定环6上。
[0030]
所述竖向调整组件4包括滑槽二12、液压杆二13和伸缩杆二14，所述液压杆二13固定端设于底板1上，所述伸缩杆二14的一端设于液压杆二13活动端上，所述滑槽二12位于固定架7侧壁上，所述伸缩杆二14活动卡接设于滑槽二12的侧壁上，所述固定环6设于伸缩杆二14上；需要调整固定环6垂直方向的位置时，液压杆二13工作带动伸缩杆二14沿滑槽二12滑动，固定环6带动折叠管3升降。
[0031]
所述横向调整组件5包括滑槽一15、液压杆一16和伸缩杆一17，所述液压杆一16固定端设于固定架7上壁上，所述伸缩杆一17的一端设于液压杆一16活动端上，所述滑槽一15位于固定架7上壁上，所述伸缩杆一17活动卡接设于滑槽一15的侧壁上，所述固定环6设于伸缩杆一17上；需要调整固定环6水平方向的位置时，液压杆一16工作带动伸缩杆一17沿滑槽一15滑动，固定环6带动折叠管3沿水平方向运动。
[0032]
需要调整折叠管3的位置时，所述驱动组件8带动固定架7做环形运动，固定架7带动折叠管3旋转调整位置，固定环6带动折叠管3调整不同位置，便于雾滴谱仪2通过折叠管3对同一高度不同水平位置、同一水平位置不同高度以及不同区域的空气进行采样。
[0033]
所述驱动组件8包括连接轴9、电机10和转盘11，所述电机10设于底板1内，所述转盘11活动设于底板1上，所述连接轴9连接转盘11和电机10，所述固定架7的一端设于转盘11上；需要调整折叠管3的位置时，电机10工作带动连接轴9旋转，连接轴9带动转盘11旋转，转盘11带动固定架7做环形运动，固定架7带动折叠管3旋转调整位置。所述电机10为正反两转电机。
[0034]
所述固定架7的底壁上设有插杆19，所述插杆19上设有滚珠20，所述插杆19设于弧形槽18内，所述滚珠20贴合弧形槽18底壁设置；电机10驱动固定架7做环形运动时，滚珠20沿着底板1上的弧形槽18滑动。
[0035]
所述温控器22具有恒温加热功能，使温度控制在25
±
2℃，从而防止采集的样气发生冷凝。
[0036]
所述竖向调整组件4和横向调整组件5均采用光滑的金属圆管，让带有雾滴的气流以层流状态进入调整组件的圆管，根据流体力学变化规律，采样管直径d限定为：
[0037][0038]
其中μ表示流体的动力粘性系数、ν表示流体的平均速度、ρ表示流体的密度。
[0039]
在具体实施例中，在大气压强为101.325kpa、温度为20℃的条件下，空气的运动粘度μ＝14.8
×
10-6
m2/s，空气密度ρ＝1.237kg/m3，设进入竖向和横向调整组件的被采样空气的平均速度为ν＝2m/s，将空气的运动粘度μ、被采样的空气的平均速度ν，空气密度ρ代入到式(1)中，求得d＜1.45
×
10-2
m，因而为保证采样的带有雾滴的空气能够以层流状态进入调整组件的光滑金属圆管中，并形成粒子流，需保证采用的竖向调整组件和横向调整组件的管道直径d＜1.45
×
10-2m[0040]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。