本实用新型属于环境监测设备装置领域，更具体地说，涉及一种飞行式大气颗粒物稳压采样设备。
背景技术：
大气颗粒物(atmosphericparticulatematters)是大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称，各种颗粒状物质均匀地分散在空气中构成一个相对稳定的庞大的悬浮体系。低于1微米的颗粒物沉降速度极慢，会在大气中长时间的存留，且会随着大气的动力作用下肆意飘散，进而导致极大的污染区域，甚至成为全球性的问题。比如二氧化硫和氮氧化物化学转化生成的硫酸和硝酸微粒，便是造成酸雨的主要原因。大量的颗粒物落在植物叶子上影响植物生长，落在建筑物和衣服上能起沾污和腐蚀作用，粒径在3.5微米以下的颗粒物，能被吸入人的支气管和肺泡中并沉积下来，引起或加重呼吸系统的疾病，大气中大量的颗粒物，干扰太阳和地面的辐射，从而对地区性甚至全球性的气候发生影响。
颗粒物采样器则是检测大气颗粒物的主要设备，利于抽气泵提供一个吸气动力，使空气进入采样器，空气中的气溶胶颗粒物会随着空气流通过切割器时，被阻留在切割器的收集板/滤膜上被采集。
环境监测需要得到比较精确的空气中颗粒物的含量，在采集空气中颗粒物的同时，需要保持采样气体流速的恒定，以得到准确的采样空气量。但由于多种因素的影响，切割器内的阻力会发生变化，从而使气流的流速相应变化。现有的颗粒物采样器大多都配备相应的气泵或风机等动力设备，通过改变电机的转速来保持采样器气流的流速恒定。
采样装置本身引起流量变化的主要因素是采样滤膜阻力的变化，随着滤膜上集聚的样品量增加，阻力增大，如果不加控制，采样气体流量就会降低。目前，大气采样器多采用限流孔(管)来控制采样流量，其原理是，在采样主气路中人为串联限流孔，增加很大的阻力，其数值远大于滤膜阻力变化值，这样可使由于滤膜阻力变化引起的流量变化处于允许范围。但这种方法的动力消耗较大，大部分能量用于克服限流孔阻力，需要的抽气泵压头较高，多用于小流量采样器，而对于中流量或大流量采样器来说，由于单位时间内采样量成级数上升，滤膜阻力的变化很大，如果继续采用限流孔法，对电机的要求就很高，动力浪费十分严重，而且直接影响电机的使用寿命。
目前，颗粒物采样大多通过流量控制器来控制气泵或风机的电机转速，以实现维持流量恒定的目的。传统的颗粒物采样器自身均装有动力设备，虽然可以提供稳定的动力源，保证采样速度恒定，但不能有效利用气流本身的动力，气泵等动力装置在提供颗粒物采样动力的同时还消耗了更多的动力来平衡采样器自身的阻力。
技术实现要素：
1.要解决的问题
针对现有飞行式大气颗粒物采样设备在采样过程中因气压环境不稳影响采样效果的问题，本实用新型提供一种飞行式大气颗粒物稳压采样设备，采用双限流管和调节旁路设计，可以保证采样时的稳定气压环境。
2.技术方案
为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种飞行式大气颗粒物稳压采样设备，包括无人机，所述的无人机上搭载有颗粒物采样器，所述采样器包括采样箱，采样箱上开设有采样进气口，采样箱内设置有可调节阀门、采样滤膜室及抽气泵；所述采样进气口、可调节阀门、采样滤膜室及抽气泵依次通过管路串联；采样进气口与可调节阀门之间的管路为限流管，采样滤膜室与抽气泵之间的管路为限流管；可调节阀门与采样滤膜室之间的管路上设置有气压计；所述可调节阀门与抽气泵之间还通过调节旁路相连接，所述调节旁路与采样滤膜室并联设置。
环境气体从采样进气口进入后，进入限流管，通过限流管控制后，管路流量就会很稳定，从而保证了气压的稳定；从采样滤膜室排出的气体在进入抽气泵之前，还会再经过一个限流管，不仅能保证采样气路内压力的稳定，更能够使得该段管路内气流的流速与采样滤膜室所要求的流量相匹配，为最后在分析计算滤膜采样到的大气颗粒物浓度时提供一个稳定且已知的流速；调节旁路与采样滤膜室并联设置，采样气体经过气压计之后会有一部分气体通过调节旁路直接通向抽气泵，这一路气体能够为采样滤膜室提供一个稳定气压、流量环境；气体流过可调节阀门后，紧接着会有一个气压计，从而可以检测气路内采样气体的压力，根据已知的压力情况，可以自动或是手动调节阀门的打开程度，进而得到满足采样需要的一个指定压力值。
优选地方案，所述的限流管包括进气管与出气管，所述进气管与出气管之间设置有限流环；所述限流环上开设有限流孔，所述限流孔的孔径小于出气管的内径，所述出气管的内径小于进气管的内径。
优选地方案，所述采样进气口与可调节阀门之间的管路为限流管a，采样进气口与限流管a的进气管相连通，可调节阀门与限流管a的出气管相连通；所述采样滤膜室与抽气泵之间的管路为限流管b；采样滤膜室与限流管b的进气管相连通，抽气泵与限流管b的出气管相连通。限流环外壁与进、出气管完全密封，进入进气管的气流只能从限流环的限流孔中流过。由于限流孔的孔径小于出气管的内径，出气管的内径小于进气管的内径，加之抽气泵的作用，使得限流环前后的进、出气管之间具有不同的气压差，进气管中的气体流经限流孔的流量随着压差增大而增大，因此选择合适的限流孔的孔径，并且通过控制气路内的压力，可以更加精确的控制采样的流量。
优选地方案，所述限流管b的进气管内径小于限流管a的进气管内径；限流管b的出气管内径小于限流管a的出气管内径；限流管b的限流环孔径小于限流管a的限流环孔径。环境气体从采样进气口进入后，先通过限流管a，限流管a所控制的流量较大，作为第一级限流，通过限流管a的控制，管路中的气体流量就会很稳定，从而保证了气压的稳定；从采样滤膜室排出的气体在进入抽气泵之前，还会再经过一个限流管b，这个限流管作为二级限流，其限流的流量会更小，不仅能保证采样气路内压力的稳定，更能够使得该段管路内气流的流速与采样滤膜室所要求的流量相匹配，为最后在分析计算滤膜采样到的大气颗粒物浓度时提供一个稳定且已知的流速；与调节旁路相配合，最大限度的精确的控制采样的流量。
优选地方案，所述限流管a的进气管内径为19mm，出气管内径为12mm，限流环孔径为6mm；限流管a作为一级限流管，其所控制的流量为(8-10) 0.1l/min。
优选地方案，所述限流管b的进气管内径为6.5mm，出气管内径为3.2mm，限流环孔径为2mm；限流管b作为一级限流管，其所控制的流量为1±0.05l/min。
优选地方案，所述采样滤膜室内设置有颗粒物切割器及采样滤膜，进入采样滤膜室的气体经颗粒物切割器后经过采样滤膜的过滤排出采样滤膜室。
优选地方案，所述的颗粒物切割器为中流量多级颗粒物切割器，即pm10切割器-pm2.5切割器。
优选地方案，所述的采样滤膜面积为0.95-1.05cm2。
3.有益效果
相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型提供的飞行式大气颗粒物稳压采样设备，该大气颗粒物稳压采样箱的双限流管(限流管a及限流管b)和支路设计(调节旁路)，可以提供一个稳定的气压、流量环境，解决采样过程中因气压环境不稳影响采样效果的问题；
(2)本实用新型提供的飞行式大气颗粒物稳压采样设备，限流管a作为一级限流管，其所控制的流量较大，能够为后续管路的气体提供一个稳定的气体流量与气压条件；限流管b作为二级限流，其限流的流量小于限流管a，其一、能保证采样气路内压力的稳定，其二、能够使得该段管路内气流的流速与采样滤膜室所要求的流量相匹配，最后在分析计算滤膜采样到的大气颗粒物浓度时提供一个稳定且已知的流速。
附图说明
图1为本实用新型提供的飞行式大气颗粒物稳压采样设备的整体结构示意图；
图2为本实用新型的飞行式大气颗粒物稳压采样设备的采样箱结构示意图；
图3为限流管结构示意图；
图中：1、采样进气口；2、抽气泵；3、限流管b；4、采样滤膜室；5、气压计；6、可调节阀门；7、限流管a；8、进气管；9、出气管；10、限流环；11、限流孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。
如图1和图2所示，本实用新型提供的飞行式大气颗粒物稳压采样设备包括可以通过遥控器控制的无人机，无人机上搭载有颗粒物采样器，所述采样器包括采样箱，采样箱上开设有采样进气口1，采样箱内设置有可调节阀门6、采样滤膜室4及抽气泵2(所述抽气泵2上设有信号接收装置，可以接收遥控器的信号，实现开启与关闭)；采样进气口1、可调节阀门6、采样滤膜室4及抽气泵2依次通过管路串联；采样进气口1与可调节阀门6之间的管路以及采样滤膜室4与抽气泵2之间的管路均为限流管，可调节阀门6与采样滤膜室4的管路上设置有气压计5。可调节阀门6与抽气泵2之间通过调节旁路相连接，所述调节旁路与采样滤膜室4并联设置。所述无人机上设置有电力供应系统(电池：24v，4节)，可同时为调节阀门6、气压计5及抽气泵2供电。
如图3所示，限流管包括进气管8与出气管9，所述进气管8与出气管9通过限流环10密封连接；限流环10上开设有限流孔11，所述限流孔11的孔径小于出气管9的内径，所述出气管9的内径小于进气管8的内径。采样进气口1与可调节阀门6之间的管路为限流管a7，采样进气口1与限流管a7的进气管相连通，可调节阀门6与限流管a7的出气管相连通；限流管a7的进气管内径为19mm，出气管内径为12mm，限流环孔径为6mm；限流管a7作为一级限流管，其所控制的流量为(8-10) 0.1l/min。采样滤膜室4与抽气泵2之间的管路为限流管b3，采样滤膜室4与限流管b3的进气管相连通，抽气泵2与限流管b3的出气管相连通；限流管b3的进气管内径为6.5mm，出气管内径为3.2mm，限流环孔径为2mm；限流管b作为一级限流管，其所控制的流量为1±0.05l/min。
所述采样滤膜室4内设置有中流量多级颗粒物切割器(即pm10切割器-pm2.5切割器)及采样滤膜，采样滤膜面积为0.95-1.05cm2，进入采样滤膜室4的气体经颗粒物切割器后经过采样滤膜的过滤排出采样滤膜室4。
所述整个飞行式大气颗粒物稳压采样设备大最大续航时间为40min，净重量仅为4.4kg,小巧便携，无人机可以允许的最大载重为5kg。
利用本实用新型的飞行式大气颗粒物稳压采样设备进行采样的工作流程及原理：
1、运行前的设备检查与调试过程及参数设定及调整过程：
1.1、无人机状态检查调试：通过无人机遥控器连接的移动设备app检查，检查无人机电量是否充足(建议大于95％)，检查gps信号是否良好(建议卫星数大于8)、检查飞控工作是否正常、检查无人机旋翼电机工作是否正常。
1.2、飞行式大气颗粒物稳压采样设备检查调试：检查采样箱内各处管路是否完好，及管路与其他部件连接的接头处的连接密封性，更新采样滤膜，检查气压计5、抽气泵2等仪器是否能够工作正常。
1.3、飞行式大气颗粒物稳压采样设备采样前气流参数调试：打开抽气泵2，查看气压计5的数值，若压力值达到了限流管a7的正常工作值，则不需要其他操作；若压力值未达到限流管a7的正常工作值，则需要调小可调节阀门6，直至压力降至正常工作值。
2、飞行式大气颗粒物稳压采样设备采样过程：
按需确定对无人机的飞行路线进行预设/进行实时遥控，到达采样地点之后启动抽气泵2，进行采样，采样过程中各设备均不需要再调整，抽气泵2给整个气路提供一个进气压力，外部大气经由采样进气口1进入采样箱，然后依次经过限流管a7的进气管、限流环、出气管到达可调节阀门6，此时气体分为两路，一路经由管道进入采样滤膜室4，实现采用，随后气体经由限流管b3的进气管、限流环、出气管到达抽气泵2；另一路气体经由调节旁路直接到达抽气泵2。采样完成后，关闭抽气泵即结束采样，无人机着陆，收集样品，整个采样过程结束。
1.一种飞行式大气颗粒物稳压采样设备，包括无人机，其特征在于：所述的无人机上搭载有颗粒物采样器，所述采样器包括采样箱，采样箱上开设有采样进气口(1)，采样箱内设置有可调节阀门(6)、采样滤膜室(4)及抽气泵(2)；
所述采样进气口(1)、可调节阀门(6)、采样滤膜室(4)及抽气泵(2)依次通过管路串联；所述采样进气口(1)与可调节阀门(6)之间的管路为限流管，所述采样滤膜室(4)与抽气泵(2)之间的管路为限流管；所述可调节阀门(6)与采样滤膜室(4)之间的管路上设置有气压计(5)；
所述可调节阀门(6)与抽气泵(2)通过调节旁路相连接，所述调节旁路与采样滤膜室(4)并联设置。
2.根据权利要求1所述的飞行式大气颗粒物稳压采样设备，其特征在于：所述的限流管包括进气管(8)与出气管(9)，所述进气管(8)与出气管(9)之间设置有限流环(10)；所述限流环(10)上开设有限流孔(11)，所述限流孔(11)的孔径小于出气管(9)的内径，所述出气管(9)的内径小于进气管(8)的内径。
3.根据权利要求2所述的飞行式大气颗粒物稳压采样设备，其特征在于：所述采样进气口(1)与可调节阀门(6)之间的管路为限流管a(7)，采样进气口(1)与限流管a(7)的进气管相连通，可调节阀门(6)与限流管a(7)的出气管相连通；
所述采样滤膜室(4)与抽气泵(2)之间的管路为限流管b(3)；采样滤膜室(4)与限流管b(3)的进气管相连通，抽气泵(2)与限流管b(3)的出气管相连通。
4.根据权利要求3所述的飞行式大气颗粒物稳压采样设备，其特征在于：所述限流管b(3)的进气管内径小于限流管a(7)的进气管内径；限流管b(3)的出气管内径小于限流管a(7)的出气管内径；限流管b(3)的限流环孔径小于限流管a(7)的限流环孔径。
5.根据权利要求1-4任一所述的飞行式大气颗粒物稳压采样设备，其特征在于：所述的采样滤膜室(4)内设置有颗粒物切割器及采样滤膜，进入采样滤膜室(4)的气体经颗粒物切割器后经过采样滤膜的过滤排出采样滤膜室(4)。
6.根据权利要求1-4任一所述的飞行式大气颗粒物稳压采样设备，其特征在于：所述的颗粒物切割器为中流量多级颗粒物切割器，即pm10切割器-pm2.5切割器。
7.根据权利要求1-4任一所述的飞行式大气颗粒物稳压采样设备，其特征在于：所述的采样滤膜面积为0.95-1.05cm2。
技术总结