一种无线遥控的便携式温室气体瓶采样装置的制作方法

1.本实用新型涉及温室气体采集设备技术领域，更具体地说它是一种无线遥控的便携式温室气体瓶采样装置。


背景技术：

2.温室气体浓度的持续增长，对气候和生态系统带来了气候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化等诸多影响。研究温室气体的时空分布、变化趋势和源汇状况是应对气候变化、制定相关减排政策的基础，其前提和关键在于获取长期、准确的温室气体观测资料。目前对温室气体的观测方法主要有在线观测和离线采样两类。在线观测是将观测设备直接安装在野外台站现场，大气样品通过管路直接引入观测仪器后，对大气成分进行实时、连续观测的方法。离线采样(包括瓶采样、气袋采样、罐采样等)则是利用便携设备，以硬质玻璃瓶、特殊材质的气袋或内壁经过惰性化处理的不锈钢罐为容器，在野外采集特定时间段的大气样品，通过密封装置储存，并在一定储运时间内能保持样品中温室气体成分和浓度不变，送回室内进行温室气体浓度检测的方法。其中瓶采样/气袋采样适用于二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等主要温室气体的高精度观测分析，而罐采样适用于氢氟碳化物、全氟化碳等卤代温室气体的高精度观测分析。
3.离线采样法具有设备结构简单、便携易操作、经济可行、适用范围广等优点，作为温室气体大气本底的常规观测方法之一，在世界气象组织全球大气观测网(wmo/gaw)项目框架下的国内外多个大气本底站(如我国青海瓦里关，北京上甸子等)都开展了温室气体的瓶采样和罐采样工作，积累了长时间序列的温室气体高精度浓度观测资料，对我国温室气体研究有重要意义。值得注意的是，由于人呼吸释放出的气体中含有大量二氧化碳，因此在使用瓶采样装置采集大气样品过程中，采样人必须严格按照操作要求屏住呼吸，否则其呼吸活动可能会严重污染大气样品，从而影响观测结果的准确性。
4.由于现有的瓶采样装置只能现场手动控制，利用瓶采样装置采集大气样品时，采样操作人呼吸排放出的二氧化碳会改变大气中温室气体的浓度，使得观测浓度与实际浓度出现一定的偏离，导致较大的测量误差。为确保观测数据的质量，获得高精度、具有可比性的数据，采样操作必须遵循瓶采样操作技术手册中的规定，当采样瓶处于冲洗和采样状态时，采样人应处在采样器下风向大于10m处；当需要靠近采样器以查看流量、压力或者进行拨动控制阀、关掉泵电源等操作时，必须提前屏住呼吸，快速走到采样器旁完成相关操作后，再走回下风方向距采样器10步以外以后才能恢复呼吸。这样增加了温室气体瓶采样观测的技术难度，为采样人带来一定的不便。
5.因此，开发一种便于操作、且采样精准的温室气体瓶采样装置很有必要。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是为了提供一种无线遥控的便携式温室气体瓶采样装置，通过无线遥控方式进行温室气体瓶采样远程控制，便于操作且采样精准；克服了现有传统的温
室气体瓶采样装置只能现场手动操控、易污染采集样品的局限性。
7.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种无线遥控的便携式温室气体瓶采样装置，其特征在于：包括支撑杆、进气管、除湿装置、抽气泵、采样瓶、主控制器、蓄电池和采样箱；
8.所述支撑杆、进气管、除湿装置、抽气泵、采样瓶、主控制器、蓄电池均集成于采样箱中；
9.支撑杆为拉伸杆；支撑杆的长度大于或等于5m；
10.进气管的进气端安装在支撑杆上；过滤网安装在进气管的进气口处；进气口朝下设置；
11.过滤网、除湿装置、抽气泵和采样瓶通过进气管依次连通；采样瓶上设置第一电磁阀；
12.采样瓶的出气口上设置进气管；进气管上依次设置压力传感器、第二电磁阀和流量传感器；
13.出气口设置在流量传感器后的进气管端部；
14.抽气泵、采样瓶、第一电磁阀、压力传感器、第二电磁阀、流量传感器和蓄电池分别与主控制器连接。
15.在上述技术方案中，主控制器包括电路控制模块、信号处理模块、信息存储模块和无线通信模块；
16.电路控制模块控制抽气泵的开启和关闭、第一电磁阀的旋转以及第二电磁阀的通断，并为压力传感器和流量传感器工作供电；
17.信号处理模块将接收到的压力传感器信号和流量传感器信号转换为对应的压力信息和流量信息，或者将接收到通信终端的远程遥控指令转换为信号并传输至对应部件；
18.信息存储模块自动存储接收到的各类信号和转换后的采样信息；
19.无线通信模块接收通信终端的远程遥控指令或将采集到的压力、流量等采样信息发射给通信终端。
20.在上述技术方案中，通信终端采用无线通信方式与主控制器中的无线通信模块建立无线连接；
21.通信终端为手持移动终端。
22.在上述技术方案中，采样瓶有二个，分别为第一采样瓶和第二采样瓶，第一采样瓶与第二采样瓶通过进气管串联连接；
23.第一电磁阀共有四个，分别安装在第一采样瓶和第二采样瓶的进气口和出气口。
24.在上述技术方案中，过滤网可拆卸地安装在进气管的进气口处。
25.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
26.(1)本实用新型具有无线遥控功能，可以通过智能手机、平板电脑或遥控器等远程控制采样装置上相关阀门、泵电源等的开启和闭合，采样前后采样瓶均处于密闭状态，使得采样人不再需要屏住呼吸走进采样装置进行操控，有效避免了采样期间因采样人接近采样器而造成呼吸对采集样品的污染，操作灵活方便，在降低采样难度的同时还保证大气样品的真实准确性，尤其能满足世界气象组织wmo对大气本底样品采集的要求；
27.(2)本实用新型与采样装置无线连接的通信终端上能实时显示和自动存储接收到
的压力、流量等采样信息，便于随时监测和诊断设备运行状态变化，确保采集样品的可靠性，且采样信息可导出下载，以便后续深入分析。
28.本实用新型采样的对象为大气中二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等主要温室气体。
附图说明
29.图1为本实用新型的工作结构示意图。
30.图2为本实用新型中的主控制器的电控图。
31.图中1
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支撑杆，2
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进气管，3
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进气口，4
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过滤网，5
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除湿装置，6
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抽气泵，7采样瓶，7.1
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第一采样瓶，7.2
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第二采样瓶，8
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第一电磁阀，9
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压力传感器，10
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第二电磁阀，11
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流量传感器，12
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出气口，13
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主控制器，14
‑
蓄电池，15
‑
通信终端，16
‑
采样箱。
具体实施方式
32.下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。
33.参阅附图可知：一种无线遥控的便携式温室气体瓶采样装置，包括支撑杆1、进气管2、除湿装置5、抽气泵6、采样瓶7、主控制器13、蓄电池14和采样箱16；所述支撑杆1、进气管2、除湿装置5、抽气泵6、采样瓶7、主控制器13、蓄电池14均集成于采样箱16中；
34.过滤网4、除湿装置5、抽气泵6、二个采样瓶7、力传感器9、第二电磁阀10和流量传感器11通过进气管依次串联连接；
35.进气管2的进气端安装在支撑杆1上；过滤网4安装在进气管2的进气口3处；
36.过滤网4、除湿装置5、抽气泵6和采样瓶7通过设置在采样瓶7前方的进气管2依次连通；采样瓶7上设置第一电磁阀8；除湿装置5为自动除水冷阱，用于样气中水汽的凝结去除，避免进气管2中形成积水；
37.抽气泵的开关阀接收主控制器13发出的信号进行开启或者关闭，利用进气管内外的压力差将环境大气压(吸)入进气管2内；
38.采样瓶7的出气口上设置进气管2；设置在采样瓶7后方的进气管2上依次设置压力传感器9、第二电磁阀10和流量传感器11；压力传感器9实时采集气路中的压力状态后将信号传输至主控制器13并产生压力信息，进而通过主控制器13内的无线通信模块发射给通信终端15；
39.第二电磁阀10串联在压力传感器9和流量传感器11之间的连通气路中，其控制端接收主控制器13发出的信号进行开关，以实现气路的通断控制；流量传感器11实时采集气路中气体的流量状态后将信号传输至主控制器13并产生流量信息，进而通过主控制器13内的无线通信模块发射给通信终端15；
40.出气口12设置在流量传感器11后的进气管2端部；
41.抽气泵6、采样瓶7、第一电磁阀8、压力传感器9、第二电磁阀10、流量传感器11和蓄电池14分别与主控制器13连接；主控制器13能输出一定电压，为第一电磁阀8、压力传感器9、第二电磁阀10和流量传感器11的运行供电。
42.进一步地，主控制器13包括电路控制模块、信号处理模块、信息存储模块和无线通信模块；
43.电路控制模块控制抽气泵6的开启和关闭、第一电磁阀8的旋转以及第二电磁阀10的通断，并为压力传感器9和流量传感器11工作供电；
44.信号处理模块将接收到的压力传感器9信号和流量传感器11信号转换为对应的压力信息和流量信息，或者将接收到通信终端15的远程遥控指令转换为信号并传输至对应部件；
45.信息存储模块自动存储接收到的各类信号和转换后的采样信息；
46.无线通信模块接收通信终端15的远程遥控指令或将采集到的压力、流量等采样信息发射给通信终端15。
47.进一步地，通信终端15采用无线通信方式与主控制器13中的无线通信模块建立无线连接；直接或者通过终端上安装的对应app(手机软件，为现有技术)应用软件以即时显示和自动存储接收到主控制器13反馈的采样信息，并向主控制器13发送遥控指令；
48.通信终端15为手持移动终端，如遥控器，或者智能手机、平板电脑等具有无线通信、触摸屏功能的移动设备。
49.进一步地，无线通信方式可采用现有通信方式，如zigbee(是一种低速短距离传输的无线网上协议)、wifi(无线上网)、蓝牙或gprs(通用无线分组业务)。
50.进一步地，第一电磁阀8共有四个，分别安装在两个采样瓶7的进气口和出气口；其中，二个第一电磁阀8分别设置在第一个采样瓶7的进气口和出气口，二个第一电磁阀8分别设置在第二个采样瓶7的进气口和出气口；抽气泵6通过进气管2与第一个采样瓶7的进气口上的第一电磁阀8连接；压力传感器9通过进气管2与第二个采样瓶7的出气口上的第一电磁阀8连接；第一个采样瓶7的出气口和第二个采样瓶7的进气口上的第一电磁阀8通过进气管2连接；
51.四个第一电磁阀8分别与主控制器13连接；
52.采样瓶7为2个2.5l的flask硬质玻璃瓶，每个采样瓶都有一个进气口和一个出气口，采样瓶7的进气口和出气口都单独设有第一电磁阀8，第一电磁阀8的控制端接收主控制器13发出的信号后对采样瓶口的环型旋塞进行逆时针或顺时针旋转，以便打开或密封采样瓶7；
53.采样瓶7有二个，分别为第一采样瓶7.1和第二采样瓶7.2，第一采样瓶7.1与第二采样瓶7.2通过进气管2串联连接(其中第一采样瓶7.1的出气口和第二采样瓶7.2的进气口采用进气管2相连，第一采样瓶7.1的进气口和第二采样瓶7.2的的出气口再分别用进气管与其他部件连接)。
54.进一步地，支撑杆1为拉伸杆；支撑杆1的长度大于或等于5m，用以支撑进气管并确保管口离地面高度约5m，支撑杆1的杆头上有一螺丝孔用于固定进气管2。
55.进一步地，过滤网4可拆卸地安装在进气管2的进气口3处，过滤采集的气体中的杂质；
56.进气口3朝下设置，以避免雨、雪、降尘等对采集样气的影响，过滤网则过滤掉样气中的颗粒物，以防止对抽气泵等后续设备的影响。
57.本实用新型所述的无线遥控的便携式温室气体瓶采样装置的采样方法，包括如下步骤，
58.步骤一：采样准备；
59.选取采样点后将采样箱16平置，打开箱盖，竖起支撑杆1，将进气管2的自由端夹到支撑杆1端头上的螺丝孔里，再将过滤网4安装在进气管2的进气口3处，并使进气口3朝下，然后逐节向上拉出支撑杆1直到升至完全高度；打开蓄电池14上的电源开关，使用通信终端15经无线通信方式与主控制器13建立连接；
60.步骤二：采样瓶冲洗；
61.操作人员扣上采样箱16、走到下风方向距采样装置10m以外后，用通信终端15遥控开启抽气泵6和采样瓶7上的四个第一电磁阀8，使整个气路畅通，即：在抽气泵6的作用下，从进气口3处吸入环境大气(目标气体)，经过滤网4滤除大气中的较大颗粒物、昆虫等，再由除湿装置5作除水处理后，样气由进气管2流经抽气泵6、第一电磁阀8、采样瓶7、压力传感器9、第二电磁阀10、流量传感器11，最后从出气口12排出；
62.在通信终端15上直接(当使用遥控器时)或由对应的app应用软件(当使用智能手机或平板时)查看流量传感器11采集的气路实时流量是否正常；
63.当流量不正常时，排除问题后重新启动；
64.当流量正常时，保持冲洗状态，让空气连续冲洗采样瓶7约10min；
65.步骤三：大气样品采集；
66.用通信终端15遥控关闭第二电磁阀10，在通信终端15上查看压力传感器9采集的气路压力信息，此时由于出气口12关闭，系统内压力会逐渐上升，待压力达到规定值后，用通信终端15遥控关闭抽气泵6，通过压力传感器9观察压力变化情况；
67.当压力迅速下降，则表明气路或接口处有泄漏，重新连接各管路后再次冲洗及采样；
68.当若压力稳定，则依照如下顺序用通信终端15遥控关闭采样瓶7上的四个第一电磁阀8，使采样瓶7密封：先关闭与抽气泵6相连的第一电磁阀8，再关闭与压力传感器9相连的第一电磁阀8，最后关闭剩余的两个第一电磁阀8、无论先后；
69.步骤四：整理信息；
70.逐节收下支撑杆1，从支撑杆1上取下进气管2并卷进采样箱16中，扣紧箱盖后送回室内；将采样箱16连接到室内电源为蓄电池14充电，从通信终端15中导出或下载采样过程中自动记录的时间、压力、流量等信息。
71.为了能够更加清楚的说明本实用新型所述的无线遥控的便携式温室气体瓶采样装置与现有技术相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，其对比结果如下表：
72.73.由上表可知，本实用新型所述的无线遥控的便携式温室气体瓶采样装置与现有技术相比，操作简便，不需要现场手动操控，不会污染样品，采样精准。
74.其它未说明的部分均属于现有技术。