一种环境空气中PM2.5采样装置及采样方法与流程

一种环境空气中pm2.5采样装置及采样方法
技术领域
1.本发明涉及空气检测领域，具体涉及一种环境空气中pm2.5采样装置及采样方法。


背景技术：

2.大气细颗粒物pm2.5是我国空气污染首要的污染物，pm2.5是空气动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物。大气中pm2.5的主要来源有：燃煤，硫酸盐，硝酸盐及有机物等。pm2.5对人体健康，日常生活以及大气环境质量造成巨大的影响。因此，对大气细颗粒物pm2.5的质量浓度进行检测，对于减少人群患病率，保障生命安全，预防空气严重污染的发生具有十分重要的研究意义。
3.目前对于空气中细颗粒物pm2.5质量浓度的检测方法主要有重量法，β射线衰减法以及光散射法等。其中，光散射法主要基于mie(米氏)散射，光源发出一束光射向气流通道，光在颗粒物上发生散射，射向各个方向，通过在一定方向上的某一立体角接收到的光强差能求出pm2.5的质量浓度。光散射法测量速度快，准确度高，能在线检测。
4.在检测器采集颗粒物的过程中，部分颗粒物会附着在检测器的气道中，部分颗粒物还会附着在检测器的激光发射头上，尤其是在湿度较高的室外空气中，颗粒物更加容易附着在气道中；而且气道中附着的颗粒物不便于清理，会降低后续的颗粒物检测精度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种环境空气中pm2.5采样装置及采样方法，解决的问题。
6.为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种环境空气中pm2.5采样装置，包括机体，所述机体内设有气管，所述气管的两端分别贯穿机体的两侧壁，所述机体的一侧面上设有抽气组件，所述气管的一端与抽气组件相连通；所述机体内还设有激光检测机构，所述激光检测机构发出的检测光线沿气管径向穿过气管；
7.还包括向气管中部依次输入清洗液和干燥空气的清洗机构。
8.优选地，所述气管具有两根，两根气管之间设有第一隔板，所述第一隔板固定在机体内，所述激光检测机构具有两套，所述机体内设有一对用于将气管压紧在第一隔板上的压板。
9.优选地，所述激光检测机构包括设置在气管一侧第一隔板上的激光发生器，所述气管的中部具有一段透明管，与透明管相对的第一隔板表面上设有散光接收器；所述透明管的一侧连接有导光柱，所述导光柱外具有遮光套，所述导光柱的一端与激光发生器接触，所述透明管的另一侧连通有呈l形的导光管，所述导光管为不透明结构，所述导光管内的弯折部处设有反光镜面，所述清洗机构的输出端与导光管相连通。
10.优选地，还包括机架，所述机体和清洗机构均安装在机架上，所述清洗机构包括设置在机体下方的水箱，所述水箱设有抽水泵，所述抽水泵的出水端连接有进水管，所述进水管的一端贯穿机体与导光管相连通，所述机体内还设有回水管，所述回水管的一端与水箱相连通；所述清洗机构还包括向进水管内输入空气的输气组件，所述进水管的另一端和输
气组件的输气管上均设有单向阀。
11.优选地，所述水箱通过其内部设置的第二隔板分割为回水区和清水区，所述第二隔板的中部设有过滤网，所述抽水泵的抽水端位于清水区内，所述回水管的一端与回水区相连通，所述水箱的顶部设有网孔罩，所述网孔罩内具有积水区，所述积水区与回水区相连通。
12.优选地，所述输气组件包括安装在水箱侧壁上的气泵，所述气泵的输出端连接有进气管，所述进气管呈l形结构且进气管的竖向段伸入到回水区内，所述第二隔板的上部设有隔水透气膜，所述输气管的一端从水箱的顶部穿入到清水区内，所述水箱上设有用于对输气管进行加热的加热器，所述水箱内设有气压平衡结构。
13.优选地，所述气压平衡结构包括设置在回水区顶部的泄压管，所述泄压管与积水区相连通，所述泄压管和进气管的竖向段内均穿设有相适配的导通管，所述导通管的顶部为盲端且上部设有第一通孔，所述泄压管和进气管的内壁上均设有环形槽，泄压管内的环形槽的高度大于进气管内的环形槽的高度；所述回水区内设有固定板，所述泄压管和进气管均穿设在固定板上，所述固定板的下方设有连接板，两根导通管均与连接板固定相连，所述连接板和固定板之间通过弹簧相连。
14.优选地，所述回水区内设有呈倒u形的排泥管，所述排泥管的一端位于回水区的底部，另一端位于水箱的外部，所述排泥管的一端连接有吸污罩，所述吸污罩上设有若干第二通孔；位于回水区内的排污管的上部设有第三通孔，且套设有可根据回水区内液位的升降而在排污管上进行升降的滑套，所述滑套上设有浮板，位于第三通孔上方的排泥管上滑动套设有用于封堵第三通孔的封堵套，所述封堵套通过连接杆与连接板相连。
15.优选地，所述回水区内设有单向导通的补水管，所述补水管与积水区相连通。
16.优选地，所述机体包括外箱和设置在外箱内的内盒，所述外箱的内壁与内盒的外壁之间具有间隙；所述外箱呈台型结构且侧面为弧面，所述外箱的侧壁上具有呈波浪形的板体，所述板体的凹陷部沿着板体的倾斜方向延伸；所述板体的凸起部上设有条形孔，位于板体凸起部的外侧设有用于遮挡条形孔且呈弧形结构的挡板。
17.一种环境空气中pm2.5采样方法，包括以下步骤：
18.s1、抽气：将外界环境中的空气抽入至气管中；
19.s2、检测：启动激光检测机构对流过气管中的颗粒物进行检测，并得出颗粒物的数量；
20.s3、清洗：经过一段时间后或多次颗粒物检测后，利用清洗机构对气管中附着的颗粒物进行清洗；
21.s4、干燥：气管清洗完成后，通入洁净、干燥的空气对气管进行干燥，干燥完成后的气管再重复执行s1-s2。
22.本发明的有益效果集中体现在：
23.本发明的采样装置的气道由单独的气管构成，抽气组件通过抽吸的方式将外界环境中的空气吸入到气管中，然后启动激光检测机构对流过气管的空气中的颗粒物进行检测；由于受外界环境湿度的影响，部分颗粒物直接附着在气管内，而不会对激光检测机构本身产生影响；同时气管内的附着的颗粒物会对下一次的采集产生影响，则可以通过清洗机构对气管进行清洗并干燥，清洗完成后，再对外界空气中的颗粒物进行检查，该方式检测精
度高，可以对颗粒物进行连续性的采样检测，提升了采样装置的实用性。
附图说明
24.图1是本发明采样装置安装于机架上的结构示意图；
25.图2是本发明采样装置的剖面图；
26.图3是本发明采样装置的另一视角剖面图；
27.图4是本发明气管结构示意图；
28.图5是本发明水箱内部结构示意图；
29.图6是本发明气压平衡结构示意图；
30.图7是本发明图6所示结构中a部放大图；
31.图8是本发明机体的外壁截面示意图；
32.图例说明：1、机体；2、气管；3、第一隔板；4、压板；5、激光发生器；6、透明管；7、散光接收器；8、导光柱；9、遮光套；10、导光管；11、反光镜面；12、机架；13、水箱；14、抽水泵；15、进水管；16、回水管；17、第二隔板；18、回水区；19、清水区；20、过滤网；21、网孔罩；22、积水区；23、气泵；24、进气管；25、隔水透气膜；26、加热器；27、泄压管；28、导通管；29、第一通孔；30、环形槽；31、固定板；32、连接板；33、弹簧；34、外箱；35、内盒；36、板体；37、条形孔；38、挡板；39、显示屏；40、抽气组件；41、输气管；42、补水管；43、排泥管；44、吸污罩；45、第二通孔；46、第三通孔；47、滑套；48、浮板；49、封堵套；59、连接杆。
具体实施方式
33.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
34.如图1所示，一种环境空气中pm2.5采样装置，包括机体1，该采样装置主要安装于室外，则还包括机架12，机架12用于安装机体1，机体1可以设置一个或者两个进行同步检测，两者进行对比采样检测，提高采样的精度；同时机架12上还安装有显示屏39，温度、湿度、气压、风速风向等气象传感器，也可以安装太阳能电池板，用于对采样装置、显示屏39、传感器等电子器件提供工作电源。
35.为了避免空气中的颗粒物直接与激光检测机构接触，则所述机体1内设有气管2，所述气管2的两端分别贯穿机体1的两侧壁，空气从气管2中流过，对激光检测机构不会产生影响，所述机体1的一侧面上设有抽气组件40，所述气管2的一端与抽气组件40相连通，在本实施例中，抽气组件40可以是静音风扇，利用静音风扇进行抽气，也可以采用气泵23的方式进行抽气，抽气组件40抽气稳定后，启动激光检测机构对颗粒物进行检测；所述机体1内还设有激光检测机构，所述激光检测机构发出的检测光线沿气管2径向穿过气管2；由于外界空气中的湿度的影响，部分颗粒物会附着在气管2内，而这部分颗粒物未及时清理时，会对下一次采样产生影响，对此在本实施例中还包括向气管2中部依次输入清洗液和干燥空气的清洗机构；则在完成采样后，启动清洗机构先对气管2中通入清洗液，清洗液对气管2进行清洗，清洗完后再通入干燥的空气对气管2进行干燥处理；上述清洗干燥作业完成后，可再启动抽气组件40和激光检测机构对空气中的颗粒物进行检测；该方式检测精度高，可以对颗粒物进行连续性的采样检测，提升了采样装置的实用性。
36.而在清洗干燥的过程中，不能进行检测作业，为了不影响正常的检测作业，则所述气管2具有两根，如图2-3所示，两根气管2之间设有第一隔板3，所述第一隔板3固定在机体1内，所述激光检测机构具有两套，所述机体1内设有一对用于将气管2压紧在第一隔板3上的压板4；通过设置两根气管2、以及两套激光检测机构，当其中一个气管2处于清洗作业时，则可利用另一根气管2以及对应的激光检测机构对环境中的颗粒物进行检测，确保颗粒物的连续性检测；在本实施例中也可以设置一套激光检测机构的检测时间，在经过一段时间检测后，则执行清洗作业，确保采样的精度。
37.具体地，如图3-4所示，所述激光检测机构包括设置在气管2一侧第一隔板3上的激光发生器5，所述气管2的中部具有一段透明管6，激光发生器5产生的激光从透明管6射入到气管2中，与透明管6相对的第一隔板3表面上设有散光接收器7，也就是说散光接收器7所在的平面与激光发生器5所在的平面相垂直，激光照射在颗粒物上后产生散射，散射的光线射入到散光接收器7上，根据接收光线的强弱计算出颗粒物的大小，以及统计颗粒物的数量；为了避免机体1内部的颗粒物对激光光线的遮挡，则所述透明管6的一侧连接有导光柱8，所述导光柱8外具有遮光套9，所述导光柱8的一端与激光发生器5接触，产生的激光直接通过导光柱8射入到气管2内，导光柱8可以是玻璃柱；为了避免激光从气管2的另一侧反射，则所述透明管6的另一侧连通有呈l形的导光管10，所述导光管10为不透明结构，所述导光管10内的弯折部处设有反光镜面11，利用反光镜面11对激光进行反射，使激光不会再次反射到气管2内；由于导光管10位于气管2的中部，为了充分利用导光管10，则所述清洗机构的输出端与导光管10相连通，通过导光管10向气管2内注入清洗液。
38.由于采样装置安装于外界环境中，则清洗液通常采用水即可，并且水源不能随时补充，如图5-6所示，则所述清洗机构包括设置在机体1下方的水箱13，所述水箱13设有抽水泵14，所述抽水泵14的出水端连接有进水管15，所述进水管15的一端贯穿机体1与导光管10相连通，所述机体1内还设有回水管16，所述回水管16的一端与水箱13相连通，由于水箱13的高度低于机体1，则清洗完成后的水会自动再流入到水箱13中，能有效避免水源的浪费，同时减少水源补充的次数；所述清洗机构还包括向进水管15内输入空气的输气组件；两根气管2的交替清洗作业可通过电磁阀进行控制，也就是说在进水管15具有一端三通管道，三通管道的其中两端与导光管10连通，电磁阀直接安装在三通管道的两端上；在本实施例中所述进水管15的另一端上、输气组件的输气管41上、以及回水管16上均设有单向阀，上述管路均只能单向导通；在使用时，启动抽水泵14抽出水箱13内的水源，然后对相应的气管2进行清洗，清洗完成后，关闭抽水泵14，再启动输气组件，输气组件的输气管41路也采用进水管15，对气管2进行干燥处理。
39.由于回水管16回流的水源中含有颗粒物，为了保证气管2清洗时能够有洁净的水源，则所述水箱13通过其内部设置的第二隔板17分割为回水区18和清水区19，所述第二隔板17的中部设有过滤网20，回流到水箱13内的清洁水先进入到回水区18中，清洁水通过过滤网20过滤使洁净的水源进入到清水区19中，则抽水泵14抽出的水源始终时洁净的，确保气管2能够清洗干净，所述抽水泵14的抽水端位于清水区19内，所述回水管16的一端与回水区18相连通；为了能够补充水箱13中的水源的消耗，则所述水箱13的顶部设有网孔罩21，所述网孔罩21内具有积水区22，因此在雨天时，雨水经过网孔罩21过滤，然后汇集再积水区22内，由于所述积水区22与回水区18相连通，则可对水箱13进行补充水源。
40.在干燥作业中，直接抽吸外界空气对气管2进行干燥又会使颗粒物附着在气管2内，达不到清洗洁净的效果，则所述输气组件包括安装在水箱13侧壁上的气泵23，所述气泵23的输出端连接有进气管24，所述进气管24呈l形结构且进气管24的竖向段伸入到回水区18内，所述第二隔板17的上部设有隔水透气膜25，所述输气管41的一端从水箱13的顶部穿入到清水区19内，因此气泵23抽入的空气先利用回水区18内的水源进行清洗，颗粒物被吸收在水源中，空气再通过隔水透气膜25进入到清水区19内，气流中的水气在隔水透气膜25的作用下进行分离，确保进入输气管41内的空气是干燥的，由于空气还会经过清水区19的顶部，为了避免清水区19内的水的蒸发，则在输气管41的进气端也设置隔水透气膜25，过滤掉气流中的水气；同时在所述水箱13上设有用于对输气管41进行加热的加热器26，在温度降低的气候中，可通过加热器26对通入的空气进行加热，加快气管2清洗后的干燥速度。
41.而在通气的过程中，水箱13内需要保持密封状态，而在补充水源、以及清洗过程中，水箱13内气压会产生变化，则需要平衡气压；对此在本实施例中所述水箱13内设有气压平衡结构，如图6所示，具体地所述气压平衡结构包括设置在回水区18顶部的泄压管27，所述泄压管27与积水区22相连通，所述泄压管27和进气管24的竖向段内均穿设有相适配的导通管28，在本实施例中，与泄压管27相连的导通管28的底部位于回水区18内的液位上方，而与进气管24相连的导通管28的底部位于回水区18的液位下方，所述导通管28的顶部为盲端且上部设有第一通孔29，所述泄压管27和进气管24的内壁上均设有环形槽30，泄压管27内的环形槽30的高度大于进气管24内的环形槽30的高度，在图6中，在两根导通管28均位于最底部位置时，左侧的导通管28上的第一通孔29位于环形槽30内，此时进气管24与导通管28相连通；而右侧的导通管28上的第一通孔29与环形槽30处于分离状态，第一通孔29通过泄压管27内壁的封堵作用下，该侧的导通管28与泄压管27之间处于阻断状态；而在两个导通管28均位于最高部位置时，左侧导通管28与进气管24处于阻断状态，而右侧导通管28与泄压管27之间处于导通状态；并且左侧第一通孔29刚移动到左侧环形槽30内时，右侧第一通孔29已经与右侧环形槽30分离；确保在两根导通管28在上行或下行过程中，导通管28只与进气管24或者泄压管27单独导通。
42.为了简化进气管24和左侧导通管28、泄压管27和右侧导通管28之间驱动结构，则所述回水区18内设有固定板31，所述泄压管27和进气管24均穿设在固定板31上，所述固定板31的下方设有连接板32，两根导通管28均与连接板32固定相连，所述连接板32和固定板31之间通过弹簧33相连；因此在使用时，气泵23启动，进气管24内的气压增大，推动左侧导通管28向下移动，由于两根导通管28均连接在连接板32上，则右侧导通管28也同步下降，在左侧导通管28上的第一气孔下降到左侧环形槽30内后，则进气管24与左侧导通管28连通，而泄压管27与右侧导通管28处于阻挡状态，使水箱13处于密封状态，空气只能从输气管41排出。在气泵23停止后，进气管24内失去气压，则两根导通管28在弹簧33的作用下复位，此时右侧导通管28与泄压管27连通，此时平衡水箱13的气压，当水箱13内的水源减少或增加时，水箱13内的气压与外部气压相同；确保能够正常向水箱13的回水区18内补充水源。
43.同时当只采用泄压管27一根管子时，不便于向水箱13内补充水源，即积水区22内的水源不能顺利的流入到水箱13中，对此所述回水区18内设有单向导通的补水管42，所述补水管42与积水区22相连通。
44.在水箱13的长期使用过程中，回水区18内的沉淀物会逐渐堆积，需要定期处理，并
且水箱13内的水位也不能过高，过高后会影响干燥环节；对此在本实施例中，如图7所示，所述回水区18内设有呈倒u形的排泥管43，所述排泥管43的一端位于回水区18的底部，另一端位于水箱13的外部，所述排泥管43的一端连接有吸污罩44，所述吸污罩44上设有若干第二通孔45；位于回水区18内的排污管的上部设有第三通孔46，且套设有可根据回水区18内液位的升降而在排污管上进行升降的滑套47，所述滑套47上设有浮板48，位于第三通孔46上方的排泥管43上滑动套设有用于封堵第三通孔46的封堵套49，所述封堵套49通过连接杆59与连接板32相连。在使用时，例如雨季向水箱13内补充水源、或者工作人员主动向水箱13内加水；因此水箱13内的液位升高，浮板48在浮力的作用下会带动滑套47在排污管上向上滑动，当滑套47与封堵套49接触后，此时滑套47堵住第三通孔46，排污管内的液位与水箱13内的液位同高；而水位继续向上升，当水位超过排污管内，则排污管内的水会流入位于水箱13外的管道内，此时会形成虹吸效应，将底部的沉积物自动吸出；在排水的过程中，水箱13内的水位逐渐降低时，浮板48会随着水位下降，当第三通孔46露出到滑套47外后，水箱13外侧的排污管与水箱13内部的空气相连通，此时失去虹吸效应，不能再主动吸出沉积物，此时液位保持在第三通孔46的下方，该结构既能确保水箱13内的液位不会过高，还能主动排出水箱13内沉积物，提高了排污结构的实用性；而在气泵23向水箱13内通气的过程中，封堵套49会随着连接板32同步向下移动，则可以将第三通气孔46堵住，确保水箱13的密封状态，保证空气能够通入到气管2内；而在连接板32在弹簧34的作用下复位后，此时封堵板49向上移动，并与第三通气孔46分离。
45.在对空气中的颗粒物进行采样时，由于外部环境的气象因数的影响，例如风速过大时，颗粒物检测的准确度会有所降低，为了减弱风速对颗粒物检测的影响，如图8所示，所述机体1包括外箱34和设置在外箱34内的内盒35，，所述外箱34的内壁与内盒35的外壁之间具有间隙；所述外箱34呈台型结构且侧面为弧面，所述外箱34的侧壁上具有呈波浪形的板体36，所述板体36的凹陷部沿着板体36的倾斜方向延伸；所述板体36的凸起部上设有条形孔37，位于板体36凸起部的外侧设有用于遮挡条形孔37且呈弧形结构的挡板38；因此外界空气再吹向机体1内，由弧面和波浪形板体36设置，能够在一定程度上对风进行导向，确保外箱34内不会有过大的气流干扰，提高颗粒的检测准确度。
46.一种环境空气中pm2.5采样方法，包括以下步骤：
47.s1、抽气：利用静音风机或者抽气泵23等抽气组件40将外界环境中的空气抽入至气管2中；
48.s2、检测：启动激光检测机构的激光发生器5将激光光线收入到气管2中，空气再流过气管2时，激光光线在与颗粒物接触后，激光光线在颗粒物的表面发生散射，散光接收器7接收到光线，根据接收的强度计算出颗粒物的大小，以及统计出颗粒物的数量；
49.s3、清洗：经过一段时间后或多次颗粒物检测后，利用清洗机构对气管2中附着的颗粒物进行清洗；
50.s4、干燥：气管2清洗完成后，通入洁净、干燥的空气对气管2进行干燥，干燥完成后的气管2再重复执行s1-s2。
51.需要说明的是，对于前述的各个方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该
知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和单元并不一定是本技术所必须的。