一种移动式大气污染物立体监测采样装置及方法

1.本发明属于大气污染物监测采样技术领域，涉及一种移动式大气污染物立体监测采样装置及方法。


背景技术：

2.随着经济的发展和人民生活水平的提高，环境污染问题越发受到人们的关注。大气污染物监测是评价大气环境的主要方法，对于常规的大气颗粒物、co、so2、o3、tvocs等污染物，目前已有成熟的在线监测装置，而对于重金属、svocs、pops等污染物，仍需要通过采样进行实验室分析。为了更加精确方便地对特定区域或场所进行生态环境影响评价，需要对传统的环境监测装置及方法进行优化与改进，以获得更加全面精细的污染物浓度分布及扩散特征。
3.专利申请公布号cn110375803a的发明专利公开了一种便携式多方位大气环境监测装置，该装置的大气环境监测仪器可以在水平面上做环形运动，对四周进行大气环境监测，从而获得不同位置的大气环境检测值。但是该装置仍旧存在一些不足，如无法监测不同高度的污染物浓度，无法对污染物进行采样，得到的环境监测数据不够全面等。


技术实现要素：

4.本发明针对上述现有监测采样技术存在的不足，提供了一种移动式大气污染物立体监测采样装置及方法。该装置可以实现指定位置不同高度大气污染物的实时监测和分析，同时能够采集指定高度的大气颗粒相和气相污染物，简化了监测和采样过程。本发明利用安装于伸缩支架不同位置的污染物监测装置，实时获取不同高度的多种污染物浓度数据，并在可视化分析装置上绘制污染物浓度分布图；利用搭载在伸缩支架装置顶部的污染物采样装置，收集指定高度的颗粒相和气相污染物，用于进一步的实验室分析；通过移动底座装置，可以实时灵活改变监测采样点的位置。
5.本发明的技术解决方案如下：
6.一种移动式大气污染物立体监测采样装置，包括
7.移动底座装置、安装在移动底座装置上的伸缩支架装置、设置在伸缩支架上的电机及控制装置、四个污染物监测装置、污染物采样装置、可视化分析装置。
8.所述移动底座装置包括底板和三根可收缩及折叠的支脚杆：a支脚杆、b支脚杆、c支脚杆，所述底板下方均匀安装有三个万向轮：a万向轮、b万向轮、c万向轮，所述三根支脚杆以铰链均匀链接在所述底板上，另一端对应装有一个万向轮：d万向轮，e万向轮，f万向轮；所述三根支脚杆与第一杆体分别用一根可伸缩的撑杆连接固定，所述撑杆分别为a撑杆、b撑杆、c撑杆。
9.三根支脚杆的长度可根据场地及支架设定高度进行灵活伸缩或折叠，在确保安全稳定的前提下可收缩或折叠，以适应复杂的监测采样场地；所述三根支脚杆可进行水平方向的收缩和竖直方向的折叠。
10.所述伸缩支架装置包括第一杆体、第二杆体、第三杆体、第四杆体、第五杆体、第六杆体、第七杆体、第八杆体；所述第二杆体插在第一杆体内部，第三杆体插在第二杆体内部，第四杆体插在第三杆体内部，第五杆体插在第四杆体内部，第六杆体插在第五杆体内部，第七杆体插在第六杆体内部，第八杆体插在第七杆体内部；所有杆体由钢丝绳连接并接入到电机及控制装置上；
11.所述八根杆体顶端外侧设置有向外凸起件，且第一杆体顶部凸起件上均匀设置有三个卡扣槽，卡扣槽位置与移动底座装置的三个支脚杆对应；八根杆体由钢丝绳连接并接入到电机及控制装置上；所述第一杆体底部焊接在移动底座的底板上，且第一杆体顶端三个卡扣槽与支脚杆之间装有撑杆；所述钢丝绳另一端与八根杆体相连；
12.电机及控制装置设置在伸缩支架装置上，通过对钢丝绳进行指定长度的收放，实现对所述伸缩支架装置的伸缩高度的调节，高度调节范围为1-10米，精确定位到高度abcd，采集a污染物监测装置，b污染物监测装置，c污染物监测装置，d污染物监测装置上的环境数值，并通过污染物采样装置收集指定高度的大气颗粒相及气相污染物样品；
13.四个污染物监测装置分别设置于高度从上到下a、b、c、d，包括a污染物监测装置，b污染物监测装置，c污染物监测装置，d污染物监测装置，位于伸缩支架装置的杆体凸起件上的监测仪搭载平台；
14.所述每个污染物监测装置包括污染物监测设备、gps定位设备和信号接收与发射设备；
15.所述监测仪搭载平台最大载重为3kg，且配有220v电源插排。
16.所述污染物采样装置设置于第八杆体顶部的采样器载物平台；
17.所述污染物采样装置包含切割头、气泵、出气口、puf滤芯、采样管。通过气泵可同时采集指定高度的颗粒相和气相污染物样品，改变采样器上的切割头，可以采样指定粒径的颗粒物，如tsp、pm10、pm2.5，过滤后的气体经气泵出气口进入采样管内，有机气体组分被管内的puf滤芯收集，采集的样品可用于后续更深入的分析研究；
18.所述采样器载物平台载重量可达30kg，且配有220v电源插排。
19.所述可视化分析装置包括信号接收设备、数据处理设备和可视化界面；分布于支架abcd高度的a污染物监测装置，b污染物监测装置，c污染物监测装置，d污染物监测装置可实时获取abcd高度位置的环境数值，并发送给可视化分析装置，自动绘制如图5的三维污染分布图。
20.所述可视化分析装置能实时接收污染物监测装置所监测到的环境数值及三维坐标数据，并以图像的形式进行可视化呈现。
21.基于以上装置，本发明还提出了一种移动式大气污染物立体监测采样方法，包括以下步骤：
22.步骤1：根据监测场地和监测采样需求确定监测采样的位置、高度及时间；
23.步骤2：在污染物采样装置中放入颗粒物采样滤膜并更换指定的切割头，在采样管中放入处理过的puf滤芯；
24.步骤3：设置电机及控制装置上的高度参数，通过电机对钢丝绳进行适当长度的收放，使伸缩支架装置达到预设高度；
25.步骤4：开启位于不同高度的污染物监测装置，同时收集所处位置的环境数值，并
在可视化分析装置对监测数值分析处理，绘制三维污染分布图。
26.步骤5：监测采样结束后，保存监测数值，取出滤膜和puf滤芯样品用锡箔纸包裹后放入自封袋，送回实验室进行下一步分析。
27.所述步骤2中的滤膜通过更换切割头可分别收集tsp、pm10或pm2.5，使用前需在400摄氏度马弗炉中处理2小时，再在恒温恒湿箱中放置24小时后称重；
28.所述步骤2中的puf滤芯可收集经滤膜过滤后的大气中的气相有机组分，使用前应在二氯甲烷溶剂中超声清洗30分钟，并在干燥箱中进行干燥；
29.所述步骤4中的污染分布图中，使用不同颜色表示所述污染物浓度分布图层，且同一颜色所表示的浓度区间可根据场地污染特点进行设定；
30.所述步骤4中的监测数值分析处理有两种方式：一种是直接对监测数值做可视化呈现；另一种对监测区域内所有空间位点上污染物浓度进行克里金插值模拟计算，得到每一个空间位点上污染物的浓度数值，再进行可视化呈现。
31.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
32.本发明具有轻便灵活、结构简单、操作简便、易于组装等特点，便于携带和移动，可适用于不同场景不同高度的大气污染物立体监测采样工作；伸缩支架装置顶部通电且最大载重30kg，可根据需要更换不同的大气采样器，采集不同高度的颗粒相及气相污染物样品；位于伸缩支架不同高度的污染物监测装置可同时收集不同高度的污染物浓度数据，随着整套装置的移动，可获得监测区域内三维环境数值，通过插值模拟计算，得到每一个空间位点上污染物的浓度数值，从而给出三维污染分布图；污染物监测装置可根据需要更换或增减监测探头，实现选择性监测多种污染物，其监测装置带有gps定位功能和信号接收及发射设备，易接入网络，实现监测的自动控制和数据的实时传输与分析；移动底座装置的三根支脚杆在确保整套装置安全稳定的前提下可收缩或折叠，以在各种复杂的监测场地内实现灵活移动。
附图说明
33.图1为本发明的结构示意图；
34.图2为本发明可自由移动的万向轮底座；
35.图3为本发明污染物采样装置；
36.图4为本发明装置使用方法的流程示意图；
37.图5为本发明某场地污染物监测结果。
38.其中，
39.移动底座装置1；伸缩支架装置2；电机及控制装置3；a污染物监测装置4，b污染物监测装置5，c污染物监测装置6，d污染物监测装置7；污染物采样装置8；
40.第一杆体9、第二杆体10、第三杆体11、第四杆体12、第五杆体13、第六杆体14、第七杆体15、第八杆体16；钢丝绳17；底板18；a支脚杆19，b支脚杆20，c支脚杆21；a万向轮22，b万向轮23，c万向轮24；d万向轮25，e万向轮26，f万向轮27；a撑杆28、b撑杆29、c撑杆30；切割头31；气泵32；气泵出气口33；puf滤芯34；采样管35；可视化分析装置40。
具体实施方式
41.下面结合具体实例对本发明进行详细说明。以下实施实例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
42.如图1所示，本发明一种移动式大气污染物立体监测采样方法及装置，包括移动底座装置1、安装在移动底座装置上的伸缩支架装置2、设置在伸缩支架上的电机及控制装置3、四个污染物监测装置：a污染物监测装置4、b污染物监测装置5、c污染物监测装置6、d污染物监测装置7分别设置于高度从上到下a、b、c、d、污染物采样装置8、可视化分析装置40；
43.移动底座装置1包括底板18和三根可收缩及折叠的a支脚杆19、b支脚杆20、c支脚杆21，底板18下方均匀安装有三个万向轮：a万向轮22、b万向轮23、c万向轮24，三根支脚杆以铰链均匀链接在底板18上，三根支脚杆前端各装有一个万向轮25-27，三根支脚杆与第一杆体分别用一根可伸缩的撑杆28-30连接固定，以保证装置自由移动时的稳定性；
44.三根支脚杆a支脚杆19，b支脚杆20，c支脚杆21的长度可根据场地及支架设定高度进行灵活调节，在确保安全稳定的前提下可收缩或折叠，以适应复杂的监测采样场地；
45.所述伸缩支架装置2包括第一杆体9、第二杆体10、第三杆体11、第四杆体12、第五杆体13、第六杆体14、第七杆体15、第八杆体16；其中第二杆体10插在第一杆体9内部，第三杆体11插在第二杆体10内部，第四杆体12插在第三杆体11内部，第五杆体13插在第四杆体内部，第六杆体14插在第五杆体13内部，第七杆体15插在第六杆体14内部，第八杆体16插在第七杆体15内部；所有杆体由钢丝绳17连接并接入到电机及控制装置3上；
46.伸缩支架装置2高度可通过电机及控制装置3设定并调节，精确定位到高度abcd，采集a污染物监测装置4，b污染物监测装置5，c污染物监测装置6，d污染物监测装置7上的环境数值，并通过污染物采样装置8收集指定高度的大气颗粒相及气相污染物样品；
47.位于第八杆体16顶部的大气污染物采样装置8，通过气泵32可同时采集颗粒相和气相污染物样品，改变采样器上的切割头31，可以采样指定粒径的颗粒物，如tsp、pm10、pm2.5，过滤后的气体经气泵出气口33进入采样管35内，有机气体组分被管内的puf滤芯34收集，采集的样品可用于后续更深入的分析研究；
48.分布于支架abcd高度的a污染物监测装置4，b污染物监测装置5，c污染物监测装置6，d污染物监测装置7可实时获取abc高度位置的环境数值，并发送给可视化分析装置40，自动绘制如图5的三维污染分布图。
49.本发明的大气污染物立体监测采样方法的具体实施步骤：
50.步骤1：根据监测场地和监测采样需求确定监测采样的位置、高度及时间；
51.步骤2：在污染物采样装置8中放入颗粒物采样滤膜并更换指定的切割头31，在采样管35中放入处理过的puf滤芯34；
52.步骤3：设置电机及控制装置3上的高度参数，通过电机及控制装置3对钢丝绳17进行适当长度的收放，使伸缩支架装置2达到预设高度；
53.步骤4：开启位于不同高度的污染物监测装置4-7，同时收集所处位置的环境数值，并在可视化分析装置40对监测数值分析处理，绘制三维污染分布图。
54.步骤5：监测采样结束后，保存监测数值，取出滤膜和puf滤芯34样品用锡箔纸包裹后放入自封袋，送回实验室进行下一步分析。
55.所述步骤2中的滤膜通过更换切割头31可分别收集tsp、pm10或pm2.5，使用前需在400摄氏度马弗炉中处理2小时，再在恒温恒湿箱中放置24小时后称重；
56.所述步骤2中的puf滤芯34可收集经滤膜过滤后的大气中的气相有机组分，使用前应在二氯甲烷溶剂中超声清洗30分钟，并在干燥箱中进行干燥；
57.所述步骤4中的污染分布图中，使用不同颜色表示所述污染物浓度分布图层，且同一颜色所表示的浓度区间可根据场地污染特点进行设定；
58.所述步骤4中的监测数值分析处理有两种方式：一种是直接对监测数值做可视化呈现；另一种对监测区域内所有空间位点上污染物浓度进行克里金插值模拟计算，得到每一个空间位点上污染物的浓度数值，再进行可视化呈现。
59.本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。