基于工位设计方式的空气颗粒物自动换膜采样器装置的制作方法

本发明属于空气颗粒物采样技术领域，尤其涉及一种基于工位设计方式的空气颗粒物自动换膜采样器装置。

背景技术：

在环境空气颗粒物(PM2.5)手工监测方法(重量法)中，目前市场上的主流采样器是单膜采样器，这种采样器只能采集一张滤膜，每天都需要进行滤膜称重、采样、将采样后滤膜取回并称重。整个过程比较耗费人力，加上每天操作，一旦在任何一个操作环节出现问题都将导致结果的偏差。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于工位设计方式的空气颗粒物自动换膜采样器装置。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于工位设计方式的空气颗粒物自动换膜采样器装置，其特征在于：包括上膜机构、采集机构、机械手、存储机构以及滤膜夹套；

所述上膜机构固定在支撑板上，所述上膜机构包括上膜箱体，所述上膜箱体的上部和下部分别带有上膜上通孔和上膜下通孔，所述滤膜夹套置于所述上膜下通孔中，所述滤膜夹套包括滤膜夹以及膜筒，所述滤膜夹将滤膜固定并装入到所述膜筒中，所述上膜下通孔的下部固定有上膜直线电机，所述上膜直线电机的上部固定有上膜托盘，所述上膜托盘深入到所述膜筒中并与所述滤膜夹配合；

所述采集机构位于所述上膜机构的一侧，所述采集机构包括切割器、滑动杆、采集升降电机、上伸缩气嘴、下气嘴，所述滑动杆固定在所述支撑板上，所述切割器通过固定架安装在所述滑动杆上，所述上伸缩气嘴与所述切割器的底部活动配合，所述上伸缩气嘴通过滑动板与所述滑动杆滑动配合，所述采集升降电机安装在所述固定架上，采集升降电机的丝杠与所述滑动板螺纹配合；

所述机械手设置在所述支撑板的中部，所述机械手包括移动板、直线夹紧电机、两块夹板，机械手升降电机、机械手旋转电机、机械手控制板、机械手转接板；所述机械手旋转电机安装在所述机械手控制板上，机械手旋转电机的输出端与所述机械手转接板连接用于控制机械转接板转动，所述机械手升降电机安装在所述机械手转接板上，所述机械手升降电机的丝杠与机械手托板螺纹配合，用于控制机械手托板上下移动，所述移动板固定在所述机械手托板上，所述移动板上带有直径大于膜筒的圆孔，所述两块夹板分别安装在圆孔的两侧并置于移动板内部的槽中，两块夹板的中部分别与所述移动板铰接，两块夹板的末端通过连接板与所述直线夹紧电机的输出端配合，所述直线夹紧电机固定在所述移动板的后部。

所述储存机构设置于所述上膜机构的一侧，所述储存机构包括储存工位箱体，所述储存工位箱体上带有电子制冷模块，所述储存工位箱体的上部和下部分别带有储存上通孔和储存下通孔，所述储存上通孔与密封盖配合，所述储存下通孔与存储托盘配合，在所述储存下通孔上放置有储存工位膜筒，储存托盘深入到所述储存工位膜筒的内部，所述储存托盘由储存直线电机驱动其上下移动。

优选地，所述滤膜夹分为上下卡接的两部分，滤膜以及支撑网置于滤膜夹中。

优选地，还包括保护箱体，所述上膜机构、采集机构、机械手、存储机构以及滤膜夹套围置于所述保护箱体内。

优选地，所述储存工位箱体上安装有储存工位门。

优选地，所述上膜箱体上安装有上膜箱门。

优选地，所述储存工位箱体内设有温湿度传感器。

优选地，所述密封盖的两端分别与密封连接杆滑动配合，两个密封连接杆之间固定一个密封连接板，所述密封连接板的中部安装有密封直线电机，所述密封直线电机的输出端与所述密封盖连接，两个密封连接杆的上部与所述保护箱体连接。

本发明的有益效果是:相对于现有技术，本装置可以连续工作7天或15天，可以支持16个滤膜的连续工作，和单膜采样器相比，不但减少了大量的人力输出，而且减少了频繁操作过程中出现失误的可能性。采样的连续性和单膜采样器相比得到了提升，大大减少了人工成本以及误操作的可能性。另外，本装置可以将上膜桶内的第一张滤膜作为质控滤膜，和单膜采样器相比，可以方便地验证批次采样滤膜的一致性。单膜采样器如果想增加质控滤膜，则必须在现场增加一台新的采样器放上空白滤膜作为质控滤膜。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明中机械手结构示意图；

图3是本发明中另一个方向的立体图；

图4是本发明中的滤膜夹套的结构示意图；

图5是本发明中的滤膜夹套的整体装配图；

图6是本发明的俯视图；

图7是本发明的整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-图7所示，一种基于工位设计方式的空气颗粒物自动换膜采样器装置，包括上膜机构1、采集机构2、机械手3、存储机构4以及滤膜夹套5。

如图1所示，所述上膜机构1固定在支撑板6上，所述上膜机构包括上膜箱体11，所述上膜箱体的上部和下部分别带有上膜上通孔12和上膜下通孔13，如图4和图5所示，所述滤膜夹套5置于所述上膜下通孔中，所述滤膜夹套包括滤膜夹51以及膜筒52，所述滤膜夹将滤膜固定并装入到所述膜筒中，所述滤膜夹分为上下卡接的两部分，滤膜53以及支撑网54置于滤膜夹中。所述上膜下通孔的下部固定有上膜直线电机14，所述上膜直线电机的上部固定有上膜托盘，所述上膜托盘深入到所述膜筒中并与所述滤膜夹配合；所述上膜箱体上安装有上膜箱门15。上膜机构用于将滤膜送到设备中，工作时，先将整盒的滤膜夹套放置在上膜下通孔中，需要上膜时，滤膜下通孔下部的上膜直线电机启动，带动上膜托盘上升，上膜托盘推动最下部的滤膜夹，叠放在膜筒中的滤膜夹被推到上部，最上部的滤膜夹从上膜上通孔中伸出，上膜直线电机停止运动，等待机械手过来取走滤膜夹。

如图1所示，所述采集机构2位于所述上膜机构的一侧，所述采集机构包括切割器21、滑动杆22、采集升降电机23、上伸缩气嘴24、下气嘴25，所述滑动杆固定在所述支撑板上，所述切割器通过固定架26安装在所述滑动杆上，所述上伸缩气嘴与所述切割器的底部活动配合，所述上伸缩气嘴通过滑动板27与所述滑动杆滑动配合，所述采集升降电机安装在所述固定架上，采集升降电机的丝杠与所述滑动板螺纹配合。采集机构主要是用于对空气颗粒的采集，机械手将滤膜夹放置在下气嘴上，上伸缩气嘴在采集升降电机的带动下向下移动，将滤膜夹压到下气嘴上，切割器进行采集，下气嘴与一个负压泵连接产生负压，空气颗粒物就被吸附在滤膜上。

如图2所示，所述机械手3设置在所述支撑板的中部，所述机械手包括移动板31、直线夹紧电机32、两块夹板33，机械手升降电机34、机械手旋转电机35、机械手控制板36、机械手转接板37；所述机械手旋转电机安装在所述机械手控制板上，机械手旋转电机的输出端与所述机械手转接板连接用于控制机械转接板转动，所述机械手升降电机安装在所述机械手转接板上，所述机械手升降电机的丝杠与机械手托板38螺纹配合，用于控制机械手托板上下移动，所述移动板固定在所述机械手托板上，所述移动板上带有直径大于膜筒的圆孔39，所述两块夹板分别安装在圆孔的两侧并置于移动板内部的槽中，两块夹板的中部分别与所述移动板铰接，两块夹板的末端通过连接板30与所述直线夹紧电机的输出端配合，所述直线夹紧电机固定在所述移动板的后部。

如图1和图3所示，所述储存机构4设置于所述上膜机构的一侧，所述储存机构包括储存工位箱体41，所述储存工位箱体上带有电子制冷模块42，所述储存工位箱体的上部和下部分别带有储存上通孔43和储存下通孔44，所述储存上通孔与密封盖45配合，所述密封盖的两端分别与密封连接杆46滑动配合，两个密封连接杆之间固定一个密封连接板47，所述密封连接板的中部安装有密封直线电机48，所述密封直线电机的输出端与所述密封盖连接，两个密封连接杆的上部与所述保护箱体连接。所述储存下通孔与存储托盘配合，所述储存下通孔与存储托盘配合，在所述储存下通孔上放置有储存工位膜筒49，储存托盘深入到所述储存工位膜筒的内部，所述储存托盘由储存直线电机驱动其上下移动。所述储存工位箱体上安装有储存工位门40。所述储存工位箱体内设有温湿度传感器。封闭的储存工位箱体，利用半导体制冷技术，可以对温度进行调节，使温度维持在4℃或者20℃以下。在滤膜保存空间的正上方，每次储存滤膜时电机带动储存存储托盘上升，从储存工位膜桶上升到上通孔的位置，放置滤膜后再下降到储存工位膜桶中，每次存储完滤膜后，加盖一个盖子，保证滤膜存储不受外界空气的影响，防止水分凝结。

为了对整体进行防护，本装置还增加了保护箱体，所述上膜机构、采集机构、机械手、存储机构以及滤膜夹套围置于所述保护箱体内。

本发明首先设计了独立的上膜、卸膜机构，通过高精度的步进电机对上膜和卸膜进行精确控制，并在上膜、卸膜装置上加装红外传感器控制上膜、卸膜的位置，保证了采样器上膜、卸膜操作的准确性。

其次，本发明设计了一种机械手结构，机械手采用高强度、高模量纤维的新型碳纤维材料制成，控制机械手的电机可满足高达30万次的运行时间，其运行精度可精确到0.1mm级别。

第三，采集后滤膜可能会因温湿度影响最终的颗粒物质量，所以本系统在滤膜存储工位设置了温度控制系统，通过半导体制冷技术实现了滤膜存储时温度的可调控制，防止采集后颗粒物的损失。

本装置可以连续工作7天或15天，可以支持16个滤膜的连续工作，和单膜采样器相比，不但减少了大量的人力输出，而且减少了频繁操作过程中出现失误的可能性。采样的连续性和单膜采样器相比得到了提升，大大减少了人工成本以及误操作的可能性。另外，本装置可以将上膜桶内的第一张滤膜作为质控滤膜，和单膜采样器相比，可以方便地验证批次采样滤膜的一致性。单膜采样器如果想增加质控滤膜，则必须在现场增加一台新的采样器放上空白滤膜作为质控滤膜。

以上本申请中出现的电机除了机械手旋转电机35是转动电机外，其他都是直线电机，都能够带动目标物上下移动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。