合成射流装置及便携式微型颗粒物采样器的制作方法

本实用新型涉及环保领域应用的合成射流装置、便携式微型颗粒物采样器。

背景技术：

在进行大气污染物监测和污染物排放监测时，需要对特定区域的颗粒物进行采样。

传统的大气颗粒物采样，通常采用机械分级的方法来获取不同粒径的颗粒物。机械式分级方法就是初始气体流速不变，通过机械手段来改变气泵出口的大小，以此获得不同流速的气体。之所以要获得不同流速的气体，是由于不同粒径的颗粒物的捕集需要对应不同流速的气体。高流速下，大颗粒物由于惯性大被捕集膜反弹出去，小颗粒物被捕集膜捕集；低流速下，大颗粒物被捕集膜捕集，而小颗粒物没有足够的速度到达捕集膜。

此外，为满足捕集需要，往往需要装备能储存大量气体的腔体。机械分级设备结构复杂、笨重、体积大并且维护困难，运行时需外接交直流电源，而测试人员往往在高处作业，因此携带操作十分不便。

所以，通过上述分析可知，研发出便携式的微型颗粒物采样器显得尤为重要。这也是本领域的发展趋势。但目前，还没有很好的设计思路将采样器做的小型化且便于使用。

例如中国专利CN2016103562813公开了便携式颗粒物采样器，其虽然可以达到采集不同粒径颗粒物的效果，但其整体体积仍然较大。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供一种便携式微型颗粒物采样器，其包括架体，还包括合成射流装置，合成射流装置安装在架体上，合成射流装置的外侧的架体上设置有颗粒物捕集膜机构，所述颗粒物捕集膜机构包括间隔设置的收卷筒和放卷筒，放卷筒和收卷筒之间为颗粒物捕集区，放卷筒上的捕集膜经颗粒物捕集区对颗粒物捕集后由收卷筒回收，收卷筒与用于驱动收卷筒转动的收卷筒驱动机构相连，所述合成射流装置的射流口朝向颗粒物捕集区的捕集膜。

上述合成射流装置包括壳体，所述壳体上设置有射流口，壳体内设置有震动膜，震动膜与射流口之间设置有位于壳体内的集气腔，壳体上还设置有与集气腔连通的入流口；

还包括设置在壳体内的与震动膜的外缘相连的用于驱动震动膜震动的压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与用于驱动压电陶瓷片震动的驱动器电连接；

通过震动膜的震动，集气腔内的气体由射流口射出，形成合成射流。

进一步的是：所述射流口设置在壳体的正面，壳体的背面设置有开孔，所述开孔用于给震动膜的移动提供空间，且开孔的外缘与震动膜之间的缝隙形成所述入流口。

上述便携式微型颗粒物采样器整体结构简单、体积小、成本低、维护方便。与现有技术中对颗粒物进行机械式分级相比，本实用新型通过改变震动膜的震动频率即可实现气体流速的变化，是一种颗粒物的电子分级。

而且，本实用新型具有空气放大效果，本实用新型拥有全开放的气体入口和出口，运行时，由于空气的粘滞效应，一份空气可带动腔体外的几十份空气进入。在同一震动频率下，气体流量远超过集气腔所能供给的气体流量。

上述合成射流装置使用时，通过驱动器可驱动压电陶瓷片震动，压电陶瓷片可带动震动膜震动，震动膜的震动可促使集气腔内气体由射流口射出形成合成射流。上述合成射流的概念与现有技术中关于合成射流的概念类似，合成射流是一种由于激励器交替吹吸周围流体而产生的非连续射流。

本实用新型的合成射流装置结构简单、体积小、气体流速的变化可通过改变震动膜的震动频率来实现。因此，本实用新型可在颗粒物采样器上得到广泛应用，有利于将颗粒物采样器做的微型化。

本实用新型还提供了颗粒物捕集方法，包括上述便携式微型颗粒物采样器，通过开启驱动器，使得气体由射流口射出至颗粒物捕集区对应的捕集膜上，通过捕集膜对气体中的颗粒物进行捕集，通过收卷筒回收捕集完毕的捕集膜，同时放卷筒放出新的捕集膜，通过驱动器改变压电陶瓷片的震动频率，进而改变震动膜的震动频率，使得射流口射出的气体流速得到改变，通过新的捕集膜对颗粒物进行捕集，其中，捕集粒径大的颗粒物所需的气体流速要小于捕集粒径小的颗粒物所需的气体流速。

本实用新型的有益效果是：结构简单、体积小、成本低、维护方便。本实用新型具有空气放大效果，本实用新型拥有全开放的气体入口和出口，运行时，由于空气的粘滞效应，一份空气可带动腔体外的几十份空气进入。在同一震动频率下，气体流量远超过集气腔所能供给的气体流量。

附图说明

图1为壳体的背面、震动膜以及驱动器的示意图；

图2为壳体的正面、震动膜、压电陶瓷片以及射流口的示意图；

图3为便携式微型颗粒物采样器的示意图；

图4为便携式微型颗粒物采样器使用时的第一状态示意图；

图5为便携式微型颗粒物采样器使用时的第二状态示意图；

图6为便携式微型颗粒物采样器使用时的第三状态示意图；

图中标记为：壳体1，震动膜2，集气腔3，驱动器4，压电陶瓷片5，射流口6，收卷筒7，放卷筒8，捕集膜9，入流口10，使用完毕的捕集膜91，新的捕集膜92。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型应用的合成射流装置，包括壳体1，所述壳体1正面设置有射流口6，壳体1内设置有震动膜2，震动膜2与射流口6之间设置有位于壳体1内的集气腔3，壳体1上还设置有与集气腔3连通的入流口10，入流口10的设置方式有多种，如图1所示，可在壳体1的背面设置一个开孔，该开孔给震动膜2提供运动空间，这样可使壳体1本身比较轻薄，上述开孔的外缘与震动膜2之间可设置缝隙，该缝隙可作为入流口10使用，当然也可以直接在壳体1背面设置入流口。还包括设置在壳体1内的与震动膜2的外缘相连的用于驱动震动膜震动的压电陶瓷片5，震动膜2的外缘可贴附在压电陶瓷片5上，所述压电陶瓷片5与用于驱动压电陶瓷片5震动的驱动器4电连接；通过震动膜2的震动，集气腔3内的气体由射流口6射出，形成合成射流。上述压电陶瓷片以及驱动器可应用现有技术中的压电陶瓷片和驱动器，现有技术中已经有成熟的用于驱动压电陶瓷片震动以及改变压电陶瓷片震动频率的驱动器，这里就不再赘述。

本实用新型是将压电陶瓷片的技术应用到颗粒物采集器上。具体应用时，可将上述合成射流装置与捕集膜结合使用。例如，通过将捕集膜搁置在射流口的前方，即可捕集射流口处射出的气流携带的颗粒物。捕集完毕后，可更换新的捕集膜，然后改变震动膜的震动频率，进而使得射流口处的气体流速发生变化，这样可捕集其它粒径尺寸的颗粒物。以此类推。

更重要的是，本实用新型结合射流技术，设计出符合本领域发展趋势的小型化且便于使用的采样器。以下将介绍本实用新型的便携式微型颗粒物采样器。

如图3所示，本实用新型的便携式微型颗粒物采样器，包括架体，还包括上述合成射流装置，合成射流装置安装在架体上，合成射流装置的外侧的架体上设置有颗粒物捕集膜机构，所述颗粒物捕集膜机构包括间隔设置的收卷筒7和放卷筒8，放卷筒8和收卷筒7之间为颗粒物捕集区，放卷筒8上的捕集膜9经颗粒物捕集区对颗粒物捕集后由收卷筒7回收，收卷筒7与用于驱动收卷筒转动的收卷筒驱动机构相连，所述合成射流装置的射流口6朝向颗粒物捕集区的捕集膜9。上述收卷筒和放卷筒安装在架体上后，都可转动，上述收卷筒驱动机构实施方式有多种，例如可以是一个安装在收卷筒一端的手柄，通过手摇手柄可带动收卷筒转动，还可以是电机和传动机构，电机通过传动机构与收卷筒相连，通过电机和传动机构带动收卷筒转动，传动机构可以是同步带等传动机构。上述捕集膜的设置方式有多种，例如，可在放卷筒上缠绕输送带，输送带上间隔设置多块捕集膜，输送带的一端安装在放卷筒上，输送带的另一端安装在收卷筒上。

本实用新型的便携式微型颗粒物采样器工作流程如下:

如图4所示，捕集膜9运动至射流口6的正对位置，调节压电陶瓷片5的电压信号，震动膜2向背离射流口6的方向运动，气体被抽入集气腔3。

如图5所示，震动膜2在压电陶瓷片5的驱动下，朝射流口6方向运动，集气腔3内气体快速由射流口6射出，产生合成射流，同时，由于空气的粘滞效应，带动入流口10的大量气体进入集气腔3，与集气腔3内的气体一同流向捕集膜9。其中，射流口6射出的气体流速由震动膜2的震动频率决定。震动频率越快，气体流速越大，震动频率越低，气体流速越小。常用的频率控制在5-40kHz。当然，可根据需要捕集的颗粒物的粒径以及捕集膜9距离射流口6的远近进行适当调整即可。

如图6所示，颗粒物被捕集，收卷筒7收集使用完毕的捕集膜91，放卷筒8释放新的捕集膜92。再按照上述方法，不断循环往复，实现对不同粒径的颗粒物的捕集。

本实用新型的便携式微型颗粒物采样器的工作原理：

1、采用合成射流的技术。合成射流是一种由于激励器交替吹吸周围流体而产生的非连续射流，它具有仅对外输出动量而输出质量为零的显著特征。本实用新型的激励器由压电陶瓷片、震动膜、集气腔等构成。激励器开始工作时，压电陶瓷片在周期性变化的电压信号作用下发生逆压电效应，从而使震动膜产生周期性震动，输入的电能转化为动能，从而在射流口处产生非定常射流。射流提供的气体速度很大，远大于腔体抽吸所能提供的气体速度。

2、调节外接电压信号改变震动膜的震动频率，控制射流口处的气体流速。

3、空气放大效果，本实用新型拥有全开放的气体入口和出口，运行时，由于空气的粘滞效应，一份空气可带动腔体外的几十份空气进入。在同一震动频率下，气体流量远超过集气腔所能供给的气体流量。

4、颗粒物捕集膜由放卷筒和收卷筒驱动，具有一定的粘性。高流速下，大颗粒物由于惯性大被捕集膜反弹出去，小颗粒物被捕集；低流速下，大颗粒物被捕集，小颗粒物没有足够的速度到达捕集膜。

综合以上四点，此便携式微型颗粒物采样器提供一个可调、稳定且足够大的气体流速，能够方便快捷的捕集颗粒物。

本实用新型的采样器通过TSI-dustrak8540检测仪测试，流速40m/s的时候，捕集颗粒效率大约为60％。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。