一种基于单摆原理的微重测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于单摆原理的微重测量方法，属于粒子浓度检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 用钟摆周期变化的来测量摆上质量的变化量。用这种新的称重法来对滤膜进行称 重，来解决颗粒物直读采样过程中的称重问题，实现颗粒物直读采样。现有方法有射线法、 震荡天平法，光学法等。射线法对采样人员、操作人员及生产调试人员有辐射危害；震荡天 平其核心部件加工艺难度较大，国内尚未普及；光学法部件成本，尤其核心部件成本昂贵。 [0003]目前，为了应对、解决因为工业生产和人居生活方式所造成的环境污染问题，尤其 是危害严重的灰霾问题，需要对大气颗粒物质量浓度进行连续、精确、广泛的监测；因而在 遍布各地、数量巨大、体系复杂的环境空气自动监测站点，都把大气颗粒物质量浓度作为主 要的监测项目。
[0004] 本发明涉及钟摆法大气颗粒物质量浓度监测，是涉及一种直读大气颗粒物质量浓 度采样器。该产品可应用于环境监测、安全检查、应急检测、气体分析、生物、化工、科学实验 等诸多领域，特别是环境监测中的一种直读式大气颗粒物采样器。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了 一种基于单摆原理的微重测量方法，利用钟摆周 期特性，多次采样和称重滤膜上的大气颗粒物质，得到精确的大气颗粒物质的质量。
[0006] 一种基于单摆原理的微重测量方法，称重仪器包括采样器和采样器驱动器，采样 器包括下锥拖体和外壳罩；还包括升降体、滤膜压环、摆杆组、轻型滤膜托架、采样器头、0 型圈、橡胶定位圈、光电对射管、凸轮电机组、压簧；下锥拖体内设置有漏斗型腔体，腔体上 方设置有轻型滤膜托架安装槽，并设置有多个环形整列的小孔；所述轻型滤膜托架安装在 下锥拖体的安装槽内；轻型滤膜托架最外围的一圈通过滤膜压环将轻型滤膜托架固定在安 装槽内；所述0型圈安装在下锥拖体的卡槽内；所述外壳罩内设置有安装橡胶定位圈的环 形突壁，橡胶定位圈安装在环形突壁上，在橡胶定位圈上设置有两处锥形凹槽；摆杆组顶端 的连杆放置于橡胶定位圈上的锥形凹槽上；摆杆组底端和轻型滤膜托架通过激光焊接在一 起；所述凸轮电机组安装在升降体的安装架上，升降体通过摆杆组顶端的连杆穿过采样器 头中间的小孔固定；所述光电对射管安装在升降体外侧，并将摆杆组的垂直连杆穿过光电 对射管的对射区域；所述压簧安装在采样器头和升降体配合后的L型空腔内，压簧顶在采 样器头和升降体之间；并通过以下步骤测量采样中所含颗粒物质量：
[0007] Sl :给予摆杆组一个微小动力，摆杆组带动轻型滤膜托架上的滤膜物质一起摆 动；
[0008] S2:通过光电对射管捕捉滤膜物质的摆动周期，并利用以下公式计算摆长的周 期： ?/9
[0009] T =，其中ω为角速度，Θ为摆幅，T为摆的周期； ω
[0010] S3 :根据摆的模型，计算摆上新增颗粒物的转动惯量，通过以下公式计算：
[0011] δ I = Δ rnl2,其中：Δ I为采样颗粒物在本模型的摆上的转动惯量，Δ m是本次所 采样中所含颗粒物质量，1为摆长；
[0012] S4 :根据能量守恒定律计算采样中所含颗粒物质量：
变换后得到：
角速度，Q1为当前摆动中的角速度；[0015] 带入上述求解得到： 其中，I。为摆的原始转动惯量，ω。为原始摆动中的 9
[0017] S5 :计算得到的Am为最终需要求得的采样中所含大气颗粒物质量。
[0018] 进一步的，凸轮电机组的带动，升降体在自身重力和凸轮电机组辅助压力下、压缩 压簧，开始下降，直到升降体压紧滤膜压环过密封介质〇型圈和下锥拖体把轻型滤膜托架 上面的滤膜形成密封环境。
[0019] 进一步的，在采样一定时间段，采样驱动器停止采样，等待采样器内气流、气压稳 定后，通过采样器驱动器控制凸轮电机组，压缩压簧利用采样器头的支撑平台提供弹力，在 凸轮电机组的作用下使升降体缓慢为平稳上升，升降体上升到摆杆组的高度，托着摆杆组 继续上升，直到摆杆组下端连接的轻型滤膜托架距离下锥拖体的高度足够摆动空间，给予 摆杆组一个微小动力，摆杆组带动轻型滤膜托架上的滤膜物质一起参与摆动，根据光电对 射管捕捉的摆动周期，计算出新的质量，与之前的质量求差即可得到采样质量。
[0020] 进一步的，所述轻型滤膜托架（6)包括三个同心圆，同心圆之间通过4根连接杆固 定。
[0021] 本发明的有益效果：本发明将为颗粒物直读采样提供一种新的采样方式，将极大 的摆脱了因为现有加工工艺及技术能力所限而采用射线法等对采样人员有害的采样方法； 并且本采样方法将作为一种新的采样方法应用于颗粒物采样，与现有的颗粒物采样器对比 将极大的提高了采样人员的工作效率，节省了回实验室进行烘干称重等一系列的操作，更 不需要考虑在从采样点回实验室途中的样品保存问题，还可远程控制和数据传输直接实现 了一个采样人员完成整个实验室十数个人人甚至数十个人的工作
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的采样器结构剖视图；
[0023] 图2为本发明的未安装外壳罩时采样器结构剖视图；
[0024] 图3为本发明的未安装外壳罩时采样器结构图。
【具体实施方式】
[0025] 如图1、图2和图3所示，采样器包括下锥拖体⑴和外壳罩（2);还包括升降体 (3) 、滤膜压环（4)、摆杆组（5)、轻型滤膜托架（6)、采样器头（7)、0型圈（8)、橡胶定位圈 (9)、光电对射管（10)、凸轮电机组（11)、压簧（12);下锥拖体（1)内设置有漏斗型腔体， 腔体上方设置有轻型滤膜托架（6)安装槽，并设置有多个环形整列的小孔；所述轻型滤膜 托架（6)安装在下锥拖体（1)的安装槽内；轻型滤膜托架（6)最外围的一圈通过滤膜压环 (4) 将轻型滤膜托架（6)固定在安装槽内；所述0型圈（8)安装在下锥拖体（1)的卡槽内； 所述外壳罩（2)内设置有安装橡胶定位圈（9)的环形突壁（21)，橡胶定位圈（9)安装在环 形突壁（21)上，在橡胶定位圈（9)上设置有两处锥形凹槽（91);摆杆组（5)顶端的连杆放 置于橡胶定位圈（9)上的锥形凹槽（91)上；摆杆组（5)底端和轻型滤膜托架（6)通过激 光焊接在一起；所述凸轮电机组（11)安装在升降体（3)的安装架上，升降体（3)通过摆杆 组（5)顶端的连杆穿过采样器头（7)中间的小孔固定；所述光电对射管（10)安装在升降体 ⑶外侧，并将摆杆组（5)的垂直连杆穿过光电对射管（10)的对射区域；所述压簧（12)安 装在采样器头（7)和升降体（3)配合后的L型空腔内，压簧（12)顶在采样器头（7)和升降 体（3)之间；所述采样器驱动器和凸轮电机组（11)连接；所述轻型滤膜托架（6)包括三个 同心圆，同心圆之间通过4根连接杆固定。
[0026] 通过外接的采样器驱动器，带动凸轮电机组（11)，