一种仿生气体吸附采样装置的制作方法

本发明属机械工程技术领域，具体涉及一种仿生气体吸附采样装置。

背景技术：

气体吸附采样广泛存在于分析化学实验、环境卫生学的气体检测等方面。面对所测物质含量稀少的状况，需要先通过吸附装置对气体富集采样之后再进行测量，因此，气体吸附速率对气体检测精度和准度具有重要影响。随着监测力度和采样要求的逐步提高，对吸附装置的要求也越来越严格和多样化，需要更加便捷、高效的吸附装置。而且实际采样时面临环境复杂多变，如所测气体流向多变等问题，则需要吸附装置自动调节位置，以提高吸附效率。

蛇类舌头灵敏的嗅觉功能在其生理活动中发挥着重要的作用，研究发现蛇类舌头表面存在大量微面、微孔和片状褶皱结构，在吐舌采集气味过程中，蛇舌表面的褶皱结构改变气流流场分布，能延长舌体与气味分子的接触时间，提高气体吸附效率、增强嗅觉的灵敏性。

向日葵会根据太阳的不同位置，改变自己花盘的朝向，从而充分利用太阳光，据此对气体吸附采样装置自动调节功能进行仿生设计，具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能提高气体吸附速率和效率的仿生气体吸附采样装置。该仿生装置根据蛇舌表面分布大量微面、微孔和片状褶皱结构设计吸附采样装置的吸附腔外壳结构，提高气体吸附效率；根据向日葵根据太阳的不同位置改变自己花盘的朝向设计吸附采样装置自动调节机构，从而实现对不同风向的适应，提高吸附速率。

本发明由外壳体A、内壳体B、壳体底座C、风向传感器组D、连接杆Ⅰ1、驱动铰链Ⅰ2、连接杆Ⅱ3、驱动铰链Ⅱ4、基座5和气体吸附剂6组成，壳体底座C由外壳底座17和内壳底座19固接而成，外壳底座17和内壳底座19均为圆柱体，外壳底座17边缘设有外螺纹Ⅰ16，内壳底座19边缘设有外螺纹Ⅱ18；

外壳底座直径d₅为50mm，外壳底座高h₁为5-10mm；内壳底座直径d₆为40mm，内壳底座高h₂为5-10mm；基座5为圆柱体，基座直径d₇为60-80mm，基座高h₃为20-30mm；风向传感器组D由8个风向传感器20组成，8个风向传感器20分两组均布于基座5的圆柱面上，两组风向传感器20的间距L₇为5-8mm；外壳体A中右壳体Ⅰ8的内螺纹Ⅰ11与壳体底座C中外壳底座17的外螺纹Ⅰ16螺纹连接；内壳体B中右壳体Ⅱ13的内螺纹Ⅱ15与壳体底座C中内壳底座19的外螺纹Ⅱ18螺纹连接；连接杆Ⅰ1左端与壳体底座C的外壳底座17右端固接，连接杆Ⅰ1右端经驱动铰链Ⅰ2与连接杆Ⅱ3上端活动连接，可实现采样装置竖直方向的转动；连接杆Ⅱ3下端经驱动铰链Ⅱ4与基座5的上端中心活动连接，可实现采样装置水平方向的转动；气体吸附剂6置于内壳体B的空腔中，可实现对所需采样气体的吸附。

所述的外壳体A由左壳体Ⅰ7、右壳体Ⅰ8和仿生挡板10组成，其中左壳体Ⅰ7为半球形，其半径r₁为25mm；右壳体Ⅰ8为圆柱形管，其外圆直径d₁为50mm、长L₁为78-80mm，右壳体Ⅰ8近右端设有内螺纹Ⅰ11；左壳体Ⅰ7上设有13个孔Ⅰ9,自上而下分三层设置，其中半球顶端设1个，其他二层各设6个，分别均布于该层的圆周上，二层的间距L₂为10mm；右壳体Ⅰ8上设有72个孔Ⅰ9,自左至右分六层设置，每层12个均布于该层的外圆周上，且相邻两层的孔Ⅰ9不错位排列，每二层的间距L₃为10mm；孔Ⅰ直径d₂为3mm；左壳体Ⅰ7和右壳体Ⅰ8的壁厚t₁为2-4mm；左壳体Ⅰ7右端与右壳体Ⅰ8左端固接；仿生挡板10共有30个，每个仿生挡板10为由二同心圆弧组成的扇环，其中小圆弧半径r₂为25mm，大圆弧半径r₃为30mm，二圆弧的圆心角β为40°，仿生挡板厚度t₂为2-4mm；仿生挡板10分五层，每层6个均布并固接于右壳体Ⅰ8的外圆周上，且五层仿生挡板10间隔排列于右壳体Ⅰ8的六层孔Ⅰ9正中间；每个仿生挡板10的中心与两相邻层外壳体孔2中心在一条直线上；相邻层的仿生挡板10交错排列，交错角α为30°；仿生挡板10的扇形平面与右壳体Ⅰ8的纵轴线垂直。

所述的内壳体B由左壳体Ⅱ12和右壳体Ⅱ13组成，其中左壳体Ⅱ12为半球形，半径r₄为20mm，右壳体Ⅱ13为圆柱形管，其外圆直径d₃为40mm、长L₄为60-65mm，右壳体Ⅱ13近右端设有内螺纹内螺纹Ⅱ15；

左壳体Ⅱ12上设有13个孔Ⅱ14,自上而下分三层设置，其中半球顶端设1个，其他二层各设6个，分别均布于该层的圆周上，二层的间距L₅为8mm；右壳体Ⅱ13上设有96个孔Ⅱ14，自左至右分六层设置每层16个均布于该层的外圆周上，且相邻两层的孔Ⅱ14不错位排列，每两层的间距L₆为8mm；孔Ⅱ直径d₄为3mm；

左壳体Ⅱ12和右壳体Ⅱ13的壁厚t₃为2-4mm；左壳体Ⅱ12右端与右壳体Ⅱ13左端固接。

本发明的工作过程和原理如下：当含有采样气体的气流流经采样装置时，基座5上的两组风向传感器20对风速风向进行感应判断，通过驱动铰链Ⅰ2和驱动铰链Ⅱ4使连接杆Ⅰ1和连接杆Ⅱ3转动响应角度，达到外壳体A尖端正对来风方向的最佳吸附效果，提高吸附速率。

气体进行吸附过程中，外壳体A阻挡过滤掉大颗粒污染物，气流经过外壳体A上的仿生挡板10，气流发生扰动，气流流场发生变化，流速降低，气体与外壳体A的接触时间延长，使更多的气体经孔Ⅰ9、孔Ⅱ14被内壳体B中的气体吸附剂吸附，提高了吸附效率。

本发明在工作状态下能根据不同风向改变吸附装置朝向，达到最佳吸附效果，能提高采样速率，同时仿生挡板对流场的改变能延长吸附剂对流过气体的吸附时间、提高吸附效率。

附图说明

图1为仿生气体吸附采样装置的结构示意图

图2为外壳体的主视图

图3为外壳体的左视图

图4为图2中a-a截面示意图

图5为仿生挡板的结构示意图

图6为内壳体的主视图

图7为内壳体的左视图

图8为壳体底座的主视图

图9为壳体底座的左视图

图10为基座的主视图

图11为基座的俯视图

其中：A.外壳体 B.内壳体 C.壳体底座 D.风向传感器组 1.连接杆Ⅰ 2.驱动铰链Ⅰ 3.连接杆Ⅱ 4.驱动铰链Ⅱ 5.基座 6.气体吸附剂 7.左壳体Ⅰ 8.右壳体Ⅰ 9.孔Ⅰ 10.仿生挡板 11.内螺纹Ⅰ 12.左壳体Ⅱ 13.右壳体Ⅱ 14.孔Ⅱ 15.内螺纹Ⅱ 16.外螺纹Ⅰ 17.外壳底座 18.外螺纹Ⅱ 19.内壳底座 20.风向传感器

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细叙述：

如图1所示，本发明由外壳体A、内壳体B、壳体底座C、风向传感器组D、连接杆Ⅰ1、驱动铰链Ⅰ2、连接杆Ⅱ3、驱动铰链Ⅱ4、基座5和气体吸附剂6组成，其中外壳体A中右壳体Ⅰ8的内螺纹Ⅰ11与壳体底座C中外壳底座17的外螺纹Ⅰ16螺纹连接；内壳体B中右壳体Ⅱ13的内螺纹Ⅱ15与壳体底座C中内壳底座19的外螺纹Ⅱ18螺纹连接；连接杆Ⅰ1左端与壳体底座C的外壳底座17右端固接，连接杆Ⅰ1右端经驱动铰链Ⅰ2与连接杆Ⅱ3上端活动连接，连接杆Ⅱ3下端经驱动铰链Ⅱ4与基座5的上端中心活动连接；

气体吸附剂6置于内壳体B的空腔中。

如图2-5所示，所述的外壳体A由左壳体Ⅰ7、右壳体Ⅰ8和仿生挡板10组成，其中左壳体Ⅰ7为半球形，其半径r₁为25mm；右壳体Ⅰ8为圆柱形管，其外圆直径d₁为50mm、长L₁为78-80mm，右壳体Ⅰ8近右端设有内螺纹Ⅰ11；左壳体Ⅰ7上设有13个孔Ⅰ9,自上而下分三层设置，其中半球顶端设1个，其他二层各设6个，分别均布于该层的圆周上，二层的间距L₂为10mm；右壳体Ⅰ8上设有72个孔Ⅰ9,自左至右分六层设置，每层12个均布于该层的外圆周上，且相邻两层的孔Ⅰ9不错位排列，每二层的间距L₃为10mm；

孔Ⅰ直径d₂为3mm；左壳体Ⅰ7和右壳体Ⅰ8的壁厚t₁为2-4mm；左壳体Ⅰ7右端与右壳体Ⅰ8左端固接；仿生挡板10共有30个，每个仿生挡板10为由二同心圆弧组成的扇环，其中小圆弧半径r₂为25mm，大圆弧半径r₃为30mm，二圆弧的圆心角β为40°，仿生挡板厚度t₂为2-4mm；仿生挡板10分五层，每层6个均布并固接于右壳体Ⅰ8的外圆周上，且五层仿生挡板10间隔排列于右壳体Ⅰ8的六层孔Ⅰ9正中间；每个仿生挡板10的中心与两相邻层外壳体孔2中心在一条直线上；相邻层的仿生挡板10交错排列，交错角α为30°；仿生挡板10的扇形平面与右壳体Ⅰ8的纵轴线垂直。

如图6-7所示，所述的内壳体B由左壳体Ⅱ12和右壳体Ⅱ13组成，其中左壳体Ⅱ12为半球形，半径r₄为20mm，右壳体Ⅱ13为圆柱形管，其外圆直径d₃为40mm、长L₄为60-65mm，右壳体Ⅱ13近右端设有内螺纹内螺纹Ⅱ15；左壳体Ⅱ12上设有13个孔Ⅱ14,自上而下分三层设置，其中半球顶端设1个，其他二层各设6个，分别均布于该层的圆周上，二层的间距L₅为8mm；右壳体Ⅱ13上设有96个孔Ⅱ14，自左至右分六层设置每层16个均布于该层的外圆周上，且相邻两层的孔Ⅱ14不错位排列，每两层的间距L₆为8mm；

孔Ⅱ直径d₄为3mm；左壳体Ⅱ12和右壳体Ⅱ13的壁厚t₃为2-4mm；左壳体Ⅱ12右端与右壳体Ⅱ13左端固接。

如图8-9所示，所述的壳体底座C由外壳底座17和内壳底座19固接而成，外壳底座17和内壳底座19均为圆柱体，外壳底座17边缘设有外螺纹Ⅰ16，内壳底座19边缘设有外螺纹Ⅱ18；外壳底座直径d₅为50mm，外壳底座高h₁为5-10mm；内壳底座直径d₆为40mm，内壳底座高h₂为5-10mm。

如图10-11所示，所述的基座5为圆柱体，基座直径d₇为60-80mm，基座高h₃为20-30mm；所述的风向传感器组D由8个风向传感器20组成，8个风向传感器20分两组均布于基座5的圆柱面上，两组风向传感器20的间距L₇为5-8mm。

针对不同气体吸附采样具体实施方式如下：进行二氧化碳气体吸附采样时，气体吸附剂6为二氧化碳吸附剂；进行甲烷气体吸附采样时，气体吸附剂6为甲烷吸附剂；进行甲醛气体吸附采样时，气体吸附剂6为甲醛吸附剂。