一种大气环境监测智能采样装置的制作方法

1.本实用新型涉及环境监测技术领域，更具体地说，它涉及一种大气环境监测智能采样装置。


背景技术：

2.近年来，我国在环境监测领域持续发力，随着国家空气质量监测网络的初步建成，大气环境监测站房的日常运维压力也随即加大，亟待提出一种大气环境监测站运维问题的有效解决方案并提高监测数据有效性。
3.目前市场上传统的大气环境采样管采用恒定的采样泵工率，缺乏采样流量感知和远程控制功能，在实际实用过程中常常出现管路异常堵塞、漏气、管内空气异常冷凝等状况，需要空气站运维人员手动排查问题并现场操作采样设备以恢复正常采样；传统的采样管加热方式为恒定加热功率，缺乏加热功率智能控制功能，运行能耗成本居高不下；传统的采样管采用焊接及胶水粘合的方式连接采样管主体，连接工艺落后，使用一定的周期后，常出现漏气现象，而主体的拆卸时不仅需耗费大量人力成本，同时还导致站房维护期间监测缺位；采样管故障频发不仅使得运维的人工、能耗成本增大，同时还导致环境空气样品不能得到准确监测等问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种大气环境监测智能采样装置，具有提高了环境空气监测站的样品采集数据准确性同时降低了空气站房现场运维成本的优点。
5.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种大气环境监测智能采样装置，包括：用于采集大气环境样品并对所述样品进行监测的采样管主体、及用于使所述采样管主体内形成负压的采样泵；所述采样泵与所述采样管主体连通；在所述采样管主体上设置有嵌入式控制系统、用于监控采样流量的采样流量控制模块、用于监控采样温湿度的采样温湿度控制模块、及用于收发远程控制信号的无线通信模块；所述嵌入式控制系统分别与所述采样流量控制模块、采样温湿度控制模块和无线通信模块电连接。
6.可选的，所述采样管主体包括：用于采集大气环境样品并对所述样品进行室外段温湿度监测的第一主体、用于接收并对所述第一主体采集的大气样品进行动态加热和室内段温湿度监测的第二主体、及用于支撑所述第二主体的第三主体；所述第一主体的一端与大气环境连通，所述第一主体的另一端与第二主体连通；所述第三主体与支撑面固定连接；所述第一主体、第二主体和第三主体依次首尾可拆卸连接；所述采样泵与所述第二主体连通。
7.可选的，在所述第一主体、第二主体和第三主体的连接处均设置有快拆式连接环；在所述快拆式连接环内设置有用于提高气密性的密封环。
8.可选的，所述第一主体包括：用于采集大气环境样品的纯采样管、用于防止雨水进
入所述纯采样管的防水环、及用于对所述纯采样管采集的大气样品进行室外段温湿度监测的气象监测箱；所述纯采样管的一端与大气环境连通，所述纯采样管的另一端与第二主体连通；所述防水环安装在纯采样管的上端部；所述气象监测箱安装在所述纯采样管上且与纯采样管连通。
9.可选的，所述第二主体包括：用于接收并对所述纯采样管采集的大气样品进行动态加热和室内段温湿度监测的竹节管、及可供空气站常规因子分析仪进行采样监测的采样管支路；所述竹节管的一端与所述纯采样管连通，所述竹节管的另一端与所述采样泵连通；所述采样管支路设置在所述竹节管上且与竹节管连通；所述第三主体可拆卸设置在所述竹节管的下端部。
10.可选的，在所述竹节管上设置有采样软管、用于对大气样品进行室内段温湿度监测的温湿度传感器、及用于对竹节管内的大气样品进行动态加热的加热组件；所述采样软管的一端与所述竹节管连通，所述采样软管的另一端与所述采样泵连通。
11.可选的，所述加热组件包括：用于对竹节管内的大气样品进行加热的加热带、及用于降低竹节管内温度损耗的隔热保温棉；所述加热带和隔热保温棉均可拆卸设置在所述竹节管内。
12.可选的，所述第三主体包括：支撑底座、及用于支撑所述竹节管的可伸缩调节管；所述支撑底座安装在支撑面上；所述可伸缩调节管的一端安装在所述支撑底座上，所述可伸缩调节管的另一端与所述竹节管可拆卸连接。
13.可选的，所述嵌入式控制系统为控制器和可触控显示屏；所述采样流量控制模块为流量传感器；所述采样温湿度控制模块为温度传感器和湿度传感器；所述无线通信模块为蓝牙设备和/或wifi设备。
14.综上所述，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
15.1.当本装置运行时，采样泵自动启动，大气样品由采样管主体上端的采样口进入，从采样泵排气口流出，当气体流经采样管时供给各分析仪正常进样；温湿度传感器和流量传感器与嵌入式控制系统电连接，实时感知室内外温湿度与采样流量，在显示模块实时显示；用户可通过触控显示屏，设定采样温度、加热功率、采样流量，系统控制加热组件和采样泵完成相对应的指令，实现温度和流量智能调节。
16.2.区别于传统的大气环境采样管，本装置依托智能物联网平台，引入嵌入式控制系统，实现大气环境采样管采样状态远程监控，采样管故障判断，自动报警；实现采样流量、温度、湿度、加热温度、加热功率实时监控，智能调节；实现采样管运转情况故障判断，自动报警等功能。
17.3.本装置各部分连接处均采用快拆式连接环，拆解时无需使用螺丝刀等工具，可手动快速拆解，便于设备检修与故障排查，降低运维人工成本及故障排查难度；快拆连接装置中间设置有密封环，可保证其气密性符合要求。
18.4.本装置区别于传统的采样管加热方式，系统智能识别室内外温湿度差，进而控制加热组件的加热功率，实现动态加热，避免空气样品进入室内管路时冷凝水的出现，防止因部分空气样品冷凝导致的监测数据波动，确保了空气样品的有效性；此外，动态加热避免了不必要的能量损耗，降低了一定的运维成本。
附图说明
19.图1是本实用新型的立体结构示意图；
20.图2是本实用新型的整体结构示意图；
21.图3是本实用新型中嵌入式控制系统的结构示意图；
22.图4是本实用新型的系统模块示意图。
23.图中：1、采样管主体；11、第一主体；111、纯采样管；112、防水环；113、气象监测箱；12、第二主体；13、第三主体；131、支撑底座；132、可伸缩调节管；2、采样泵；3、采样软管；4、加热组件；5、嵌入式控制系统。
具体实施方式
24.为使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。
25.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。
28.如图1和图2所示，本实用新型提供了一种大气环境监测智能采样装置,包括：用于采集大气环境样品并对所述样品进行监测的采样管主体1、及用于使所述采样管主体1内形成负压的采样泵2；所述采样泵2与所述采样管主体1连通；在所述采样管主体1上设置有嵌入式控制系统5、用于监控采样流量的采样流量控制模块、用于监控采样温湿度的采样温湿度控制模块、及用于收发远程控制信号的无线通信模块；所述嵌入式控制系统5分别与所述采样流量控制模块、采样温湿度控制模块和无线通信模块电连接。
29.区别于传统的大气环境采样管，本装置依托智能中心联网平台，引入嵌入式控制系统，实现大气环境采样管采样状态远程监控，采样管故障判断，自动报警；实现采样流量、温度、湿度、加热温度、加热功率实时监控，智能调节；实现采样管运转情况故障判断，自动报警等功能；
30.本实用新型提供的大气环境监测智能采样装置的工作原理如下：当装置运行时，采样泵2自动启动，采样泵2与采样管主体1连通并在采样管主体1内形成负压，大气样品由采样管主体1上端的采样口进入，从采样泵2排气口流出；当气体流经采样管主体1时供给各分析仪正常进样，温湿度控制模块和流量控制模块与嵌入式控制系统连接，实时感知室内外温湿度与采样流量，并在嵌入式控制系统的显示屏上实时显示，用户可通过触控上述显示屏，设定采样温度、加热功率、采样流量、系统控制加热组件和采样泵完成相对应的指令，实现温度和流量智能调节；
31.在本实施例中，采样管主体1外层采用不锈钢材料，且其内部嵌有特氟龙管，可防止长期使用导致管路腐蚀对空气样品造成的影响，装置使用寿命长≥6年；系统配置的采样泵一端与采样管主体1连通，另一端连接室外排气口，排气口中设置有钢丝滤网，防止异物进入采样风扇内造成管路堵塞，采样泵2运行时抽取采样管主体1的气体，形成负压采集空气样品，采样风扇功率能同时满足空气站常规因子的样品采集要求；
32.本装置中的嵌入式控制系统集温度、湿度、流速、流量等参数于一体，区别于传统的工控机(只有简单的温控系统，配备温度控制器和简易温度显示器，显示器不可触控操作)，该装置配有7寸可触控电容显示屏，将采样运行状态可视化，组建一体化智能控制平台，实现采样管路异常状态自动报警，参数自动/手动调节，并设置有网络连接功能，可连接至中心网络平台，实现无人值守，采样参数远程监控与控制；本装置的技术创新解决了环境空气监测站的样品采集数据准确性问题，同时降低了空气站房现场运维成本，在环境空气样品的采集与监测领域具有重要的应用意义
33.进一步地，所述采样管主体1包括：用于采集大气环境样品并对所述样品进行室外段温湿度监测的第一主体11、用于接收并对所述第一主体11采集的大气样品进行动态加热和室内段温湿度监测的第二主体12、及用于支撑所述第二主体12的第三主体13；所述第一主体11的一端与大气环境连通，所述第一主体11的另一端与第二主体12连通；所述第三主体13与支撑面固定连接；所述第一主体11、第二主体12和第三主体13依次首尾可拆卸连接；所述采样泵2与所述第二主体12连通。
34.在本实施例中，采样管主体1由第一主体11、第二主体12和第三主体13三部分构成，其中：第一主体11作为大气样品采集的进气口，可对大气样品进行室外段温湿度监测，并可根据实际采样高度进行定制化加工；第二主体12作为大气样品的主要监测部件，可接收并对第一主体11所采集大气样品进行动态加热和室内段温湿度监测；第三主体13作为支撑部件，起到采样管主体1的支撑作用；第二主体12分别与第一主体11和采样泵2连通，采样泵2工作时使第一主体11形成负压并抽取大气环境的气体样品，气体样品经过第二主体12后再由采样泵2的排气口流出。
35.进一步地，在所述第一主体11、第二主体12和第三主体13的连接处均设置有快拆式连接环；在所述快拆式连接环内设置有用于提高气密性的密封环。
36.在本实施例中，构成采样管主体1的第一主体11、第二主体12和第三主体13各部分连接处均采用快拆式连接环，在安装或拆解时无需使用螺丝刀等工具，可手动快速拆解，便于设备检修与故障排查，快拆连接装置中间设置有密封环，可保证快拆式连接环的气密性符合要求。
37.进一步地，所述第一主体11包括：用于采集大气环境样品的纯采样管111、用于防
止雨水进入所述纯采样管111的防水环112、及用于对所述纯采样管111采集的大气样品进行室外段温湿度监测的气象监测箱113；所述纯采样管111的一端与大气环境连通，所述纯采样管111的另一端与第二主体12连通；所述防水环112安装在纯采样管111的上端部；所述气象监测箱113安装在所述纯采样管111上且与纯采样管111连通。
38.在本实施例中，纯采样管111可根据实际采样高度进行定制化加工；纯采样管111上端部分穿过屋顶后连通外部大气环境，用于采集大气样品的进气口设置在纯采样管111的上端，防水环112设置在纯采样管111与屋顶连接部分以防止雨水进入管路或屋内，气象监测箱113设置在纯采样管111的外侧且与纯采样管111连通，气象监测箱113内设置有温湿度传感器，用于对纯采样管111采集的大气样品进行室外段气体温湿度监测。
39.进一步地，所述第二主体12包括：用于接收并对所述纯采样管111采集的大气样品进行动态加热和室内段温湿度监测的竹节管、及可供空气站常规因子分析仪进行采样监测的采样管支路；所述竹节管的一端与所述纯采样管111连通，所述竹节管的另一端与所述采样泵2连通；所述采样管支路设置在所述竹节管上且与竹节管连通；所述第三主体13可拆卸设置在所述竹节管的下端部。在所述竹节管上设置有采样软管3、用于对大气样品进行室内段温湿度监测的温湿度传感器、及用于对竹节管内的大气样品进行动态加热的加热组件4；所述采样软管3的一端与所述竹节管连通，所述采样软管3的另一端与所述采样泵2连通。
40.在本实施例中，采样软管3为硅胶采样管，采样软管3的一端连通采样泵2，采样软管3的另一端连通竹节管内腔，使采样泵2形成的负压可通过采样软管3进入竹节管内腔；竹节管设计长度为1.5米，竹节管内部设置有加热组件4，该加热组件4可对进入竹节管后的室内段气体样品进行加热，此外，竹节管内部同样设置有温湿度传感器，用于对流经竹节管且加热后的大气样品进行室内段气体温湿度监测。
41.进一步地，所述加热组件4包括：用于对竹节管内的大气样品进行加热的加热带、及用于降低竹节管内温度损耗的隔热保温棉；所述加热带和隔热保温棉均可拆卸设置在所述竹节管内。
42.在本实施例中，加热带设置在竹节管的内部夹层中，可对进入竹节管后的室内段气体样品进行加热，同时还填充有隔热保温棉以降低竹节管内的温度损耗，竹节管内设置的温湿度传感器对加热带加热后的大气样品进行室内段气体温湿度监测；室内段和室外段的两路温湿度传感器通过rs485接口将温湿度数据传输到嵌入式控制系统，系统智能识别室内外温湿度差，进而控制加热带的加热功率，实现动态加热；当室外温度比室内温度高时，加热带启动加热，当室内温度比室外温度高5℃时，控制温度保持恒定；此方案区别于传统的采样管加热方式，避免空气样品进入室内管路时冷凝水的出现，防止因部分空气样品冷凝导致的监测数据波动，确保了空气样品的有效性；此外，动态加热避免了不必要的能量损耗，降低了一定的运维成本。
43.进一步地，所述第三主体13包括：支撑底座131、及用于支撑所述竹节管的可伸缩调节管132；所述支撑底座131安装在支撑面上；所述可伸缩调节管132的一端安装在所述支撑底座131上，所述可伸缩调节管132的另一端与所述竹节管可拆卸连接。
44.在本实施例中，支撑底座131的下端与支撑面(如地面等)固定连接，对装置起支撑作用；可伸缩调节管132的一端安装在支撑底座131上，另一端与竹节管可拆卸连接，可根据实际需求调节进行使用长度调节，从而调节装置的工作高度。
45.进一步地，如图3和图4所示，所述嵌入式控制系统5为控制器和可触控显示屏；所述采样流量控制模块为流量传感器；所述采样温湿度控制模块为温度传感器和湿度传感器；所述无线通信模块为蓝牙设备和/或wifi设备。
46.在本实施例中，控制器在图中未示出，控制器可以采用mcu、plc、微处理器或51/52系列单片机等控制系统设备，显示屏为7寸可触控电容显示屏；温度传感器、湿度传感器和流量传感器均与控制器电连接连接，工作时实时感知室内外温湿度与采样流量，并在可触控电容显示屏上实时显示，用户可通过可触控电容显示屏设定采样温度、加热功率、采样流量、系统控制加热组件和采样泵完成相对应的指令，实现温度和流量智能调节；控制器控制信号的收发可通过蓝牙设备或wifi设备等无线通信设备进行，上述控制信号可接入中心联网平台(如物联网)以提高监测数据有效性。
47.本实用新型的一种大气环境监测智能采样装置，具有提高了环境空气监测站的样品采集数据准确性同时降低了空气站房现场运维成本的优点。
48.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。