一种超大流量气溶胶采样检测系统的制作方法

本发明涉及环境监测设备领域，具体涉及一种超大流量气溶胶采样检测系统。

背景技术：

1、气溶胶是以固体或液体为分散质，以气体为分散介质所形成的溶胶，是环境监测和研究中重点关注的对象之一。根据环保总局发布的技术要求，按采样流量将气溶胶采样器分为工作点流量6m3/h的中流量采样器和工作点流量63m3/h的大流量采样器。然而，若待测污染物浓度更低，则需要采样器提供的采样流量至少超过450m3/h，一般将满足此采样流量的气溶胶采样器称为超大流量气溶胶采样器。

2、现有的超大流量气溶胶采样设备主要存在以下几个问题：首先，现有设备自动化程度低，难以在无人值守的工作条件下保持长时间运行，一旦在工作过程中出现了设计流程以外的错误，往往只能依靠人工辅助以解决问题继续工作。其次，现有设备往往只实现气溶胶采样这一单一功能，采集得到的样本需要配合其他外部设备或者送往专业机构才能完成测试、分析，在实际应用中往往使得作业愈加繁复，缺乏适用性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种超大流量气溶胶采样检测系统，能够一体化实现超大流量气溶胶采样和检测，并保证在长时间无人值守的情况下正常工作。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、一种超大流量气溶胶采样检测系统，包括：控制纠错模块、载板转运模块、采样模块、检测模块和滤膜转运模块；

4、所述控制纠错模块判断、控制并记录所述采样模块、所述检测模块、所述载板转运模块和所述滤膜转运模块的工作状态，同时通过设置传感器实现故障的识别；

5、所述载板转运模块运载承载滤膜的载板，将载板在位于所述采样模块的采集工位、位于所述检测模块的检测工位和位于所述滤膜转运模块的上下料工位之间进行转运；

6、所述采样模块将气溶胶从空气中采样至载板承载的滤膜上；

7、所述检测模块实现对滤膜上的目标成分检测；

8、所述滤膜转运模块实现滤膜从上料区至载板的转运，以及从载板至下料区的转运。

9、较佳地，所述控制纠错模块，包括：中央处理器、功能传感器组、原点传感器组和保险传感器组；所述功能传感器组、所述原点传感器组和所述保险传感器组的输出接入所述中央处理器；所述中央处理器控制并记录所述采样模块、所述检测模块、所述载板转运模块和所述滤膜转运模块的工作状态；

10、所述功能传感器组包括：分别安装于所述采集工位、所述检测工位和所述上下料工位，用于判断载板是否到位的工位传感器组；以及安装于所述上下料工位，用于检测载板上对应位置的滤膜存在与否的滤膜传感器组；以及安装于所述滤膜转运模块中用于判断所需转运的滤膜位置的抓取判断传感器；

11、所述保险传感器组中的传感器和功能传感器一一对应且相邻安装，作为对应功能传感器的备用传感器；

12、所述原点传感器组包括分别设置在所述载板转运模块、所述检测模块和所述滤膜转运模块各自的运动机构中的原点传感器；在系统每轮采样作业开始时，由所述原点传感器判断相应的运动机构相对于设定的参考原点的相对位置，以得到校正的位置信息，并将校正的位置信息输出给所述中央处理器，用于位置纠偏。

13、较佳地，所述载板转运模块，包括：第一载板、第二载板和载板平移结构；所述载板平移结构承载并转运所述第一载板和所述第二载板，使所述第一载板和所述第二载板在所述采集工位、所述检测工位、所述上下料工位之间依次循环运动，即当第一载板进行上下料作业时，第二载板同时进行检测作业并在完成后等待；当第一载板进行采样作业时，第二载板同时进行上下料作业并在完成后等待；当第一载板进行检测作业时，第二载板同时进行采样作业，第一载板在完成检测作业后等待；所述第一载板和所述第二载板为结构相同的金属板，所述第一载板和所述第二载板的上表面设置滤膜凹槽用以承载滤膜，每个滤膜凹槽又分别开以镂空以使空气穿过滤膜。

14、较佳地，所述载板平移结构通过伺服电机连接减速机再由同步带传动，驱动第一载板和第二载板在水平方向运动；所述载板平移结构通过伺服电机直接驱动第一载板和第二载板在竖直方向运动。

15、较佳地，所述滤膜转运模块，包括：供料盒、机械手结构、样品盒和贮存室；所述供料盒作为所述上料区，当载板位于所述上下料工位且其上没有滤膜时，由所述机械手结构将所述供料盒中预装载的滤膜抓取安放在载板上；当载板再次回到所述上下料工位时，由所述机械手结构将预先准备好的样品盒作为所述下料区，将载板上的滤膜全部取下放入样品盒后，所述机械手结构将此时装有滤膜的样品盒移入所述贮存室以保存或进一步检测。

16、较佳地，所述机械手结构，由用于实现抓取功能的抓取机构和用于实现三轴方向运动的三轴联动机构组成；所述抓取结构安装于所述三轴联动机构的运动端；所述抓取机构由用于吸取滤膜的真空吸盘和用于夹取样品盒的夹爪组成；所述真空吸盘根据滤膜尺寸决定其数目和排列；所述三轴联动机构以伺服电机组作为动力，以沿三轴方向设置的直线导轨作为运动约束，以直线轴承连接于所述抓取机构，实现对滤膜和样品盒的三轴方向上的搬运。

17、较佳地，所述采样模块包括：上风箱、下风箱、高压风机、采样头、排风管、流量计和变频器；

18、所述高压风机提供驱动力将气体从所述采样头抽入所述上风箱，气体经过载板和载板上的滤膜进入所述下风箱，后由所述排风管排出；

19、当进行采样作业时，所述上风箱和所述下风箱组成除了所述采样头和所述排风管两个连通口外保持气密的腔体；所述流量计安装于所述采样头内，测试当前流经所述采样模块的气体的流量作为采样流量真实值，并输出至所述控制纠错模块；所述控制纠错模块根据采样流量真实值与设定的采样流量要求控制所述变频器，所述变频器调节所述高压风机的工作频率。

20、较佳地，所述检测模块包括：检测仪组和检测仪升降结构；

21、所述检测仪组，根据待检测的目标物质不同而调整设置；所述检测仪组安装在所述检测仪升降结构中，位于所述检测工位正上方；所述检测仪升降结构用于使所述检测仪组沿竖直方向运动；

22、当检测作业开始时，载板被所述载板转运模块转运至所述检测工位，所述检测仪升降结构将所述检测仪组降至检测所需位置进行检测作业；检测作业结束后，所述检测仪升降结构将所述检测仪组升起。

23、较佳地，所述检测模块进一步包括：标记结构、称重结构和加热板；

24、所述标记结构，为条码打印机，在滤膜移出所述采集工位后、进入所述检测工位前，在滤膜上自动打印具备追踪溯源功能的、包含喷码时刻时间信息的编号或条码；

25、所述称重结构，在采样完成的滤膜归入所述样品盒后，对所述样品盒进行称重，将称重信息返回所述控制纠错模块进行记录；

26、所述加热板，其形状与载板一致，并安装于所述采集工位，在采样作业结束后，并在载板移向所述检测工位前，通过所述加热板加热蒸发滤膜水分，以便后续检测和贮存。

27、较佳地，所述原点传感器组选用微型光电传感器；所述工位传感器组和所述保险传感器组选用接近传感器；所述滤膜传感器组选用光纤传感器；所述抓取判断传感器选用激光传感器。

28、有益效果：

29、1、本发明能够通过采样模块和检测模块一体化地实现气溶胶的采样和检测，无需调用其他外部设备或送检以得到结果；同时通过控制纠错模块的设置，系统能够实现长时间无人值守情况下的正常工作，常规的故障可以被自行识别与解决。经过实际应用验证，本发明可以实现90天内无人值守24小时运行的设计目标，自动化程度较好，设备可靠性和应用可适性相对已有设备都得到很大提升。

30、2、本发明通过控制纠错模块中的原点传感器组，实现了系统中运动机构的自动纠偏，在长时间工作的设计要求下，大大降低了系统运动机构的故障率。以及通过控制纠错模块中的保险传感器组，使得系统不会因为个别传感器意外失灵，而导致整个系统功能的停摆，进一步提升了系统的可靠度。

31、3、本发明通过选用机械手结构实现对载板上滤膜的搬运，相较于常见的气溶胶收集系统所采用的滚进、切割滤纸等上料方法其可靠性更强，当设备运行过程中偶然发生错误时，机械手结构的纠错能力也更好；选用机械手结构以完成滤纸的上下料使系统的长时间工作可靠性得到了提升。

32、4、本发明通过两块载板同时在系统中运行的设计，使得系统在对其中一块载板上的滤膜进行检测或更换作业的同时，另一块载板仍能保持采样作业，尽可能地提升了系统对气溶胶的收集效率。

33、5、本发明通过载板平移结构在水平方向上减速机和同步带的设置，能够在保证传动比准确、传动效率较高的前提下提高驱动扭矩，实现了两块载板同时在较长距离上的稳定转运；而在竖直方向上的转运因为行程较短，直接采用精简直接的设计可以进一步提升系统的可靠性。

34、6、本发明通过实践总结出一整套多方面的选型设置，包括各类传感器的选型，直线导轨的选型，减速机的选型，以及运动机构的设置，通过组合这些选用，使得系统整体的可靠性得到大幅提升，最终实现了90天24小时无人值守情形下正常工作的设计目标。

35、7、本发明中检测仪组可以根据待检测的目标物质不同而随时调整，由于系统具有的模块化设置，只要能够考虑到尺寸条件，改装检测仪组、更换检测的目标物质都相对便捷。