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一种自然空气负氧离子作用PM25的实验装置和方法.pdf

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一种 自然 空气 离子 作用 PM25 实验 装置 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910038999

申请日:

20190116

公开号:

CN109596484A

公开日:

20190409

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: G01N15/00;G01N15/04;G01N15/06 主分类号: G01N15/00;G01N15/04;G01N15/06
申请人: 东北林业大学
发明人: 郭继峰;李忠志;郭璟锬;马岩;费禹潇
地址: 150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910038999

授权公告号:

法律状态公告日:

20190409

法律状态类?#20572;?/td>

公开

摘要

本发明公开了一种用于观察获取森林、海滨、瀑布等自然环境中空气负氧离子与PM2.5作用过程与结果的实验装置和方法。本发明避免了由于负氧离子存在时间短的属性而导致的实验室内只能采用人工法制造负氧离子进行实验验证工作的缺陷,适合用于野外自然界尤其是森林环境下可源源不断获得实验用森林负氧离子的实验装置和方法。其组成包括:密闭玻璃容器,检测设备,通气设备,PM2.5进样总成。其特征是:所述的密闭玻璃容器上开若干孔洞用于安装检测设备,通气设备及PM2.5进样总成。本发明用于观察获取森林、海滨、瀑布等自然环境中空气负氧离子与PM2.5作用过程与结果的实验数据。

权利要求书

1.一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置和方法,特别是用于观察获取森林、海滨、瀑布等自然环境中空气负氧离子与PM2.5作用过程与结果的实验装置和方法。其组成包括:密闭玻璃容器,检测设备,通气设备,PM2.5进样总成,其特征是:所述的密闭玻璃容器上开若干孔洞用于安装检测设备,通气设备及PM2.5进样总成。 所述的检测设备包括负氧离子检测仪,PM2.5浓度检测。每个检测仪配置一个ARM微控制器的电路板通过CAN总线与工业计算机进行通讯,接收工业计算发出的控制命令进行测量与数据采集工作。 所述的通气设备包括进气总成,泄压阀总成用于将外部负氧离子空气吹进密闭玻璃容器以及释放玻璃容器内的气压。所述的进气总成和泄压阀总成分别由带ARM微控制器的电路板通过电源与通讯电缆并联连接直流工作电源并与工业计算机进行通讯,接收工业计算机发出的控制命令。 所述的PM2.5进样总成包括PM2.5原料盒,搅拌电机,搅拌控制器,进料口,负压腔,负压风扇,负压控制器等零件。所述的负压控制器由带ARM微控制器的电路板通过电源与通讯电缆并联连接直流工作电源并与工业计算机进行通讯,接收工业计算机发出的控制命令。 2.根据权利要求1所述的一种用于观察获取空气负氧离子与PM2.5作用过程与结果的实验装置和方法其特征是,该方法包括如下步骤: (1)安装过程:将4个橡胶地脚和4个可调地脚螺栓安装在密闭玻璃容器的底座上;将密闭玻璃容器放置在自然野外负氧离子丰富的实验目标地区平整的地面上;调整可调地脚螺栓使密闭玻璃容器水平;陆续将检测设备,通气设备,PM2.5进样总成等装置套上环形胶圈安装在相应孔洞内;连接上述装置的电源接口,通讯接口,连接计算机端通讯接口。 (2)工作过程?#21512;?#32479;上电后,在计算机端通过客户端预制软件向检测设备,通气设备及PM2.5进样总成等装置发出自检命令,待返回工作正常信号后等待操作人员进行实验。实验过程数据可实时传输至计算机存储记录。 (3)拆解过程:实验工作完毕,断开电源、通讯的插拔接口,陆续拆解检测设备,通气设备及PM2.5进样总成等装置;所有设备装置可装箱运离自然野外返回实验室存放?#26009;?#22238;使用。相关数据存储于计算机中用于后期分析研究。

说明书


一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置和方法
技术领域:


本发明涉及PM2.5治理和森林空气负氧离子利用领域。尤其是涉及观察获取森林、
海滨、瀑布等自然环境中空气负氧离子与PM2.5作用过程与结果的实验装置和方法。


背景技术:


PM2.5(环境空气中空气动力学当量?#26412;?#23567;于等于2.5微米的颗粒物)的粒径非常
小,并且吸附大量有毒有害物质,是危害人类健康和大气环?#25345;?#35201;来源。众多学者从物理、
化学、生态学等学科方向尝试研究负氧离子对空气2.5微米(PM2.5)及以下的微尘的捕?#20581;?br>凝聚和沉淀作用效果并获得了许多有益成果。


由于负氧离子存在时间极短,最长不过几十秒钟就被吸收合并,因此传统的研究
过程中一般采用人工用物理或者化学方法获得负氧离子进行实验观察。而以上产生负氧离
子的方法均含有较多种类和比例的副产品粒子对人体不利甚至有害。而且用以上方法获得
的负氧离子参与到实验研究后,其作用结果不能保证负氧离子作用效果的独立性。


在负氧离子产业应用发展方面,人工用物理或者化学方法获得负氧离子产品也由
于上述原因不能得到广泛认可,推广与产业化发?#20849;?#24456;顺利。


理想的负氧离子来源是自然的森林、海洋或者湖泊等处,因此,发明一种能够利用
自然环境中的空气负氧离子进行实验观察的仪器装置十分必要。


发明内容:


本发明的目的是提供一种用于观察获取森林、海滨、瀑布等自然环境中空气负氧
离子与PM2.5作用过程与结果的实验装置和方法。


上述的目的通过以下的技术方案实现:


一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置和方法,其组成包括:密闭玻璃容
器,检测设备,通气设备,PM2.5进样总成。


所述的密闭玻璃容器上开若干孔洞用于安装检测设备及通气设备;密闭玻璃容器
底部安装4个橡胶地脚用于隔离工作时的振动,安装4个可调地脚螺栓用于调整玻璃容器放
置在野外复杂地面时的水平度。


所述的检测设备包括负氧离子检测仪A,负氧离子检测仪B,PM2.5浓度检测仪A,
PM2.5浓度检测仪B以及4个配套环形胶塞;所述的负氧离子检测仪A,负氧离子检测仪B,
PM2.5浓度检测仪A,PM2.5浓度检测仪B通过孔洞安装在密闭玻璃容器上,通过配套环形胶
塞进行空气密闭。每个检测仪配置一个ARM微控制器的电路板,通过电源与通讯电缆并联连
接直流工作电源并与工业计算机进行通讯,接收工业计算发出的控制命令进行测量与数据
采集工作。


所述的通气设备包括进气总成,泄压阀总成。所述的进气总成包括进气滤网,进气
风扇,进气控制器,弹簧逆止阀C。所述的进气滤网安装在密闭玻璃容器的一个开孔上用于
过滤进入密闭容器的空气,所述的进气风扇安装在进气滤网下端的密闭玻璃容器开孔上,
由所述的进气控制器电动控?#30772;?#20572;和转速,用于将外部负氧离子空气吹进密闭玻璃容器;
所述的泄压阀总成包括开度可调泄压阀,泄压控制器,手动控制柄。所述的开度可调泄压阀
安装在密闭玻璃容器的一个开孔上,通过配套环形胶塞进行空气密闭,用于释放玻璃容器
内的气压,由所述的泄压控制器电动控制开关和开度。所述的开度可调泄压阀配备手动控
制柄,除由泄压控制器电动控制调整之外可进行手动调整;所述的进气控制器和泄压控制
器分别由带ARM微控制器的电路板组成,通过电源与通讯电缆并联连接直流工作电源并与
工业计算机进行通讯,接收工业计算机发出的控制命令进行进气风扇的启停、转速,开度可
调泄压阀的开关和开度控制工作。


所述的PM2.5进样总成包括PM2.5原料盒,搅拌电机,搅拌控制器,进料口,弹簧逆
止阀A,PM2.5导流管,弹簧逆止阀B,负压腔,负压风扇,负压控制器,配套环形胶塞,分流气
孔,2个撑紧螺丝。所述的PM2.5原料盒固定在玻璃容器壁上用于存储PM2.5生成原料;所述
的进料口安装在PM2.5原料盒上端;所述的搅拌电机安装在PM2.5原料盒内,由所述的搅拌
控制器电动控?#30772;?#20572;和搅拌速度;所述的PM2.5导流管两端通过弹簧逆止阀A,弹簧逆止阀B
分别连接PM2.5原料盒和负压腔,用于输送PM2.5空气;所述的负压风扇安装在所述的负压
腔内,由所述的负压控制器电动控制用于产生负压将PM2.5空气向玻璃容器内传?#20572;?#25152;述的
负压控制器由带ARM微控制器的电路板组成,并联连接直流工作电源,并通过CAN总线与工
业计算机进行通讯,接收工业计算机发出的控制命令进行负压风扇的启停、转速调整的控
制工作;所述的分流气孔通过所述的配套环形胶塞深入密闭玻璃容器内以分布播撒的方式
传送PM2.5空气至玻璃容器内;所述的2个撑紧螺丝固定在负压腔壁上顶在密闭玻璃容器壁
上用于起固定支撑作用;


所述的自然空气负氧离子作用PM2.5实验装置和方法,该方法包括如下步骤:


(1)安装过程:将4个橡胶地脚和4个可调地脚螺栓安装在密闭玻璃容器的底座上;
将密闭玻璃容器放置在自然野外负氧离子丰富的实验目标地区平整的地面上;调整可调地
脚螺栓使密闭玻璃容器水平;陆续将泄压阀总成,PM2.5进样总成,PM2.5浓度检测仪A,进气
总成,负氧离子检测仪A,PM2.5浓度检测仪B,负氧离子检测仪B,泄压阀总成等装置套上环
形胶圈安装在相应孔洞内;连接上述装置的电源接口,通讯接口,连接计算机端通讯接口。


(2)工作过程?#21512;?#32479;上电后,在计算机端通过客户端预制软件向泄压阀总成,PM2.5
进样总成,PM2.5浓度检测仪A,进气总成,负氧离子检测仪A,PM2.5浓度检测仪B,负氧离子
检测仪B,泄压阀总成等装置发出自检命令,待返回工作正常信号后等待操作人员进行实
验。实验时先根据需要向将,首先向PM2.5进样总成的PM2.5原料盒内填充实验用PM2.5发生
原料,然后控制搅拌电机工作对PM2.5发生原料进行搅拌混合;启动负压风扇将PM2.5通过
弹簧逆止阀A,PM2.5导流管,弹簧逆止阀B,分流气孔吹入密闭玻璃容器,此时PM2.5浓度检
测仪A和PM2.5浓度检测仪B可实时检测PM2.5检测浓度并传输至计算机存储记录;启动进气
风扇将森?#31181;?#30340;负氧离子空气吹入密闭玻璃容器与密闭玻璃容器中的PM2.5进行混合作
用,此时负氧离子检测仪A和负氧离子检测仪B可实时检测负氧离子并传输至计算机存储记
录。


(3)拆解过程:实验工作完毕,断开电源、通讯的插拔接口,陆续拆解泄压阀总成,
PM2.5进样总成,PM2.5浓度检测仪A,进气总成,负氧离子检测仪A,PM2.5浓度检测仪B,负氧
离子检测仪B,泄压阀总成等装置及配套上环形胶圈;清理玻璃密闭容器剩余?#39029;荊?#25286;解4个
橡胶地脚和4个可调地脚螺栓;所有设备装置可装箱运离自然野外返回实验室存放?#26009;?#22238;
使用。相关数据存储于计算机中用于后期分析研究。


本发明的有益效果:


本发明装置和方法适合利用森林、海洋、瀑布等自然环境空气负氧离子进行PM2.5
治理过程和效果的实验。本发明避免了由于负氧离子存在时间短的属性而导致的实验室内
只能采用人工法制造负氧离子进行实验验证工作的缺陷,发明一种可用于野外自然界尤其
是森林、海洋、瀑布?#28982;?#22659;下可源源不断获得实验用自然空气负氧离子的实验装置和方法。
综合运用传感器技术、计算机测控技术、总线技术等方法获取实际实验数据,对大气污?#23616;?br>理的相关理论、技术、方法的探索、分析、验证具有巨大益处。


附图说明:


图1是发明的整体结构示意图。


图2是PM2.5进样总成的结构示意图。


具体实施方式:


实施例1:


一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置和方法,其组成包括:密闭玻璃容器
(1),检测设备,通气设备,PM2.5进样总成(15)。所述的检测设备通过密闭胶圈(17)安装在
密闭玻璃容器上;所述的通气设备通过密闭胶圈(17)安装在密闭玻璃容器上;所述的PM2.5
进样总成(15)安装在密闭玻璃容器(1)外壁上。


实施例2:


根据实施例1所述的一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置和方法。所述的
密闭玻璃容器(1)上开若干孔洞用于安装检测设备及通气设备;密闭玻璃容器底部安装4个
橡胶地脚(9)用于隔离工作时的振动,安装4个可调地脚螺栓(10)用于调整玻璃容器放置在
野外复杂地面时的水平度。


实施例3:


根据实施例1或2所述的一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置和方法。所
述的检测设备包括负氧离子检测仪A(7),负氧离子检测仪B(12),PM2.5浓度检测仪A(11),
PM2.5浓度检测仪B(16)以及4个配套环形胶塞(17);所述的负氧离子检测仪A(7),负氧离子
检测仪B(12),PM2.5浓度检测仪A(11),PM2.5浓度检测仪B(16)通过孔洞安装在密闭玻璃容
器上(1),通过配套环形胶塞进行空气密闭。每个检测仪配置一个ARM微控制器的电路板,通
过电源与通讯电缆(18)并联连接直流工作电源并与工业计算机进行通讯,接收工业计算发
出的控制命令进行测量与数据采集工作。


实施例4:


根据实施例1或2或3所述的一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置和方法。
所述的通气设备包括进气总成(2),泄压阀总成(11)。所述的进气总成包括进气滤网(3),进
气风扇(4),进气控制器(5),弹簧逆止阀C(6)。所述的进气滤网(3)安装在密闭玻璃容器(1)
的一个开孔上用于过滤进入密闭容器的空气,所述的进气风扇(4)安装在进气滤网下端的
密闭玻璃容器(1)的一个开孔上,由所述的进气控制器(5)电动控?#30772;?#20572;和转速,用于将外
部负氧离子空气吹进密闭玻璃容器(1);所述的泄压阀总成(11)包括开度可调泄压阀(12),
泄压控制器(13),手动控制柄(14)。所述的开度可调泄压阀(12)安装在密闭玻璃容器(1)的
一个开孔上,通过配套环形胶塞(17)进行空气密闭,用于释放玻璃容器内的气压,由所述的
泄压控制器(13)电动控制开关和开度。所述的开度可调泄压阀(12)配备手动控制柄(14),
除由泄压控制器(13)电动控制调整之外可进行手动调整;所述的进气控制器(5)和泄压控
制器(13)分别由带ARM微控制器的电路板组成,通过电源与通讯电缆(18)并联连接直流工
作电源并与工业计算机进行通讯,接收工业计算机发出的控制命令进行进气风扇(4)的启
停、转速,开度可调泄压阀(12)的开关和开度控制工作。


实施例5:


实施例1或2或3或4所述的一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置和方法。
所述的PM2.5进样总成(15)包括PM2.5原料盒(19),搅拌电机(20),搅拌控制器(21),进料口
(22),弹簧逆止阀A(23),PM2.5导流管(24),弹簧逆止阀B(25),负压腔(26),负压风扇(27),
负压控制器(28),配套环形胶塞(17),分流气孔(29),2个撑紧螺丝(30)。所述的PM2.5原料
盒(19)固定在密闭玻璃容器(1)壁上用于存储PM2.5生成原料;所述的进料口(22)安装在
PM2.5原料盒(19)上端;所述的搅拌电机(20)安装在PM2.5原料盒(19)内,由所述的搅拌控
制器(21)电动控?#30772;?#20572;和搅拌速度;所述的PM2.5导流管(24)两端通过弹簧逆止阀A(23),
弹簧逆止阀B(25)分别连接PM2.5原料盒(19)和负压腔(29),用于输送PM2.5空气;所述的负
压风扇(27)安装在所述的负压腔内(29),由所述的负压控制器(28)电动控制用于产生负压
将PM2.5空气向玻璃容器内传?#20572;?#25152;述的负压控制器(28)由带ARM微控制器的电路板组成,
并联连接直流工作电源,并通过CAN总线与工业计算机进行通讯,接收工业计算机发出的控
制命令进行负压风扇的启停、转速调整的控制工作;所述的分流气孔(29)通过所述的配套
环形配套胶塞(17)深入密闭玻璃容器(1)内以分布播撒的方式传送PM2.5空气至玻璃容器
内;所述的2个撑紧螺丝(30)固定在负压腔(29)壁上顶在密闭玻璃容器壁上用于起固定支
撑作用;


实施例6:


根据实施例1或2或3或4或5所述的一种自然空气负氧离子作用PM2.5的实验装置
和方法。该方法包括如下步骤:


(1)安装过程:将4个橡胶地脚(9)和4个可调地脚螺栓(10)安装在密闭玻璃容器
(1)的底座上;将密闭玻璃容器(1)放置在自然野外负氧离子丰富的实验目标地区平整的地
面上;调整可调地脚螺栓(10)使密闭玻璃容器水平;陆续将泄压阀总成(11),PM2.5进样总
成(15),PM2.5浓度检测仪A(11),进气总成,负氧离子检测仪A(7),PM2.5浓度检测仪B(16),
负氧离子检测仪B(12),泄压阀总成(11)等装置套上环形胶圈安装在相应孔洞内;连接上述
装置的电源接口,通讯接口,连接计算机端通讯接口。


(2)工作过程?#21512;?#32479;上电后,在计算机端通过客户端预制软件向泄压阀总成(11),
PM2.5进样总成(15),PM2.5浓度检测仪A(11),进气总成,负氧离子检测仪A(7),PM2.5浓度
检测仪B(16),负氧离子检测仪B(12),泄压阀总成(11)等装置发出自检命令,待返回工作正
常信号后等待操作人员进行实验。实验时先根据需要向PM2.5进样总成(15)的PM2.5原料盒
(19)内填充实验用PM2.5发生原料,然后控制搅拌电机(20)工作对PM2.5发生原料进行搅拌
混合;启动负压风扇(27)将PM2.5通过弹簧逆止阀A,PM2.5导流管(24),弹簧逆止阀B,分流
气孔(29)吹入密闭玻璃容器(1),此时PM2.5浓度检测仪A和PM2.5浓度检测仪B可实时检测
PM2.5检测浓度并传输至计算机存储记录;启动进气风扇(4)将森?#31181;?#30340;负氧离子空气吹入
密闭玻璃容器(1)与PM2.5进行混合作用,此时负氧离子检测仪A和负氧离子检测仪B可实时
检测负氧离子浓度情况并传输至计算机存储记录。


(3)拆解过程:实验工作完毕,断开电源、通讯的插拔接口,陆续拆解泄压阀总成
(11),PM2.5进样总成(15),PM2.5浓度检测仪A,进气总成(2),负氧离子检测仪A,PM2.5浓度
检测仪B,负氧离子检测仪B,泄压阀总成(11)等装置及配套上环形胶圈;清理玻璃密闭容器
剩余?#39029;荊?#25286;解4个橡胶地脚(9)和4个可调地脚螺栓(10);所有设备装置可装箱运离自然野
外返回实验室存放?#26009;?#22238;使用。相关数据存储于计算机中用于后期分析研究。


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