海上浮标载体上海洋气溶胶采集装置及其采样方法

摘要

本发明提供一种海上浮标载体上海洋气溶胶采集装置及其采样方法，利用浮标作为采集系统平台、收集布放区域海洋气溶胶的一种采集装置，它智能按照设定程序定时更换采样滤膜并将采样后滤膜保存，同时记录工作时间、采样累计流量、海洋气象温湿度、压力、风速风向等资料。采样装置内部由两个采样滤膜槽，存放采样前后的滤膜底座。采用堆栈式进行滤膜底座移动和将滤膜底座退出采样平台，通过三台伺服电机按照编程工作时序，控制滤膜底座移动距离和方向，实现全自动更换滤膜底座的操作过程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上浮标载体上海洋气溶胶采集装置及其采样方法。

背景技术

海洋气溶胶(aerosol)占据全球气溶胶的44％，它们作为云的凝结核，由于对太阳辐射的强烈散射和吸收，对海洋层积云的微物理和化学性质有非常大的影响，是气候预测最大的不确定因素之一。海浪破碎和气泡破裂过程，产生大量组分与海水相似的气溶胶输向大气。海洋气溶胶是海洋上空空气中的颗粒，主要由海水浪花的蒸发形成。目前的研究工作集中在来自海盐和其他地方的硫酸盐，把这种硫酸盐作为海洋气溶胶的主要成分。但对在位于爱尔兰西海岸的MaceHead研究站收集的海洋气溶胶所做的一项新的研究表明，有机物的贡献也需要被考虑进去。当北大西洋出现大范围浮游植物繁盛的时候，有机物对海洋气溶胶的贡献可高达63%。海面上大气气溶胶在大气形成过程中具有重要的作用，它们可以通过直接散射、吸收太阳辐射，或通过影响海洋大气边界层云的云滴谱分布，进而改变其反照率，来直接和间接地影响大气辐射传输和气候变化。另外，海面上大气气溶胶是大气硫循环中的重要组成部分。

陆地和海洋源产生的气溶胶通过大气的流动向对方的环境系统输送,从而改变了对方环境大气的化学组成,影响着大气污染物的化学反应过程和反应速度,其沉降过程也会对对方的生态系统产生一定的影响。沿海地区稠密的人口,较为发达的经济活动,较高的大气污染物排放强度,使得陆海气溶胶的交换和沉降对该区域的环境具有不可忽视的影响。气溶胶可能是海洋中磷和铁等营养盐和痕量金属的重要来源，在适宜的条件下能够刺激海洋生物的生产力。因此，对海洋气溶胶的采集和检测显得非常重要。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种海上浮标载体上海洋气溶胶采集装置及其采样方法，利用浮标作为采集装置的平台，收集布放区域海洋气溶胶，其突出特点是，具有自动定时更换采样滤膜和收集采样后的滤膜，并进行保存，同时记录工作时间、采样累计流量、海洋气象温湿度、压力、风速风向等资料。

本发明是这样实现的，所述海上浮标载体上海洋气溶胶采集装置，它包括滤膜底座，所述滤膜底座放置在滤膜底座支架上，滤膜底座支架的一侧设有采样前滤膜存放槽，滤膜底座支架的另一侧设有采样后滤膜存放槽，滤膜底座支架的下方设有滤膜底座支架伺服电机，滤膜底座支架经管道与累计流量计、气泵顺序连接；采样前滤膜存放槽的下方设有升降移动伺服电机，采样前滤膜存放槽的顶部一侧设有横向移动伺服电机；所述采集装置由采样时序控制电路、GPRS远程传输系统控制；所述采集装置的顶部设有采样进气口防雨罩。

本发明所述滤膜底座由两个内径47MM、外径50MM的圆环相互嵌入，滤膜被夹在上下两圆环之间，其中一个圆环上设有凹圈、另一个圆环上设有凸圈；下圆环下面由网状结构固定在圆环上，托住直径为47MM滤膜在两圆环的中间，上下环面嵌入密封环，采样气体顺畅通过滤膜，将海洋气溶胶收集在滤膜上。

本发明所述采样进气口防雨罩由雨量传感器根据感应雨量大小自动调节进气口高低位置，下雨或海浪飞溅时雨量传感器输出控制信号达到设定值初值，控制防雨罩向下移动一段距离，使防雨罩和进气口中间距离减少，防止吸入雨水或海浪飞溅；当雨量传感器监测控制信号达到高值时，关闭进气口，控制吸气泵停止工作，进入保护状态，直到重新回到控制值区间内，打开进气口，启动吸气泵开始工作。

本发明所述采样时序控制电路包括伺服电机控制模块、位移信号传感器、现场传感器；所述现场传感器包括雨量传感器、气象传感器。

本发明所述采集装置的电源由三块太阳能电池板进行充电，浮标体内采用1200安时蓄电池组供电。

本发明所述海上浮标载体上海洋气溶胶采集装置的采样方法，其步骤如下：

（1）将未使用的滤膜底座放入采样前滤膜存放槽内，直到装满为止；开启电源开关，该采集装置进入准备工作状态；

（2）采集装置工作过程由采样时序控制电路控制每个进程，先由升降移动伺服电机将未使用的滤膜底座提升到采样前滤膜存放槽顶端后，由横向移动伺服电机将滤膜底座平移到采样平台位置上，滤膜底座移动到位后，垂直方向的滤膜底座支架伺服电机由下往上移动滤膜底座至采样工作平台上端的固定位置，当检测到滤膜底座到位后，时序控制电路控制采样平台通过管道与其连接的气泵启动，进行采样工作；

（3）当设定滤膜采样工作时间结束，控制滤膜底座支架伺服电机下移，松开滤膜底座支架上部分和滤膜底座夹紧状态，移动滤膜底座到位后，此时滤膜底座恢复到平移工作状态，由横向移动伺服电机移动滤膜底座到采样后滤膜存放槽内，完成后归位，开始下一次上述移动，如此往返进行工作；

（4）采集装置工作状态通过GPRS远程传输系统进行远程控制操作，强迫时序控制电路改变原来设定采样工作状态，远程监测采集装置实时工作状态和定时传输采样装置的数据。

本发明所述采样时序控制电路，主要负责控制三个方向伺服电机工作，移动滤膜底座到达指定位置，同时受GPRS远程传输系统指令控制工作状态，接收到岸基发出控制指令，改变预先编程程序时序，进入外控制指令工作模式，否则时序电路按照预先编程进行采样工作；实时传输工作进程到远程传输系统，连同浮标上搭载现场传感器、气象参数的数据分别存放GPRS远程传输系统内存储器中。

本发明的有益效果是，沿海工业城市地区灰霾天气增长较快与海洋气溶胶有着密切关系，人们重视研究海洋气溶胶的化学组成、形成机理，以及人为排放污染物经长距离输送进入海洋大气，对环境所产生的影响及变化。在海上浮标平台采集海洋气溶胶装置，需要解决无人，低功耗，环境恶劣工作条件，采集装置智能控制全部采样过程，重点解决自动更换滤膜底座核心问题，保证无人值守全自动完成采样工作。

附图说明

图1为本发明所述采集装置示意图。

图2为图1的剖示图（A－A）。

图3为本发明所述海洋气溶胶智能采集系统方框图。

图中：1.防雨罩，2.进气口切割头，3.采样前滤膜存放槽，4.采样后滤膜存放槽，5、6.存储仓，7.滤膜底座支架，8.累计流量计，9.气泵，10.横向移动伺服电机，11.升降移动伺服电机，12.滤膜底座支架伺服电机，13.雨水出口，14.丝杆。

具体实施方式

本发明所述海上浮标载体上海洋气溶胶采集装置及其采样方法，如图1－3所示，所述海上浮标载体上海洋气溶胶采集装置，它包括设于采集装置顶部的采样进气口防雨罩1，进气口切割头2的一侧为雨水出口13，采样前滤膜存放槽3、采样后滤膜存放槽4分别设于滤膜底座支架7的两侧，存储仓5和6分别位于滤膜底座支架的顶部的两侧，所述存储仓5和6存放采样滤膜槽和伺服电机保护体，滤膜底座由两个互为镶嵌的圆环体、下环由网格封底托住夹在中间的采样滤膜，累计流量计8、气泵9、滤膜底座支架7的下方设有滤膜底座支架伺服电机12，滤膜底座支架7经管道与累计流量计8、气泵9顺序连接；采样前滤膜存放槽3的下方设有升降移动伺服电机11，采样前滤膜存放槽3的顶部一侧设有横向移动伺服电机10；多通道转换阀与采样时序控制电路相连接。本发明所述采样时序控制电路包括伺服电机控制模块、位移信号传感器、现场传感器，现场传感器为雨量传感器、气象传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、风速风向传感器。现场传感器传输到集中采集器中存储单元，在发送工作模式下，现场传感器数据传输到集中采集器采集，通过无线传输到岸基站的数据服务器。同时控制命令也可以通过GPRS远程传输系统控制浮标上时序控制器工作状态。图1中还标有丝杆14。

本发明所述浮标载体上海洋气溶胶采集系统采样方法，其步骤如下：

（1）将未使用滤膜底座放入采样前滤膜存放槽内，直到装满为止；开启电源开关，该采集装置进入准备工作状态。

（2）采集装置工作过程由采样时序控制电路控制每个进程，先由升降移动伺服电机将未使用的滤膜底座提升到采样前滤膜存放槽顶端后，由横向移动伺服电机将滤膜底座平移到采样平台位置上，滤膜底座移动到位后，垂直方向的滤膜底座支架伺服电机由下往上移动滤膜底座至采样工作平台上端的固定位置，当检测到滤膜底座到位后，时序控制电路控制采样平台通过管道与其连接的气泵启动，进行采样工作。

（3）当设定滤膜采样工作时间结束，控制滤膜底座支架伺服电机下移，松开滤膜底座支架上部分和滤膜底座夹紧状态，移动滤膜底座到位后，此时滤膜底座恢复到平移工作状态，由横向移动伺服电机移动滤膜底座到采样后滤膜存放槽内，完成后归位，开始下一次上述移动，如此往返进行工作。

（4）采集装置工作状态通过GPRS远程传输系统进行远程控制操作，强迫时序控制电路改变原来设定采样工作状态，远程监测采集装置实时工作状态和定时传输采样装置的数据。

本发明所述采样进气口防雨罩1由雨量传感器根据感应雨量大小自动调节进气口高低位置，下雨或海浪飞溅时雨量传感器输出控制信号达到设定值初值，控制防雨罩向下移动一段距离，使防雨罩和进气口中间距离减少，防止吸入雨水或海浪飞溅；当雨量传感器监测控制信号达到高值时，关闭进气口，控制吸气泵停止工作，进入保护状态，直到重新回到控制值区间内，打开进气口，启动吸气泵开始工作。

本发明所述采样时序控制电路，主要负责控制三个方向伺服电机工作，移动滤膜底座到达指定位置，同时受GPRS远程传输系统指令控制工作状态，接收到岸基发出控制指令，改变预先编程程序时序，进入外控制指令工作模式，否则时序电路按照预先编程进行采样工作；实时传输工作进程到远程传输系统，连同浮标上搭载现场传感器、气象参数的数据分别存放GPRS远程传输系统内存储器中。

本发明所述采样装置电源由3块太阳能电池板进行充电，浮标体内采用1200安时蓄电池组供电。3块太阳能电池板均匀安放在浮标体上方平台处展开，均匀分部的采光面最大增加采光，确保充电时间。