空气微生物气溶胶采样器及其采样管、无人飞行器组件

摘要

一种空气微生物气溶胶采样器及其采样管、无人飞行器组件，采样管包括：旋风杯，旋风杯限定出旋风腔，旋风腔的底部限定出用于放置采样液的负压槽；螺纹管，螺纹管的下端与旋风杯上端连接；集液杯，集液杯的下端与螺纹管的上端连接，集液杯限定出与螺纹腔连通的集液腔，集液腔具有上端开口，集液腔的侧壁间隔均匀布置有至少四个挡液板，每个挡液板沿集液杯的上下方向延伸，且每个挡液板对应的位置设置有一个回流口，每个回流口设置有与负压槽连通的回流管。本申请的这种采样管在使用无人机装载这种采样器进行具体点位（如楼顶、山坡等）采样，降落的点位不平整，导致采样器倾斜时，也能正常采样工作，保证了采样工作的顺利进行。

说明书

技术领域

本发明涉及气溶胶技术领域，特别是涉及一种空气微生物气溶胶采样器及其采样管、无人飞行器组件。

背景技术

在对空气进行采样，由于空气当中的微生物气溶胶浓度相对较低，想要采集这种低浓度的微生物粒子，需要大流量采样器（流量＞200L/min）可以采集更多的空气体积，大流量采样器的原理一般是离心式，通过其结构形式形成气旋，在气旋的作用下，使得微生物粒子产生离心力，微生物粒子由于惯性，撞击到侧壁的液膜上，进而生物粒子被捕捉；相比其他原理的气溶胶采样器，比如撞击式原理为代表的Andersen、冲击式原理为代表的AGI等，更大的采样流量优势明显，但是在实际使用环境当中依然存在一些不足之处，比如在使用无人机装载这种气旋式大流量空气采样器进行具体点位（如楼顶、山坡等）采样时，降落的点位不平整，导致采样器倾斜，甚至不能正常采样工作，严重影响了采样工作。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的空气微生物气溶胶采样器及其采样管、无人飞行器组件。

本申请提供了一种空气微生物气溶胶采样器的采样管，包括：旋风杯，所述旋风杯限定出旋风腔，所述旋风腔侧部具有进风口，所述旋风腔顶部具有出风口，所述旋风腔的底部限定出用于放置采样液的负压槽；螺纹管，所述螺纹管的下端与所述旋风杯上端连接，所述螺纹管限定出与所述旋风腔连通的螺纹腔，所述螺纹腔的壁面设置有螺纹状的凸起；集液杯，所述集液杯的下端与所述螺纹管的上端连接，所述集液杯限定出与所述螺纹腔连通的集液腔，所述集液腔具有上端开口，所述集液腔的侧壁间隔均匀布置有至少四个挡液板，每个所述挡液板沿所述集液杯的上下方向延伸，且每个所述挡液板对应的位置设置有一个回流口，每个所述回流口设置有与所述负压槽连通的回流管；所述集液杯的上端用于安装所述空气微生物气溶胶采样器的风机，在所述风机的作用下，空气由所述进风口进入所述旋风腔从而形成旋风，所述旋风带动采样液进入所述螺纹管并向上运动，以使所述采样液对所述空气中的微生物气溶胶进行采样，所述旋风带动采样液向上至进入所述集液腔后，所述空气由所述集液腔的上端开口流出，所述采样液至少部分被所述挡液板阻挡后由对应的所述回流管流回所述负压槽。

可选地，所述进风口位于所述旋风腔的切线方向上，以使得所述空气由所述旋风腔的切线方向进入所述旋风腔。

可选地，所述旋风腔的底部中间位置限定出所述负压槽。

可选地，所述负压槽具有补液口，所述补液口用于向所述负压槽内补充采样液。

可选地，所述采样液由乙二醇和水混合而成。

可选地，所述采样管由透明材料制成。

可选地，所述至少四个挡液板为四个挡液板，所述回流口以及所述回流管均为四个。

本申请还提供了一种空气微生物气溶胶采样器，包括：主体；上述任一所述的采样管，所述采样管安装于所述主体；风机，安装于所述采样管的集液杯的上端。

本申请还提供了一种无人飞行器组件，包括：无人飞行器；上述空气微生物气溶胶采样器，所述空气微生物气溶胶采样器装载于所述无人飞行器。

本申请的这种采样管在使用无人机装载这种采样器进行具体点位（如楼顶、山坡等）采样，降落的点位不平整，导致采样器倾斜时，也能正常采样工作，保证了采样工作的顺利进行。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明一些实施例的采样管的剖视图；

图2是根据本发明一些实施例的采样管的正视图；

图3是根据本发明一些实施例的采样管的俯视图；

图4是根据本发明一些实施例的采样管的立体图；

图5是根据本发明一些实施例的采样管处于正常姿态的采样液流动图；

图6是根据本发明一些实施例的采样管处于倾斜姿态的采样液流动图。

图中，10是采样管，100是旋风杯，110是进风口，120是负压槽，121是补液口，200是螺纹管，300是集液杯，310是挡液板，330是回流管。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本实施例提供了一种空气微生物气溶胶采样器的采样管10，图1是根据本发明一些实施例的采样管10的剖视图；图2是根据本发明一些实施例的采样管10的正视图；图3是根据本发明一些实施例的采样管10的俯视图；图4是根据本发明一些实施例的采样管10的立体图。

采样管10包括旋风杯100、螺纹管200以及集液杯300。所述旋风杯100限定出旋风腔，所述旋风腔侧部具有进风口110，所述旋风腔顶部具有出风口，所述旋风腔的底部限定出用于放置采样液的负压槽120。所述螺纹管200的下端与所述旋风杯100上端连接，所述螺纹管200限定出与所述旋风腔连通的螺纹腔，所述螺纹腔的壁面设置有螺纹状的凸起。所述集液杯300的下端与所述螺纹管200的上端连接，所述集液杯300限定出与所述螺纹腔连通的集液腔，所述集液腔具有上端开口，所述集液腔的侧壁间隔均匀布置有至少四个挡液板310，每个所述挡液板310沿所述集液杯300的上下方向延伸，且每个所述挡液板310对应的位置（例如，每个挡液板310与对应的回流口相邻，可以理解地，相邻两者之间的距离可以为0等）设置有一个回流口，每个所述回流口设置有与所述负压槽120连通的回流管330。所述集液杯300的上端用于安装所述空气微生物气溶胶采样器的风机，在所述风机的作用下，空气由所述进风口110进入所述旋风腔从而形成旋风，所述旋风带动采样液进入所述螺纹管200并向上运动，以使所述采样液对所述空气中的微生物气溶胶进行采样，所述旋风带动采样液向上至进入所述集液腔后，所述空气由所述集液腔的上端开口流出，所述采样液至少部分被所述挡液板310阻挡后由对应的所述回流管330流回所述负压槽120。

这种采样管10可以用于大流量（流量＞200L/min）采样器，在使用无人机装载这种大流量采样器进行具体点位（如楼顶、山坡等）采样，降落的点位不平整，导致采样器倾斜时，也能正常采样工作，保证了采样工作的顺利进行。

其中，所述进风口110位于所述旋风腔的切线方向上，以使得所述空气由所述旋风腔的切线方向进入所述旋风腔。

在风机的驱动下，空气通过底部旋风杯100的切线进风口110吸入，空气在旋风杯100内做旋转运动形成气旋，空气沿着螺纹管200做螺旋上升运动，由于产生这种气旋，会带动采样液一起运动，使采样液沿着内壁螺旋上升形成液膜，液膜随后进入到上部的集液杯300。在螺纹管200中，由于空气螺旋上升，产生离心力，空气中微小粒子在惯性作用下，被甩在液膜上，实现了对微小粒子的采集。

具体地，在集液杯300的圆周四等分位置设置四处挡液板310，挡液板310附近设有回流口与回流管330相连接；回流管330在底部旋风杯100圆周四等分位置汇流到旋风杯100底部中心处。

整个工作过程涉及空气和采样液的两相运动。空气通过旋风杯100进风口110进入（旋转运动）→螺纹管200（螺旋上升运动）→集液杯300上方风机排出；旋风杯100中的旋转气流带动采样液一起沿侧壁运动，经过螺纹管200到达集液杯300，通过集液杯300挡液板310流入回流管330，最终进入到旋风杯100中，采样液进行往复循环运动。

当采样管10与竖直呈一定夹角时，采样液在重力的作用下，在集液杯300中会出现分布不均状态，由于设计至少四处回流管330，可以保证至少一处回流管330进行回流工作，在实际使用过程中已得到验证，使得集液杯300中的采样液及时流回旋风杯100，整个工作过程持续形成液膜。解决了单个回流管330在不同方位倾角工作的局限性，集液杯300中采样液不能及时回流，便有一部分随气流被风机抽走，使采样管10内部采样液减少，不能形成液膜进行有效采样。

图5是根据本发明一些实施例的采样管10处于正常姿态的采样液流动图；图6是根据本发明一些实施例的采样管10处于倾斜姿态的采样液流动图。

采样管10正常工作状态如图5所示，采样液随气流带动沿内壁螺旋上升，在集液杯300均匀汇入四组回流管330，完成采样液循环工作。

在实际对空气采样过程中，由于是空间型的采样，借助于无人机往往可以实现更多、更复杂点位的采样，着陆在目标点位时，常常出现倾斜状态（比如斜坡、凹凸不平等因素），此时由于在采样管10的四周均布设置了回流管330，可以保证即使一个回流管330回流即可完成采样液循环工作，经过验证，至少会有两个回流管330在回流工作，同时在可以正常采样工作的状态下，最大倾角已超出30°，如图6所示，这基本满足了所有地势环境使用，解决了使用场所、环境的局限性。

在一些实施例中，所述旋风腔的底部中间位置限定出所述负压槽120。旋风杯100底部中间位置压强小，集液杯300上方压强大，进而产生气压差，气压差和重力的作用，使回流管330中的采样液向下流回旋风杯100。

其中，所述负压槽120具有补液口121，所述补液口121用于向所述负压槽120内补充采样液。

在一些实施例中，所述采样液由乙二醇和水混合而成。为了满足低温环境的使用，本实施例提出了使用乙二醇与水的混合，可以实现在-20℃以上完成正常空气采样工作，实际验证完全满足，解决了受环境温度影响的空气采样局限性。

本实施例对采样液进行了改进，传统采样液为无菌水或PBS缓冲液，但在北方的冬季或低温的高空进行采样，采样液容易结冰至不能完成采样工作，本实施例提出了使用乙二醇与水的混合作为采样液，可以实现在低温下空气采样工作，解决了受温度影响的空气采样局限性。

其中，所述采样管10可以由透明材料制成，从而可以使得采样过程可视。

在一些具体实施例中，所述至少四个挡液板310为四个挡液板310，所述回流口以及所述回流管330均为四个。设置四组回流管330，有效解决了采样管10倾斜状态下不能有效完成空气采样的问题，并且可实现倾角大于30°姿态的采样工作，实现了更广泛的使用环境。

本实施例还提供了一种空气微生物气溶胶采样器，空气微生物气溶胶采样器包括：主体；上述任一所述的采样管10，所述采样管10安装于所述主体；风机，安装于所述采样管10的集液杯300的上端。

本实施例还提供了一种无人飞行器组件，包括：无人飞行器；上述空气微生物气溶胶采样器，所述空气微生物气溶胶采样器装载于所述无人飞行器。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。