[发明专利]一种大气气溶胶自动采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及大气科学与环境科学领域，特别涉及一种大气气溶胶自动采集装置，该装置具有采集效率高，便于在多种场合下进行采集的特点。

背景技术

气溶胶是由细小的固体颗粒、液体颗粒或固体和液体颗粒混合，悬浮于气体介质中的一种悬浮体，其对环境、气候和人体健康具有重要的影响。IPCC评估报告指出，在众多的气候变化影响因子中，最不确定和亟待深入认识的是气溶胶的辐射强迫作用。而气溶胶在一定水汽等条件下，转变成云凝结核或者冰核，从而改变云微物理，进一步影响辐射强迫作用。其中大气冰核是云降水物理的基本研究内容，是人工影响天气作业的基础理论指导，是气候效应的重要影响因素。

当前对大气气溶胶的采集，国内外大多采用传统的撞击式采集器进行采集，但是对于较小粒径的气溶胶（例如，核模态或者爱根模态气溶胶）收集效率较低，而这些小粒径气溶胶数浓度较高，且能够转换成冰核。若不能完全收集，对冰核的研究会产生较大误差，影响后续对气候效应的评估。国内外有类似采用高压方法收集大气气溶胶的专利（例如CN 101869872A），但这些方法主要用于移除大气气溶胶，并不是收集后用于气溶胶及其冰核的分析。同时这些收集一般需要人工换膜或者膜片，人工调节流量，对于外场观测采集增大了劳动强度，不适合于气象领域的24小时长期观测。并且由于这种采集需要不断更换膜片，不适用于飞艇或者无人机对低层大气气溶胶的采集。

发明内容

本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的提供一种大气气溶胶自动采集装置，该装置具有采集效率高和便于在多种环境下进行采集的优势。

本发明的技术方案：一种大气气溶胶自动采集装置，包括气溶胶采集器和控制单元；

其中，气溶胶采集装置包括：

壳体，壳体为立方体或圆柱体，由绝缘材料制成；

采集器盖板，盖于壳体之上；

其中，在壳体内设有采集腔室，采集腔室包括进气管、出气管、电晕、电极针、采集转盘、采集膜片、支撑装置、同步电机和真空泵，进气管和出气管通过采集器盖板通入到采集腔室内，采集转盘设于采集腔室底部，采集转盘上设有膜片仓，在其中心设有中心轴，采集膜片设于采集转盘上的膜片仓内，在采集转盘下部，壳体内侧设有支撑装置，以支撑采集转盘，采集转盘的中心轴与同步电机相连；在采集腔室中部设有电晕，电极针设于电晕之上，针尖朝向采集膜片，与采集膜片的距离为5-50mm；其中，进气管管口距离采集膜片的距离为10-20mm；出气管与壳体外部的真空泵相连；

在壳体外部设有高压电发生器，通过高压电线与采集腔室内的电晕相连；

在壳体底部外侧连接一个地线；

控制单元包括微型计算机、气溶胶流量控制器、高压控制器和同步电机控制器，

气溶胶流量控制器与真空泵相连，控制真空泵的开启或关闭，调整气体流量；

高压控制器与高压电发生器相连，控制高压电发生器的开启或关闭，调整电压；

同步电机控制器与同步电机相连，控制同步电机的开启或者关闭，调节旋转时间间隔；

三个控制器分别与微型计算机相连，由微型计算机采集并处理真空泵、高压电发生器和同步电机的数据。

作为优选，进口管管口距离采集膜片的距离为10mm。

作为优选，电晕为环形，进气管穿过电晕，朝向采集膜片。

作为优选，电极针的针尖距离采集膜片的距离为20-25mm。

作为优选，采集膜片为镜面硅晶片。

有益效果：本发明提供的大气气溶胶自动采集装置，是利用高压电场的原理，利用高压电发生器产生高压，使得电晕和电极针获得高压，与采集转盘产生高压电场，大气气溶胶经过高压电晕时使之带电，而电极针与采集膜片间存在一个高压电场，使得气溶胶被收集至膜片上。

当电场达到10KV时，对大气气溶胶（核模态和爱根模态气溶胶）的采集效率可以达到93%；当电场大于20KV时，对大气气溶胶（核模态和爱根模态气溶胶）的采集效率可以达到100%。完全满足了全部采集大气气溶胶相关研究。同时，可以根据需要，设定时间，自动更换膜片，采集不同时间段的大气气溶胶，不仅满足了气象领域24小时无人值守观测要求，并且满足了飞艇或无人机遥控采样的要求。采集基质可以选择镜面硅晶片，适合于云室及其云室系统分析冰核机理，也可以选择有机等膜材质的基质收集大气气溶胶，适合于扫描电镜和X荧光等仪器的分析要求。