CN109738243B - 一种用于黑碳采集的高空采样器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于黑碳采集的高空采样器，包括无人机，所述无人机的底部安装有密闭箱，所述密闭箱分隔为上箱体和下箱体，所述上箱体内设有吸附装置，所述下箱体内设有多缸式采样装置。所述多缸式采样装置包括进气缸、双杆气缸、压缩缸、采样缸，所述双杆气缸的左右两端分别与压缩缸、进气缸相连，所述压缩缸通过连接管与采样缸相连通，所述采样缸的出气管与吸附装置相连通。本发明解决了高空大气中黑碳采集难度大、现有采集装置设计不合理、不能对不同高度黑碳进行同步采样等问题。

Description

一种用于黑碳采集的高空采样器

技术领域

本发明涉及大气采样设备技术领域，尤其涉及一种用于黑碳采集的高空采样器。

背景技术

***环境规划署和世界气象组织发布的研究报告显示，控制黑碳和近地臭氧等“烟雾”的排放有助应对全球变暖，与减排二氧化碳相比，起效更快，操作更简单。人类今后20年如果采取有效措施控制黑碳和近地臭氧排放，将显著延缓全球变暖，每年提高农作物产量5000万吨。

黑碳是化石燃料等不完全燃烧的副产品。森林火灾烟雾、砖窑烧制所产生烟雾、煤烟中经常存留这类黑色固体小微粒。黑碳对太阳光吸收能力较强，附着到冰山雪盖等白色表面后，一方面吸收热量，一方面阻碍反射，加速冰山、冰原和北极冰盖融化，继而加快全球变暖速度。另外，黑碳是大气质量监测的污染因子之一，据信与肺癌等疾病存在关联。

黑碳与大多数大气污染物质不同，其大气中停留时间比较短。同时区域大气黑碳气溶胶浓度的演化过程是一个受污染源、气象、下垫面等众多因素在不同时空尺度上综合影响的动态耦合复杂过程，这些过程发生于不同的时间尺度，因而黑碳气溶胶的时空演化呈现出高度的非线性、变异性和非平稳特征。这些复杂性特征致使黑碳气溶胶浓度在时间和空间分布上具有很强的变异性，难以获得其时空分布及演化趋势的准确信息，使得大气气溶胶成为当今环境与气候变化研究中一个既重要又难以准确估计的不确定因子，严重阻碍了人类客观认识黑碳气溶胶对环境及气候变化的准确影响。由于黑碳的强烈的时空变异性，其垂直分布变化也非常大，目前缺乏同步的不同高度的黑碳采样分析手段，因而缺乏不同高度的同步黑碳观测数据，研究中只是假设其随高度指数衰减，继而由大气的扩散、传输获得时间、空间点的值，这样导致误差极大。

另外一方面，目前人们发现，黑碳粒子具有极大的比表面积，可以吸附许多有毒有害的污染物质，如二氧化硫、多环芳烃等有害的化学物质。传统的黑碳测定手段主要是靠光学灰度测量法，其原理是建立在石英滤纸带上收集的粒子对光的吸收造成的衰减上。该方法可以实时测量黑碳的浓度，但该方法不能用于进一步分析黑碳样本所吸附的其他有害气体成分。因此建立更科学合理的黑碳采集方法和装置是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种用于黑碳采集的高空采样器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于黑碳采集的高空采样器，包括无人机、连接杆、密闭箱、隔板、上箱体、下箱体、吸附装置、多缸式采样装置，所述无人机的底部设有连接杆，所述连接杆的下端与密闭箱相连，所述密闭箱内设有一隔板，所述隔板将密闭箱分隔为上箱体和下箱体，所述上箱体内设有吸附装置，所述下箱体内设有多缸式采样装置。

进一步的，所述多缸式采样装置包括进气孔、进气管、进气扇、进气缸、第一活塞、双杆气缸、压缩缸、第二活塞、连接管、采样缸、第三活塞、出气管，所述进气孔设置在下箱体右侧的侧壁上，所述进气孔与进气管的右端相连，所述进气管内安装有进气扇，所述进气管的左端与进气缸相连，所述进气缸的内部设有相匹配的第一活塞，所述第一活塞能沿进气缸的内壁来回滑动；所述进气缸的左侧设有双杆气缸，所述双杆气缸的左侧设有压缩缸，所述压缩缸内设有相匹配的第二活塞，所述第二活塞能沿压缩缸的内壁来回滑动，所述双杆气缸具有两个气缸推杆，所述双杆气缸的右端与第一活塞相连，所述双杆气缸的左端与第二活塞相连；所述压缩缸通过连接管与采样缸相连通，所述采样缸与进气缸相连通，所述采样缸内设有第三活塞，所述第三活塞能沿采样缸的内壁来回滑动，所述采样缸的上端与出气管相连。

优选的，所述进气缸、压缩缸、采样缸均为圆柱形的空心箱体，所述第一活塞、第二活塞、第三活塞均为圆形活塞，所述第一活塞、第二活塞、第三活塞的周边均安装有密封环。

进一步的，所述进气缸与采样缸垂直相连，所述采样缸的横截面面积为所述进气缸的横截面面积的两倍，所述压缩缸的横截面面积为所述采样缸的横截面面积的两倍。

进一步的，所述出气管为锥形管，上端小、下端大，所述出气管的下端与采样缸相连，所述出气管的上端穿过隔板伸入到上箱体内。

进一步的，所述吸附装置包括U形管、活塞环、升降管、支架、滑动轮、直线气缸、安装槽、滚轮、采集水箱、横杆、竖杆、弧形导轨，所述U形管垂直朝下安装在上箱体的顶部，所述U形管的一端与多缸式采样装置中的出气管相连通，所述U形管的另一端内安装有可上下滑动的活塞环，所述活塞环与升降管相连，所述升降管外部安装有支架，所述支架的下端安装有滑动轮；所述直线气缸固定安装在上箱体底部的隔板上，所述直线气缸的推杆与若干安装槽固定相连，所述安装槽沿着推杆的方向直线排列布置，若干个安装槽之间互相通过横杆固定相连，所述安装槽的底面安装有滚轮，所述安装槽内放置有采集水箱，所述采集水箱内装有吸附液，所述安装槽的侧面设有垂直向上的竖杆，所述竖杆的上端安装有弧形导轨，所述弧形导轨与滑动轮相适配。

进一步的，所述安装槽为上部开口的方形凹槽，所述采集水箱为上部开口的方形箱体，所述采集水箱的底面面积略小于安装槽的开口面积，所述采集水箱的底面与安装槽之间设有重量传感器。

优选的，所述吸附装置包括机架、微型电机、主动轮、从动轮、传动带、卡夹、挡板、吸附板，所述机架固定安装在上箱体内，所述机架的右端设有从动轮，所述机架的左端设有主动轮，所述主动轮与微型电机相连，所述主动轮通过传动带与从动轮相连，所述传动带上安装有若干均匀分布的挡板，每两块挡板之间设有一个卡夹，所述卡夹的上部固定在传动带上，所述卡夹内活动安装有吸附板。

本发明的有益效果如下：

本发明一种用于黑碳采集的高空采样器，包括无人机，在无人机的底部设有密闭箱，所述密闭箱分隔为上箱体和下箱体，所述上箱体内设有吸附装置，所述下箱体内设有多缸式采样装置。

所述多缸式采样装置包括进气管、进气扇、进气缸、第一活塞、双杆气缸、压缩缸、第二活塞、连接管、采样缸、第三活塞、出气管。当进气扇和双杆气缸同时启动时，高空大气样本通过进气管进入到进气缸中，双杆气缸带动第一活塞、第二活塞向左运动，使进气缸中进气容积扩大，促使高空大气样本进入，同时第二活塞对压缩缸内的气体进行压缩，压缩后的气体通过连接管进入采样缸，推动第三活塞向上运动，由于采样缸与进气缸交叉连通，从而促使进气缸中的高空大气样本从出气管进入到上箱体内。

在实施例一中，上箱体内的吸附装置包括U形管、活塞环、升降管、支架、滑动轮、直线气缸、安装槽、滚轮、采集水箱、横杆、竖杆、弧形导轨。高空大气样本从出气管进入到上箱体内的U形管中，然后从U形管的另一端进入升降管内。当直线气缸将安装槽及位于安装槽中的采集水箱推动到U形管下方时，由于升降管的外部安装有支架和滑动轮，所述滑动轮沿着安装槽侧面的弧形导轨滑入到采集水箱内，使升降管***到采集水箱中的吸附液内，高空大气样本从升降管中喷出，在采集水箱中产生大量气泡，气泡在破裂与扩散的过程中，与吸附液混合，形成一种微曝气的作用，使吸附液对高空大气样中的黑碳颗粒及附着在黑碳颗粒表面的有害物质进行充分地吸收、溶解。当需要采集不同高度或不同时间点的空气样本时，可操作无人机垂直升降、或横向运动，同时采样器中的直线气缸配合运动，将不同的采集水箱推动到U形管下方，使采集到的不同空气样本被不同的采集水箱吸收溶解，从而实现不同高空位置或不同时间点的空气样本梯度采集。对多个采集水箱采集的黑碳含量和有害物质进行检测分析，就可准确地获得黑碳含量和有害物质的数据，实现对黑碳含量变化趋势的记录。还可通过取平均值的方法，进一步提高数据的准确性。既避免了现有光学灰度测量过程中黑碳颗粒表面吸附的有害物质对光学测量的干扰、数据不准确的问题，又克服现有采样器难以对高空大气中的黑碳和有害物质同时进行检测分析的缺点。必要时，还可在采集水箱的底面与安装槽之间设置重量传感器，对采集水箱及吸附液进行在线称重，从而在线记录和显示黑碳和有害物质的质量，及时检测出高空大气样本中黑碳和有害物质的含量。

在实施例二中，上箱体内的吸附装置包括机架、微型电机、主动轮、从动轮、传动带、卡夹、挡板、吸附板，当微型电机启动时，通过主动轮、传动带带动从动轮旋转，由于传动带上安装有若干均匀分布的挡板及卡夹，且卡夹内活动安装有吸附板。高空大气样本从出气管进入上箱体时，直接喷射到吸附板上。无人机在不同的高空位置或不同的时间点，微型电机带动传动带和吸附板运动，从而在不同的吸附板上吸附对应的高空气体样本。将吸附板从卡夹中取出进行检测分析，就能检测出不同高空位置或不同的时间点所对应的高空大气中的黑碳及黑碳表面所吸附的有害物质的含量，而且本发明可以实现连续采集，对高空大气中的黑碳及有害物质的含量变化趋势进行检测分析，从而揭示出黑碳含量变化的规律。本发明还可对不同的吸附板吸附的黑碳及有害物质含量进行平均取值分析，进一步提高数据的准确性。

黑碳与大多数大气污染物质不同，其大气中停留时间比较短，在高空中呈现出高度的非线性、变异性和非平稳特征，难以获得其时空分布及演化趋势的准确信息。本发明突破了现有采集装置的设计结构，利用进气缸、压缩缸、采样缸三个缸体相互作用，将从采集到的高空大气样本压缩进入上箱体内，并通过上箱体中两种不同采集方式的吸附装置，巧妙地对高空大气样本进行采集。本发明设计新颖、采集巧妙，解决了现有技术中所存在的黑碳变化大难以准确采集、数据误差大、不能对黑碳的变化趋势进行采集分析的难题。本发明可以获得黑碳时空分布及演化趋势的准确信息，提供了人类客观认识黑碳气溶胶对环境及气候变化的采样分析手段。另外一方面，避免了现有光学灰度测量过程中黑碳颗粒表面吸附的有害物质对光学测量的干扰问题，又可以同时对高空大气中的黑碳和有害物质同时进行采集、检测分析。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为多缸式采样装置的结构示意图。

图3为实施例1中的吸附装置的结构示意图。

图4为本发明实施例2的结构示意图。

图5为实施例2中的吸附装置的结构示意图。

附图中，1—无人机， 2—连接杆， 3—密闭箱， 4—隔板， 5—上箱体， 6—下箱体， 7—多缸式采样装置， 8—吸附装置， 9—进气缸， 10—压缩缸， 11—采样缸， 12—双杆气缸， 13—进气孔， 14—进气管， 15—进气扇， 16—出气管， 17—第一活塞， 18—第二活塞， 19—第三活塞， 20—连接管， 21—U形管， 22—管卡，23—活塞环， 24—升降管， 25—支架， 26—滑动轮， 27—竖杆， 28—弧形导轨，29—直线气缸， 30—推杆， 31—安装槽， 32—采集水箱， 33—横杆， 34—滚轮，35—重量传感器， 36—机架， 37—主动轮， 38—从动轮， 39—传动带， 40—微型电机， 41—挡板， 42—卡夹， 43—吸附板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，一种用于黑碳采集的高空采样器，包括无人机1、连接杆2、密闭箱3、隔板4、上箱体5、下箱体6、吸附装置8、多缸式采样装置7。所述无人机1是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，包括固定翼无人机1、旋翼无人机1、无人飞艇、伞翼无人机1、扑翼无人机1等。无人机1的底部设有连接杆2，所述连接杆2采用空心的不锈钢钢管或塑料管制作而成，连接杆2的上端通过螺栓与无人机1相连，连接杆2的下端通过焊接或螺栓连接的方式与密闭箱3相连。密闭箱3为金属空心箱体或塑料空心箱体，密闭箱3内的中间位置通过焊接、或螺栓连接、或整体注塑的方式设有一隔板4，所述隔板4将密闭箱3分隔为上箱体5和下箱体6，所述上箱体5内设有吸附装置8，所述下箱体6内设有多缸式采样装置7。

如图2所示，所述多缸式采样装置7包括进气孔13、进气管14、进气扇15、进气缸9、第一活塞17、双杆气缸12、压缩缸10、第二活塞18、连接管20、采样缸11、第三活塞19、出气管16。所述进气孔13设置在下箱体6右侧的侧壁上，进气孔13与位于下箱体6内部的进气管14的右端相连。进气管14内安装有进气扇15，进气管14的左端与进气缸9相连通。进气缸9为铝合金气缸或高强度塑料气缸，进气缸9为空心的圆柱形，在进气缸9的内部设有相匹配的第一活塞17。所述第一活塞17为圆形活塞，第一活塞17的周边安装有密封环，且第一活塞17能沿进气缸9的内壁来回滑动。需要指出的是，所述进气扇15也可以用进气泵或其它进气装置代替。

进气缸9的左侧设有双杆气缸12，所述双杆气缸12的左侧设有压缩缸10。压缩缸10也为铝合金气缸或高强度塑料气缸，所述压缩缸10为空心的圆柱形缸体，压缩缸10内设有相匹配的第二活塞18，所述第二活塞18也为圆形活塞，第二活塞18的周边安装有密封环，且第二活塞18能沿压缩缸10的内壁来回滑动。

所述双杆气缸12具有两个气缸推杆30，所述双杆气缸12的右端与第一活塞17相连，所述双杆气缸12的左端与第二活塞18相连。所述压缩缸10通过连接管20与采样缸11相连通，所述连接管20为软管。所述采样缸11与进气缸9相垂直相连、内部相通，所述采样缸11也为铝合金气缸或高强度塑料气缸。所述采样缸11为空心的圆柱形缸体，在采样缸11内设有第三活塞19，所述第三活塞19也为圆形活塞，第三活塞19的周边安装有密封环，且所述第三活塞19能沿采样缸11的内壁来回滑动。采样缸11的上端与出气管16相连，所述出气管16为锥形管，上端小、下端大，所述出气管16的下端与采样缸11相连，所述出气管16的上端穿过隔板4伸入到上箱体5内。

在制造时，使采样缸11的横截面面积大于进气缸9的横截面面积，使压缩缸10的横截面面积大于采样缸11的横截面面积。这样可以提高进气缸9的高空大气采集能力，同时也能提高采样缸11的通过出气管16输出高空大气样本的压力，使吸附装置8对高空大气样本中黑碳具有更强的吸附和收集能力。作为优选，所述采样缸11的横截面面积为所述进气缸9的横截面面积的两倍，所述压缩缸10的横截面面积为所述采样缸11的横截面面积的两倍。

如图3所示，所述吸附装置8包括U形管21、活塞环23、升降管24、支架25、滑动轮26、直线气缸29、安装槽31、滚轮34、采集水箱32、横杆33、竖杆27、弧形导轨28、重量传感器35。所述U形管21为空心的塑料管、或铝合金管，U形管21垂直朝下安装，U形管21的顶部通过管卡22固定在上箱体5的顶部。所述U形管21的一端与多缸式采样装置7中的出气管16相连通，所述U形管21的另一端内安装有可上下滑动的活塞环23。所述活塞环23与升降管24的上端胶粘相连，或所述活塞环23通过盈配合的方式安装在升降管24的上端。升降管24外部通过胶粘、或焊接、或整体注塑的方式安装有支架25，所述支架25的下端安装有滑动轮26。

直线气缸29通过螺栓固定安装在上箱体5底部的隔板4上，直线气缸29的推杆30与若干安装槽31固定相连，安装槽31沿着推杆30的方向呈直线排列布置，安装槽31之间互相通过横杆33固定相连。安装槽31为上部开口的方形凹槽，所述采集水箱32为上部开口的方形箱体。安装槽31的底面安装有滚轮34，所述安装槽31内放置有采集水箱32，所述采集水箱32的底面面积略小于安装槽31的开口面积，采集水箱32的底面与安装槽31之间设有重量传感器35，采集水箱32内装有吸附液。所述吸附液为纯水或加有1-5%氯化钠的去离子水。作为优选，所述吸附液包括以下组份（按质量百分比计）：直链烷基苯磺酸8-15%；脂肪醇醚硫酸钠7-14%；乙二胺四乙酸二钠0.01-0.2%；去离子水加到100%。先将去离子水加入到配料锅中，加热至60~70℃，然后在搅拌下加入直链烷基苯磺酸、脂肪醇醚硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠，冷却、澄清透明后即可。

在安装槽31的侧面通过注塑、或螺钉固定的方式安装有垂直向上的竖杆27，竖杆27的上端安装有弧形导轨28，所述竖杆27为塑料杆，所述弧形导轨28为塑料导轨，所述竖杆27与弧形导轨28注塑为一体，所述弧形导轨28与滑动轮26相适配。需要说明的是，所述竖杆27与弧形导轨28也可以采用铝合金材料制作，两者之间通过焊接相连。

当进气扇15和双杆气缸12同时启动时，高空大气样本通过进气管14进入到进气缸9中，双杆气缸12带动第一活塞17、第二活塞18向左运动，使进气缸9中进气容积扩大，促使高空大气样本进入，同时第二活塞18对压缩缸10内的气体进行压缩，压缩后的气体通过连接管20进入采样缸11，推动第三活塞19向上运动，由于采样缸11与进气缸9交叉连通，从而促使进气缸9中的高空大气样本从出气管16进入到上箱体5的U形管21内，然后从U形管21的另一端进入升降管24中。当直线气缸29将安装槽31及位于安装槽31中的采集水箱32推动到U形管21下方时，由于升降管24的外部安装有支架25和滑动轮26，所述滑动轮26沿着安装槽31侧面的弧形导轨28滑入到采集水箱32内，使升降管24***到采集水箱32中的吸附液内，高空大气样本从升降管24中喷出，在采集水箱32中产生大量气泡，气泡在破裂与扩散的过程中，与吸附液混合，形成一种微曝气的作用，使吸附液对高空大气样中的黑碳颗粒及附着在黑碳颗粒表面的有害物质进行充分地吸收、溶解。当需要采集不同高度或不同时间点的空气样本时，可操作无人机1垂直升降、或横向运动，同时采样器中的直线气缸29配合运动，将不同的采集水箱32推动到U形管21下方，使采集到的不同空气样本被不同的采集水箱32吸收溶解，从而实现不同高空位置或不同时间点的空气样本采集。对多个采集水箱32采集的黑碳含量和有害物质进行检测分析，就可准确地获得黑碳含量和有害物质的数据，实现对黑碳含量变化趋势的记录。还可通过取平均值的方法，进一步提高数据的准确性。既避免了现有光学灰度测量过程中黑碳颗粒表面吸附的有害物质对光学测量的干扰、数据不准确的问题，又克服现有采样器难以对高空大气中的黑碳和有害物质同时进行检测分析的缺点。必要时，还可在采集水箱32的底面与安装槽31之间设置重量传感器35，对采集水箱32及吸附液进行在线称重，从而在线记录和显示黑碳和有害物质的质量，及时检测出高空大气样本中黑碳和有害物质的含量。

实施例2

如图4所示，一种用于黑碳采集的高空采样器，包括无人机1、连接杆2、密闭箱3、隔板4、上箱体5、下箱体6、吸附装置8、多缸式采样装置7。所述无人机1是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，包括固定翼无人机1、旋翼无人机1、无人飞艇、伞翼无人机1、扑翼无人机1等。无人机1的底部设有连接杆2，所述连接杆2采用空心的不锈钢钢管或塑料管制作而成，连接杆2的上端通过螺栓与无人机1相连，连接杆2的下端通过焊接或螺栓连接的方式与密闭箱3相连。密闭箱3为金属空心箱体或塑料空心箱体，密闭箱3内的中间位置通过焊接、或螺栓连接、或整体注塑的方式设有一隔板4，所述隔板4将密闭箱3分隔为上箱体5和下箱体6，所述上箱体5内设有吸附装置8，所述下箱体6内设有多缸式采样装置7。

如图2所示，所述多缸式采样装置7包括进气孔13、进气管14、进气扇15、进气缸9、第一活塞17、双杆气缸12、压缩缸10、第二活塞18、连接管20、采样缸11、第三活塞19、出气管16。所述进气缸9、压缩缸10、采样缸11、双杆气缸12均通过螺栓固定安装在下箱体6后面的侧壁上。所述进气孔13设置在下箱体6右侧的侧壁上，所述进气孔13与位于下箱体6内部的进气管14的右端相连，所述进气管14的左端与进气缸9相连通。进气缸9为铝合金气缸或高强度塑料气缸，进气缸9为空心的圆柱形，在进气缸9的内部设有相匹配的第一活塞17。所述第一活塞17为圆形活塞，第一活塞17的周边安装有密封环，且第一活塞17能沿进气缸9的内壁来回滑动。

进气缸9的左侧设有双杆气缸12，所述双杆气缸12的左侧设有压缩缸10。压缩缸10也为铝合金气缸或高强度塑料气缸，所述压缩缸10为空心的圆柱形缸体，压缩缸10内设有相匹配的第二活塞18，所述第二活塞18也为圆形活塞，第二活塞18的周边安装有密封环，且第二活塞18能沿压缩缸10的内壁来回滑动。

所述双杆气缸12具有两个气缸推杆30，所述双杆气缸12的右端与第一活塞17相连，所述双杆气缸12的左端与第二活塞18相连。所述压缩缸10通过连接管20与采样缸11相连通，所述连接管20为软管。所述采样缸11与进气缸9相垂直相连、内部相通，所述采样缸11也为铝合金气缸或高强度塑料气缸。所述采样缸11为空心的圆柱形缸体，在采样缸11内设有第三活塞19，所述第三活塞19也为圆形活塞，第三活塞19的周边安装有密封环，且所述第三活塞19能沿采样缸11的内壁来回滑动。采样缸11的上端与出气管16相连，所述出气管16为锥形管，上端小、下端大，所述出气管16的下端与采样缸11相连，所述出气管16的上端穿过隔板4伸入到上箱体5内。

所述采样缸11的横截面面积大于进气缸9的横截面面积，使压缩缸10的横截面面积大于采样缸11的横截面面积。这样可以提高进气缸9的高空大气采集能力，同时也能提高采样缸11的通过出气管16输出高空大气样本的压力，使吸附装置8对高空大气样本中黑碳具有更强的吸附和收集能力。作为优选，所述采样缸11的横截面面积为所述进气缸9的横截面面积的两倍，所述压缩缸10的横截面面积为所述采样缸11的横截面面积的两倍。

如图5所示，所述吸附装置8包括机架36、微型电机40、主动轮37、从动轮38、传动带39、卡夹42、挡板41、吸附板43。所述机架36为塑料机架36，通过螺钉固定安装在上箱体5的底部，机架36的右端设有从动轮38，所述机架36的左端设有主动轮37。所述主动轮37与微型电机40相连，所述主动轮37通过传动带39与从动轮38相连。所述传动带39为皮质传动带39、橡胶传动带39或塑料传动带39，在传动带39上通过胶粘或螺钉固定的方式安装有若干均匀分布的挡板41和卡夹42。每两块挡板41之间设有一个卡夹42，所述卡夹42内设有吸附板43，所述吸附板43通过夹持或***的方式安装在卡夹42内。所述吸附板43为长方形塑料板，吸附板43的一面粘贴有固体胶或粘性树脂，吸附板43的另一面通过胶粘或螺钉固定的方式与传动带39相连。作为优选，所述粘性树脂包括以下重量份的组份：乙烯/乙烯基乙酸酯共聚物90～45份，苯乙烯聚合物树脂30～6份，聚乙烯15～1 份，各组份之和为100份。

在本实施例中，高空大气样本从出气管16进入上箱体5时，直接喷射到吸附板43上。无人机1在不同的高空位置或不同的时间点，微型电机40带动传动带39和吸附板43相应运动，从而在不同的吸附板43上吸附对应的高空气体样本。将吸附板43从卡夹42中取出进行检测分析，就能检测出不同高空位置或不同的时间点所对应的高空大气中的黑碳及黑碳表面所吸附的有害物质的含量，而且本发明可以实现连续采集，对高空大气中的黑碳及有害物质的含量变化趋势进行检测分析，从而揭示出黑碳含量变化的规律。本发明还可对不同的吸附板43吸附的黑碳及有害物质含量进行平均取值分析，进一步提高数据的准确性。

本发明突破了现有采集装置的设计结构，利用进气缸9、压缩缸10、采样缸11三个缸体相互作用，将从采集到的高空大气样本压缩进入上箱体5内，并通过上箱体5中设置的两种不同采集方式的吸附装置8，巧妙地对高空大气样本进行采集。必要时，还可将本发明实施二的吸附装置8进行旋转，使之垂直安装在无人机1底部，以实现同一时间点、不同高度的梯度采样。本发明设计新颖、采集巧妙，解决了现有技术中所存在的黑碳变化大难以准确采集、数据误差大、不能对黑碳的变化趋势进行描述的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。应当指出，本发明未详细说明之处均可采用现有技术加以实现。本发明中的进气扇、双杆气缸、微型电机、直线气缸等动力装置均由无人机的动力***提供电能，或者在无人机上配置储电装置，由储电装置提供驱动电能。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于黑碳采集的高空采样器，其特征在于：包括无人机、连接杆、密闭箱、隔板、上箱体、下箱体、吸附装置、多缸式采样装置，所述无人机的底部设有连接杆，所述连接杆的下端与密闭箱相连，所述密闭箱内设有一隔板，所述隔板将密闭箱分隔为上箱体和下箱体，所述上箱体内设有吸附装置，所述下箱体内设有多缸式采样装置；所述多缸式采样装置包括进气孔、进气管、进气扇、进气缸、第一活塞、双杆气缸、压缩缸、第二活塞、连接管、采样缸、第三活塞、出气管，所述进气孔设置在下箱体右侧的侧壁上，所述进气孔与进气管的右端相连，所述进气管内安装有进气扇，所述进气管的左端与进气缸相连，所述进气缸的内部设有相匹配的第一活塞，所述第一活塞能沿进气缸的内壁来回滑动；所述进气缸的左侧设有双杆气缸，所述双杆气缸的左侧设有压缩缸，所述压缩缸内设有相匹配的第二活塞，所述第二活塞能沿压缩缸的内壁来回滑动，所述双杆气缸具有两个气缸推杆，所述双杆气缸的右端与第一活塞相连，所述双杆气缸的左端与第二活塞相连；所述压缩缸通过连接管与采样缸相连通，所述采样缸与进气缸相连通，所述采样缸内设有第三活塞，所述第三活塞能沿采样缸的内壁来回滑动，所述采样缸的上端与出气管相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于黑碳采集的高空采样器，其特征在于：所述进气缸、压缩缸、采样缸均为圆柱形的空心箱体，所述第一活塞、第二活塞、第三活塞均为圆形活塞，所述第一活塞、第二活塞、第三活塞的周边均安装有密封环。

3.根据权利要求2所述的一种用于黑碳采集的高空采样器，其特征在于：所述进气缸与采样缸垂直相连，所述采样缸的横截面面积为所述进气缸的横截面面积的两倍，所述压缩缸的横截面面积为所述采样缸的横截面面积的两倍。

4.根据权利要求1所述的一种用于黑碳采集的高空采样器，其特征在于：所述出气管为锥形管，上端小、下端大，所述出气管的下端与采样缸相连，所述出气管的上端穿过隔板伸入到上箱体内。

5.根据权利要求1所述的一种用于黑碳采集的高空采样器，其特征在于：所述吸附装置包括U形管、活塞环、升降管、支架、滑动轮、直线气缸、安装槽、滚轮、采集水箱、横杆、竖杆、弧形导轨，所述U形管垂直朝下安装在上箱体的顶部，所述U形管的一端与多缸式采样装置中的出气管相连通，所述U形管的另一端内安装有可上下滑动的活塞环，所述活塞环与升降管相连，所述升降管外部安装有支架，所述支架的下端安装有滑动轮；所述直线气缸固定安装在上箱体底部的隔板上，所述直线气缸的推杆与若干安装槽固定相连，所述安装槽沿着推杆的方向直线排列布置，若干个安装槽之间互相通过横杆固定相连，所述安装槽的底面安装有滚轮，所述安装槽内放置有采集水箱，所述采集水箱内装有吸附液，所述安装槽的侧面设有垂直向上的竖杆，所述竖杆的上端安装有弧形导轨，所述弧形导轨与滑动轮相适配。

6.根据权利要求5所述的一种用于黑碳采集的高空采样器，其特征在于：所述安装槽为上部开口的方形凹槽，所述采集水箱为上部开口的方形箱体，所述采集水箱的底面面积略小于安装槽的开口面积，所述采集水箱的底面与安装槽之间设有重量传感器。

7.根据权利要求1所述的一种用于黑碳采集的高空采样器，其特征在于：所述吸附装置包括机架、微型电机、主动轮、从动轮、传动带、卡夹、挡板、吸附板，所述机架固定安装在上箱体内，所述机架的右端设有从动轮，所述机架的左端设有主动轮，所述主动轮与微型电机相连，所述主动轮通过传动带与从动轮相连，所述传动带上安装有若干均匀分布的挡板，每两块挡板之间设有一个卡夹，所述卡夹的上部固定在传动带上，所述卡夹内活动安装有吸附板。

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