申请/专利权人：南通大学;环境保护部南京环境科学研究所

申请日：2018-09-30

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN108918790B

主分类号：G01N33/00

分类号：G01N33/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2018.12.25#实质审查的生效;2018.11.30#公开

摘要：本发明公开了一种高精度实地气体动态检测装置，集气罩内左右对称的设置有两个通气筛孔，其中一个通气筛孔与进气管连接，另一个通气筛孔与出气管连接，气体动态检测系统还包括中控芯片、电池、温度调控装置、风速风向控制装置以及降雨模拟装置，温度调控装置包括温度感应器和半导体冷热片组，风速风向控制装置包括风速风向传感器，上半座上固定有一电机，电机的驱动轴穿过上半座与下半座螺纹咬合配合，降雨模拟装置包括集水环、水位感应器、蠕动泵、水箱以及花洒头，中控芯片能根据水位感应器的信号，控制蠕动泵的转动次数，从而使花洒头喷出的水定量。本发明具有检测数据精确、动态箱内的气体环境与外界相近的优点。

主权项：1.一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是：包括环形底座1和倒扣碗状的集气罩2，所述的集气罩2的下边缘与环形底座1的内环面密封连接，所述的环形底座1的上半座1a上固定有进气管11以及出气管12，所述的进气管11上安装有第一气体检测器13，出气管12上安装有第二气体检测器14，所述的进气管11或出气管12上安装有气泵15，所述的气泵15用于将集气罩2外的气体泵入集气罩2内，并使集气罩2内的气体从出气管12流出，所述的集气罩2内左右对称的设置有两个通气筛孔21，其中一个通气筛孔21与进气管11连接，另一个通气筛孔21与出气管12连接，气体动态检测系统还包括中控芯片3、电池4、温度调控装置5、风速风向控制装置6以及降雨模拟装置7，其中，中控芯片3和电池4固定在上半座1a上表面，温度调控装置5包括温度感应器51和半导体冷热片组52，所述的温度感应器51固定在集气罩2上，用于检测集气罩2内部以及外部的温度，温度感应器51与中控芯片3连接，并将温差信号传递至中控芯片3，所述的半导体冷热片组52包括若干个串联或并联的半导体冷热片，半导体冷热片的一端位于集气罩2内，另一端位于集气罩2外，所述的半导体冷热片分别与中控芯片3和电池4连接，所述的中控芯片3能控制半导体冷热片通断电及电流方向，所述的风速风向控制装置6包括风速风向传感器61，所述的风速风向传感器61固定在上半座1a上，并与中控芯片3信号连接，所述的环形底座1由上半座1a和下半座1b组成，所述的上半座1a和下半座1b上下卡位固定、水平可旋转配合，所述的上半座1a上固定有一电机62，所述的电机62的驱动轴穿过上半座1a与下半座1b螺纹咬合配合，所述的下半座1b与电机62的驱动轴配合处设置有一圈螺纹齿，使得电机62转动时，上半座1a和下半座1b旋转，所述的降雨模拟装置7包括集水环71、水位感应器72、蠕动泵73、水箱74以及花洒头75，所述的集水环71为竖向环形结构，集水环71下端与集气罩2外表面密封固定连接，在集气罩2外表面上围出一圈集水区域，水位感应器72在集水环71上设置有若干个高度不同的水位感应点，当水漫过水位感应点时，所述的水位感应器72能感应水位高度，并将信号发送至中控芯片3，所述的蠕动泵73和水箱74固定在上半座1a上，水箱74与蠕动泵73连接，为蠕动泵73供水，所述的蠕动泵73通过管道与花洒头75连接，所述的花洒头75安装在集气罩2中，所述的中控芯片3能根据水位感应器72的信号，控制蠕动泵73的转动次数，从而使花洒头75喷出的水定量；所述的电机62为步进电机。

全文数据：一种高精度实地气体动态检测装置技术领域[0001]本发明属于气体检测设备的技术领域，具体涉及一种高精度实地气体动态检测装置。背景技术[0002]在实地检测气体挥发量时，会使用到气体检测箱，其工作原理是将气体检测箱罩在目标物上，目标物挥发出的气体会充斥气体检测箱，气体检测箱内安装气体检测器，实时记录气体检测箱内目标气体含量的变化情况，但是，这种气体检测箱在检测过程中，会改变目标物周围的风向、风速、湿度、温度、以及降雨等环境，导致目标物挥发气体的并不能完全和外界一致，检测结果不准确。发明内容[0003]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种检测数据精确、动态箱内的气体环境与外界相近的高精度实地气体动态检测系统。[0004]为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种高精度实地气体动态检测装置，其中:包括环形底座和倒扣碗状的集气罩，集气罩的下边缘与环形底座的内环面密封连接，环形底座的上半座上固定有进气管以及出气管，进气管上安装有第一气体检测器，出气管上安装有第二气体检测器，进气管或出气管上安装有气栗，气泵用于将集气罩外的气体栗入集气罩内，并使集气罩内的气体从出气管流出，集气罩内左右对称的设置有两个通气筛孔，其中一个通气筛孔与进气管连接，另一个通气筛孔与出气管连接，气体动态检测系统还包括中控芯片、电池、温度调控装置、风速风向控制装置以及降雨模拟装置，其中，中控芯片和电池固定在上半座上表面，温度调控装置包括温度感应器和半导体冷热片组，温度感应器固定在集气罩上，用于检测集气罩内部以及外部的温度，温度感应器与中控芯片连接，并将温差信号传递至中控芯片，半导体冷热片组包括若干个串联或并联的半导体冷热片，半导体冷热片的一端位于集气罩内，另一端位于集气罩外，半导体冷热片分别与中控芯片和电池连接，中控芯片能控制半导体冷热片通断电及电流方向，风速风向控制装置包括风速风向传感器，风速风向传感器固定在上半座上，并与中控芯片信号连接，环形底座由上半座和下半座组成，上半座和下半座上下卡位固定、水平可旋转配合，上半座上固定有一电机，电机的驱动轴穿过上半座与下半座螺纹咬合配合，下半座与电机的驱动轴配合处设置有一圈螺纹齿，使得电机转动时，上半座和下半座旋转，降雨模拟装置包括集水环、水位感应器、蠕动栗、水箱以及花洒头，集水环为竖向环形结构，集水环下端与集气罩外表面密封固定连接，在集气罩外表面上围出一圈集水区域，水位感应器在集水环上设置有若干个高度不同的水位感应点，当水漫过水位感应点时，水位感应器能感应水位高度，并将信号发送至中控芯片，蠕动泵和水箱固定在上半座上，水箱与蠕动泵连接，为蠕动泵供水，蠕动栗通过管道与花洒头连接，花洒头安装在集气罩中，中控芯片能根据水位感应器的信号，控制蠕动泵的转动次数，从而使花洒头喷出的水定量。[0005]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的下半座的下表面设置有对接槽，对接槽用于与外挂结构连接，外挂结构的上表面设置有与对接槽对接的对接凸头，对接凸头卡入对接槽时，下半座与外挂结构密封贴合固定。[0006]上述的外挂结构为浮力环，浮力环由泡沫或充气橡胶构成，浮力环上端固定有硬质平板，对接凸头固定在硬质平板上表面，浮力环的浮力能使气体动态检测系统漂浮于水面。[0007]外挂结构为插板环，插板环由竖向的环形板构成，插板环下表面尖锐，插板环上端固定有硬质平板，对接凸头固定在硬质平板上表面，插板环能插入土壤中，使集气罩正下方土壤与外界密封隔离。[0008]上述的外挂结构为胶环，胶环下表面为柔性胶，能与硬质地面密封贴合，使集气罩正下方的硬质地面与外界密封隔离，胶环上端固定有硬质平板，对接凸头固定在硬质平板上表面。[0009]上述的中控芯片为单片机，型号为STM32L系列；电池为直流电池。[0010]上述的集气罩为透明罩。[0011]上述的第一气体检测器和第二气体检测器为氨气检测器。[0012]上述的电池还分别与气栗、中控芯片、温度感应器、电机、水位感应器和蠕动栗连接，并为之供电，中控芯片还与气栗连接，并控制气泵的泵气速度，中控芯片还与电机连接，并控制电机的转动圈数。[0013]上述的电机为步进电机。[0014]本发明的一种高精度实地气体动态检测装置，改变了传统气体检测箱在箱体内检测气体浓度的方式，采用检测进气口和出气口的气体浓度，根据二者之间的差值计算箱内的气体挥发量，通过气泵将集气罩外的气体栗入集气罩内，使得集气罩内实现气体流动，保持集气罩内的气体的湿度与外界一致，通过风速风向传感器检测风向风速，中控芯片控制电机转动，使上半座和下半座相对滑动，从而改变通气筛孔的位置，使进风和出风方向改变，达成改变风向的目的，中控芯片再通过改变气泵的运作速率，达成风速的改变，使集气罩内外风速风向一致，通过温度感应器能测得集气罩内外温度差，中控芯片通过半导体冷热片组对集气罩内气体加热或降温，使内外温差一致，半导体冷热片根据帕尔贴效应，可以通过改变电流方向，控制集气罩内的一端是热端或冷端，结构小巧，效率较高，适合用在本装置上作为空调系统，本发明还可以模拟降雨，当外界降雨时，通过集水环和水位感应器检测降雨量，中控芯片通过蠕动杲向集气罩内喷洒等量的水，本发明的集气罩是透明的，阳光可以正常的照射进集气罩中，本发明充分考虑到集气罩内外风速、风向、温度、湿度、降雨和光照等参数，并一一加以平衡，使得集气罩内的被测物的实际气体挥发情况与客观气体挥发情况一致，从而实现高精度测量。本发明还具有若千个外挂结构，分别对应水上测量、软质土地测量和硬质土地测量，保证集气罩的密封性，使本发明的装置可以适应多种地形环境。附图说明[0015]图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的俯视图；图3是浮力环的结构图；图4是插板环的结构图；图5是胶环的结构图。[0016]其中的附图标记为:环形底座1、上半座la、下半座lb、进气管11、出气管12、第一气体检测器13、第二气体检测器14、气泵15、对接槽16、集气罩2、通气筛孔21、中控芯片3、电池4、温度调控装置5、温度感应器51、半导体冷热片组52、风速风向控制装置6、风速风向传感器61、电机62、降雨模拟装置7、集水环71、水位感应器72、蠕动泵73、水箱74、花洒头75、外挂结构8、对接凸头81、浮力环82、插板环83、胶环84。具体实施方式[0017]以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。[0018]本发明的一种高精度实地气体动态检测装置，其中：包括环形底座i和倒扣碗状的集气罩2，集气罩2的下边缘与环形底座1的内环面密封连接，环形底座丨的上半座la上固定有进气管11以及出气管I2,进气管11上安装有第一气体检测器13,出气管12上安装有第二气体检测器14,进气管11或出气管12上安装有气泵15,气栗15用于将集气罩2外的气体泵入集气罩2内，并使集气罩2内的气体从出气管12流出，集气罩2内左右对称的设置有两个通气筛孔21，其中一个通气筛孔21与进气管11连接，另一个通气筛孔21与出气管12连接，气体动态检测系统还包括中控芯片3、电池4、温度调控装置5、风速风向控制装置6以及降雨模拟装置7,其中，中控芯片3和电池4固定在上半座la上表面，温度调控装置5包括温度感应器51和半导体冷热片组52,温度感应器51固定在集气罩2上，用于检测集气罩2内部以及外部的温度，温度感应器51与中控芯片3连接，并将温差信号传递至中控芯片3,半导体冷热片组52包括若干个串联或并联的半导体冷热片，半导体冷热片的一端位于集气罩2内，另一端位于集气罩2外，半导体冷热片分别与中控芯片3和电池4连接，中控芯片3能控制半导体冷热片通断电及电流方向，风速风向控制装置6包括风速风向传感器61，风速风向传感器61固定在上半座la上，并与中控芯片3信号连接，环形底座1由上半座la和下半座lb组成，上半座la和下半座lb上下卡位固定、水平可旋转配合，上半座la上固定有一电机62,电机62的驱动轴穿过上半座la与下半座lb螺纹咬合配合，下半座lb与电机62的驱动轴配合处设置有一圈螺纹齿，使得电机62转动时，上半座la和下半座lb旋转，降雨模拟装置7包括集水环71、水位感应器72、蠕动栗73、水箱74以及花洒头75,集水环71为竖向环形结构，集水环71下端与集气罩2外表面密封固定连接，在集气罩2外表面上围出一圈集水区域，水位感应器72在集水环71上设置有若干个高度不同的水位感应点，当水漫过水位感应点时，水位感应器72能感应水位高度，并将信号发送至中控芯片3,蠕动泵73和水箱74固定在上半座la上，水箱74与蠕动泵73连接，为蠕动泵73供水，蠕动栗73通过管道与花洒头75连接，花洒头75安装在集气罩2中，中控芯片3能根据水位感应器72的信号，控制蠕动栗73的转动次数，从而使花洒头75喷出的水定量。[0019]实施例中，下半座lb的下表面设置有对接槽16,对接槽16用于与外挂结构8连接，外挂结构8的上表面设置有与对接槽16对接的对接凸头81，对接凸头81卡入对接槽16时，下半座lb与外挂结构8密封贴合固定。[0020]实施例中，外挂结构8为浮力环82,浮力环82由泡沫或充气橡胶构成，浮力环82上端固定有硬质平板，对接凸头81固定在硬质平板上表面，浮力环82的浮力能使气体动态检测系统漂浮于水面。[0021]外挂结构8为插板环83,插板环83由竖向的环形板构成，插板环83下表面尖锐，插板环83上端固定有硬质平板，对接凸头81固定在硬质平板上表面，插板环83能插入土壤中，使集气罩2正下方土壤与外界密封隔离。[0022]实施例中，外挂结构8为胶环84，胶环84下表面为柔性胶，能与硬质地面密封贴合，使集气罩2正下方的硬质地面与外界密封隔离，胶环84上端固定有硬质平板，对接凸头81固定在硬质平板上表面。[0023]实施例中，中控芯片3为单片机，型号为STM32L系列；电池4为直流电池。[0024]实施例中，集气罩2为透明罩。[0025]实施例中，第一气体检测器13,第二气体检测器14为氨气检测器。[0026]实施例中，电池4还分别与气泵15、中控芯片3、温度感应器51、电机62、水位感应器72和蠕动泵73连接，并为之供电，中控芯片3还与气泵15连接，并控制气栗15的泵气速度，中控芯片3还与电机62连接，并控制电机62的转动圈数。[0027]实施例中，电机62为步进电机。[0028]本发明的中控芯片3、电池4、半导体冷热片组52均用一个罩体罩住保护，罩体上有通气孔。[0029]本发明的使用方法如下：以在禽畜粪山上检测单位表面积的禽畜粪便挥发氨气量为例，在下半座lb下方挂上插板环83,然后将拼接好的本发明装置安放在禽畜粪山的目标区域，插板环83插入禽畜粪便中，使集气罩2内外的禽畜粪便完全隔离，风速风向传感器61检测风向风速，水位感应器72检测集水环71内的水体高度，温度感应器51检测集气罩2内外温度，中控芯片3根据上述结构的检测结果，控制电机62运作，调整集气罩2内风向，控制气栗15运作，调整风速，控制蠕动泵73工作，使集气罩2内外降雨情况一致，控制半导体冷热片组52的通断电，调整温度，第一气体检测器13和第二气体检测器14持续收集进气管11和出气管12经过的氨气气体浓度，并将信号发送给外接的信号接收器，通过对进气管11和出气管12之间氨气气体浓度的差值，以及气泵15泵入的气体量，能运算获得集气罩2内产生的氨气量，进一步换算为单位表面积的禽畜粪便挥发氨气量，以单位表面积的禽畜粪便挥发氨气量推算整个禽畜粪山的氨气挥发量。[003°]如果检测对象是某一水体的氨气挥发量，则换上浮力环82,让整个装置能漂浮在水体上，其余的结构和运作模式均不变。[0031]以上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，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，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润饰，应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:包括环形底座（1和倒扣碗状的集气罩2，所述的集气罩2的下边缘与环形底座（1的内环面密封连接，所述的环形底座（1的上半座（la上固定有进气管（11以及出气管（1¾，所述的进气管（11上安装有第一气体检测器（1¾，出气管（1¾上安装有第二气体检测器（14，所述的进气管（11或出气管（12上安装有气泵（lf5，所述的气泵（15用于将集气罩2外的气体栗入集气罩2内，并使集气罩⑵内的气体从出气管1¾流出，所述的集气罩⑵内左右对称的设置有两个通气筛孔21，其中一个通气筛孔21与进气管（n连接，另一个通气筛孔21与出气管（12连接，气体动态检测系统还包括中控芯片3、电池⑷、温度调控装置⑸、风速风向控制装置份以及降雨模拟装置7，其中，中控芯片⑶和电池⑷固定在上半座（ia上表面，温度调控装置5包括温度感应器51和半导体冷热片组52，所述的温度感应器51固定在集气罩2上，用于检测集气罩2内部以及外部的温度，温度感应器51与中控芯片3连接，并将温差信号传递至中控芯片3，所述的半导体冷热片组52包括若干个串联或并联的半导体冷热片，半导体冷热片的一端位于集气罩⑵内，另一端位于集气罩⑵外，所述的半导体冷热片分别与中控芯片⑶和电池⑷连接，所述的中控芯片3能控制半导体冷热片通断电及电流方向，所述的风速风向控制装置⑹包括风速风向传感器61，所述的风速风向传感器61固定在上半座（la上，并与中控芯片3信号连接，所述的环形底座⑴由上半座（la和下半座（lb组成，所述的上半座（la和下半座（lb上下卡位固定、水平可旋转配合，所述的上半座（la上固定有一电机62，所述的电机62的驱动轴穿过上半座（ia与下半座（lb螺纹咬合配合，所述的下半座（lb与电机62的驱动轴配合处设置有一圈螺纹齿，使得电机62转动时，上半座（la和下半座（lb旋转，所述的降雨模拟装置7包括集水环71、水位感应器72、蠕动栗73、水箱74以及花洒头75，所述的集水环71为竖向环形结构，集水环71下端与集气罩2外表面密封固定连接，在集气罩2外表面上围出一圈集水区域，水位感应器7¾在集水环71上设置有若干个高度不同的水位感应点，当水漫过水位感应点时，所述的水位感应器72能感应水位高度，并将信号发送至中控芯片（3，所述的蠕动栗73和水箱74固定在上半座（la上，水箱74与蠕动泵73连接，为蠕动泵73供水，所述的蠕动泵7¾通过管道与花洒头75连接，所述的花洒头75安装在集气罩2中，所述的中控芯片3能根据水位感应器72的信号，控制蠕动栗73的转动次数，从而使花洒头75喷出的水定量。2.根据权利要求1所述的一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的下半座lb的下表面设置有对接槽16，所述的对接槽16用于与外挂结构⑻连接，所述的外挂结构8的上表面设置有与对接槽（16对接的对接凸头81，所述的对接凸头81卡入对接槽16时，下半座lb与外挂结构⑻密封贴合固定。3.根据权利要求2所述的：种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的外挂结构8为浮力环¢2，所述的浮力环82由泡沫或充气橡胶构成，所述的浮力环82上端固定有硬质平板，所述的对接凸头81固定在硬质平板上表面，所述的浮力环82的浮力能使气体动态检测系统漂浮于水面。4.根据权利要求2所述的一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的外挂结构8为插板环S3，所述的插板环83由竖向的环形板构成，插板环83下表面尖锐，插板环83上端固定有硬质平板，所述的对接凸头81固定在硬质平板上表面，插板环83能插入土壤中，使集气罩2正下方土壤与外界密封隔禹。5.根据权利要求2所述的一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的外挂结构8为胶环84，所述的胶环84下表面为柔性胶，能与硬质地面密封贴合，使集气罩2正下方的硬质地面与外界密封隔离，胶环84上端固定有硬质平板，所述的对接凸头81固定在硬质平板上表面。6.根据权利要求3或4或5所述的一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的中控芯片⑶为单片机，型号为STM32L系列;所述的电池⑷为直流电池。7.根据权利要求6所述的一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的集气罩2为透明罩。8.根据权利要求7所述的一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的第一气体检测器13和第二气体检测器14为氨气检测器。9.根据权利要求8所述的一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的电池⑷还分别与气泵（15、中控芯片3、温度感应器51、电机62、水位感应器72和蠕动泵73连接，并为之供电，所述的中控芯片3还与气泵（15连接，并控制气泵（15的泵气速度，所述的中控芯片⑶还与电机62连接，并控制电机62的转动圈数。10.根据权利要求9所述的一种高精度实地气体动态检测装置，其特征是:所述的电机¢2为步进电机。

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