一种立体森林空气质量数据收集装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种立体森林空气质量数据收集装置及使用方法，属于森林空气质量监测技术领域。

背景技术

传统森林空气质量监测，一般是依靠人工手持单一功能的监测仪进入观测场地监测森林的空气质量，如二氧化碳浓度监测仪、PM2.5浓度监测仪和空气负离子监测仪等，在监测过程中需要更换不同的监测设备以获取二氧化碳浓度、PM2.5浓度和空气负离子浓度等数据，然后整合各数据得到某一群落层次的空气质量数据，这种森林空气质量监测方式涉及到的监测仪器较多，不易携带，需要更换不同的监测仪监测不同数据，监测时间长，适合对单一群落层次的空气质量进行较低频次监测。

公开号为CN209946098U的中国专利文献，公开了一种空气质量监测设备，包括外壳和设于外壳内的负氧离子传感器和综合监测部，所述外壳具有对应于负氧离子传感器的空气风道一和对应于综合监测部的空气风道二，所述空气风道一与空气风道二不重合。可以同时监测某一高度层次空气中的二氧化碳浓度、PM2.5浓度和空气负离子浓度等。

使用该空气质量监测设备监测森林群落不同层次的空气质量时，需分时多次进行测量，再对获取的数据进行整合。但由于在垂直方向上不同群落层次处的空气流动、太阳辐射和湿度等存在差异，同时受生境内的时间因素和空间因素限制，对于天气变化较快、云层较多的高原山地等地区，分时段对群落不同层次的空气质量数据进行测量，会影响空气负离子、PM2.5、CO2浓度等指标的时效性，降低整体监测数据的精度，从而给整体研究森林空气质量在垂直剖面上的变化带来巨大影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种立体森林空气质量数据收集装置及使用方法。

本发明通过以下技术方案得以实现：

一种立体森林空气质量数据收集装置，包括若干空气质量监测模块，若干所述空气质量监测模块中相邻空气质量监测模块通过若干绝缘加长杆可拆卸连接在一起，所述空气质量监测模块包括外壳和空气质量监测组件，所述外壳内设有箱体，所述箱体通过进气管和排气管与外壳连接，所述箱体上设有蓄电池和控制器，控制器与蓄电池电性连接，所述空气质量监测组件设在箱体内，并位于进气管和排气管之间。

还包括加长杆脚尖，加长杆脚尖的一端呈圆锥形，另一端通过若干绝缘加长杆与空气质量监测模块可拆卸连接。

所述外壳为圆柱状结构，外壳的一端同轴设有螺纹孔，另一端同轴设有螺杆，外壳上设有电源开关、信号传输按钮和LED指示灯。

所述进气管和排气管的一端贯穿外壳的侧壁与外界连通，且进气管和排气管的一端均设有防水百叶窗。

所述空气质量监测组件包括三个并排设置的空气流道，三个空气流道内一一对应设有二氧化碳传感器、PM2.5传感器和负氧离子传感器，二氧化碳传感器、PM2.5传感器和负氧离子传感器均与控制器电性连接。

所述箱体内并排设有隔板A、隔板B，从下至上依次为隔板B、排气管、隔板A和进气管，隔板A上设有风扇A，排气管的进气口处设有风扇B，风扇A、风扇B均与控制器和蓄电池电性连接，空气质量监测组件位于隔板A和排气管之间。

还包括存储器，存储器设在箱体内，并位于隔板B的下方，存储器与控制器电性连接。

还包括无线传输模块，无线传输模块设在箱体内，并位于隔板B的下方，无线传输模块与控制器电性连接。

一种立体森林空气质量数据收集装置的使用方法，包括以下主要步骤：

A、确定监测点的监测层数和高度；

B、确定空气质量监测模块的数量和对应的安装高度，并使用绝缘加长杆将各空气质量监测模块连接在一起，得监测杆；

C、加长杆脚尖通过若干绝缘加长杆与监测杆的一端连接，将加长杆脚尖逐渐垂直插入土壤中，直至各空气质量监测模块均到达对应的安装高度；

D、打开电源开关，预热一分钟后，各空气质量监测模块开始运行；

E、完成数据传输，获取森林群落在垂直方向上不同层次的空气质量数据。

所述步骤C中，监测杆上远离加长杆脚尖的一端使用三角架稳固，所述步骤E中各空气质量监测模块通过无线传输模块与数据处理终端建立连接，并远程完成数据传输，或者各空气质量监测模块通过数据线与计算机连接现场完成数据传输。

本发明的有益效果在于：

1、可以在垂直方向上同时监测森林群落不同层次的空气质量，有助于提高野外工作效率，确保数据监测时效性和准确性，为研究森林空气质量在垂直剖面上的变化提供可靠数据。

2、空气质量监测模块、绝缘加长杆和加长杆脚尖之间可拆卸连接，拆卸组装简单、快速，且方便野外携带；同时，便于零部件扩展与更换，可以根据需要调整空气质量监测模块的数量和空气质量监测模块之间的间距。

3、绝缘加长杆、加长杆脚尖和外壳均采用绝缘碳纤维材料制成，提高了操作安全性，能够保证操作人员的人身安全，并能够阻断电磁对空气质量监测模块监测数据的影响。

4、进气管和排气管与外壳的连接点位于外壳的外圆侧壁上，且进气管和排气管上安装有防水百叶窗，避免雨水进入外壳内，空气质量监测模块防雨性能好。

5、风扇A、风扇B能够稳定箱体内进出空气的流速和流量，保证空气质量监测模块收集气流时具有良好的层流性，也有助于提高空气质量监测模块的空气质量监测效率。

6、可以根据需要选择有线或无线数据传输，提高了空气质量数据收集装置的使用灵活性，特别适用于在植被覆盖度大，植被生长密集的区域开展空气质量监测。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的空气质量监测模块的透视示意图；

图3为图2在另一视角的结构示意图；

图4为本发明的空气质量监测模块拆除外壳后的内部结构示意图；

图5为本发明的绝缘加长杆的结构示意图；

图6为本发明的加长杆脚尖的结构示意图。

图中：1-空气质量监测模块，2-绝缘加长杆，3-加长杆脚尖，4-外壳，5-箱体，6-空气质量监测组件，7-进气管，8-排气管，9-信号传输按钮，10-风扇B，11-风扇A，12-螺纹孔，13-螺杆，14-电源开关，15-控制器，16-LED指示灯，17-蓄电池，18-二氧化碳传感器，19-PM2.5传感器，20-负氧离子传感器，21-隔板A，22-隔板B，23-存储器，24-无线传输模块。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1至图6所示，本发明所述的一种立体森林空气质量数据收集装置，包括若干空气质量监测模块1，若干所述空气质量监测模块1中相邻空气质量监测模块1通过若干绝缘加长杆2可拆卸连接在一起，所述空气质量监测模块1包括外壳4和空气质量监测组件6，所述外壳4内安装有箱体5，所述箱体5通过进气管7和排气管8与外壳4连接，所述箱体5上安装有蓄电池17和控制器15，控制器15与蓄电池17电性连接，所述空气质量监测组件6安装在箱体5内，并位于进气管7和排气管8之间。在使用时，多个空气质量监测模块1通过绝缘加长杆2可拆卸连接在一起，组装成监测杆，可以在垂直方向上同时监测森林群落不同层次的空气质量，有助于提高野外工作效率，确保数据监测时效性和准确性，为研究森林空气质量在垂直剖面上的变化提供可靠数据。空气质量数据收集装置主要采用高分子材料制成，抗压强度高，结构紧凑，质量轻，便于携带。

还包括加长杆脚尖3，加长杆脚尖3的一端呈圆锥形，另一端通过若干绝缘加长杆2与空气质量监测模块1可拆卸连接。如图6所示，加长杆脚尖3上远离圆锥形头部的一端加工有螺纹孔，方便与空气质量监测模块1直接连接或通过绝缘加长杆2与空气质量监测模块1连接。如图5所示，绝缘加长杆2为中空圆柱形结构，其直径与外壳4相等，绝缘加长杆2的长度为25cm，其一端同轴加工有螺纹孔12，另一端同轴设有螺杆13。空气质量监测模块1、绝缘加长杆2和加长杆脚尖3之间可拆卸连接，拆卸组装简单、快速，且方便野外携带；同时，便于零部件扩展与更换，可以根据需要调整空气质量监测模块1的数量和空气质量监测模块1之间的间距。绝缘加长杆2、加长杆脚尖3和外壳4均采用绝缘碳纤维材料制成，提高了操作安全性，例如在雷电天气或高处存在隐蔽高压线等情况下，能够保证操作人员的人身安全，并能够阻断电磁对空气质量监测模块1监测数据的影响。

所述外壳4为圆柱状结构，外壳4的一端同轴加工有螺纹孔12，另一端同轴设有螺杆13，外壳4上安装有电源开关14、信号传输按钮9和LED指示灯16。在使用时，电源开关14用于控制空气质量监测模块1整个电路的通断；信号传输按钮9与控制器15电性连接，通过信号传输按钮9打开或关闭无线传输模块24；LED指示灯16与控制器15电性连接，便于操作人员通过LED指示灯16了解空气质量监测模块1的工作状态，空气质量监测模块1预热待机时LED指示灯16呈黄色常亮状态，空气质量监测模块1监测空气质量时LED指示灯16变换为绿色常亮状态，空气质量监测模块1进行数据传输时LED指示灯16为红色常亮状态，空气质量监测模块1的电量过低时LED指示灯16呈黄色闪动状态。

所述进气管7和排气管8的一端贯穿外壳4的侧壁与外界连通，且进气管7和排气管8的一端均安装有防水百叶窗。避免雨水进入外壳4内，空气质量监测模块1防雨性能好。

所述空气质量监测组件6包括三个并排设置的空气流道，三个空气流道内一一对应安装有二氧化碳传感器18、PM2.5传感器19和负氧离子传感器20，二氧化碳传感器18、PM2.5传感器19和负氧离子传感器20均与控制器15电性连接。方便同时监测空气中的二氧化碳浓度、PM2.5浓度和负氧离子浓度。

所述箱体5内并排安装有隔板A21、隔板B22，从下至上依次为隔板B22、排气管8、隔板A21和进气管7，隔板A21上安装有风扇A11，排气管8的进气口处安装有风扇B10，风扇A11、风扇B10均与控制器15和蓄电池17电性连接，空气质量监测组件6位于隔板A21和排气管8之间。安装风扇A11、风扇B10能够稳定箱体5内进出空气的流速和流量，保证空气质量监测模块1收集气流时具有良好的层流性，也有助于提高空气质量监测模块1的空气质量监测效率。

还包括存储器23，存储器23安装在箱体5内，并位于隔板B22的下方，存储器23与控制器15电性连接。存储器23用于存储空气质量监测数据，将其安装在隔板B22下方的密闭空间内，避免受潮。

还包括无线传输模块24，无线传输模块24安装在箱体5内，并位于隔板B22的下方，无线传输模块24与控制器15电性连接。方便通过无线传输模块24与数据处理终端建立无线连接，并完成空气质量监测数据远程传输，提高了空气质量数据收集装置的使用灵活性，特别适用于在植被覆盖度大，植被生长密集的区域开展空气质量监测。将无线传输模块24安装在隔板B22下方的密闭空间内，避免受潮。无线传输模块24的型号为Si4432。

一种立体森林空气质量数据收集装置的使用方法，包括以下主要步骤：

A、确定监测点的监测层数和高度；

B、确定空气质量监测模块1的数量和对应的安装高度，并使用绝缘加长杆2将各空气质量监测模块1连接在一起，得监测杆；

C、加长杆脚尖3通过若干绝缘加长杆2与监测杆的一端连接，将加长杆脚尖3逐渐垂直插入土壤中，直至各空气质量监测模块1均到达对应的安装高度；

D、打开电源开关14，预热一分钟后，各空气质量监测模块1开始运行；

E、完成数据传输，获取森林群落在垂直方向上不同层次的空气质量数据。

所述步骤C中，监测杆上远离加长杆脚尖3的一端使用三角架稳固，所述步骤E中各空气质量监测模块1通过无线传输模块24与数据处理终端建立连接，并远程完成数据传输，或者各空气质量监测模块1通过数据线与计算机连接现场完成数据传输。

本发明所述的立体森林空气质量数据收集装置，其工作原理如下：

空气质量数据收集装置安装固定在监测点，并启动运行后，通过风扇A11将外界空气抽吸到箱体5内，通过风扇B10将箱体5内的空气排到外界，进入箱体5内的空气分三部分分别流入三个空气流道，三个空气流道内的二氧化碳传感器18、PM2.5传感器19和负氧离子传感器20分别监测空气中的二氧化碳浓度、PM2.5浓度和负氧离子浓度，并将数据传输给控制器15，然后储存在存储器23中，最后有线传输到计算机，或者无线传输到数据处理终端。

本发明提供的立体森林空气质量数据收集装置，其有益效果如下：

1、可以在垂直方向上同时监测森林群落不同层次的空气质量，有助于提高野外工作效率，确保数据监测时效性和准确性，为研究森林空气质量在垂直剖面上的变化提供可靠数据。

2、空气质量监测模块1、绝缘加长杆2和加长杆脚尖3之间可拆卸连接，拆卸组装简单、快速，且方便野外携带；同时，便于零部件扩展与更换，可以根据需要调整空气质量监测模块1的数量和空气质量监测模块1之间的间距。

3、绝缘加长杆2、加长杆脚尖3和外壳4均采用绝缘碳纤维材料制成，提高了操作安全性，能够保证操作人员的人身安全，并能够阻断电磁对空气质量监测模块1监测数据的影响。

4、进气管7和排气管8与外壳4的连接点位于外壳4的外圆侧壁上，且进气管7和排气管8上安装有防水百叶窗，避免雨水进入外壳4内，空气质量监测模块1防雨性能好。

5、风扇A11、风扇B10能够稳定箱体5内进出空气的流速和流量，保证空气质量监测模块1收集气流时具有良好的层流性，也有助于提高空气质量监测模块1的空气质量监测效率。

6、可以根据需要选择有线或无线数据传输，提高了空气质量数据收集装置的使用灵活性，特别适用于在植被覆盖度大，植被生长密集的区域开展空气质量监测。