專利名稱：粉塵沉降實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種粉塵沉降實驗裝置。
背景技術(shù)：
地球磁場產(chǎn)生于地球形成后不久，它的存在阻擋了大量的宇宙以及來自太陽的高速粒子，對地球上的生態(tài)環(huán)境起到了至關(guān)重要的保護作用。地球磁場會隨著空間和時間發(fā)生變化，這些變化蘊藏著地球本身的一些規(guī)律，而且還可能與氣候變化、生物活動等具有直接或間接的聯(lián)系。同時，地球磁場的變化在某種尺度上具有全球一致性，例如距今最近的一次地磁場南北極倒轉(zhuǎn)事件發(fā)生在78萬年前，這次倒轉(zhuǎn)事件就可以作為地質(zhì)歷史研究中的一個時間控制點。沉積物(如海洋、湖泊沉積物)在其形成的過程中，沉降物中的磁性礦物會在地磁場的作用下順著地磁場的方向按照一定的效率進行排列，當沉積物被壓實、固結(jié) 之后，這些沿著地磁場方向排列的磁性礦物就為沉積物記錄了一個可以反映沉積時的磁場信息，稱之為沉積剩磁。當然，有一部分沉積物，由于粒度較粗，空隙較大，壓實作用不強等原因，導致里面的磁性礦物沒有被完全的固定，它們會沿著后期地磁場的方向排列，那么這時的剩磁就不能反映沉積物沉積時的地磁場信息，稱之為沉積后剩磁。為了研究過去地磁場的變化規(guī)律，同時為地質(zhì)歷史的研究提供一定的時間標尺，海洋沉積物的剩磁機制得到了比較多的關(guān)注。而作為陸相風成沉積物的黃土，盡管其已經(jīng)被證明可以記錄地球磁場的信息，但由于其沉積環(huán)境與海洋不同，海洋沉積物的剩磁獲得機制則不能直接拿來應(yīng)用到黃土中，因此需要對風成沉積的黃土的剩磁獲得機制進行研究。這樣的研究在過去并沒有十分成熟的例子，本專利所涉及的設(shè)計能夠成功應(yīng)用在這方面的研究上。

實用新型內(nèi)容針對相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種粉塵沉降實驗裝置，以提供一種研究粉塵的沉降過程中的可能物理機制的裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種粉塵沉降實驗裝置，其特征在于，包括模擬自然界中粉塵揚起、飄移擴散以及沉降三個過程的封閉循環(huán)風洞，具有供粉塵在其中揚起、飄移擴散、沉降的沙塵倉；在沙塵倉中產(chǎn)生強度和方向變化磁場的磁場產(chǎn)生裝置，設(shè)于沙塵倉之外；在沙塵倉中模擬降雨的降雨模擬裝置，具有向沙塵倉中降雨的噴頭；樣品收集裝置，設(shè)置在沙塵倉中的底部；以及對沙塵倉中包括風速、溫度、濕度、磁場在內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)控和實時記錄的監(jiān)控記錄裝置，與磁場產(chǎn)生裝置、降雨模擬裝置、封閉循環(huán)風洞中提供循環(huán)風的風扇之間電連接。優(yōu)選地，循環(huán)風洞還包括設(shè)于沙塵倉之外并與之連通的風管、以及由具有粉塵入口的粉塵進給裝置；其中，提供循環(huán)風的風扇為兩個、且設(shè)在風管中，粉塵入口設(shè)在兩個風扇之間與風管連通。優(yōu)選地，磁場產(chǎn)生裝置包括三軸相互垂直的亥姆霍茲線圈，粉塵沉降實驗裝置還包括與線圈和兩個風扇電連接的電源裝置。[0007]優(yōu)選地，降雨模擬裝置還包括水泵，水泵位于沙塵倉之外、并通過水管與噴頭連接。優(yōu)選地，監(jiān)控記錄裝置包括根據(jù)從沙塵倉中檢測的磁場參數(shù)，控制電源裝置供給線圈的電流強度與方向的磁控模塊，磁控模塊與電源裝置電連接；根據(jù)從沙塵倉中檢測的風速參數(shù)，控制電源裝置供給風扇的電流強度的風扇控制模塊，風扇控制模塊與電源裝置電連接；根據(jù)從沙塵倉中檢測的濕度參數(shù)，控制水泵供水量和供水時間的供水模塊，供水模塊與水泵電連接；控制進給裝置的粉塵進給量 的粉塵控制模塊，粉塵控制模塊與驅(qū)動進給裝置粉塵刷的馬達電連接，其中粉塵刷向粉塵入口輸送粉塵。優(yōu)選地，監(jiān)控記錄裝置還包括檢測風速參數(shù)的傳感器、檢測磁場強度和方向的傳感器、檢測濕度的傳感器、檢測溫度的傳感器，所有這些傳感器均設(shè)在沙塵倉中。優(yōu)選地，沙塵倉內(nèi)的上部空間為粉塵擴散區(qū)、下部空間為粉塵沉降區(qū)，樣品收集裝置設(shè)置在粉塵沉降區(qū)的底部。優(yōu)選地，樣品收集裝置包括水槽、收集離散樣品的樣品盒陣列、收集塊狀樣品的柱狀樣品盒。本實用新型的有益技術(shù)效果在于提供一種研究粉塵的沉降過程中的可能物理機制的裝置，尤其有利于對黃土等風成沉積物的剩磁獲得機制進行更好的研究，亦可對海洋或湖泊沉積物的剩磁機制進行研究，以提供不同沉積環(huán)境之間的相互對比研究，對促進相關(guān)領(lǐng)域(如古地磁，古氣候，古環(huán)境)的研究具有積極意義。

圖I是本實用新型粉塵沉降實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型中樣品盒陣列的俯視正視圖；圖3是圖2的俯視圖，為簡化目的省略了樣品盒固定底座；圖4是柱狀樣品盒的示意圖。
具體實施方式
以下參見附圖描述本實用新型的具體實施方式
。參見圖1，本實用新型粉塵沉降實驗裝置，包括循環(huán)風洞、磁場產(chǎn)生裝置、降雨模擬裝置，樣品收集裝置，以及監(jiān)測控制裝置。循環(huán)風洞能比較真實的模擬自然界中粉塵揚起、飄移擴散以及沉降三個過程，其具有供粉塵在其中揚起、飄移擴散以及沉降的沙塵倉19;而磁場產(chǎn)生裝置設(shè)置在沙塵倉19之外，能夠在沙塵倉19中提供一個在方向與強度上都能變化的磁場；降雨模擬裝置能夠在沙塵倉19中簡單模擬自然降雨的過程，具有向沙塵倉19中降雨的噴頭13 ;樣品收集裝置具有多種樣品收集方式以滿足不同實驗的需求，設(shè)置在沙塵倉19中的底部；監(jiān)測控制記錄裝置能起到對沙塵倉19中包括風速、溫度、濕度磁場等的環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測、控制、實時記錄的作用，該監(jiān)測控制裝置與磁場產(chǎn)生裝置、降雨模擬裝置、以及封閉循環(huán)風洞中提供循環(huán)風的風扇之間電連接。繼續(xù)參見圖1，循環(huán)風洞中用以提供循環(huán)風的風扇為兩個，即圖I中示出的風扇6和7，循環(huán)風洞還包括風管20、粉塵進給裝置8，風扇6、7即設(shè)置在風管20中，粉塵樣品在后前兩個風扇6、7的吹吸作用下在風洞中移動。其中，風管20在沙塵倉19之外并與沙塵倉19連通，并且風洞20整體封閉，這使得循環(huán)風動力的強度得到保障，并且可以防止粉塵外泄，污染實驗室周圍環(huán)境；粉塵進給裝置8具有存儲粉塵的物源倉25、粉塵刷(未示出)、以及驅(qū)動粉塵刷將粉塵輸送到粉塵入口的馬達9。從圖I中可看出粉塵入口在風扇6和7之間與風管20連通。另外圖I中還示出了支撐沙塵倉19的支架14。從圖I中還可看出，粉塵沉降實驗裝置還包括電源裝置11。作為一種實施方式，磁場產(chǎn)生裝置包括三軸相互垂直的亥姆霍茲線圈4。電源裝置11與該線圈4和兩個風扇6、7電連接以向其供電。圖I中示出，本實用新型中的降雨模擬裝置還包括水泵10，水泵10位于沙塵倉19之外、并通過水管23與噴頭13連接。沙塵倉19內(nèi)的上部空間為粉塵擴散區(qū)I、下部空間為粉塵沉降區(qū)2。在粉塵擴散區(qū)I由于具有湍流的空氣動力，使得樣品粉塵能夠得到比較充分的擴散飄移，以模擬粉塵在空氣中的狀態(tài)。沉降區(qū)2與擴散區(qū)I在尺寸和形狀上都發(fā)生了變化，使得沉降區(qū)2具有相對平靜的空氣動力環(huán)境，因此樣品粉塵能夠得以沉降。顯然，樣品收集裝置設(shè)置在粉塵沉降區(qū)2內(nèi)的底部。樣品收集裝置可以包括如圖I所示的水槽3(有 水模擬海洋，湖泊和沼澤環(huán)境，無水模擬干燥環(huán)境)，水槽3中的有無水狀態(tài)能夠模擬粉塵沉降在干地和水中的兩種情形；如圖2和圖3所示的收集離散樣品的樣品盒陣列17，可以一次收集同條件下的平行樣品若干；以及如圖4所示的收集塊狀樣品的柱狀樣品盒18。進一步，水槽3僅僅是用來模擬有水環(huán)境的，無水環(huán)境不需要使用，因此水槽3是一個可以移動的裝置，與樣品盒陣列17無直接關(guān)系。從圖2和圖3中可看出，樣品盒陣列17由16個樣品盒22以4行4列方式陣列，陣列在樣品盒固定底座23上。樣品盒固定底座23是放置在沙塵倉19內(nèi)部的。本實用新型中監(jiān)控記錄裝置包括根據(jù)從沙塵倉19中檢測的磁場參數(shù)，控制電源裝置11供給線圈4的電流強度與方向的磁控模塊，磁控模塊與電源裝置11電連接；根據(jù)從沙塵倉19中檢測的風速參數(shù)，控制電源裝置11供給所述風扇6、7的電流強度(實現(xiàn)風扇啟停、風扇風量的控制)的風扇控制模塊，風扇控制模塊與電源裝置11電連接；根據(jù)從沙塵倉19中檢測的濕度參數(shù)，控制水泵10供水量和供水時間(實現(xiàn)定時定量供水)的供水模塊，供水模塊與水泵10電連接；控制進給裝置8的粉塵進給量的粉塵控制模塊，粉塵控制模塊與驅(qū)動粉塵刷的馬達8電連接，以控制進給裝置向風管20中定時定量供應(yīng)粉塵，即控制粉塵供給量、供給速度等參數(shù)。例如，作為一種優(yōu)選方式，磁控模塊控制電源裝置11使得線圈4在沙塵倉20中產(chǎn)生任意方向的磁場,該磁場是強度介于0-100 ii T范圍的固定磁場，以及在這個范圍之內(nèi)的變化磁場。電源裝置11可以通過監(jiān)控記錄裝置(計算機)12編程自動控制。另外除了上述的借助于供水模塊控制供水量，也可以采用方式控制定時定量的噴水。監(jiān)控記錄裝置還可以實現(xiàn)對包括上述的環(huán)境參數(shù)、以及粉塵進給量、進給速度等實驗狀態(tài)參數(shù)進行實時記錄。顯然可以理解，為了與監(jiān)控記錄裝置的上述模塊的動作傳遞相應(yīng)參數(shù)，監(jiān)控記錄裝置還應(yīng)包括檢測風速參數(shù)的傳感器、檢測磁場強度和方向的傳感器16、檢測濕度的傳感器、檢測溫度的傳感器15，所有這些傳感器均設(shè)在沙塵倉19中。在使用本裝置時，首先要根據(jù)需求設(shè)計實驗步驟，確定實驗環(huán)境參數(shù)，如磁場，溫度，有無水，有無降雨模擬以及采樣的要求。將樣品收集裝置放入粉塵樣品沉降區(qū)，確認整個系統(tǒng)的封閉性，然后通過監(jiān)控記錄裝置來設(shè)定所需要的環(huán)境參數(shù)，接著就可以把準備好的粉塵樣品放入進樣裝置的物源倉，粉塵樣品在馬達驅(qū)動的進樣刷的帶動下，定時定量的輸入進循環(huán)風洞。粉塵樣品在循環(huán)風的帶動下被搬運到擴散區(qū)，在重力和磁力的作用粉塵樣品會在沉降區(qū)緩慢沉降進入樣品收集裝置。待實驗完成后，將樣品取出進行后續(xù)的研究分析。綜上，本實用新型提供一種研究粉塵的沉降過程中的可能物理機制的裝置，尤其有利于對黃土等風成沉積物的剩磁獲得機制進行更好的研究，對促進相關(guān)領(lǐng)域(如古地磁，古氣候，古環(huán)境)的研究具有積極意義。 以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種粉塵沉降實驗裝置，其特征在于，包括 模擬自然界中粉塵揚起、飄移擴散以及沉降三個過程的封閉循環(huán)風洞，具有供粉塵在其中揚起、飄移擴散、沉降的沙塵倉(19)； 在所述沙塵倉(19)中產(chǎn)生強度和方向變化磁場的磁場產(chǎn)生裝置，設(shè)于所述沙塵倉(19)之外； 在所述沙塵倉(19)中模擬降雨的降雨模擬裝置，具有向所述沙塵倉中降雨的噴頭(13)； 樣品收集裝置，設(shè)置在所述沙塵倉(19)中的底部；以及 對所述沙塵倉(19)中包括風速、溫度、濕度、磁場在內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)控和實時記錄的監(jiān)控記錄裝置，與所述磁場產(chǎn)生裝置、降雨模擬裝置、封閉循環(huán)風洞中提供循環(huán)風的風扇(6、7)之間電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的粉塵沉降實驗裝置，其特征在于， 所述循環(huán)風洞還包括設(shè)于所述沙塵倉(19)之外并與之連通的風管(20)、以及由具有粉塵入口的粉塵進給裝置(8)； 其中，所述的提供循環(huán)風的風扇(6、7)為兩個、且設(shè)在所述風管(20)中，所述粉塵入口在所述兩個風扇(6、7)之間與所述風管(20)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉塵沉降實驗裝置，其特征在于， 所述磁場產(chǎn)生裝置包括三軸相互垂直的亥姆霍茲線圈(4)，所述粉塵沉降實驗裝置還包括與所述線圈(4)和所述兩個風扇(6、7)電連接的電源裝置(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉塵沉降實驗裝置，其特征在于， 所述降雨模擬裝置還包括水泵(10)，所述水泵(10)位于所述沙塵倉(19)之外、并通過水管(23)與所述噴頭(13)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉塵沉降實驗裝置，其特征在于，所述監(jiān)控記錄裝置包括 根據(jù)從沙塵倉(19)中檢測的磁場參數(shù)，控制所述電源裝置(11)供給所述線圈(4)的電流強度與方向的磁控模塊，所述磁控模塊與所述電源裝置(11)電連接； 根據(jù)從沙塵倉(19)中檢測的風速參數(shù)，控制所述電源裝置(11)供給所述風扇(6、7)的電流強度的風扇控制模塊，所述風扇控制模塊與所述電源裝置(11)電連接； 根據(jù)從沙塵倉(19)中檢測的濕度參數(shù)，控制所述水泵(10)供水量和供水時間的供水模塊，所述供水模塊與所述水泵(10)電連接；以及 控制所述進給裝置(8)的粉塵進給量的粉塵控制模塊，所述粉塵控制模塊與驅(qū)動所述進給裝置(8)粉塵刷的馬達(8)電連接，其中所述粉塵刷向所述粉塵入口輸送粉塵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉塵沉降實驗裝置，其特征在于， 所述監(jiān)控記錄裝置還包括檢測所述風速參數(shù)的傳感器、檢測所述磁場強度和方向的傳感器(16)、檢測所述濕度的傳感器、檢測所述溫度的傳感器(15)，所有這些傳感器均設(shè)在所述沙塵倉(19)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的粉塵沉降實驗裝置，其特征在于， 所述沙塵倉(19)內(nèi)的上部空間為粉塵擴散區(qū)(I)、下部空間為粉塵沉降區(qū)(2)，所述樣品收集裝置設(shè)置在所述粉塵沉降區(qū)(2)的底部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的粉塵沉降實驗裝置，其特征在于，所 述樣品收集裝置包括水槽(3)、收集離散樣品的樣品盒陣列(17)、收集塊狀樣品的柱狀樣品盒(18)。
專利摘要本實用新型提供一種粉塵沉降實驗裝置，包括模擬自然界中粉塵揚起、飄移擴散以及沉降三個過程的封閉循環(huán)風洞，具有供粉塵在其中揚起、飄移擴散、沉降的沙塵倉(19)；在沙塵倉(19)中產(chǎn)生強度和方向變化磁場的磁場產(chǎn)生裝置，設(shè)于沙塵倉(19)之外；在沙塵倉(19)中模擬降雨的降雨模擬裝置，具有向沙塵倉中降雨的噴頭(13)；樣品收集裝置，設(shè)置在沙塵倉(19)中的底部；對沙塵倉(19)中包括風速、溫度、濕度、磁場在內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)控和實時記錄的監(jiān)控記錄裝置，與磁場產(chǎn)生裝置、降雨模擬裝置、封閉循環(huán)風洞中提供循環(huán)風的風扇(6、7)之間電連接。以提供一種研究粉塵的沉降過程中的可能物理機制的裝置。
文檔編號G01N15/04GK202548039SQ20122003926
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者劉雙遲, 劉青松, 安德魯·羅伯茨, 朱日祥, 王華沛, 秦華峰, 趙翔 申請人:中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所