本發(fā)明涉及環(huán)境檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種振蕩天平全自動開關(guān)腔體及控制方法。

背景技術(shù)：

顆粒物是大氣中的主要污染物之一。其中粒徑較小的顆粒物，特別是粒徑≤2.5μm的顆粒富含大量的有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)是大氣污染的元兇。這些顆粒物會干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。

目前對大氣中微小顆粒物的檢測和分析方法已經(jīng)發(fā)展了多種，常用的方法有人工濾膜稱重法、光散射法、壓電晶體法、β射線法和振蕩天平法。其中振蕩天平法能夠?qū)Υ髿忸w粒物進(jìn)行實時監(jiān)測、且測量精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強等特點在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域被廣泛使用。

振蕩天平法實時測量顆粒物濃度的精度來源于振蕩天平腔體溫度的穩(wěn)定性和均勻性；同時該方法測量顆粒物濃度時需要定期更換濾膜，更換過程中如何實現(xiàn)對腔體溫度的波動最??；再次保持腔體開關(guān)的自動化更有利于操作人員的使用；最后當(dāng)腔體出現(xiàn)異常能夠通過相關(guān)的APP實時報警。

振蕩天平法在測量顆粒物的濃度后，需要打開腔體，更換濾膜，目前振蕩天平法不能夠自動化打開和關(guān)閉腔體，更換濾膜時會降低測量效率，從而影響顆粒濃度的檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種振蕩天平全自動開關(guān)腔體及控制方法，具備自動化打開腔體的優(yōu)點，解決了濾膜更換過程中溫度環(huán)境恢復(fù)慢的缺點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種振蕩天平全自動開關(guān)腔體及控制方法，包括保溫腔，所述保溫腔的正面設(shè)有啟閉門，所述啟閉門的表面設(shè)有小窗，所述保溫腔的內(nèi)腔設(shè)有主腔體，所述主腔體的頂部連接有上端蓋，所述上端蓋頂部的表面設(shè)有測距模塊，所述上端蓋的兩側(cè)均連接有支撐桿，所述主腔體內(nèi)側(cè)的底部設(shè)有下端蓋，所述主腔體底部連接有緊固裝置，所述緊固裝置的頂部連接有核心振蕩單元，所述主腔體內(nèi)部的左側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)活動連接有直線軸承，所述導(dǎo)軌的頂部與上端蓋相連，所述導(dǎo)軌的底部連接有固定板，所述固定板內(nèi)部的右側(cè)貫穿連接有帶絲桿步進(jìn)電機，所述帶絲桿步進(jìn)電機的貫穿主腔體并延伸至上腔，所述帶絲桿步進(jìn)電機的絲桿中部通過螺母與主腔體連接，所述主腔體信號連接有控制電路板。

優(yōu)選的，所述導(dǎo)軌貫穿主腔體并延伸至上端蓋的內(nèi)側(cè)。

優(yōu)選的，所述測距模塊位于上端蓋頂部的表面。

優(yōu)選的，所述上端蓋的表面設(shè)有上限位開關(guān)，所述固定板頂部的左側(cè)設(shè)有下限位開關(guān)。

優(yōu)選的，所述核心振蕩單元位于主腔體和下端蓋形成的內(nèi)腔中。

優(yōu)選的，所述支撐桿位于主腔體的兩側(cè)，所述固定板的兩側(cè)均與支撐桿的內(nèi)側(cè)連接。

優(yōu)選的，主腔體、上端蓋和下端蓋分別裝有加溫裝置和測溫裝置，且所述加溫裝置和測溫裝置均與控制電路板信號連接，用于保持主腔體內(nèi)的溫度環(huán)境。

本發(fā)明第二方面提供一種振蕩天平全自動開關(guān)腔體的控制方法，包括如下步驟：

S1、當(dāng)接收到控制電路板(16)發(fā)送的開主腔體(4)命令，帶絲桿步進(jìn)電機(14)通過絲桿緩慢帶動主腔體(4)下移，此時測距模塊(6)監(jiān)控主腔體(4)距上端蓋(5)的間距，當(dāng)達(dá)到設(shè)定間距的時候，系統(tǒng)發(fā)出信號提醒操作人員更換濾膜；

S2、操作人員打開啟閉門(2)上的小窗(3)，更換濾膜；

S3、系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閉主腔體(4)的指令，帶絲桿步進(jìn)電機(14)通過絲桿緩慢帶動主腔體(4)上移，直到碰到上限位開關(guān)(17)為止。

所述步驟S2中，通過開關(guān)時間和外部溫度的計算，估算開啟主腔體(4)后的加熱功率P，以保證更換濾膜期間溫度的穩(wěn)定性，加熱功率P的計算方法為：

P＝P₀+a*l*(T₀-T)+b*l²*(T₀-T)-c*(T'-T₀),

其中:P₀為穩(wěn)定在設(shè)定溫度的主腔體(4)閉合時的加熱功率；l為主腔體(4)開啟距離的大??；a，b,c為待定系數(shù)；T₀為主腔體(4)的設(shè)定溫度，T為當(dāng)前的室溫,T'為主腔體(4)實際測量的溫度；

由于閉合時主腔體(4)的溫度采用的是PID控制，當(dāng)接收到打開主腔體(4)命令時，先保存閉合動態(tài)控制獲得的p、i和d值以及當(dāng)前時刻的偏差e0、前一時刻的偏差e1和積分結(jié)果InSum；然后通過測距模塊獲得主腔體(4)開啟距離的大小l；再獲得當(dāng)前的室溫T，設(shè)定溫度T₀和主腔體(4)實際測量的溫度T'，并根據(jù)上述計算方法計算當(dāng)前應(yīng)提供的加熱功率P；最后，當(dāng)主腔體(4)關(guān)閉以后，延遲一段時間t后再轉(zhuǎn)換到主腔體(4)閉合時的溫控方案，并恢復(fù)原先保存的參數(shù)p、i、d、e0、e1和InSum。

當(dāng)腔體發(fā)生故障時，控制電路板(16)上的網(wǎng)絡(luò)模塊向操作人員的手機發(fā)送故障代碼信號。

當(dāng)腔體開關(guān)超過設(shè)定時間時，提醒操作員校對溫度環(huán)境是否被破壞。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明通過核心振蕩單元與緊固裝置的配合使用，使得核心振蕩單元通過緊固裝置固定在下端蓋時，緊固裝置和下端蓋能夠保證核心振蕩單元溫度的穩(wěn)定性，從而提高顆粒濃度檢測的效果，通過帶絲桿步進(jìn)電機與直線軸承的配合使用，使得帶絲桿步進(jìn)電機在轉(zhuǎn)動時，帶絲桿步進(jìn)電機能夠帶動下端蓋向下移動，從而實現(xiàn)主腔體能夠自動打開和關(guān)閉的效果，通過保溫腔上啟閉門與小窗的使用，使得啟閉門與小窗能夠減少腔體內(nèi)溫度的波動，從而提高更換濾膜后的效果。

2、本發(fā)明通過帶絲桿步進(jìn)電機與固定板的使用，使得帶絲桿步進(jìn)電機能夠提供恒定的壓力，從而進(jìn)一步提高腔體運行過程中的穩(wěn)定性，通過控制電路板的使用，使得腔體在發(fā)生故障時，控制電路板能夠發(fā)送故障代碼信號，從而克服傳統(tǒng)的振蕩天平需要操作人員巡視檢查的過程。

3、通過不同的控制算法聯(lián)合應(yīng)用，以及參數(shù)的合理調(diào)整，有效提高打開主腔體更換濾膜以后系統(tǒng)工作溫度環(huán)境的快速恢復(fù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1保溫腔、2啟閉門、3小窗、4主腔體、5上端蓋、6測距模塊、7支撐桿、8下端蓋、9緊固裝置、10核心振蕩單元、11導(dǎo)軌、12直線軸承、13固定板、14帶絲桿步進(jìn)電機、15螺母、16控制電路板、17上限位開關(guān)、18下限位開關(guān)。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-2，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種振蕩天平全自動開關(guān)腔體及控制方法，包括保溫腔1，保溫腔1的正面設(shè)有啟閉門2，啟閉門2的表面設(shè)有小窗3，通過保溫腔1上啟閉門2與小窗3的使用能有效降低主腔體溫度的波動，從而提高更換濾膜后主腔體工作溫度環(huán)境的快速恢復(fù)，保溫腔1的內(nèi)腔設(shè)有主腔體4，主腔體4的頂部連接有上端蓋5，上端蓋5頂部的表面設(shè)有測距模塊6，測距模塊6設(shè)于上端蓋5上，上端蓋5的兩側(cè)均連接有支撐桿7，兩個支撐桿7位于主腔體4的兩側(cè)，通過支撐桿7的使用，使得兩個支撐桿7通過上端蓋5與固定板13構(gòu)成了主腔體4的框架結(jié)構(gòu)，固定板13的兩側(cè)均與支撐桿7的內(nèi)側(cè)連接，主腔體4內(nèi)側(cè)的底部設(shè)有下端蓋8，主腔體4底部連接有緊固裝置9，緊固裝置9的頂部連接有核心振蕩單元10，核心振蕩單元10位于主腔體4和下端蓋8形成的內(nèi)腔中，主腔體4和下端蓋8構(gòu)成的內(nèi)腔能夠保證核心振蕩單元10溫度的穩(wěn)定性，從而提高顆粒濃度檢測的效果，主腔體4內(nèi)部的左側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌11，導(dǎo)軌11的內(nèi)側(cè)活動連接有直線軸承12，導(dǎo)軌11貫穿主腔體4并延伸至上端蓋5的內(nèi)側(cè)，導(dǎo)軌11的頂部與上端蓋5相連，導(dǎo)軌11的底部連接有固定板13，上端蓋5的表面設(shè)有上限位開關(guān)17，固定板13頂部的左側(cè)設(shè)有下限位開關(guān)18，固定板13內(nèi)部的右側(cè)貫穿連接有帶絲桿步進(jìn)電機14，通過帶絲桿步進(jìn)電機14與導(dǎo)軌11的配合使用，使得帶絲桿步進(jìn)電機14在轉(zhuǎn)動時帶動主腔體4上下自由移動，從而實現(xiàn)主腔體4能夠自動打開和關(guān)閉的效果，通過帶絲桿步進(jìn)電機14與固定板13的使用，使得帶絲桿步進(jìn)電機14能夠提供恒定的壓力，從而進(jìn)一步提高腔體運行過程中的穩(wěn)定性，帶絲桿步進(jìn)電機14的貫穿主腔體4并延伸至上腔，帶絲桿步進(jìn)電機14的絲桿中部通過螺母15與主腔體4連接，主腔體4信號連接有控制電路板16，通過控制電路板16的使用，使得腔體在發(fā)生故障時，控制電路板16能夠發(fā)送故障代碼信號，從而克服傳統(tǒng)的振蕩天平需要操作人員巡視檢查的過程，電路控制板16也可以外置。

主腔體4、上端蓋5和下端蓋8分別裝有加溫裝置和測溫裝置，且所述加溫裝置和測溫裝置均與控制電路板16信號連接，用于保持主腔體4內(nèi)的溫度環(huán)境。

控制時，包括如下步驟：

S1、當(dāng)接收到控制電路板16發(fā)送的開主腔體4命令，帶絲桿步進(jìn)電機14通過絲桿緩慢帶動主腔體4下移，此時測距模塊6監(jiān)控主腔體4距上端蓋5的間距，當(dāng)達(dá)到設(shè)定間距的時候，系統(tǒng)發(fā)出信號提醒操作人員更換濾膜；

S2、操作人員打開啟閉門2上的小窗3，更換濾膜；

S3、系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閉主腔體4的指令，帶絲桿步進(jìn)電機14通過絲桿緩慢帶動主腔體4上移，直到碰到上限位開關(guān)17為止。

所述步驟S2中，通過開關(guān)時間和外部溫度的計算，估算開啟主腔體4后的加熱功率P，以保證更換濾膜期間溫度的穩(wěn)定性，加熱功率P的計算方法為：

P＝P₀+a*l*(T₀-T)+b*l²*(T₀-T)-c*(T'-T₀),

其中:P₀為穩(wěn)定在設(shè)定溫度的主腔體4閉合時的加熱功率；l為主腔體4開啟距離的大小；a，b,c為待定系數(shù)；T₀為主腔體4的設(shè)定溫度，T為當(dāng)前的室溫,T'為主腔體4實際測量的溫度；

由于閉合時主腔體4的溫度采用的是PID控制，當(dāng)接收到打開主腔體4命令時，先保存閉合動態(tài)控制獲得的p、i和d值以及當(dāng)前時刻的偏差e0、前一時刻的偏差e1和積分結(jié)果InSum；然后通過測距模塊獲得主腔體4開啟距離的大小l；再獲得當(dāng)前的室溫T，設(shè)定溫度T₀和主腔體4實際測量的溫度T'，并根據(jù)上述計算方法計算當(dāng)前應(yīng)提供的加熱功率P；最后，當(dāng)主腔體4關(guān)閉以后，延遲一段時間t后再轉(zhuǎn)換到主腔體4閉合時的溫控方案，并恢復(fù)原先保存的參數(shù)p、i、d、e0、e1和InSum。

當(dāng)腔體發(fā)生故障時，控制電路板16上的網(wǎng)絡(luò)模塊向操作人員的手機發(fā)送故障代碼信號。

當(dāng)腔體開關(guān)超過設(shè)定時間時，提醒操作員校對溫度環(huán)境是否被破壞。

綜上所述，該振蕩天平全自動開關(guān)腔體及控制方法，通過帶絲桿步進(jìn)電機14的使用，解決了濾膜更換時對腔體工作溫度環(huán)境造成的影響。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素”。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。