一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法

1.本发明涉及一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，属于环境检测技术领域。


背景技术：

2.云雾观测始于20世纪50年代气象学的云微物理研究，气象学家通过机载的云雾采样器短时间内穿过云层，短时间内获得少量云雾水样品并得到其液滴粒径、液体水含量、雾滴谱分布等数据；后来，随着酸雨、雾霾等全球性的污染活动加剧，大气环境研究人员开始搭载地基的云雾水采样器，进行长周期的云雾水污染过程观测。
3.地基式云雾水采样器又分为被动式和主动式两种，主动式采样器与被动式的主要区别是，在被动式的基础上添加风机动力装置提高单位时间进气量进而提高采样器的收集效率。
4.云雾气团中的液滴运动按时间序列主要分为凝结、碰撞和沉降三个过程。新的云雾水气团始于云凝结核吸收水分生成活动，在此凝结过程中，液滴粒径分布在2～20μm的范围内，污染物贡献源浓度与液滴直径成正比；小液滴间相互碰撞生成大粒径的液滴，此时污染物贡献源浓度与液滴直径成反比；当液滴粒径通过运动过程继续增大生成沉降之后，污染源浓度与液滴直径也就失去了显著相关性。此外，在长时间的云雾事件中，这三个液滴运动过程常常会同时进行，但是现有的云雾水采样器不能实现云雾液滴三个运动过程的分开收集。
5.所有形成液滴的气溶胶粒子，在大小或组成上都是不均匀的，会在不同的运动过程及条件下被激活，为了研究云雾液滴运动中的不同污染过程，研发一种将雨水及云雾水分粒径收集的方法是十分必要的。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，应用于外场监测，通过天气探测系统解决传统外场采样中云雾天气中夹杂降雨降雪的问题，并通过多级雨水及云雾水截留部分实现了云雾水样品的分粒径收集。
7.本发明采用以下技术方案：
8.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，包括以下步骤：
9.(1)将多级云雾水采集器的样品收集系统和天气探测系统安装在现场，天气探测系统安装方向为北半球偏北，南半球偏南，且偏角小于等于15
°
，避免太阳光直射进入微型雾探测器，降低接收机内的数据噪音水平，并将样品收集系统和天气探测系统进行电连接和信号连接；
10.所述多级云雾水采集器包括天气探测系统和样品收集系统，天气探测系统包括微型雾探测器、雨雪有无传感器、雨量传感器、温湿度传感器和自动控制器，微型雾探测器的型号优选为miniofs，用于探测能见度，雨雪有无传感器的型号优选为phrs雨雪传感器v3.0，雨量传感器的型号优选为ty-ydyl型压电式雨量传感器，温湿度传感器的型号优选为
hmt120型温湿度传感器，传统的云雾采样器启停信号只能通过单一能见度或湿度参数作为雾事件判别信号，往往会造成对降雨事件的误采，本发明中的天气探测系统通过湿度、降雨量及能见度的三重条件设置，实现了对天气状况的精确判断；
11.样品收集系统包括外壳，外壳由套筒和位于套筒底部的底板构成，以进气口位置为前端，外壳内部从前到后依次为雨水截留部分和多级云雾水截留部分，多级云雾水截留部分内部设置有多级云雾水截留腔室，用于截留不同粒径的云雾气团液滴，多级云雾水截留腔室的后端通过抽气管连接一真空泵；雨水截留部分和多级云雾水截留部分下方均设置有一样品储藏室，用于储存雨水和分粒径收集的液滴；
12.自动控制器包括信号传输处理模块、存储模块和电源模块，微型雾探测器、雨雪有无传感器、雨量传感器和温湿度传感器均与自动控制器的信号传输处理模块连接，并将数据存储在存储模块中，电源模块用于为天气探测系统和样品收集系统供电，信号传输处理模块与真空泵连接；
13.(2)多级云雾水采集器安装完成后，天气探测系统通过微型雾探测器、雨雪有无传感器、雨量传感器、温湿度传感器同时工作来探测天气情况；
14.(3)根据探测到的天气情况，样品收集系统自动开启或关闭，自动控制器接收天气探测系统的信号并控制真空泵的功率，雨水截留部分和多级云雾水截留部分工作，实现分粒径收集；
15.(4)分粒径收集的样品存储在样品储藏室内；
16.(5)收集结束后，取走样品储藏室内的收集瓶，换上新的收集瓶。
17.优选的，所述步骤(3)的多级云雾水截留腔室包括一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室和三级云雾水截留腔室，多级云雾水截留腔室上均固定有绳网固定结构，绳网固定结构内部固定有收集绳网，用于收集不同粒径的液滴，不同云雾水截留腔室的收集绳网不同；
18.所述收集绳网包括绳框和特氟龙绳，特氟龙绳等间距固定于绳框上，一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室和三级云雾水截留腔室的收集绳网分别由不同间距、不同直径的特氟龙绳构成，具体的：
19.一级云雾水截留腔室内的收集绳网的特氟龙绳直径为8-15mm，优选为11.8mm，相邻两特氟龙绳的间距为特氟龙绳直径的2.2倍；
20.二级云雾水截留腔室内的收集绳网的特氟龙绳直径为0.45-1.2mm，优选为0.8mm，相邻两特氟龙绳的间距为特氟龙绳直径的3.2倍；
21.三级云雾水截留腔室内的收集绳网的特氟龙绳直径为0.1-0.2mm，优选为0.18mm，相邻两特氟龙绳的间距为特氟龙绳直径的3.3倍。
22.特氟龙绳直径的尺寸主要是根据流体力学中绳对流体中不同粒径液滴的捕获效果差异，不同的绳网直径实现了相同流速下对不同粒径液滴的捕捉，而绳间距是对液滴捕捉和气流阻碍的平衡，以满足云雾液滴捕捉中的高效性需求，根据对雾滴粒径的分区间收集，收集绳直径与绳间距的参数可视实际情况作出调整；
23.本发明中，一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室和三级云雾水截留腔室均呈圆柱状且相互连接，所述绳网固定结构为方形结构，绳网固定结构与其对应的云雾水截留腔室之间固定连接(焊接或一体成型)；
24.本发明的外壳由套筒和底板构成，整体呈类圆柱状铝合金结构，在体积相对不变的情况下扩大了进风口面积，降低了机身质量，满足了轻便型与机械性需求，套筒内部设置有多级云雾水截留腔室，套筒与多级云雾水截留腔室之间形成了中空双层结构，双层结构方便样品收集系统的电器与自动控制器进行电连接时，电路走线可分布于中空双层夹层中，解决了野外用电的安全性问题；
25.绳网固定结构内部设置有多排固定槽(优选为3排)，多排固定槽下方与其底部贯通，用于从固定槽底部将收集绳网放入，所述多排固定槽的两侧壁均设置有长尼龙杆通孔a，所述套筒两侧壁上与固定槽的长尼龙杆通孔a对应位置设置有长尼龙杆通孔b，收集绳网的两侧边设置有固定孔，长尼龙杆穿过长尼龙杆通孔b、长尼龙杆通孔a和固定孔将收集绳网固定；绳网固定结构优选由尼龙或聚四氟乙烯整体切割而成，避免了云雾水样品碰撞收集过程的中金属接触造成的样品污染；
26.进一步优选的，所述收集绳网安装后其上端朝向进气口方向倾斜，且与水平面的夹角为θ，θ优选为50-60
°
。
27.本发明中，绳网固定结构与底板连接完成后，底板与套筒再连接，然后多个收集绳网从底板的汇水槽预留口依次斜放入绳网固定结构的多排固定槽内，后用长尼龙杆穿过长尼龙杆通孔b、长尼龙杆通孔a和固定孔将收集绳网固定。
28.优选的，步骤(3)中，当检测到天气为非雾天时，即微型雾探测器探测到能见度大于500m，温湿度传感器探测到湿度小于90％，样品采样系统处于关闭状态，天气探测系统工作持续监测天气状况；
29.当天气探测系统的雨雪有无传感器检测到天气为雨/雪，且雨量传感器感应降雨/雪量大于0.3mm/min时，由于降雨/雪量较大，样品收集系统处于关闭状态，天气探测系统工作持续监测天气状况；
30.当天气探测系统的雨雪有无传感器检测到天气为雨/雪，且雨量传感器感应降雨/雪量小于0.3mm/min时，样品收集系统开启为雨雾混合模式进行分粒径收集；
31.当检测到天气为纯雾天时，即微型雾探测器探测到能见度小于500m，温湿度传感器探测到湿度大于90％，且雨雪有无传感器检测到天气为无雨/无雪天气，样品收集系统开启为纯雾模式进行分粒径收集。
32.本发明的多级云雾水截留腔室可根据实际情况灵活组合增减腔室，一级、二级、三级云雾水截留腔室必须安装在雨水截留部分之后，可依据粒径范围，由大到小依次截留云雾气团不同运动过程中雨滴、沉降过程中的大粒径云雾滴、碰撞过程中的中粒径云雾滴以及云凝结核初凝结过程中的小粒径云雾液滴；一级、二级、三级云雾水截留腔室可根据实际需要独立拆分组合，但是，若想实现分粒径收集，三级腔室必须从进气口方向依照雨水截留部分、一级、二级、三级云雾水截留腔室顺序排列，不可打乱顺序，例如，若想分别收集云凝结核初凝结过程中雨滴和大、小粒径云雾液滴的混合样，可摘除一级云雾水截留腔室，原本一二级云雾水截留腔室分别截留的雾滴会被二级云雾水截留腔室一起截留收集。
33.优选的，根据实际需要选择的多级云雾水截留腔室数量和组合不同，其分粒径收集的过程不同，在多级云雾水截留腔室内径为15cm时，具体过程为：
34.a、当外壳从前到后依次包括雨水截留部分、一级云雾水截留腔室时(即多级云雾水截留腔室仅有一级云雾水截留腔室)：
35.样品收集系统为雨雾混合模式时，真空泵的功率为280-420w，此时处于相对在长时间持续的雾事件后期，雾滴间充分碰撞凝结，云雾气团中大都是大液滴，进入采样器后，粒径大于100μm的雨滴经过雨水截留部分的三次捕获被收集下来，云雾气团接着经过一级云雾水截留腔室，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，粒径小于40μm的雾滴大都未被收集；
36.样品收集系统开启为纯雾模式时，功率为1500w，无需进行雨水截留，云雾气团经过一级云雾水截留腔室时，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，粒径小于40μm的雾滴大都未被收集；
37.b、当外壳从前到后依次包括雨水截留部分、一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室时(即多级云雾水截留腔室仅有一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室)：
38.样品收集系统开启为雨雾混合模式时，真空泵的功率为400-600w，此时湿度极高能见度极低，雾滴谱峰后移，云雾气团中大都是大液滴和小液滴，云雾气团进入采样器后，粒径大于100μm的雨滴经过雨水截留部分的三次捕获被收集下来，云雾气团接着经过一级云雾水截留腔室，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，云雾气团进而经过二级云雾水截留腔室，粒径在20-40μm的雾滴被收集下来，粒径小于20μm的雾滴大都未被收集；
39.样品收集系统开启为纯雾模式时，无需进行雨水截留，功率为1500w，云雾气团经过一级云雾水截留腔室时，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，经过二级云雾水截留腔室，粒径在20-40μm的雾滴被收集下来，粒径小于20μm的雾滴大都未被收集；
40.c、当外壳从前到后依次包括雨水截留部分、二级云雾水截留腔室时(即多级云雾水截留腔室仅有二级云雾水截留腔室)：
41.样品收集系统开启为雨雾混合模式时，真空泵的功率为800-1000w，此时雾滴谱峰无明显偏移，雨雾气团进入采样器后，粒径大于100μm的雨滴经过雨水截留部分的三次捕获被收集下来，在无明显雾滴谱峰偏移的雾事件中，云雾气团接着经过二级云雾水截留腔室时，粒径在20-100μm的雾滴被收集下来，粒径小于20μm的雾滴大都未被收集；
42.样品收集系统开启为纯雾模式时，无需进行雨水截留，功率为1500w，粒径在20-100μm的雾滴被收集下来，粒径小于20μm的雾滴未被收集；
43.d、当外壳从前到后依次包括雨水截留部分、一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室、三级云雾水截留腔室时(即多级云雾水截留腔室有一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室和三级云雾水截留腔室)：
44.样品收集系统为雨雾混合模式时，真空泵的功率为1500w，此时气溶胶云凝结核浓度较高，云凝结作用丰富，雾滴谱峰前移，云雾气团进入采样器后，粒径大于100μm的雨滴经过雨水截留部分的三次捕获被该收集下来，云雾气团接着经过一级云雾水截留腔室时，粒径在40-100μm(大粒径雾滴)的雾滴被收集下来，经过二级云雾水截留腔室时，粒径在20-40μm(小粒径雾滴)的雾滴被收集下来，在经过三级云雾水截留腔室时，粒径在2-20μm(极小粒径雾滴)的雾滴被收集下来，最后，粒径小于2μm的雾滴未被收集；
45.样品收集系统开启为纯雾模式时，无需进行雨水截留，功率为1500w，云雾气团经过一级云雾水截留腔室时，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，经过二级云雾水截留腔室时，粒径在20-40μm的雾滴被收集下来，在经过三级云雾水截留腔室时，粒径在2-20μm的雾滴被收集下来，最后，粒径小于2μm的雾滴未被收集。
46.优选的，雨水截留部分的套筒(即第一节套筒)内设置有雨水拦截挡板和雨水篦
子，起到雨水截留作用，所述雨水拦截挡板包括位于套筒顶部的上挡板和位于底板上的下挡板，雨水篦子位于下挡板前方的底板上；
47.所述上挡板为v形，其靠近进气口一侧的斜边与水平面的夹角为α，α为25-35
°
，在不影响进气效率的情况下，对较大的雨滴进行一次捕获，远离进气口一侧的斜边与水平面的夹角为β，β为55-65
°
；
48.所述下挡板为单边斜板，朝向套筒后端倾斜，下挡板与水平面的夹角为γ，γ为45-55
°
，云雾气团流过上挡板靠近进气口一侧的斜边后，由于风道面积变小，气流加速，雨滴由于其较大的惯性被下挡板二次捕获；云雾气团流经下挡板的单边斜板后，气流方向改变，部分回流的气团经过上挡板后侧斜边，在改正气流方向的情况下实现了对雨滴的三次捕获；
49.v形上挡板的最低点与下挡板的最高点在竖直方向的相对距离为进风口直径为40-50％，在水平方向的相对距离不低于雨水截留部分套筒长度的60％；
50.所述雨水篦子的材质为尼龙或聚四氟乙烯塑料，所述雨水篦子朝进气口方向与水平面呈锐角倾斜设置，雨水截留部分依靠上下挡板截留雨滴，液滴从气流通道汇流到汇水槽的过程缺乏收集绳网的导流作用，雨滴滴落到汇水槽的过程中可能因为高速气流引起二次横向位移，造成液滴损失，在第一节套筒的底板上方布置雨水篦子结构，起到雨滴滴落过程中的导流作用；
51.传统雨水截留技术一般采用在进气口上方布置水平挡板，这仅能实现对高降雨量、大雨滴的部分拦阻，仍有部分雨滴会随气流吸入收集通道；但云雾事件常常伴随低降雨量、小液滴的雨事件，小雨滴在进气口的横向吸力面前，进气口上方水平挡板基本无效，本发明的雨水截留部分在解决这一问题基础上还实现了对雨滴的同步收集。
52.上挡板的两斜边顶部穿设在套筒上方，并采用弧形插片螺丝固定；
53.所述下挡板底部穿设在底板下方，并采用弧形插片螺丝固定；
54.具体的，套筒与上挡板的两斜边之间，以及底板与下挡板之间，均通过两弧形插片连接，每一弧形插片前后端穿过挡板，且通过螺丝固定在套筒底部或底板底部。
55.所述上挡板靠近进气口一侧的斜边上自上而下垂直布置有前端热电偶，下挡板自下而上垂直布置有后端热电偶，上挡板和下挡板内均设置有加热板，用于对过冷云雾进行加热以防止凝结，所述前端热电偶、后端热电偶和加热板均与自动控制器的信号传输处理模块连接；
56.前端热电偶与后端热电偶通过感知云雾气团的前后温差来控制加热板的功率，加热板设置在上挡板和下挡板内，这一加热方式实现了过冷云的收集问题，并且解决了传统通过在中空绳管里内置加热丝加热过冷带来的收集绳网尺寸限制问题(传统的收集绳网中，对于大直径的特氟龙绳一般采用中空结构的特氟龙绳管，其内中空结构，节省材料，可以在其内设置加热丝)，弥补了对小粒径云雾滴收集缺失性问题；
57.当前端热电偶感应云雾气团温度低于4℃时，温度信号传输到天气探测系统自动控制器的信号传输处理模块，信号传输处理模块发送信号，控制上挡板和下挡板内内置的加热板工作，当后端热电偶与前端热电偶的温度差低于2℃时，温差信号传输到天气探测系统自动控制器的信号传输处理模块，信号传输处理模块控制上挡板和下挡板内置的加热板提高热功率，当温差高于10℃，上挡板和下挡板内置的加热板降低热功率，当前端热电偶温
度高于4℃时，加热板不开启。
58.优选的，步骤(4)中，收集的样品通过汇水槽汇集至样品储藏室，样品储藏室为恒温储藏室，可将样品保存在4℃左右(恒温储藏可采用现有技术实现，此处不再赘述)，恒温储藏室为黑色外壳，恒温储藏室内用于放置样品瓶，可避免样品阳光直射，恒温储藏室底部设置有磁吸结构，所述l型支撑上设置有磁吸片，所述磁吸片与磁吸结构配合完成连接，所述l型支撑一侧设置有螺丝孔，通过螺丝将恒温储藏室固定在l型支撑上；
59.样品储藏室侧壁上还开设有门，便于取放样品瓶。
60.所述底板上在雨水篦子和收集绳网下方均设置有汇水槽预留口，汇水槽设置于汇水槽预留口下方，汇水槽为长方体内切倒棱台结构，所述汇水槽底部设置有汇水槽出水口，样品储藏室上部留有开孔，该开孔与汇水槽出水口之间通过水管连接，水管将汇水槽出水口的液体导流到样品储藏室的样品瓶中；
61.底板底部在汇水槽预留口两侧均设置有滑槽，所述汇水槽两侧均设置有与滑槽相配合的滑片，所述滑片与汇水槽一体成型。
62.优选的，所述滑槽为侧放的u型槽，所述滑槽底部设置有小螺纹孔，所述小螺纹孔内设置有变径螺丝，所述变径螺丝包括小螺纹部分和大螺纹部分，小螺纹部分与滑槽的小螺纹孔螺纹配合，所述滑片上设置有大螺纹孔，当滑片滑入滑槽内后，变径螺丝的大螺纹部分与滑片的大螺纹孔螺纹配合。
63.当安装好收集绳网后安装汇水槽，将滑片滑入滑槽内，变径螺丝往上旋，其小螺纹部分与滑槽的小螺纹孔螺纹配合，大螺纹部分与滑片的大螺纹孔螺纹配合，拧紧即可，在拆卸时，往下旋变径螺丝，其大螺纹部分与滑片的大螺纹孔脱离，实现拆除，但是变径螺丝的小螺纹部分始终与滑槽的小螺纹孔配合，实现了拆卸方便且螺丝不容易丢失，并且，拆除汇水槽后，也方便从汇水槽预留口取下收集绳网，进行清洗或替换。
64.优选的，所述外壳前端设置有门扇，门扇与底板之间设置有限位转轴，门扇与外壳上设置有能够弹开和扣合的门开关结构，门开关结构与自动控制器的信号传输处理模块，当样品收集系统开始工作时，信号传输处理模块发送信号，使门开关结构自动弹开，此时门扇依靠限位转轴打开，在门扇打开一定时间后，真空抽气泵开始工作。
65.优选的，步骤(1)中安装时，样品收集系统与天气探测系统的距离优选在1.5m之内。
66.优选的，所述微型雾探测器、雨量传感器、雨雪有无传感器相对于地面的安装高度大于等于2.5m，温湿度传感器相对于地面的安装高度大于等于1.5m。
67.本发明的样品收集系统还包括三脚架，所述三脚架上方通过固定有多段横杆，相邻横杆之间通过法兰环固定连接，每段横杆上方均设置有带螺纹的马蹄形固定台，用于固定雨水截留部分和多级云雾水截留部分的底板，每段横杆下方均设置有l型支撑，用于放置样品储藏室，横杆上还设置有水管通孔，用于连接汇水槽出水口的水管通过；
68.所述底板上设置有固定脚，固定脚与马蹄形固定台固定连接；
69.优选的，所述多级云雾水截留腔室的后端通过锥形气腔连接抽气管；
70.所述天气探测系统固定于铝制伸缩杆上，沿铝制伸缩杆自上而下布设多根固定横杆，所述微型雾探测器、雨量传感器、雨雪有无传感器、温湿度传感器、真空泵、自动控制器安装在固定横杆上。
71.本发明的一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室和三级云雾水截留腔室之间优选采用可拆卸方式连接，所述一级云雾水截留腔室后端、二级云雾水截留腔室后端均设置有一定位销圆环，所述定位销圆环内径与云雾截留腔室内径相同，外径大于云雾截留腔室外径，所述二级云雾水截留腔室前端和三级云雾水截留腔室前端均设置有与定位销圆环相配合的旋片；
72.所述定位销圆环上沿其轴向均匀分别有三个缺口，所述旋片数量为三个，均匀分布于二级云雾水截留腔室和三级云雾水截留腔室前端外周，缺口尺寸与旋片尺寸相适应，每一缺口右侧均设置有一用于容纳旋片的固定槽，所述固定槽的尺寸大于旋片尺寸，每一旋片厚度由左往右由厚变薄，所述固定槽内部设置有一弹簧压片，当旋片顺时针旋入固定槽内后，弹簧压片受压抵住旋片实现旋片的固定。
73.安装时，首先三个旋片放置于三个缺口处，然后顺时针旋转旋片，旋片逐渐移动至缺口处的固定槽内，由于旋片厚度不同，旋片在旋转过程中对于弹簧压片越压越紧，当旋片完全进入固定槽内后，弹簧压片压缩程度最大，实现旋片的固定，拆卸时，将旋片轻微向前挤压，逆时针旋转旋片，即可将旋片从固定槽内旋出，实现了可拆卸式连接。
74.本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
75.本发明的有益效果为：
76.本发明的多级云雾水采集器的分粒径采集方法，通过天气探测系统，能够智能的识别天气为晴天或雾天，且能判断雾天有无降雨(雪)并根据降雨(雪)量的大小使样品收集系统作出相应的收集状态，实现了云雾水样品的分粒径收集，初步实现了云雾气团中处于凝结、碰撞和沉降等不同过程液滴的分离。
附图说明
77.图1为本发明的方法流程图；
78.图2为本发明的样品收集系统的结构示意图；
79.图3为本发明的天气探测系统的结构示意图；
80.图4为本发明的三脚架的结构示意图；
81.图5a为上挡板的结构示意图；
82.图5b为下挡板的结构示意图；
83.图5c为某一实施例的上挡板一侧斜边与雨水截留部分套筒的连接方式示意图；
84.图6为多级云雾截留腔室的结构示意图；
85.图7为多节套筒结构示意图；
86.图8为底板的汇水槽预留口结构示意图；
87.图9a为本发明的绳网固定结构示意图；
88.图9b为绳网固定结构的内部结构示意图；
89.图10为固定脚与马蹄形固定台结构示意图；
90.图11a为本发明的汇水槽的结构示意图；
91.图11b为汇水槽的某一剖面结构示意图；
92.图12为收集绳网的结构示意图；
93.图13a为滑槽的结构示意图；
94.图13b为滑槽与变径螺丝的配合关系示意图；
95.图14a为定位销圆环的结构示意图；
96.图14b为旋片旋进过程中弹簧压片的变化示意图；
97.其中：1-三脚架，2-雨水拦截挡板，201-上挡板，202-下挡板，3-雨水篦子，4-锥形气腔，5-固定横杆，6-绳网固定结构，7-抽气管，8-汇水槽，9-雨雪有无传感器，10-微型雾探测器，11-温湿度传感器，12-铝制伸缩杆，13-真空泵，14-自动控制器，15-雨量传感器，16-套筒，17-定位销圆环，18-旋片，19-缺口，20-固定槽，21-弹簧压片，22-旋片厚度a，23-旋片厚度b，24-门扇，25-限位转轴，26-门开关结构，27-绳框，28-特氟龙绳，29-底板，30-样品储藏室，31-一级云雾水截留腔室，32-二级云雾水截留腔室，33-三级云雾水截留腔室，34-螺丝孔，35-固定槽，36-长尼龙杆通孔a，37-长尼龙杆通孔b，38-收集绳网，39-弧形插片，40-螺丝，41-前端热电偶，42-后端热电偶，43-横杆，44-法兰环，45-马蹄形固定台，46-l型支撑，47-水管通孔，48-固定脚，49-汇水槽预留口，50-伸缩套筒，51-汇水槽出水口，52-滑槽，5201-小螺纹孔，53-滑片，5301-大螺纹孔，54-变径螺丝，5401-小螺纹部分，5402-大螺纹部分。
具体实施方式：
98.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
99.实施例1：
100.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如图1-14b所示，包括以下步骤：
101.(1)将多级云雾水采集器的样品收集系统和天气探测系统安装在现场，天气探测系统安装方向为北半球偏北，南半球偏南，且偏角小于等于15
°
，避免太阳光直射进入微型雾探测器，降低接收机内的数据噪音水平，并将样品收集系统和天气探测系统进行电连接和信号连接；
102.如图2所示，多级云雾水采集器包括天气探测系统和样品收集系统，天气探测系统包括微型雾探测器10、雨雪有无传感器9、雨量传感器15、温湿度传感器11和自动控制器14，微型雾探测器的型号优选为miniofs，用于探测能见度，雨雪有无传感器的型号优选为phrs雨雪传感器v3.0，雨量传感器的型号优选为ty-ydyl型压电式雨量传感器，温湿度传感器的型号优选为hmt120型温湿度传感器，传统的云雾采样器启停信号只能通过单一能见度或湿度参数作为雾事件判别信号，往往会造成对降雨事件的误采，本发明中的天气探测系统通过湿度、降雨量及能见度的三重条件设置，实现了对天气状况的精确判断；
103.如图7所示，样品收集系统包括外壳，外壳由套筒16和位于套筒底部的底板29构成，以进气口位置为前端，外壳内部从前到后依次为雨水截留部分和多级云雾水截留部分，多级云雾水截留部分内部设置有多级云雾水截留腔室，用于截留不同粒径的云雾气团液滴，多级云雾水截留腔室的后端通过抽气管7连接一真空泵13；雨水截留部分和多级云雾水截留部分下方均设置有一样品储藏室30，用于储存雨水和分粒径收集的液滴；
104.自动控制器14包括信号传输处理模块、存储模块和电源模块，微型雾探测器10、雨雪有无传感器9、雨量传感器15和温湿度传感器11均与自动控制器的信号传输处理模块连接，并将数据存储在存储模块中，电源模块用于为天气探测系统和样品收集系统供电，信号
传输处理模块与真空泵13连接；
105.(2)多级云雾水采集器安装完成后，天气探测系统通过微型雾探测器、雨雪有无传感器、雨量传感器、温湿度传感器同时工作来探测天气情况；
106.(3)根据探测到的天气情况，样品收集系统自动开启或关闭，自动控制器接收天气探测系统的信号并控制真空泵的功率，雨水截留部分和多级云雾水截留部分工作，实现分粒径收集；
107.(4)分粒径收集的样品存储在样品储藏室内；
108.(5)收集结束后，取走样品储藏室内的收集瓶，换上新的收集瓶。
109.实施例2：
110.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例1所述，所不同的是，步骤(3)的多级云雾水截留腔室包括一级云雾水截留腔室31、二级云雾水截留腔室32和三级云雾水截留腔室33，多级云雾水截留腔室上均固定有绳网固定结构6，绳网固定结构6内部固定有收集绳网38，用于收集不同粒径的液滴，不同云雾水截留腔室的收集绳网不同；
111.收集绳网38包括绳框27和特氟龙绳28，特氟龙绳28等间距固定于绳框27上，一级云雾水截留腔室31、二级云雾水截留腔室32和三级云雾水截留腔室33的收集绳网分别由不同间距、不同直径的特氟龙绳构成，具体的：
112.一级云雾水截留腔室31内的收集绳网的特氟龙绳直径为8-15mm，优选为11.8mm，相邻两特氟龙绳的间距为特氟龙绳直径的2.2倍；
113.二级云雾水截留腔室32内的收集绳网的特氟龙绳直径为0.45-1.2mm，优选为0.8mm，相邻两特氟龙绳的间距为特氟龙绳直径的3.2倍；
114.三级云雾水截留腔室33内的收集绳网的特氟龙绳直径为0.1-0.2mm，优选为0.18mm，相邻两特氟龙绳的间距为特氟龙绳直径的3.3倍。
115.特氟龙绳直径的尺寸主要是根据流体力学中绳对流体中不同粒径液滴的捕获效果差异，不同的绳网直径实现了相同流速下对不同粒径液滴的捕捉，而绳间距是对液滴捕捉和气流阻碍的平衡，以满足云雾液滴捕捉中的高效性需求，根据对雾滴粒径的分区间收集，收集绳直径与绳间距的参数可视实际情况作出调整；
116.本发明中，一级云雾水截留腔室31、二级云雾水截留腔室32和三级云雾水截留腔室33均呈圆柱状且相互连接，绳网固定结构6为方形结构，绳网固定结构与其对应的云雾水截留腔室之间一体成型；
117.本发明的外壳由套筒16和底板29构成，整体呈类圆柱状铝合金结构，在体积相对不变的情况下扩大了进风口面积，降低了机身质量，满足了轻便型与机械性需求，套筒内部设置有多级云雾水截留腔室，套筒与多级云雾水截留腔室之间形成了中空双层结构，双层结构方便样品收集系统的电器与自动控制器进行电连接时，电路走线可分布于中空双层夹层中，解决了野外用电的安全性问题；
118.如图9a、9b所示，绳网固定结构6内部设置有3排固定槽35，多排固定槽35下方与其底部贯通，用于从固定槽底部将收集绳网放入，所述多排固定槽的两侧壁均设置有长尼龙杆通孔a 36，套筒16两侧壁上与固定槽的长尼龙杆通孔a 36对应位置设置有长尼龙杆通孔b 37，收集绳网的两侧边设置有固定孔，长尼龙杆穿过长尼龙杆通孔b 37、长尼龙杆通孔a 36和固定孔将收集绳网38固定；绳网固定结构优选由尼龙或聚四氟乙烯整体切割而成，避
免了云雾水样品碰撞收集过程的中金属接触造成的样品污染；
119.收集绳网安装后其上端朝向进气口方向倾斜，且与水平面的夹角为θ，θ优选为50-60
°
。
120.本发明中，绳网固定结构与底板连接完成后，底板与套筒再连接，然后多个收集绳网从底板的汇水槽预留口依次斜放入绳网固定结构的多排固定槽内，后用长尼龙杆穿过长尼龙杆通孔b、长尼龙杆通孔a和固定孔将收集绳网固定。
121.实施例3：
122.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例2所述，所不同的是，步骤(3)中，当检测到天气为非雾天时，即微型雾探测器10探测到能见度大于500m，温湿度传感器11探测到湿度小于90％，样品采样系统处于关闭状态，天气探测系统工作持续监测天气状况；
123.当天气探测系统的雨雪有无传感器9检测到天气为雨/雪，且雨量传感器15感应降雨/雪量大于0.3mm/min时，由于降雨/雪量较大，样品收集系统处于关闭状态，天气探测系统工作持续监测天气状况；
124.当天气探测系统的雨雪有无传感器9检测到天气为雨/雪，且雨量传感器15感应降雨/雪量小于0.3mm/min时，样品收集系统开启为雨雾混合模式进行分粒径收集；
125.当检测到天气为纯雾天时，即微型雾探测器10探测到能见度小于500m，温湿度传感器11探测到湿度大于90％，且雨雪有无传感器9检测到天气为无雨/无雪天气，样品收集系统开启为纯雾模式进行分粒径收集。
126.本发明的多级云雾水截留腔室可根据实际情况灵活组合增减腔室，一级、二级、三级云雾水截留腔室必须安装在雨水截留部分之后，可依据粒径范围，由大到小依次截留云雾气团不同运动过程中雨滴、沉降过程中的大粒径云雾滴、碰撞过程中的中粒径云雾滴以及云凝结核初凝结过程中的小粒径云雾液滴；一级、二级、三级云雾水截留腔室可根据实际需要独立拆分组合，但是，若想实现分粒径收集，三级腔室必须从进气口方向依照雨水截留部分、一级、二级、三级云雾水截留腔室顺序排列，不可打乱顺序，例如，若想分别收集云凝结核初凝结过程中雨滴和大、小粒径云雾液滴的混合样，可摘除一级云雾水截留腔室，原本一二级云雾水截留腔室分别截留的雾滴会被二级云雾水截留腔室一起截留收集。
127.实施例4：
128.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例3所述，所不同的是，根据实际需要选择的多级云雾水截留腔室数量和组合不同，其分粒径收集的过程不同，在多级云雾水截留腔室内径为15cm时，具体过程为：
129.a、当外壳从前到后依次包括雨水截留部分、一级云雾水截留腔室时(即多级云雾水截留腔室仅有一级云雾水截留腔室)：
130.样品收集系统为雨雾混合模式时，真空泵的功率为280-420w，此时处于相对在长时间持续的雾事件后期，雾滴间充分碰撞凝结，云雾气团中大都是大液滴，进入采样器后，粒径大于100μm的雨滴经过雨水截留部分的三次捕获被收集下来，云雾气团接着经过一级云雾水截留腔室，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，粒径小于40μm的雾滴大都未被收集；
131.样品收集系统开启为纯雾模式时，功率为1500w，无需进行雨水截留，云雾气团经过一级云雾水截留腔室时，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，粒径小于40μm的雾滴大都未被收集；
132.b、当外壳从前到后依次包括雨水截留部分、一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室时(即多级云雾水截留腔室仅有一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室)：
133.样品收集系统开启为雨雾混合模式时，真空泵的功率为400-600w，此时湿度极高能见度极低，雾滴谱峰后移，云雾气团中大都是大液滴和小液滴，云雾气团进入采样器后，粒径大于100μm的雨滴经过雨水截留部分的三次捕获被收集下来，云雾气团接着经过一级云雾水截留腔室，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，云雾气团进而经过二级云雾水截留腔室，粒径在20-40μm的雾滴被收集下来，粒径小于20μm的雾滴大都未被收集；
134.样品收集系统开启为纯雾模式时，无需进行雨水截留，功率为1500w，云雾气团经过一级云雾水截留腔室时，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，经过二级云雾水截留腔室，粒径在20-40μm的雾滴被收集下来，粒径小于20μm的雾滴大都未被收集；
135.c、当外壳从前到后依次包括雨水截留部分、二级云雾水截留腔室时(即多级云雾水截留腔室仅有二级云雾水截留腔室)：
136.样品收集系统开启为雨雾混合模式时，真空泵的功率为800-1000w，此时雾滴谱峰无明显偏移，雨雾气团进入采样器后，粒径大于100μm的雨滴经过雨水截留部分的三次捕获被收集下来，在无明显雾滴谱峰偏移的雾事件中，云雾气团接着经过二级云雾水截留腔室时，粒径在20-100μm的雾滴被收集下来，粒径小于20μm的雾滴大都未被收集；
137.样品收集系统开启为纯雾模式时，无需进行雨水截留，功率为1500w，粒径在20-100μm的雾滴被收集下来，粒径小于20μm的雾滴未被收集；
138.d、当外壳从前到后依次包括雨水截留部分、一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室、三级云雾水截留腔室时(即多级云雾水截留腔室有一级云雾水截留腔室、二级云雾水截留腔室和三级云雾水截留腔室)：
139.样品收集系统为雨雾混合模式时，真空泵的功率为1500w，此时气溶胶云凝结核浓度较高，云凝结作用丰富，雾滴谱峰前移，云雾气团进入采样器后，粒径大于100μm的雨滴经过雨水截留部分的三次捕获被该收集下来，云雾气团接着经过一级云雾水截留腔室时，粒径在40-100μm(大粒径雾滴)的雾滴被收集下来，经过二级云雾水截留腔室时，粒径在20-40μm(小粒径雾滴)的雾滴被收集下来，在经过三级云雾水截留腔室时，粒径在2-20μm(极小粒径雾滴)的雾滴被收集下来，最后，粒径小于2μm的雾滴未被收集；
140.样品收集系统开启为纯雾模式时，无需进行雨水截留，功率为1500w，云雾气团经过一级云雾水截留腔室时，粒径在40-100μm的雾滴被收集下来，经过二级云雾水截留腔室时，粒径在20-40μm的雾滴被收集下来，在经过三级云雾水截留腔室时，粒径在2-20μm的雾滴被收集下来，最后，粒径小于2μm的雾滴未被收集。
141.实施例5：
142.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例4所述，所不同的是，如图2所示，雨水截留部分的套筒(即第一节套筒)内设置有雨水拦截挡板2和雨水篦子3，起到雨水截留作用，雨水拦截挡板2包括位于套筒16顶部的上挡板201和位于底板上的下挡板202，雨水篦子3位于下挡板前方的底板上；
143.如图5a所示，上挡板201为v形，其靠近进气口一侧的斜边与水平面的夹角为α，α为25-35
°
，在不影响进气效率的情况下，对较大的雨滴进行一次捕获，远离进气口一侧的斜边与水平面的夹角为β，β为55-65
°
；
144.下挡板202为单边斜板，朝向套筒后端倾斜，下挡板202与水平面的夹角为γ，γ为45-55
°
，云雾气团流过上挡板靠近进气口一侧的斜边后，由于风道面积变小，气流加速，雨滴由于其较大的惯性被下挡板二次捕获；云雾气团流经下挡板的单边斜板后，气流方向改变，部分回流的气团经过上挡板后侧斜边，在改正气流方向的情况下实现了对雨滴的三次捕获；
145.v形上挡板的最低点(即图2的a点)与下挡板的最高点(即图2的b点)在竖直方向的相对距离为进风口直径为40-50％，在水平方向的相对距离不低于雨水截留部分套筒长度的60％；
146.雨水篦子3的材质为尼龙或聚四氟乙烯塑料，雨水篦子3朝进气口方向与水平面呈锐角倾斜设置，雨水截留部分依靠上下挡板截留雨滴，液滴从气流通道汇流到汇水槽的过程缺乏收集绳网的导流作用，雨滴滴落到汇水槽的过程中可能因为高速气流引起二次横向位移，造成液滴损失，在第一节套筒的底板上方布置雨水篦子结构，起到雨滴滴落过程中的导流作用；
147.传统雨水截留技术一般采用在进气口上方布置水平挡板，这仅能实现对高降雨量、大雨滴的部分拦阻，仍有部分雨滴会随气流吸入收集通道；但云雾事件常常伴随低降雨量、小液滴的雨事件，小雨滴在进气口的横向吸力面前，进气口上方水平挡板基本无效，本发明的雨水截留部分在解决这一问题基础上还实现了对雨滴的同步收集。
148.如图5a-5c所示，上挡板201的两斜边顶部穿设在套筒16上方，并采用弧形插片39螺丝固定；
149.下挡板202底部穿设在底板29下方，并采用弧形插片39螺丝固定；
150.具体的，套筒与上挡板的两斜边之间，以及底板与下挡板之间，均通过两弧形插片连接，每一弧形插片前后端穿过挡板，且通过螺丝40固定在套筒底部或底板底部，每个弧形插片对应2个螺丝40固定。
151.上挡板202靠近进气口一侧的斜边上自上而下垂直布置有前端热电偶41，下挡板202自下而上垂直布置有后端热电偶42，上挡板201和下挡板202内均设置有加热板(图中未示出)，用于对过冷云雾进行加热以防止凝结，前端热电偶41、后端热电偶42和加热板均与自动控制器14的信号传输处理模块连接；
152.前端热电偶41与后端热电偶42通过感知云雾气团的前后温差来控制加热板的功率，加热板设置在上挡板和下挡板内，这一加热方式实现了过冷云的收集问题，并且解决了传统通过在中空绳管里内置加热丝加热过冷带来的收集绳网尺寸限制问题(传统的收集绳网中，对于大直径的特氟龙绳一般采用中空结构的特氟龙绳管，其内中空结构，节省材料，可以在其内设置加热丝)，弥补了对小粒径云雾滴收集缺失性问题；
153.当前端热电偶41感应云雾气团温度低于4℃时，温度信号传输到天气探测系统自动控制器的信号传输处理模块，信号传输处理模块发送信号，控制上挡板201和下挡板202内内置的加热板工作，当后端热电偶42与前端热电偶41的温度差低于2℃时，温差信号传输到天气探测系统自动控制器的信号传输处理模块，信号传输处理模块控制上挡板和下挡板内置的加热板提高热功率，当温差高于10℃，上挡板和下挡板内置的加热板降低热功率，当前端热电偶41温度高于4℃时，加热板不开启。
154.实施例6：
155.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例5所述，所不同的是，步骤(4)中，收集的样品通过汇水槽8汇集至样品储藏室30，样品储藏室30为恒温储藏室，可将样品保存在4℃左右(恒温储藏可采用现有技术实现，此处不再赘述)，恒温储藏室为黑色外壳，恒温储藏室内用于放置样品瓶，可避免样品阳光直射，恒温储藏室底部设置有磁吸结构，l型支撑46上设置有磁吸片，所述磁吸片与磁吸结构配合完成连接，l型支撑46一侧设置有螺丝孔34，通过螺丝将恒温储藏室固定在l型支撑46上；
156.样品储藏室30侧壁上还开设有门，便于取放样品瓶。
157.底板29上在雨水篦子3和收集绳网6下方均设置有汇水槽预留口49，汇水槽设置于汇水槽预留口下方，汇水槽8为长方体内切倒棱台结构，汇水槽8底部设置有汇水槽出水口51，样品储藏室30上部留有开孔，该开孔与汇水槽出水口51之间通过水管连接，水管将汇水槽出水口的液体导流到样品储藏室的样品瓶中；
158.底板29底部在汇水槽预留口49两侧均设置有滑槽52，汇水槽两侧均设置有与滑槽52相配合的滑53片，滑片53与汇水槽一体成型。
159.如图13a、13b所示，滑槽52为侧放的u型槽，滑槽52底部设置有小螺纹孔5201，小螺纹孔5201内设置有变径螺丝54，变径螺丝54包括小螺纹部分5401和大螺纹部分5402，小螺纹部分5401与滑槽的小螺纹孔5201螺纹配合，滑片53上设置有大螺纹孔5301，当滑片53滑入滑槽52内后，变径螺丝的大螺纹部分5402与滑片的大螺纹孔5301螺纹配合，小螺纹部分5401与滑槽81的小螺纹孔5201螺纹配合。
160.当安装好收集绳网后安装汇水槽，将滑片滑入滑槽内，变径螺丝往上旋，其小螺纹部分与滑槽的小螺纹孔螺纹配合，大螺纹部分与滑片的大螺纹孔螺纹配合，拧紧即可，在拆卸时，往下旋变径螺丝，其大螺纹部分与滑片的大螺纹孔脱离，实现拆除，但是变径螺丝的小螺纹部分始终与滑槽的小螺纹孔配合，实现了拆卸方便且螺丝不容易丢失，并且，拆除汇水槽后，也方便从汇水槽预留口取下收集绳网，进行清洗或替换。
161.实施例7：
162.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例6所述，所不同的是，如图7所示，外壳前端设置有门扇24，门扇24与底板29之间设置有限位转轴25，门扇24与外壳上设置有能够弹开和扣合的门开关结构26，门开关结构26与自动控制器的信号传输处理模块，当样品收集系统开始工作时，信号传输处理模块发送信号，使门开关结构自动弹开，此时门扇依靠限位转轴打开，在门扇打开一定时间后，真空抽气泵开始工作。
163.套筒为多节，多节套筒之间相互套接，其中，在第一节套筒即雨水截留部分的套筒与底板始终相固定，在安装时，首先根据需要选定好所需套筒的节数，然后抽拉出相应节数的套筒后，云雾水截留腔室与底板连接完成后，底板再与套筒通过两侧的螺栓固定连接。
164.实施例8：
165.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例7所述，所不同的是，步骤(1)中安装时，样品收集系统与天气探测系统的距离优选在1.5m之内。
166.微型雾探测器、雨量传感器、雨雪有无传感器相对于地面的安装高度大于等于2.5m，温湿度传感器相对于地面的安装高度大于等于1.5m。
167.实施例9：
168.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例8所述，所不同的是，本实施
例的样品收集系统还包括三脚架1(三脚架1上可设置伸缩套筒50调节三脚架长度，并通过固定旋钮固定)，三脚架1上方通过固定有多段横杆43，相邻横杆43之间通过法兰环44固定连接，每段横杆43上方均设置有带螺纹的马蹄形固定台45，用于固定雨水截留部分和多级云雾水截留部分的底板，每段横杆下方均设置有l型支撑46，用于放置样品储藏室30，横杆43上还设置有水管通47孔，用于连接汇水槽出水口的水管通过；
169.底板29上设置有固定脚48，固定脚48与马蹄形固定台45固定连接；
170.多级云雾水截留腔室的后端通过锥形气腔4连接抽气管；
171.天气探测系统固定于铝制伸缩杆12上，沿铝制伸缩杆12自上而下布设多根固定横杆5，微型雾探测器10、雨量传感器15、雨雪有无传感器9、温湿度传感器11、真空泵13、自动控制器14安装在固定横杆5上。
172.实施例10：
173.一种多级云雾水采集器的分粒径采集方法，如实施例9所述，所不同的是，一级云雾水截留腔室31、二级云雾水截留腔室32和三级云雾水截留腔室33之间采用可拆卸方式连接，一级云雾水截留腔室后端、二级云雾水截留腔室后端均设置有一定位销圆环17，定位销圆环17内径与云雾截留腔室内径相同，外径大于云雾截留腔室外径，二级云雾水截留腔室前端和三级云雾水截留腔室前端均设置有与定位销圆环相配合的旋片18；
174.13a所示，定位销圆环17上沿其轴向均匀分别有三个缺口19，旋片18数量为三个，均匀分布于二级云雾水截留腔室和三级云雾水截留腔室前端外周，缺口19尺寸与旋片18尺寸相适应，每一缺口19右侧内部均设置有一用于容纳旋片的固定槽20，固定槽20的尺寸大于旋片18尺寸，每一旋片80厚度由左往右由厚变薄，固定槽20内部设置有一弹簧压片21，当旋片18顺时针旋入固定槽20内后，弹簧压片21受压抵住旋片18实现旋片的固定。
175.安装时，首先三个旋片18放置于三个缺口19处，然后顺时针旋转旋片，旋片18逐渐移动至缺口处的固定槽20内，由于旋片18厚度不同，旋片在旋转过程中对于弹簧压片越压越紧，如13b的旋片厚度a 22，当旋片完全进入固定槽20内后，弹簧压片压缩程度最大，如图示旋片厚度b 23实现旋片的固定，拆卸时，将旋片轻微向前挤压，逆时针旋转旋片，即可将旋片从固定槽内旋出，实现了可拆卸式连接。
176.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。