专利名称：粉尘沉降实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种粉尘沉降实验装置。
背景技术：
地球磁场产生于地球形成后不久，它的存在阻挡了大量的宇宙以及来自太阳的高速粒子，对地球上的生态环境起到了至关重要的保护作用。地球磁场会随着空间和时间发生变化，这些变化蕴藏着地球本身的一些规律，而且还可能与气候变化、生物活动等具有直接或间接的联系。同时，地球磁场的变化在某种尺度上具有全球一致性，例如距今最近的一次地磁场南北极倒转事件发生在78万年前，这次倒转事件就可以作为地质历史研究中的一个时间控制点。沉积 物(如海洋、湖泊沉积物)在其形成的过程中，沉降物中的磁性矿物会在地磁场的作用下顺着地磁场的方向按照一定的效率进行排列，当沉积物被压实、固结之后，这些沿着地磁场方向排列的磁性矿物就为沉积物记录了一个可以反映沉积时的磁场信息，称之为沉积剩磁。当然，有一部分沉积物，由于粒度较粗，空隙较大，压实作用不强等原因，导致里面的磁性矿物没有被完全的固定，它们会沿着后期地磁场的方向排列，那么这时的剩磁就不能反映沉积物沉积时的地磁场信息，称之为沉积后剩磁。为了研究过去地磁场的变化规律，同时为地质历史的研究提供一定的时间标尺，海洋沉积物的剩磁机制得到了比较多的关注。而作为陆相风成沉积物的黄土，尽管其已经被证明可以记录地球磁场的信息，但由于其沉积环境与海洋不同，海洋沉积物的剩磁获得机制则不能直接拿来应用到黄土中，因此需要对风成沉积的黄土的剩磁获得机制进行研究。这样的研究在过去并没有十分成熟的例子，本专利所涉及的设计能够成功应用在这方面的研究上。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种粉尘沉降实验装置，以提供一种研究粉尘的沉降过程中的可能物理机制的装置。为实现上述目的，本发明提供了一种粉尘沉降实验装置，其特征在于，包括:模拟自然界中粉尘扬起、飘移扩散以及沉降三个过程的封闭循环风洞，具有供粉尘在其中扬起、飘移扩散、沉降的沙尘仓；在沙尘仓中产生强度和方向变化磁场的磁场产生装置，设于沙尘仓之外；在沙尘仓中模拟降雨的降雨模拟装置，具有向沙尘仓中降雨的喷头；样品收集装置，设置在沙尘仓中的底部；以及对沙尘仓中包括风速、温度、湿度、磁场在内的环境参数进行监控和实时记录的监控记录装置，与磁场产生装置、降雨模拟装置、封闭循环风洞中提供循环风的风扇之间电连接。优选地，循环风洞还包括:设于沙尘仓之外并与之连通的风管、以及由具有粉尘入口的粉尘进给装置；其中，提供循环风的风扇为两个、且设在风管中，粉尘入口设在两个风扇之间与风管连通。优选地，磁场产生装置包括三轴相互垂直的亥姆霍兹线圈，粉尘沉降实验装置还包括:与线圈和两个风扇电连接的电源装置。
优选地，降雨模拟装置还包括水泵，水泵位于沙尘仓之外、并通过水管与喷头连接。优选地，监控记录装置包括:根据从沙尘仓中检测的磁场参数，控制电源装置供给线圈的电流强度与方向的磁控�？椋趴啬？橛氲缭醋爸玫缌樱桓荽由吵静种屑觳獾姆缢俨问刂频缭醋爸霉└缟鹊牡缌髑慷鹊姆缟瓤刂颇？椋缟瓤刂颇？橛氲缭醋爸玫缌樱桓荽由吵静种屑觳獾氖炔问刂扑霉┧亢凸┧奔涞墓┧？椋┧？橛胨玫缌樱豢刂平爸玫姆鄢窘康姆鄢究刂颇？椋鄢究刂颇？橛肭爸梅鄢舅⒌穆泶锏缌樱渲蟹鄢舅⑾蚍鄢救肟谑渌头鄢�。优选地，监控记录装置还包括:检测风速参数的传感器、检测磁场强度和方向的传感器、检测湿度的传感器、检测温度的传感器，所有这些传感器均设在沙尘仓中。优选地，沙尘仓内的上部空间为粉尘扩散区、下部空间为粉尘沉降区，样品收集装置设置在粉尘沉降区的底部。优选地，样品收集装置包括:水槽、收集离散样品的样品盒阵列、收集块状样品的柱状样品盒。本发明的有益技术效果在于:提供一种研究粉尘的沉降过程中的可能物理机制的装置，尤其有利于对黄土等风成沉积物的剩磁获得机制进行更好的研究，亦可对海洋或湖泊沉积物的剩磁机制进行研究，以提供不同沉积环境之间的相互对比研究，对促进相关领域(如古地磁，古气候，古环境)的研究具有积极意义。
图1是本发明粉尘沉降实验装置的结构示意图；图2是本发明中·样品盒阵列的俯视正视图；图3是图2的俯视图，为简化目的省略了样品盒固定底座；图4是柱状样品盒的示意图。
具体实施例方式以下参见附图描述本发明的具体实施方式
。参见图1，本发明粉尘沉降实验装置，包括:循环风洞、磁场产生装置、降雨模拟装置，样品收集装置，以及监测控制装置。循环风洞能比较真实的模拟自然界中粉尘扬起、飘移扩散以及沉降三个过程，其具有供粉尘在其中扬起、飘移扩散以及沉降的沙尘仓19 ;而磁场产生装置设置在沙尘仓19之外，能够在沙尘仓19中提供一个在方向与强度上都能变化的磁场；降雨模拟装置能够在沙尘仓19中简单模拟自然降雨的过程，具有向沙尘仓19中降雨的喷头13 ;样品收集装置具有多种样品收集方式以满足不同实验的需求，设置在沙尘仓19中的底部；监测控制记录装置能起到对沙尘仓19中包括风速、温度、湿度磁场等的环境参数进行监测、控制、实时记录的作用，该监测控制装置与磁场产生装置、降雨模拟装置、以及封闭循环风洞中提供循环风的风扇之间电连接。继续参见图1，循环风洞中用以提供循环风的风扇为两个，即图1中示出的风扇6和7，循环风洞还包括风管20、粉尘进给装置8，风扇6、7即设置在风管20中，粉尘样品在后前两个风扇6、7的吹吸作用下在风洞中移动。其中，风管20在沙尘仓19之外并与沙尘仓19连通，并且风洞20整体封闭，这使得循环风动力的强度得到保障，并且可以防止粉尘外泄，污染实验室周围环境；粉尘进给装置8具有存储粉尘的物源仓25、粉尘刷(未示出)、以及驱动粉尘刷将粉尘输送到粉尘入口的马达9。从图1中可看出粉尘入口在风扇6和7之间与风管20连通。另外图1中还示出了支撑沙尘仓19的支架14。从图1中还可看出，粉尘沉降实验装置还包括电源装置11。作为一种实施方式，磁场产生装置包括三轴相互垂直的亥姆霍兹线圈4。电源装置11与该线圈4和两个风扇6、7电连接以向其供电。图1中示出，本发明中的降雨模拟装置还包括水泵10，水泵10位于沙尘仓19之夕卜、并通过水管23与喷头13连接。沙尘仓19内的上部空间为粉尘扩散区1、下部空间为粉尘沉降区2。在粉尘扩散区I由于具有湍流的空气动力，使得样品粉尘能够得到比较充分的扩散飘移，以模拟粉尘在空气中的 状态。沉降区2与扩散区I在尺寸和形状上都发生了变化，使得沉降区2具有相对平静的空气动力环境，因此样品粉尘能够得以沉降。显然，样品收集装置设置在粉尘沉降区2内的底部。样品收集装置可以包括:如图1所示的水槽3(有水模拟海洋，湖泊和沼泽环境，无水模拟干燥环境)，水槽3中的有无水状态能够模拟粉尘沉降在干地和水中的两种情形；如图2和图3所示的收集离散样品的样品盒阵列17，可以一次收集同条件下的平行样品若干；以及如图3所示的收集块状样品的柱状样品盒18。进一步，水槽3仅仅是用来模拟有水环境的，无水环境不需要使用，因此水槽3是一个可以移动的装置，与样品盒阵列17无直接关系。从图2和图3中可看出，样品盒阵列17由16个样品盒22以4行4列方式阵列，阵列在样品盒固定底座23上。样品盒固定底座23是放置在沙尘仓19内部的。本发明中监控记录装置包括:根据从沙尘仓19中检测的磁场参数，控制电源装置11供给线圈4的电流强度与方向的磁控�？椋趴啬？橛氲缭醋爸�11电连接；根据从沙尘仓19中检测的风速参数，控制电源装置11供给所述风扇6、7的电流强度(实现风扇启停、风扇风量的控制)的风扇控制�？椋缟瓤刂颇？橛氲缭醋爸�11电连接；根据从沙尘仓19中检测的湿度参数，控制水泵10供水量和供水时间(实现定时定量供水)的供水�？椋┧？橛胨�10电连接；控制进给装置8的粉尘进给量的粉尘控制�？椋鄢究刂颇？橛肭鄢舅⒌穆泶�8电连接，以控制进给装置向风管20中定时定量供应粉尘，即控制粉尘供给量、供给速度等参数。例如，作为一种优选方式，磁控�？榭刂频缭醋爸�11使得线圈4在沙尘仓20中产生任意方向的磁场,该磁场是强度介于0-100 μ T范围的固定磁�。约霸谡飧龇段е诘谋浠懦�。电源装置11可以通过监控记录装置(计算机)12编程自动控制。另外除了上述的借助于供水�？榭刂乒┧浚部梢圆捎梅绞娇刂贫ㄊ倍康呐缢＜嗫丶锹甲爸没箍梢允迪侄园ㄉ鲜龅幕肪巢问�、以及粉尘进给量、进给速度等实验状态参数进行实时记录。显然可以理解，为了与监控记录装置的上述�？榈亩鞔菹嘤Σ问嗫丶锹甲爸没褂Π�:检测风速参数的传感器、检测磁场强度和方向的传感器16、检测湿度的传感器、检测温度的传感器15，所有这些传感器均设在沙尘仓19中。在使用本装置时，首先要根据需求设计实验步骤，确定实验环境参数，如磁�。露龋形匏形藿涤昴Ｄ庖约安裳囊�。将样品收集装置放入粉尘样品沉降区，确认整个系统的封闭性，然后通过监控记录装置来设定所需要的环境参数，接着就可以把准备好的粉尘样品放入进样装置的物源仓，粉尘样品在马达驱动的进样刷的带动下，定时定量的输入进循环风洞。粉尘样品在循环风的带动下被搬运到扩散区，在重力和磁力的作用粉尘样品会在沉降区缓慢沉降进入样品收集装置。待实验完成后，将样品取出进行后续的研究分析。综上，本发明提供一种研究粉尘的沉降过程中的可能物理机制的装置，尤其有利于对黄土等风成沉积物的剩磁获得机制进行更好的研究，对促进相关领域(如古地磁，古气候，古环境)的研究具有积极意义。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种粉尘沉降实验装置，其特征在于，包括: 模拟自然界中粉尘扬起、飘移扩散以及沉降三个过程的封闭循环风洞，具有供粉尘在其中扬起、飘移扩散、沉降的沙尘仓(19)； 在所述沙尘仓(19)中产生强度和方向变化磁场的磁场产生装置，设于所述沙尘仓(19)之外； 在所述沙尘仓(19)中模拟降雨的降雨模拟装置，具有向所述沙尘仓中降雨的喷头(13)； 样品收集装置，设置在所述沙尘仓(19)中的底部；以及 对所述沙尘仓(19)中包括风速、温度、湿度、磁场在内的环境参数进行监控和实时记录的监控记录装置，与所述磁场产生装置、降雨模拟装置、封闭循环风洞中提供循环风的风扇(6、7)之间电连接。
2.根据权利要求1所述的粉尘沉降实验装置，其特征在于， 所述循环风洞还包括:设于所述沙尘仓(19)之外并与之连通的风管(20)、以及由具有粉尘入口的粉尘进给装置(8)； 其中，所述的提供循环风的风扇(6、7)为两个、且设在所述风管(20)中，所述粉尘入口在所述两个风扇(6、7)之间与所述风管(20)连通。
3.根据权利要求2所述的粉尘沉降实验装置，其特征在于， 所述磁场产生装置包括三轴相互垂直的亥姆霍兹线圈(4)，所述粉尘沉降实验装置还包括:与所述线圈(4)和所述两个风扇(6、7)电连接的电源装置(11)。
4.根据权利要求3所述的粉尘沉降实验装置，其特征在于， 所述降雨模拟装置还包括水泵(10)，所述水泵(10)位于所述沙尘仓(19)之外、并通过水管(23)与所述喷头(13)连接。
5.根据权利要求4所述的粉尘沉降实验装置，其特征在于，所述监控记录装置包括: 根据从沙尘仓(19)中检测的磁场参数，控制所述电源装置(11)供给所述线圈(4)的电流强度与方向的磁控�？椋龃趴啬？橛胨龅缭醋爸�(11)电连接； 根据从沙尘仓(19)中检测的风速参数，控制所述电源装置(11)供给所述风扇(6、7)的电流强度的风扇控制�？椋龇缟瓤刂颇？橛胨龅缭醋爸�(11)电连接； 根据从沙尘仓(19)中检测的湿度参数，控制所述水泵(10)供水量和供水时间的供水�？椋龉┧？橛胨鏊�(10)电连接；以及 控制所述进给装置(8)的粉尘进给量的粉尘控制模块，所述粉尘控制�？橛肭鼋爸�(8)粉尘刷的马达(8)电连接，其中所述粉尘刷向所述粉尘入口输送粉尘。
6.根据权利要求5所述的粉尘沉降实验装置，其特征在于， 所述监控记录装置还包括:检测所述风速参数的传感器、检测所述磁场强度和方向的传感器(16)、检测所述湿度的传感器、检测所述温度的传感器(15)，所有这些传感器均设在所述沙尘仓(19)中。
7.根据权利要求1所述的粉尘沉降实验装置，其特征在于， 所述沙尘仓(19)内的上部空间为粉尘扩散区(I)、下部空间为粉尘沉降区(2)，所述样品收集装置设置在所述粉尘沉降区(2)的底部。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的粉尘沉降实验装置，其特征在于，所述样品收集装置包括:水槽(3)、收集离散样品的样品盒阵列(17)、收集块状样品的柱状样品盒(18) 。
全文摘要
本发明提供一种粉尘沉降实验装置，包括模拟自然界中粉尘扬起、飘移扩散以及沉降三个过程的封闭循环风洞，具有供粉尘在其中扬起、飘移扩散、沉降的沙尘仓(19)；在沙尘仓(19)中产生强度和方向变化磁场的磁场产生装置，设于沙尘仓(19)之外；在沙尘仓(19)中模拟降雨的降雨模拟装置，具有向沙尘仓中降雨的喷头(13)；样品收集装置，设置在沙尘仓(19)中的底部；对沙尘仓(19)中包括风速、温度、湿度、磁场在内的环境参数进行监控和实时记录的监控记录装置，与磁场产生装置、降雨模拟装置、封闭循环风洞中提供循环风的风扇(6、7)之间电连接。以提供一种研究粉尘的沉降过程中的可能物理机制的装置。
文档编号G01N15/04GK103245599SQ201210026749
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月7日 优先权日2012年2月7日
发明者赵翔, 安德鲁·罗伯茨, 刘青松, 刘双迟, 秦华峰, 朱日祥, 王华沛 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所
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