本发明涉及模拟实验装置，具体是一种气溶胶瞬时自由扩散装置。
背景技术：
1、随着经济的快速发展，室内环境空气质量和安全问题受到研究人员的广泛关注。对于人员密集和出入频繁的公共场所，化学恐怖袭击会造成室内空气严重污染，对室内安全构成巨大威胁。因而，深入研究室内有毒有害物质的扩散规律，可为人员暴露评估和空气质量评价提供定量依据,为污染物控制提供技术支持。对室内有毒有害物质的扩散研究采用爆炸模拟模型进行实验研究，但是现有的爆炸模拟模型大多为一次性结构或是安全性较差。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种气溶胶瞬时自由扩散装置，可实现气溶胶的瞬间释放，模拟爆炸时，气体释放泄露的状况，为高效、便捷、可持续自动化研究有毒有害物质扩散规律提供技术支持。
2、本发明的技术方案为：
3、一种气溶胶瞬时自由扩散装置，包括有顶端开口的外壳、以及气溶胶存储机构、气溶胶灌装机构和升降式扩散开合机构；
4、所述的气溶胶存储机构包括有左电磁铁环、左气膜、右铁环、右气膜、两个水平铰接轴和两个铰接套，左气膜的边缘与左电磁铁环的内圈密封固定连接，左电磁铁环与设置于外壳内的电控箱连接，右气膜的边缘与右电磁铁环的内圈密封固定连接，两个相互靠近且平行的水平铰接轴位于同一水平高度，每个水平铰接轴的两端分别固定于外壳顶部的前后内侧壁上，左电磁铁环的底端和右铁环的底端上均固定有一个铰接套，两个铰接套分别套装于两个水平铰接轴上，使得左电磁铁环的底端和右铁环的底端进行铰接，两个铰接套沿两个水平铰接轴转动，从而带动左电磁铁环和右铁环实现开合动作，左电磁铁环和右铁环完全闭合时，左气膜和右气膜之间形成密封气腔；
5、所述的气溶胶灌装机构包括有气溶胶输送泵、输送管和注气嘴，气溶胶输送泵设置于外壳内且与电控箱连接，注气嘴设置于气溶胶存储机构上与密封气腔连通，气溶胶输送泵通过输送管与注气嘴连接；
6、所述的升降式扩散开合机构包括有驱动电机、传动轴、升降轴、三角座、两个导向滑槽、两个导向滑板、两个拉伸弹簧、固定半导向套、移动半螺纹套和伸缩步进电机，驱动电机、伸缩步进电机均与电控箱连接，竖直设置的传动轴与驱动电机连接实现驱动旋转，升降轴上设置有由底端向上延伸的盲孔，传动轴向上伸入到盲孔内且两者仅能进行轴向相对运动，升降轴的外壁上设置有外螺纹，固定半导向套、伸缩步进电机均固定于外壳内，移动半螺纹套连接于伸缩步进电机上，在伸缩步进电机的驱动下朝向或远离固定半导向套运动，固定半导向套和移动半螺纹套均位于升降轴的外围，固定半导向套和移动半螺纹套上均设置有水平朝向升降轴的半圆形凹槽，移动半螺纹套朝向固定半导向套移动到位后，固定半导向套和移动半螺纹套相互对接，两个半圆形凹槽形成上下贯通的通孔，移动半螺纹套的半圆形凹槽壁上设置有与升降轴上外螺纹螺纹连接的内螺纹，三角座的底端转动连接于升降轴的顶端上，三角座的两个等腰斜面上均设置有沿斜面顶端向底端延伸的导向滑槽，两个导向滑板的底端分别嵌入到两个导向滑槽内，两个导向滑板的顶端分别固定连接于两个铰接套上，且连接于其中一个铰接套上的其中一个导向滑板和左电磁铁环之间形成的夹角、连接于另一个铰接套上的另一个导向滑板和右铁环之间形成的夹角均为钝角，两个拉伸弹簧的顶端分别固定连接于左电磁铁环和右铁环上，两个拉伸弹簧的底端分别固定于外壳的左右内侧壁上，左电磁铁环和右铁环完全闭合时，两个拉伸弹簧为受力拉伸状态。
7、所述的外壳上设置有气溶胶接口，气溶胶输送泵的进口与气溶胶接口连接，气溶胶输送泵的出口上连接有气体流量阀，气溶胶输送泵的出口依次通过气体流量阀、输送管与注气嘴连接。
8、所述的外壳内还设置有动力电池、减速器和激光测距传感器，所述的驱动电机通过减速机与传动轴连接，升降轴的底端设置有环形的反光板，激光测距传感器竖直向上朝向反光板；
9、所述的电控箱内设置有电压转换电路、单片机、mos管驱动电路、驱动电机的驱动控制器、伸缩步进电机的驱动控制器和无线通讯模块，动力电池与电压转换电路的输入端连接，单片机、mos管驱动电路、驱动电机的驱动控制器、伸缩步进电机的驱动控制器、无线通讯模块、激光测距传感器分别与电压转换电路对应的输出端连接实现供电，mos管驱动电路、驱动电机的驱动控制器、伸缩步进电机的驱动控制器、无线通讯模块、激光测距传感器均与单片机连接，左电磁铁环与mos管驱动电路连接实现驱动，驱动电机与驱动电机的驱动控制器连接实现驱动，伸缩步进电机与伸缩步进电机的驱动控制器连接实现驱动，气溶胶输送泵与单片机连接实现pid驱动控制。
10、所述的左电磁铁环和右铁环的内圈上均一体塑型有定位环，定位环的内表面与左电磁铁环或右铁环的内表面之间为阶梯面，且从左电磁铁环或右铁环的内表面向定位环的内表面其为下降的阶梯面，定位环的内表面上开设有环形定位槽，左气膜或右气膜的环形边缘部粘接固定于定位环的内表面上且位于环形定位槽内周的部分上，环形定位槽内固定有环形密封圈，环形密封圈包括有一体塑型的锥形环和固定环，锥形环的内壁为锥形面，锥形环外端的口径小于其内端的口径，且锥形环外端的口径小于环形定位槽的最小口径，固定环的厚度小于锥形环的厚度，固定环固定连接于锥形环的内圈且内端面与锥形环的内端面平齐，环形密封圈的固定环嵌入到环形定位槽内且固定连接，锥形环部分延伸至环形定位槽外，当左电磁铁环和右铁环完全闭合时，由于锥形环外端的口径小于环形定位槽的最小口径，使得环形密封圈的锥形环向定位环挤压时，左气膜或右气膜被压紧于环形密封圈和定位环之间。
11、所述的左电磁铁环包括有环形铁芯和导电线圈，环形铁芯的外圈上设置有环形缠绕槽，导电线圈缠绕于环形铁芯的外圈上且位于环形缠绕槽内，所述的左气膜的边缘与环形铁芯的内圈密封固定连接，导电线圈与电控箱连接。
12、所述的左气膜和右气膜均选用医用级硅胶薄膜。
13、所述的传动轴为多棱柱结构，所述的升降轴的盲孔为与多棱柱配合连接的多棱柱盲孔；或所述的传动轴为花键轴，所述的升降轴的盲孔为与花键轴配合连接的花键孔。
14、所述的外壳内且位于中部固定有水平支撑板，所述的固定半导向套、伸缩步进电机均固定于水平支撑板上，所述的升降轴向上穿过水平支撑板。
15、所述的水平支撑板上固定有水平设置的导向套，移动半螺纹套的后端部上设置有滑块，滑块嵌入到导向套内壁的滑槽内，当伸缩步进电机带动移动半螺纹套朝向固定半导向套移动到位后，移动半螺纹套的前端部伸出到导向套外，移动半螺纹套的前端面上设置有水平朝向升降轴的半圆形凹槽。
16、所述的三角座的底端设置有槽口朝下的插槽，升降轴的顶部伸入到插槽内，升降轴顶部的外壁上设置有环形开槽，三角座上设置有水平伸入到升降轴环形开槽内的插针，从而使得三角座的底端转动连接于升降轴的顶端上。
17、本发明的优点：
18、(1)、本发明的气溶胶灌装机构和升降式扩散开合机构均设置于外壳内，气溶胶存储机构的底端连接于外壳的顶部，便于直接搬运外壳，快速实现装置的整体移动；
19、(2)、本发明的气溶胶储存采用气膜形式，气膜密闭性好，无泄漏，且与左电磁铁环和右铁环的粘连性好，充入气溶胶后，气膜会快速膨胀到设定体积；
20、(3)、本发明的左气膜和右气膜均选用医用级硅胶薄膜，具有高回弹性的特点，在气溶胶存储机构内未充入气溶胶时，左气膜和右气膜为平面状态，且相互贴近，使得密封气腔内的气容量很小，内部的杂质气体可忽略，所以充入气溶胶之后，不用排除杂质气体，减少气溶胶泄漏的风险，且在气溶胶充气后，左气膜和右气膜会随之胀大，扩大气容量，在气溶胶释放后，由于左气膜和右气膜的高回弹性，左气膜和右气膜又会快速恢复平面状态，便于反复模拟实验，延长了气溶胶瞬时自由扩散装置的使用寿命；
21、(4)、本发明在左电磁铁环和右铁环的内表面上均设置环形密封圈，环形密封圈的内壁为锥形面，使得左电磁铁环和右铁环在电磁吸附时，环形密封圈可以将左气膜压紧于环形密封圈和左电磁铁环之间、右气膜压紧于环形密封圈和右铁环之间，进一步提高气密性，且由于定位环的内表面与左电磁铁环的内表面之间为阶梯面，使得环形密封圈挤压后，环形密封圈内端的表面基本与左电磁铁环和右铁环的内表面平齐或接近，使得左电磁铁环和右铁环紧密贴合吸附或相互靠近吸附，提高电磁吸附的稳定性；
22、(5)、本发明的传动轴和升降轴为仅能进行轴向相对运动的连接方式，当移动半螺纹套与升降轴分离时，螺纹连接解除，升降轴在重力作用下，自动带动三角座下降，两个导向滑板沿导向滑槽上移，同时左电磁铁环和右铁环的电磁吸附解除，左电磁铁环和右铁环随即打开，气溶胶瞬时释放，整个气溶胶释放过程，三角座可通过自重下移驱动左电磁铁环和右铁环打开，同时配合拉伸弹簧回复支撑力的作用，瞬时实现气溶胶稳定释放；
23、(6)、本发明在气溶胶释放完成之后，左气膜和右气膜恢复平面状，恢复弹力，可多次重复使用，实现绿色环保；
24、(7)、本发明采用气体流量阀进行气溶胶体积控制，同时可以控制气溶胶充入的速度，实现恒流充入；
25、(8)、本发明采用激光测距传感器对螺旋上升的升降轴进行高度定位，从而实现左电磁铁环和右铁环的精准闭合操作；
26、(9)、本发明的电控箱内设置有与单片机连接的无线通讯模块，可通过远程操控各机构动作，提高气溶胶释放扩散过程的安全性。
1.一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：包括有顶端开口的外壳、以及气溶胶存储机构、气溶胶灌装机构和升降式扩散开合机构；
2.根据权利要求1所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的外壳上设置有气溶胶接口，气溶胶输送泵的进口与气溶胶接口连接，气溶胶输送泵的出口上连接有气体流量阀，气溶胶输送泵的出口依次通过气体流量阀、输送管与注气嘴连接。
3.根据权利要求1所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的外壳内还设置有动力电池、减速器和激光测距传感器，所述的驱动电机通过减速机与传动轴连接，升降轴的底端设置有环形的反光板，激光测距传感器竖直向上朝向反光板；
4.根据权利要求1所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的左电磁铁环和右铁环的内圈上均一体塑型有定位环，定位环的内表面与左电磁铁环或右铁环的内表面之间为阶梯面，且从左电磁铁环或右铁环的内表面向定位环的内表面其为下降的阶梯面，定位环的内表面上开设有环形定位槽，左气膜或右气膜的环形边缘部粘接固定于定位环的内表面上且位于环形定位槽内周的部分上，环形定位槽内固定有环形密封圈，环形密封圈包括有一体塑型的锥形环和固定环，锥形环的内壁为锥形面，锥形环外端的口径小于其内端的口径，且锥形环外端的口径小于环形定位槽的最小口径，固定环的厚度小于锥形环的厚度，固定环固定连接于锥形环的内圈且内端面与锥形环的内端面平齐，环形密封圈的固定环嵌入到环形定位槽内且固定连接，锥形环部分延伸至环形定位槽外，当左电磁铁环和右铁环完全闭合时，由于锥形环外端的口径小于环形定位槽的最小口径，使得环形密封圈的锥形环向定位环挤压时，左气膜或右气膜被压紧于环形密封圈和定位环之间。
5.根据权利要求1所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的左电磁铁环包括有环形铁芯和导电线圈，环形铁芯的外圈上设置有环形缠绕槽，导电线圈缠绕于环形铁芯的外圈上且位于环形缠绕槽内，所述的左气膜的边缘与环形铁芯的内圈密封固定连接，导电线圈与电控箱连接。
6.根据权利要求1所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的左气膜和右气膜均选用医用级硅胶薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的传动轴为多棱柱结构，所述的升降轴的盲孔为与多棱柱配合连接的多棱柱盲孔；或所述的传动轴为花键轴，所述的升降轴的盲孔为与花键轴配合连接的花键孔。
8.根据权利要求1所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的外壳内且位于中部固定有水平支撑板，所述的固定半导向套、伸缩步进电机均固定于水平支撑板上，所述的升降轴向上穿过水平支撑板。
9.根据权利要求8所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的水平支撑板上固定有水平设置的导向套，移动半螺纹套的后端部上设置有滑块，滑块嵌入到导向套内壁的滑槽内，当伸缩步进电机带动移动半螺纹套朝向固定半导向套移动到位后，移动半螺纹套的前端部伸出到导向套外，移动半螺纹套的前端面上设置有水平朝向升降轴的半圆形凹槽。
10.根据权利要求1所述的一种气溶胶瞬时自由扩散装置，其特征在于：所述的三角座的底端设置有槽口朝下的插槽，升降轴的顶部伸入到插槽内，升降轴顶部的外壁上设置有环形开槽，三角座上设置有水平伸入到升降轴环形开槽内的插针，从而使得三角座的底端转动连接于升降轴的顶端上。
