專利名稱：可自動升降水面氣體取樣漂浮箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
可自動升降水面氣體取樣漂浮箱技術(shù)領(lǐng)域:[0001]本實用新型涉及可自動升降水面氣體取樣靜態(tài)箱，特別是指一種可隨水面高度升降的靜態(tài)取樣箱，主要用于溝渠、堰塘、河道、湖面及沼澤濕地水體表面氣體排放連續(xù)觀測。
背景技術(shù)：
:[0002]全球氣候變暖已是不爭的事實，人類活動影響導(dǎo)致的溫室氣體(二氧化碳、甲烷和氧化亞氮)排放是全球變暖的一大誘因。天然水體和濕地作為重要的溫室氣體自然排放源，日益受到人類活動較多的間接影響，如氮素流失、重金屬等污染加劇及富營養(yǎng)化成為常見的水體環(huán)境問題。特別是流域河道和溝渠等自然水體，逐漸成為重要的溫室氣體間接排放源，在溫室氣體全球排放總量分布中占有重要地位。因此，有必要對溝渠、堰塘及沼澤濕地表面溫室氣體排放進行觀測，以期對溫室氣體全球排放總量估算有所貢獻。[0003]在生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放觀測中，密閉箱法、渦度相關(guān)法和微氣象法等觀測方法較為常用，其中應(yīng)用最廣的是靜態(tài)箱法。靜態(tài)箱法以其簡單的設(shè)計、方便的操作和低廉的運作成本，深受廣大科研工作者歡迎。但靜態(tài)箱設(shè)計形狀各異，就底面形狀而言，有正方形和圓形的；箱體材料也有PVC塑料、聚碳酸酯板、玻璃鋼和超薄不銹鋼等；就高度而言，有高度可調(diào)節(jié)分體設(shè)計和高度固定一體設(shè)計；就透明度來講，有透明箱和暗箱之分。不同的土地利用類型應(yīng)當(dāng)用不同的箱體設(shè)計。對于河道和溝渠等水體表層氣體排放觀測，應(yīng)該使用漂浮箱，因為水體表面不同于土壤，不容易設(shè)置底座，也不容易密封，更不容易進行定點觀測。因此對采樣箱體和用料都有較高的要求。目前常見的漂浮箱設(shè)計，有的設(shè)有固定底座，但不易隨水位高度調(diào)節(jié)，只適用于沼澤濕地等水位高度長時間穩(wěn)定的環(huán)境；有些沒有固定底座，靈活性較強，但在其橫向移動過程中易造成水體擾動增大誤差；有些設(shè)計箱體底面積較小，不易設(shè)置溫度等輔助變量的觀測接口，并且缺少氣壓平衡裝置和換氣裝置，這將直接增大小空間痕量氣體排放觀測的系統(tǒng)誤差，而且體積較小位置難固定，取樣代表性不夠，也不宜開展長時間連續(xù)定點觀測。發(fā)明內(nèi)容:[0004]針對上述問題，本實用新型的主要目的在于使用一種箱體可橫向相對固定、縱向可隨支架升降的靜態(tài)漂浮箱，在箱體頂部設(shè)有換氣裝置和氣壓平衡裝置，以提高水體表層溫室氣體排放觀測的精度。[0005]為實現(xiàn)上述功能，本實用新型提供一種高度可自由升降的靜態(tài)漂浮暗箱，其特征在于包含:[0006]一固定裝置，包括四不銹鋼支架、十二固定鋼圈和二備用拉繩，所述固定支架采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼加工而成，長度足夠長，以適應(yīng)較高的水位，所述不銹鋼支架底端尖銳，分五個較長的叉，保證支架深入底泥固定滑桿，以適應(yīng)足夠的水流速度和流量，所述固定鋼圈由不銹鋼加工而成，均勻無縫焊接于每塊延伸鋼片的外緣線，全箱體共計十二個鋼圈，用以將滑桿支架穿過以固定，鋼圈內(nèi)徑略大于支架不銹鋼外徑，所述備用拉繩采用優(yōu)質(zhì)尼龍材料，用以在水流過大時協(xié)助固定箱體；[0007]一主箱體，包括一超薄不銹鋼主框架、四延伸鋼片、四漂浮泡沫、一頂層泡沫和二手柄，所述主框架采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼加工而成，頂部和底面呈正方形、無底中空的長方體，箱體高度低于30厘米，以控制總體總量并保證氣體取樣的均一性，底面邊長大于50厘米，在兩個側(cè)邊交界處沿底面正方形對角線方向向外延伸出一塊延伸鋼片，與相鄰的兩邊無縫焊接，這樣在長方體箱體四個角共延伸出四塊延伸鋼片，所述漂浮泡沫和頂層泡沫均采用空心玻璃微珠填充聚苯并咪唑制得的閉孔型泡沫塑料，質(zhì)輕且耐高溫，漂浮性強，隔熱性好，吸水率低，性能顯著優(yōu)于普通泡沫塑料，適宜于長期野外高溫高濕環(huán)境觀測工作，五塊漂浮泡沫分別固定于箱體四周延伸鋼片之間和頂部，除底面外，整個箱體四周及頂部再包覆反光材料，這樣可保證箱內(nèi)空氣達(dá)到最好的隔熱環(huán)境，所述二手柄分別固定于箱體外側(cè)；[0008]一換氣裝置，包括一蓄電池、一連接線和一風(fēng)扇，所述風(fēng)扇功率較低，風(fēng)力較緩，固定于箱體頂端和二側(cè)面交界處，沿對角線向斜下方安置，用于在取樣之前排出箱內(nèi)積聚的氣體和在采樣點之間移動箱體時將前一采樣點的余氣排出；[0009]一主取氣裝置，包括一主取氣口、一溫度探頭和二氣壓平衡裝置，所述主取氣裝置固定于箱體頂部，位于頂部中心位置，采用不銹鋼細(xì)管制成，長度以達(dá)到箱體高度的中心位置為宜，取氣管下端采用錐形設(shè)計，以保證在較小空間內(nèi)取氣的均勻性，所述溫度探頭接口與風(fēng)扇連接接口對稱分布于主取氣口的兩側(cè)，二者連線垂直于頂層正方形邊線，所述二氣壓平衡裝置沿頂部對角線對稱固定于主取氣口的兩側(cè)，能保證罩箱過程箱內(nèi)外氣壓的平衡，所述取氣管、溫度探頭和氣壓平衡管均通過快擰式塑料接口固定于箱體頂部，這種接口具有較強的彈性，能保證各種管線的順利通過和箱體的氣密性。[0010]采用了上述技術(shù)方案的本實用新型具有以下優(yōu)點:[0011]1、漂浮箱設(shè)有固定支架，可助箱體在固定點位隨水面高度升降，大大節(jié)省了固定底座升降的勞動力，增強了箱體的易用性，輔以備用拉繩的協(xié)助，與普通漂浮箱相比，具有橫向固定，縱向易調(diào)節(jié)的特性，可更精確的開展定點觀測。由于其漂浮性，四個支架插入底泥的深度可以不同，可方便觀測近岸水面和較深的河、湖中部水面。[0012]2、箱體底面采用陸地靜態(tài)箱最常用的正方形設(shè)計，能覆蓋盡可能多的水體表面，保證了取樣的代表性。箱體頂部設(shè)置了兩個氣壓平衡裝置、一個換氣裝置和一個溫度探頭接口，充分保證了觀測的精度。取氣管底部圓錐形設(shè)計，能保證較小空間內(nèi)取氣的均一性。[0013]3、箱體主框架、固定支架和固定鋼圈均由優(yōu)質(zhì)不銹鋼構(gòu)成，重量輕、強度高；箱體漂浮材料采用較先進的空心玻璃微珠閉孔型泡沫塑料，漂浮性強、隔熱性好，并且吸水率低，大大增強了箱體的易用性和觀測效率。相比PVC塑料類主框架，不銹鋼主框架加輕型泡沫使有一定重量，增加了橫向穩(wěn)定性和縱向漂浮性。


:[0014]圖1是本實用新型總體構(gòu)造正視圖[0015]圖2是本實用新型總體構(gòu)造側(cè)面剖面圖[0016]圖3是本實用新型主體構(gòu)造俯視圖[0017]圖4是本實用新型主體構(gòu)造仰視圖[0018]圖5是本實用新型箱體主框架結(jié)構(gòu)圖[0019]圖6是本實用新型固定支架和主框架連接處局部放大圖[0020]圖7是本實用新型固定支架下端局部放大圖和俯視圖具體實施方式
:[0021]如圖2所示，本實用新型水面氣體取樣漂浮箱包括一固定裝置10、一主箱體20及一輔助取氣裝置30三部分。[0022]固定裝置10包括不銹鋼支架11、固定鋼圈12及備用拉繩13。不銹鋼支架11如圖1和圖2所示，共有4根，為圓柱形不銹鋼支架，每根底部插入底泥的部分較尖銳，其底部另外焊接4個分叉111以保證充分的橫向固定強度。將箱體沿支架11穿入焊接于延伸鋼片22上的固定鋼圈12，保證其在縱向上的穩(wěn)定性，鋼圈12由不銹鋼制成，內(nèi)徑略大于不銹鋼支架11的外徑。如遇較大的水流速度，可借助備用拉繩13，將其栓在鋼圈12上，以在橫向輔助固定箱體。[0023]如圖2和圖3所示，主箱體20包括不銹鋼主框架21、延伸鋼片22、漂浮泡沫23、外敷反光材料24和手柄25。主框架21包括4個側(cè)面和一個頂面，頂面預(yù)留數(shù)個小孔以安裝接頭331。延伸鋼片22焊接于主框架21的反對角線方向，兩片延伸鋼片22和主框架21的一個側(cè)面之間固定泡沫塑料23(共4塊)。如圖2所示，在主框架21頂面上部覆蓋頂層泡沫塑料231，其中部也預(yù)留數(shù)個孔道以安裝各取氣裝置的接口。除底面外，整個主箱體外側(cè)都包覆反光材料24，即起粘合作用又起反光隔熱作用。二個手柄25固定于箱體外側(cè)。[0024]如圖3和圖4所示，輔助取氣裝置30包括，氣體主取氣裝置31、換氣裝置32、溫度探頭33和氣壓平衡裝置34。通過快擰接口 331，這些裝置與外接的取氣和測量設(shè)備相連接。換氣裝置風(fēng)扇32通過連接線322與蓄電池321相連接，打開蓄電池321開關(guān)即可啟動風(fēng)扇32，將箱內(nèi)余氣排出。取氣管31通過接口 331與箱外取氣裝置如注射器(手動取樣)或延長取氣管(如箱體固定位置離坡岸較遠(yuǎn))或自動取氣管(自動取氣系統(tǒng))相連，以取出箱內(nèi)氣體。[0025]現(xiàn)結(jié)合圖2、圖3和圖4說明本實用新型的野外安裝及具體使用方式。在試驗地選好觀測點，依上述說明，將所有相關(guān)裝置準(zhǔn)備好，其中不銹鋼支架11的總長度要根據(jù)觀測點中長期水位高度上限進行設(shè)定，不易過長或過短。如果在水體近岸邊觀測，操作人員站立在岸邊即可，如果對水體中央部位觀測，則需借助搭橋或小船等工具進行固定支架的安裝，兩種方式均需避免操作人員對采樣點底泥和水體的擾動。選好點位后，將4根不銹鋼支架11插入底泥并相對固定位置，插入深度要足夠深，以確保其橫向支撐力，如果觀測點接近岸邊且水流較緩，則只需2根不銹鋼支架11，操作人員站在岸邊將其固定在靠岸這一側(cè)即可，這種情況下，箱體另外兩個角是直接懸浮于水面的。支架固定好后，取主箱體，連接好換氣裝置32，打開蓄電池321開關(guān)，將箱內(nèi)積聚的氣體排出，利用手柄25的輔助，將主箱體4個外角上的固定鋼圈12依次套入支架11，這時箱體沿固定支架11下沉到水面，此時要根據(jù)箱體的平衡程度繼續(xù)調(diào)整不銹鋼支架11的插入深度和水平位置，確保主箱體能穩(wěn)定的漂浮于水體表面。如果水流速度較快，主箱體在不銹鋼支架11的支撐下不穩(wěn)定，有沿水流方向橫向移動的趨勢，則需要使用備用拉繩13，在主箱體逆水流方向一側(cè)，找兩列固定鋼圈12中的最下面兩個，各栓I條備用拉繩13，根據(jù)情況將其固定于兩岸或一側(cè)岸邊，如取樣點在水面較寬水流較大的河中央部位，則將其固定于采樣踏板或其它固定的輔助采氣通道上。注意，為避免安裝過程對采樣的物理擾動，不銹鋼支架11的固定和拉繩13的安裝要至少提前I小時完成。主箱體固定后，即可開始靜態(tài)箱法取氣操作。
權(quán)利要求1.一種可自動升降水面氣體取樣漂浮箱，其特征在于，包含: 一固定裝置，包括四固定支架、十二固定鋼圈和一備用拉繩，所述固定支架下端尖銳分叉，所述固定鋼圈均勻固定于主箱體延伸鋼片的外緣； 一主箱體，包括一不銹鋼主框架、四延伸鋼片、四漂浮泡沫、一頂層泡沫、一反光層和二手柄，所述主框架中空底面不封閉，所述延伸鋼片沿對角線焊接于主框架的外側(cè)，所述漂浮泡沫固定于二個延伸鋼片和主框架一個側(cè)面的外側(cè)，所述頂層泡沫固定于頂層鋼片正上方，所述反光層外敷于除底面外整個箱體的外側(cè)，所述手柄固定于箱體兩側(cè)； 一輔助取氣裝置，包括一主取氣口、一換氣裝置、一溫度測定裝置和二氣壓平衡裝置，所述主取氣口位于頂面的中心位置，所述換氣裝置由蓄電池、連接線和小功率風(fēng)扇組成，所述溫度測定裝置通過接口固定于箱體內(nèi)部，所述氣壓平衡裝置，沿對角線對稱分布于主取氣口兩側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的可自動升降水面氣體取樣漂浮箱，其特征在于，所述固定裝置包括不銹鋼支架、鋼圈和拉繩，所述主箱體包括超薄不銹鋼框架、延伸鋼片和超輕泡沫，所述輔助取氣裝置包括換氣和氣壓平衡裝置。
3.如權(quán)利要求1和2所述的可自動升降水面氣體取樣漂浮箱，所述固定支架和固定鋼圈均由優(yōu)質(zhì)不銹鋼制作，防銹防蝕性能良好，所述主框架和延伸鋼片均由超薄不銹鋼加工而成，在降低重量的同時，堅固耐用，可確保箱體長時間用于野外觀測。
4.如權(quán)利要求1和2所述的可自動升降水面氣體取樣漂浮箱，其特征在于，所述漂浮泡沫和頂層泡沫采用空心玻璃微珠填充聚苯并咪唑制得的閉孔型泡沫塑料，質(zhì)輕且耐高溫，漂浮性強，隔熱性好，吸水率低，性能顯著優(yōu)于普通泡沫塑料。
5.如權(quán)利要求1和2所述的可自動升降水面氣體取樣漂浮箱，其特征在于，在箱體空間設(shè)置了換氣裝置和兩個氣壓平衡裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種可自動升降水面氣體取樣漂浮箱，屬于水體痕量氣體觀測領(lǐng)域，包括固定支架、主箱體和輔助取氣裝置三部分。其中固定支架由優(yōu)質(zhì)不銹鋼加工而成，下端有尖銳分叉，能很好的起到固定箱體的作用；主箱體由超薄不銹鋼外敷新型超輕泡沫塑料和反光隔熱層組成，這種固定支架和箱體設(shè)計能保證箱體穩(wěn)定的漂浮于水面；輔助取氣裝置包括主取氣口、換氣裝置、溫度測量及氣壓平衡裝置，可確保觀測的精度。本實用新型可用于流域溝渠、河流、湖泊和沼澤等濕地系統(tǒng)溫室氣體取樣。
文檔編號G01N1/22GK202974729SQ201220644969
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者秦曉波, 李玉娥, 萬運帆, 高清竹, 廖育林, 范美蓉, 劉碩, 馬欣 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所