CN109406213A - 一种水样采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水样采集装置，包括串接水泵的主管道；主管道设有若干配置闭合装置的出水支口，出水支口的底部设有集水盘，水流通过集水盘上的集水口汇流至采样瓶。可于每次采集河水之前对管路进行冲洗，减少管路残留河水对本次采样河水的同位素成分影响；通过单片机控制多个电磁铁，提高采集的效率；同时，批量的采集水样，可显著提高批次采样时间间隔的精确性，提高试验数据的准确性。进一步，可通过单片机根据水流流速自动的控制采集水样的水量；其结构简单，使用方便，可有效降低研究经费，对于同位素水文学的进步具有很重要的意义，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种水样采集装置及方法

技术领域

本发明涉及一种水样采集装置，具体涉及一种水样采集装置及方法，属于同位素水文学技术领域。

背景技术

随着全球温度的升高，厄尔尼诺与拉尼娜出现的频率越来越高。在2018年7-8月，超强台风的登录使得中国部分地区受到暴雨影响，造成严重的洪涝自然灾害。未来由于二氧化碳的排放，全球温度还可能会持续上升，极端气候变化更加显著。因此，如何应对暴雨和干旱成为水文学的热点问题，而深入探究流域产汇流机理对于我们因地制宜制定预防措施显得尤为关键。

在20世纪40年代末，质谱仪器的发展使得测量水样中的同位素丰度成为可能，随后，越来越多的水文学家开始收集全球各地的降水，河水，湖水，融雪等水样用来进行科学研究。由于稳定同位素¹⁸O和²H 是水分子的组成结构，因此，可以用来揭示水循环的过程以及地球化学循环的途径。引起河水的同位素丰度的变化的原因主要包括不同水源的混合，以及蒸发分馏，水岩交换作用，同时以不同水源混合为主。传统的水文学在定量分析各水源对出口流量的补给比例时存在明显的主观性和任意性，这阻碍了流域产流机制的研究。基于水量平衡和浓度平衡方程得到的同位素流量过程分割结果，对于探究各水源的补给具有更明确的物理基础。

因此，精确地确定出口断面的河水的同位素组成对于定量确定水源补给，水流路径信息，以及流域蓄水量具有重要的意义。

探究流域水源划分往往需要在下雨时候在野外进行取样，而流域的选择往往要避免人类活动的影响，这样才能更好的揭示流域产汇流信息。同时人工野外采样存在一些缺陷，主要包括以下几点：

1、流域大部分位于人迹罕至的山区森林地带，这些地方交通、通信不便，蚊虫肆虐，使得采样人员在采样过程中面临很大的困难；

2、大型采样设备需要持续的交流电，但在山区很少有这样的条件；

3、实验费用大，随着经济的发展，人工费用越来越高，而研究经费的限制使得研究人员必须减少开支，同时人工采样时刻不精确也会对实验结果产生很大的影响。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高采样效率，降低对水样同位素相对丰度影响的采集装置和方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种水样采集装置，包括串接水泵的主管道；

所述主管道设有若干配置闭合装置的出水支口，出水支口的底部设有集水盘，水流通过集水盘上的集水口汇流至采样瓶。

上述闭合装置包括由单片机驱动的电磁阀。

上述闭合装置包括一端与推拉式电磁体连接的连杆，连杆的另一端设有匹配出水支口的密封塞，电磁铁由单片机驱动。

进一步的，上述连杆贯通集水盘，并一体设置。

上述集水盘的中部呈锥形凸起，外圈为挡水壁，集水口设置在挡水壁的内侧。

上述采样瓶内置矿油。

上述水泵由单片机驱动。

上述主管道的入水口设有滤网。

上述集水口配有集水管，其底端悬于采样瓶口。

上述的一种水样采集装置的采集方法，包括以下步骤：

S1、将内含矿油的采样瓶正对集水口放置；

S2、保持闭合装置处于关闭状态，开启水泵冲洗主管路一段时间；

S3、开启闭合装置，待采样瓶采集到一定的水样后关闭闭合装置；

S4、更换采样瓶，重复步骤S2-S3；

S5、保持闭合装置处于关闭状态，关闭水泵。

本发明的有益之处在于：

本发明的一种水样采集装置和方法，可于每次采集河水之前对管路进行冲洗，减少管路残留河水对本次采样河水的同位素成分影响；通过单片机控制多个电磁铁，提高采集的效率；同时，批量的采集水样，可显著提高批次采样时间间隔的精确性，提高试验数据的准确性。进一步，可通过单片机根据水流流速自动的控制采集水样的水量。

本发明的结构简单，使用方便，可有效降低研究经费，对于同位素水文学的进步具有很重要的意义，具有很强的实用性和广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的一种水样采集装置的结构示意图。

图2为本发明的主管道的结构示意图的俯视图。

图3为本发明的集水盘的结构示意图。

图4为本发明的电磁铁的结构示意图。

附图中标记的含义如下：1、主管道，2、电磁铁，3、连杆，4、集水盘，5、密封塞，6、采样瓶，7、水泵，8、集水口，9、挡水壁，10、凸起；

图4中：①、支架，②、盖，③、可动铁芯，④、固定铁芯，⑤、线圈骨轴，⑥、线圈，⑦、导管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

本实施例选用的电磁铁2为：ZYE1-0530Z型推拉式电磁铁2，乐清市正永机电有限公司生产，如附图4所示，结构包括①支架、②盖、③可动铁芯、④固定铁芯、⑤线圈骨轴、⑥线圈、⑦导管。

选用的单片机，型号为HC6800。

一种水样采集装置，由水泵7、带若干出水支口的主管道1、集水盘4和匹配出水支口的闭合装置组成；主管道1的材质优选为不锈钢管，水泵7串接于主管道1的前端，水泵7的进水管优选为不透明的聚乙烯塑料管，入水口设置滤网，避免杂物进入实验装置。

本实施例选用的闭合装置为：由推拉式电磁体驱动的连杆3，连杆3的顶部设有匹配出水支口的密封塞5。

集水盘4优选成圆形，其外圈设置挡水壁9，集水口8设于挡水壁9的内侧，集水盘4的中部呈锥形凸起10；连杆3和集水盘4同圆心一体设置，且，连杆3贯通凸起10的顶端。

集水盘4的底部，于集水口8处设置集水管，管底悬于采样瓶6口。

水泵7和电磁体接单片机，由单片机驱动。

使用时：

S1、于采样瓶6灌入少量的矿油后，将采样瓶6置于集水管底部；

S2、保持闭合装置处于关闭状态，单片机启动水泵7，冲洗主管路30-60秒，去除主管路内的积水，防止管壁残留之前的河水水样干扰本次将要收集的水样；

S3、单片机启动电磁铁2，联动连杆3和集水盘4向下移动，端部的密封塞5与出水支口脱离，水流从出水支口流出后，由集水盘4汇集，经集水管汇流至采样瓶6内；集水管悬于采样瓶6口，避免伸入进采样瓶6中，以防与水样托起的矿油接触；矿油浮于水面，起密封作用，防止水份蒸发分馏影响同位素组成。待采样瓶6采集到一定的水样后关闭电磁铁2，连杆3带动集水盘4向上移动，由端部的密封塞5闭合出水支口。

S4、若需要采集较多的水样，可更换采样瓶6，重复步骤S2-S3，至所有的采样瓶6都集满水样；

S5、保持电磁铁2处于关闭状态，即出水支口处于闭合状态，关闭水泵7，完成水样采集。

进一步的，可在出水支口设置流速检测仪，单片机根据反馈的流速，结合采样瓶6的容量，控制电磁铁2的闭合时间，进而控制采集水样的容量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种水样采集装置，其特征在于，包括串接水泵的主管道；

所述主管道设有若干配置闭合装置的出水支口，出水支口的底部设有集水盘，水流通过集水盘上的集水口汇流至采样瓶。

2.根据权利要求1所述的一种水样采集装置，其特征在于，所述闭合装置包括由单片机驱动的电磁阀。

3.根据权利要求1所述的一种水样采集装置，其特征在于，所述闭合装置包括一端与推拉式电磁体连接的连杆，连杆的另一端设有匹配出水支口的密封塞，电磁铁由单片机驱动。

4.根据权利要求3所述的一种水样采集装置，其特征在于，所述连杆贯通集水盘，并一体设置。

5.根据权利要求1所述的一种水样采集装置，其特征在于，所述集水盘的中部呈锥形凸起，外圈为挡水壁，集水口设置在挡水壁的内侧。

6.根据权利要求1所述的一种水样采集装置，其特征在于，所述采样瓶内置矿油。

7.根据权利要求1所述的一种水样采集装置，其特征在于，所述水泵由单片机驱动。

8.根据权利要求1所述的一种水样采集装置，其特征在于，所述主管道的入水口设有滤网。

9.根据权利要求1所述的一种水样采集装置，其特征在于，所述集水口配有集水管，其底端悬于采样瓶口。

10.适用于权利要求1-9任一所述的一种水样采集装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将内含矿油的采样瓶正对集水口放置；

S2、保持闭合装置处于关闭状态，开启水泵冲洗主管路一段时间；

S3、开启闭合装置，待采样瓶采集到一定的水样后关闭闭合装置；

S4、更换采样瓶，重复步骤S2-S3；

S5、保持闭合装置处于关闭状态，关闭水泵。