CN111707508A - 时序降雨同位素样品采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时序降雨同位素样品采集装置，包括外箱体、太阳能电池板、太阳能蓄电池、控制器和安装于外箱体顶部的翻斗式雨量计，控制器与太阳能蓄电池连接，翻斗式雨量计的出水口连接有导流管，外箱体的顶部设置有防水箱，太阳能蓄电池安装在防水箱内，防水箱的顶部安装有多个雨量传感器，多个雨量传感器与控制器连接，外箱体内安装有智能空调、样品收集装置、样品储存装置和用于将雨水样品由样品收集装置转移至样品储存装置的机械手。本发明的能够实现雨水样品的自动收集、储存，防止样品存储过程中蒸发，保证实验结果，准确反映降水过程中的原始同位素含量特征。

Description

时序降雨同位素样品采集装置

技术领域

本发明涉及水文设备技术领域，尤其涉及时序降雨同位素样品采集装置。

背景技术

同位素水文学是20世纪50年代发展起来的一门新兴学科，它主要利用同位素技术解决水文学中一些关键问题。从20世纪60年代开始，在世界范围内通过利用同位素技术(¹⁸O,²H,³H,¹⁴C,³⁶C,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr等),并结合水文地球化学方法广泛应用于水文水资源及环境地质等诸多领域，取得了许多突破性成果。特别是氢氧稳定同位素可以提供水分子本身的信息，并结合水位、水化学和其他相关数据，将产生更可靠的区域地下水流概念模型，以促使有效的地下水资源管理。如果用²H和¹⁸O来追踪地下水，那么降水中氢氧稳定同位素的研究显得十分重要。同样，如果需要追踪雨水的水汽来源、探究地表水与地下水相互作用等，同样需要研究降雨中的氢氧同位素的含量，而研究降水中的氢氧同位素势必需要对降雨进行采样。

降雨同位素信息对于我们了解水汽来源、降雨-径流关系、局地水循环过程具有重要意义。在以往研究中，主要以次降雨为单元进行雨水同位素分析，但是对降雨过程中的同位素变化特征刻画不够，其中的关键在于采集降雨过程中的雨水同位素样品。降水样品收集装置一般要放置在野外，很难保证每次降水都能及时收集到样品进行检测，且如果样品在采样装置中存放时间较长的话，容器内的样品就会蒸发。而蒸发会导致降水同位素分馏，影响降水样品中氢氧同位素含量，从而不能反映降水的原始同位素含量特征。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供时序降雨同位素样品采集装置，能够自动实现雨水样品的收集、储存，防止样品存储过程中蒸发保证实验结果，能够准确反映降水的原始同位素含量特征。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

时序降雨同位素样品采集装置，包括外箱体、太阳能电池板、太阳能蓄电池、控制器和安装于外箱体顶部的翻斗式雨量计，外箱体的一侧面上设置有双开门，太阳能电池板和太阳能蓄电池安装于外箱体的顶部、且太阳能蓄电池与太阳能电池板电连接，控制器与太阳能蓄电池连接，翻斗式雨量计的出水口连接有导流管，外箱体的顶部设置有防水箱，太阳能蓄电池安装在防水箱内，防水箱的顶部安装有多个雨量传感器，多个雨量传感器与控制器连接，外箱体内安装有智能空调、样品收集装置、样品储存装置和用于将雨水样品由样品收集装置转移至样品储存装置的机械手，智能空调安装在外箱体的内侧壁上，样品收集装置、样品储存装置对称安装在外箱体内的一侧，机械手安装在外箱体内另一侧的中部，外箱体的底部设置有排水槽，外箱体内安装有温度传感器，翻斗式雨量计、雨量传感器、智能空调和温度传感器均与控制器连接；样品收集装置包括支撑架、安装在支撑架上的传送带、样品收集瓶和用于控制传送带周期性传动的步进电机一，样品收集瓶呈一排等间距设置在传送带上，导流管的自由端位于靠近机械手一端的样品收集瓶的正上方，传送带正上方倾斜设置有滑行导管，滑行导管的上端口位于靠近机械手的一侧，滑行导管的下端口竖直向下设置、且位于远离机械手一端的样品收集瓶的正上方，样品储存装置包括安装台、转动盘、样品储存瓶和用于控制转动盘周期性转动的步进电机二，转动盘转动安装在安装台上，样品储存瓶按圆周等弧设置在转动盘上，样品储存瓶的体积小于样品收集瓶的体积，机械手、步进电机一和步进电机二均与控制器连接。

当雨量传感器采集到的雨水信息后，将信息传送给控制器，控制器接受信息并控制装置启动并运行，控制器控制翻斗式雨量计开始收集并记录雨量信息，经过翻斗式雨量计后的雨水经过导流管流到样品收集瓶；收集时间达到设置周期T后，控制器控制机械手抓取最靠近它的样品收集瓶，并将样品收集瓶中的雨水样品转移到最靠近它的样品储存瓶内，机械手完成这个操作后，控制器通过步进电机一和步进电机二分别控制传送带和转动盘周期性运动一次；然后控制机械手将空的样品收集瓶由滑行导管的上端口放入，样品收集瓶沿着滑行导管下滑并垂直下落到传送带上，收集时间每达到一个周期T后，控制器就控制机械手、步进电机一和步进电机二重复一次上述操作。由于将样品收集瓶中的样品转移到样品储存瓶中的时间很短，可以有效减少样品储存过程中水分的蒸发。样品收集瓶及样品储存瓶未收集到的雨水落到外箱体底部，并通过排水槽排除外箱体。当雨量传感器采集不到的雨水信息后，将信息传送给控制器，控制器接受信息并控制装置停止运行。此外，温度传感器采集外箱体内的温度，并将温度信息发送控制器，控制器接受温度信息并控制智能空调工作，保持外箱体内的低温状态，防止同位素样品发生分馏，影响实验结果。

进一步，样品储存瓶的瓶口与瓶颈的连接处呈上大下小的喇叭状结构，样品储存瓶的瓶体内设置有密封浮球，密封浮球的直径大于瓶颈的直径。喇叭状结构结构更方便于机械手将样品收集瓶中的雨水样品转移到样品储存瓶，同时密封浮球在雨水样品中漂浮起来，将雨水样品密封在样品储存瓶内，进一步减少样品的蒸发。

进一步，转动盘的上端面呈由中心向边缘逐渐降低的渐变结构，转动盘上设置有卡槽，样品储存瓶的底部嵌插在卡槽内。转动盘的这种设计能够使样品储存瓶为收集完的雨水快速落到外箱体底部排除外箱体，同时样品储存瓶的底部嵌插在卡槽内能够防止样品储存瓶倾倒、滑落。

进一步，样品收集瓶和样品储存瓶均采用塑料瓶，样品储存瓶采用棕色塑料瓶、且其底部具有一定的弹性，样品储存瓶的底部直径略大于卡槽的直径。塑料瓶不易碎，更安全，同时棕色能够进一步降低同位素样品的蒸发，保证样品质量；样品储存瓶底部具有一定的弹性能够与卡槽紧密接触，进一步提高其稳定性。

进一步，传送带采用磁性传送带，样品收集瓶的底部连接有可与传送带相吸的磁性块。此种设计能够使样品收集瓶紧密贴合在传送带上，防止雨水样品从导流管流入样品收集瓶的过程中样品收集瓶发生位移，从而保证机械手能够精确的抓取样品收集瓶；且磁性块具有一定的重量，更有利于样品收集瓶沿着滑行导管下滑到传送带上。

进一步，样品收集瓶的瓶口设有向外折出的折沿，样品收集瓶的瓶口直径小于样品储存瓶的直径。折沿结构可以机械手抓取样品收集瓶过程更加安全，防止样品收集瓶滑落；同时收集瓶的瓶口直径小于样品储存瓶的直径，更有利于机械手将样品收集瓶中的雨水样品转移到样品储存瓶。

进一步，导流管的自由端连接有出水龙头，出水龙头为由进水口到出水口直径逐渐变小的渐变结构。此种设计能够使从导流管流出的雨水样品更加集中，减少雨水样品在收集过程中溅射到样品收集瓶外，提高收集效率。

进一步，还包括无线通讯模块和智能终端，无线通讯模块与控制器连接，智能终端与无线通讯模块通讯连接。使用智能终端可以远程关注雨水样品收集状况，时刻关注和掌握雨水样品信息。

本发明的有益效果：

1.本发明的能够自动实现雨水样品的收集、储存，防止样品存储过程中蒸发保证实验结果，能够准确反映降水的原始同位素含量特征；

2.本发明的装置雨水样品收集过程稳定可靠，能够安全、及时、稳定地完成样品收集，避免人为误差，提高实验结果的可靠性。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的局部结构示意图；

图3是本发明的样品收集装置的结构示意图；

图4是本发明的样品储存装置的结构示意图；

图5是本发明的控制原理图；

其中，外箱体1、太阳能电池板2、太阳能蓄电池3、控制器4、翻斗式雨量计5、双开门6、导流管7、防水箱8、雨量传感器9、智能空调10、样品收集装置11、支撑架111、传送带112、样品收集瓶113、步进电机一114、样品储存装置12、安装台121、转动盘122、样品储存瓶123、步进电机二124、机械手13、排水槽14、温度传感器15、滑行导管16、密封浮球17、卡槽18、磁性块19、出水龙头20、无线通讯模块21、智能终端22。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明进行详细说明：

如图1-图5所示

时序降雨同位素样品采集装置，包括外箱体1、太阳能电池板2、太阳能蓄电池3、控制器4和安装于外箱体1顶部的翻斗式雨量计5，外箱体1的一侧面上设置有双开门6，太阳能电池板2和太阳能蓄电池3安装于外箱体1的顶部、且太阳能蓄电池3与太阳能电池板2电连接，太阳能蓄电池3与控制器相连，翻斗式雨量计5的出水口连接有导流管7，外箱体1的顶部设置有防水箱8，太阳能蓄电池3安装在防水箱8内，防水箱8的顶部安装有多个雨量传感器9，多个雨量传感器9与控制器4连接，外箱体1内安装有智能空调10、样品收集装置11、样品储存装置12和用于将雨水样品由样品收集装置11转移至样品储存装置12的机械手13，智能空调10安装在外箱体1的内侧壁上，样品收集装置11、样品储存装置12对称安装在外箱体1内的一侧，机械手13安装在外箱体1内另一侧的中部，外箱体1的底部设置有排水槽14，外箱体1内安装有温度传感器15，翻斗式雨量计5、雨量传感器9、智能空调10和温度传感器15均与控制器4连接；样品收集装置11包括支撑架111、安装在支撑架111上的传送带112、样品收集瓶113和用于控制传送带112周期性传动的步进电机一114，样品收集瓶113呈一排等间距设置在传送带112上，导流管7的自由端位于靠近机械手13一端的样品收集瓶113的正上方，传送带112正上方倾斜设置有滑行导管16，滑行导管16的上端口位于靠近机械手13的一侧，滑行导管16的下端口竖直向下设置、且位于远离机械手13一端的样品收集瓶113的正上方，样品储存装置12包括安装台121、转动盘122、样品储存瓶123和用于控制转动盘122周期性转动的步进电机二124，转动盘122转动安装在安装台121上，样品储存瓶123按圆周等弧设置在转动盘122上，样品储存瓶123的体积小于样品收集瓶113的体积，机械手13、步进电机一114和步进电机二124均与控制器4连接。

当雨量传感器9采集到的雨水信息后，将信息传送给控制器4，控制器4接受信息并控制装置启动并运行，控制器4控制翻斗式雨量计5开始收集并记录雨量信息，经过翻斗式雨量计5后的雨水经过导流管7流到样品收集瓶113；收集时间达到设置周期T后，控制器4控制机械手13抓取最靠近它的样品收集瓶113，并将样品收集瓶113中的雨水样品转移到最靠近它的样品储存瓶123内，样品储存瓶123的容量为5ml，机械手13完成这个操作后，控制器4通过步进电机一114和步进电机二124分别控制传送带112和转动盘122周期性运动一次；然后控制机械手13将空的样品收集瓶113由滑行导管16的上端口放入，样品收集瓶113沿着滑行导管16下滑并垂直下落到传送带112上，收集时间每达到一个周期T后，控制器4就控制机械手13、步进电机一114和步进电机二124重复一次上述操作，优选的样品储存瓶123数量为二十四个，当这二十四个样品储存瓶123均有样品存储后，控制器4控制停止运行。样品收集瓶113及样品储存瓶123未收集到的雨水落到外箱体1底部，并通过排水槽14排除外箱体1。当雨量传感器9采集不到的雨水信息后，将信息传送给控制器4，控制器4接受信息并控制装置停止运行。此外，温度传感器15采集外箱体1内的温度，并将温度信息发送控制器4，控制器4接受温度信息并控制智能空调10工作，保持外箱体1内的低温状态，防止同位素样品发生分馏，影响实验结果。实验人员定期来取走样品储存瓶123。

样品储存瓶123的瓶口与瓶颈的连接处呈上大下小的喇叭状结构，样品储存瓶123的瓶体内设置有密封浮球17，密封浮球17的直径大于瓶颈的直径。喇叭状结构结构更方便于机械手13将样品收集瓶113中的雨水样品转移到样品储存瓶123，同时密封浮球17在雨水样品中漂浮起来，将雨水样品密封在样品储存瓶123内，进一步减少样品的蒸发。

转动盘122的上端面呈由中心向边缘逐渐降低的渐变结构，转动盘122上设置有卡槽18，样品储存瓶123的底部嵌插在卡槽18内。转动盘122的的这种设计能够使样品储存瓶123为收集完的雨水快速落到外箱体1底部排除外箱体1，同时样品储存瓶123的底部嵌插在卡槽18内能够防止样品储存瓶123倾倒、滑落。

样品收集瓶113和样品储存瓶123均采用塑料瓶，样品储存瓶123采用棕色塑料瓶、且其底部具有一定的弹性，样品储存瓶123的底部直径略大于卡槽18的直径。塑料瓶不易碎，更安全，同时棕色能够进一步降低同位素样品的蒸发，保证样品质量；样品储存瓶123底部具有一定的弹性能够与卡槽18紧密接触，进一步提高其稳定性。

传送带112采用磁性传送带，样品收集瓶113的底部连接有可与传送带相吸的磁性块19。此种设计能够使样品收集瓶113紧密贴合在传送带112上，防止雨水样品从导流管7流入样品收集瓶113的过程中样品收集瓶113发生位移，从而保证机械手13能够精确的抓取样品收集瓶113；且磁性块19具有一定的重量，更有利于样品收集瓶113沿着滑行导管16下滑到传送带112上。

样品收集瓶113的瓶口设有向外折出的折沿，样品收集瓶113的瓶口直径小于样品储存瓶123的直径。折沿结构可以机械手13抓取样品收集瓶113过程更加安全，防止样品收集瓶113滑落；同时收集瓶113的瓶口直径小于样品储存瓶123的直径，更有利于机械手13将样品收集瓶113中的雨水样品转移到样品储存瓶123。

导流管7的自由端连接有出水龙头20，出水龙头20为由进水口到出水口直径逐渐变小的渐变结构。此种设计能够使从导流管7流出的雨水样品更加集中，减少雨水样品在收集过程中溅射到样品收集瓶113外，提高收集效率。

还包括无线通讯模块21和智能终端22，无线通讯模块21与控制器4连接，智能终端22与无线通讯模块21通讯连接。使用智能终端22可以远程关注雨水样品收集状况，时刻关注和掌握雨水样品信息。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (8)

1.时序降雨同位素样品采集装置，其特征在于，包括外箱体、太阳能电池板、太阳能蓄电池、控制器和安装于外箱体顶部的翻斗式雨量计，所述外箱体的一侧面上设置有双开门，所述太阳能电池板和太阳能蓄电池安装于外箱体的顶部、且太阳能蓄电池与太阳能电池板电连接，所述控制器与太阳能蓄电池连接，所述翻斗式雨量计的出水口连接有导流管，所述外箱体的顶部设置有防水箱，所述太阳能蓄电池安装在防水箱内，所述防水箱的顶部安装有多个雨量传感器，多个所述雨量传感器与控制器连接，所述外箱体内安装有智能空调、样品收集装置、样品储存装置和用于将雨水样品由样品收集装置转移至样品储存装置的机械手，所述智能空调安装在外箱体的内侧壁上，所述样品收集装置、样品储存装置对称安装在外箱体内的一侧，所述机械手安装在外箱体内另一侧的中部，所述外箱体的底部设置有排水槽，所述外箱体内安装有温度传感器，所述翻斗式雨量计、雨量传感器、智能空调和温度传感器均与控制器连接；

所述样品收集装置包括支撑架、安装在支撑架上的传送带、样品收集瓶和用于控制传送带周期性传动的步进电机一，所述样品收集瓶呈一排等间距设置在传送带上，所述导流管的自由端位于靠近机械手一端的样品收集瓶的正上方，所述传送带正上方倾斜设置有滑行导管，所述滑行导管的上端口位于靠近机械手的一侧，所述滑行导管的下端口竖直向下设置、且位于远离机械手一端的样品收集瓶的正上方，所述样品储存装置包括安装台、转动盘、样品储存瓶和用于控制转动盘周期性转动的步进电机二，所述转动盘转动安装在安装台上，所述样品储存瓶按圆周等弧设置在转动盘上，所述样品储存瓶的体积小于样品收集瓶的体积，所述机械手、步进电机一和步进电机二均与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的时序降雨同位素样品采集装置，其特征在于，所述样品储存瓶的瓶口与瓶颈的连接处呈上大下小的喇叭状结构，所述样品储存瓶的瓶体内设置有密封浮球，所述密封浮球的直径大于瓶颈的直径。

3.根据权利要求2所述的时序降雨同位素样品采集装置，其特征在于，所述转动盘的上端面呈由中心向边缘逐渐降低的渐变结构，所述转动盘上设置有卡槽，所述样品储存瓶的底部嵌插在卡槽内。

4.根据权利要求3所述的时序降雨同位素样品采集装置，其特征在于，所述样品收集瓶和样品储存瓶均采用塑料瓶，所述样品储存瓶采用棕色塑料瓶、且其底部具有一定的弹性，所述样品储存瓶的底部直径略大于卡槽的直径。

5.根据权利要求4所述的时序降雨同位素样品采集装置，其特征在于，所述传送带采用磁性传送带，所述样品收集瓶的底部连接有可与传送带相吸的磁性块。

6.根据权利要求5所述的时序降雨同位素样品采集装置，其特征在于，所述样品收集瓶的瓶口设有向外折出的折沿，所述样品收集瓶的瓶口直径小于样品储存瓶的直径。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的时序降雨同位素样品采集装置，其特征在于，所述导流管的自由端连接有出水龙头，所述出水龙头为由进水口到出水口直径逐渐变小的渐变结构。

8.根据权利要求7所述的时序降雨同位素样品采集装置，其特征在于，还包括无线通讯模块和智能终端，所述无线通讯模块与控制器连接，所述智能终端与无线通讯模块通讯连接。

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