CN112729975A - 一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，包括管体及设置在管体一端的探头，所述管体内设有与探头内部连通的混合腔，所述管体内设有用于进气的直流管、用于稀释气态水分的稀释管和用于抽气的样本管，所述直流管和稀释管均与可控制流量的氮气供气装置连接，所述样本管与真空泵连接，所述探头上均匀布满透气孔，本发明通过设置管体和探头，水分子通过探头上设置的透气孔进入探头的内部，通过直流管将干式氮气不断传输至探头末梢，水分子在混合腔中由稀释管稀释后，经由样本管输出并收集；通过不断地吹气‑混合‑抽气，循环往复，从而实现持续、高频的原位采集，且成本低廉，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及生态监测技术领域，尤其涉及一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置。
背景技术
森林生态系统稳定氢氧同位素的测定通常通过采集土壤中的气态水分样品和木质部气态水分样品。
传统上常用的土壤水分提取方式为真空蒸馏法，该种方法是通过实地破坏性采集土壤样品后，在实验室通过真空蒸馏从土壤中抽提出液态水再进行同位素测定分析，该方法本质上破坏了土壤系统的原位完整性，整个过程繁杂费力，设备昂贵且耗材，同时也无法连续、重复分析；现有的植物木质部水分气态样本的获取是将采集到的样本装入密封袋当中，根据热力学平衡分馏原理，在控制的温度下，使密封袋中的植物样本的水汽充分扩散到密封袋的空气当中，并达到饱和，该部分空气即可作为获取到的水汽样本。而上述的既有的办法存在一系列弊端，如依赖于实验室、设备费昂贵、采样频率低、人力消耗大、对研究对象有破坏性等。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置。
本发明提供一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，包括管体及设置在管体一端的探头，所述管体内设有与探头内部连通的混合腔，所述管体内设有用于进气的直流管、用于稀释气态水分的稀释管和用于抽气的样本管，所述直流管和稀释管均与可控制流量的氮气供气装置连接，所述样本管与真空泵连接，所述探头上均匀布满透气孔。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述管体设有探头一端的相对另一端设有用于固定直流管、稀释管和样本管的螺旋接口。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述直流管的一端延伸至探头的下部，另一端贯穿螺旋接口与氮气供气装置连接。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述稀释管的一端延伸至混合腔的底部，另一端贯穿螺旋接口与氮气供气装置连接。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述样本管的一端延伸至混合腔的顶部，另一端贯穿螺旋接口与真空泵连接。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述管体内位于混合腔的下方设有用于固定直流管的固定网，所述直流管的一端贯穿固定网延伸至探头内，所述固定网与直流管垂直设置。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述探头为内部中空的管件，所述探头的一端开口与管体连接。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述探头的内壁上设有一层防水透气膜，所述防水透气膜的内外两侧均设有用于固定的多孔支撑网。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述探头的外壁上设有保护网。
根据本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，所述管体内设有温度传感器。
本发明提供的一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，通过设置管体和探头，水分子通过探头上设置的透气孔进入探头的内部，通过直流管将干式氮气不断传输至探头末梢，水分子在混合腔中由稀释管稀释后，经由样本管输出并收集；通过不断地吹气-混合-抽气，循环往复，从而实现持续、高频的原位采集，且成本低廉，操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置的结构示意图；
附图标记：
1：管体； 2：样本管； 3：直流管；
4：稀释管； 5：混合腔； 6：固定网；
7：温度传感器； 8：螺旋接口； 9：防水透气膜
10：多孔支撑网； 11：保护网； 12：探头；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明提供的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，包括管体1及设置在管体1一端的探头12，管体1与探头12内部连通，探头12为内部中空的管件，探头12的一端开口与管体1连接，管体1内设有与探头12内部连通的混合腔5，管体1内设有用于进气的直流管3、用于稀释气态水分的稀释管4和用于抽气的样本管2，直流管3和稀释管4均与可控制流量的氮气供气装置(图中未示出)连接，样本管2与真空泵(图中未示出)连接，探头12上均匀布满透气孔。直流管3输出固定流量的干式氮气，稀释管4提供流量可控的干式氮气，通过直流管3将干式氮气不断传输至探头12末梢，水分子由探头12的透气孔进入探头12内部，并由干式氮气带至混合腔5，水分子在混合腔5中由稀释管4进行稀释以满足监测系统对水汽浓度的要求，使气体水样品浓度介于仪器可测浓度范围内同时防止其在输送过程中发生冷凝，随后样气通过连接有真空泵的样本管2被抽走，送往测定系统；通过不断地吹气-混合-抽气，循环往复，从而实现持续、高频的原位采集。
管体1设有探头12一端的相对另一端设有用于固定直流管3、稀释管4和样本管2的螺旋接口8。螺旋接口8与管体1的一端螺纹连接，便于接入氮气供应和样品采集的气体传输线路。
直流管3的一端延伸至探头12的下部，保证将探头12内全部的水分带入到混合腔5，另一端贯穿螺旋接口8与氮气供气装置连接。直流管3延伸的方向与管体1延伸的方向水平设置。
稀释管4的一端延伸至混合腔5的底部，另一端贯穿螺旋接口8与氮气供气装置连接。通过可控流量的干式氮气对水分进行稀释，稀释管4延伸的方向与管体1延伸的方向水平设置。
样本管2的一端延伸至混合腔5的顶部，保证将混合腔5内所有气体由真空本抽出送入测定系统，另一端贯穿螺旋接口8与真空泵连接。样本管2延伸的方向与管体1延伸的方向水平设置。
管体1内位于混合腔5的下方设有用于固定直流管3的固定网6，直流管3的一端贯穿固定网6延伸至探头12内，固定网6与直流管3垂直设置。
探头12的内壁上设有一层防水透气膜9，外界的水分从防水透气膜9进入到探头12内部，防水透气膜9的内外两侧均设有用于固定的多孔支撑网10。
探头12的外壁上设有保护网11。防止土壤及其他杂质进入到探头12内部。
管体1内设有温度传感器7，以满足对采样点的温度测定和记录。
实际使用时，采集土壤中的气态水分样品时，本发明的装置的安装方法：在土壤开挖面的预期安装的土壤深度的上界处，插入一个薄的钢制工具，小心地在土壤开挖面上的钢制工具下方挖足以容纳该装置的洞；将该装置插入洞中，小心地拔出钢制工具，使覆盖在钢制工具上方的土壤物质轻轻地包裹该装置。由于探头12外部湿土与探头12内部的干式氮气之间存在湿度梯度，因此，水分子会从湿润的土壤中通过防水透气膜9扩散到探头12内部并与探头12内部流动的氮气相混合。
对于在不同土壤层中布设该装置，采用横向交错布置的方式，以至于上层的该装置不会影响土壤水垂直流向下层的该装置。对于土壤开挖面进行粗化处理，并回填土壤，以模仿原生土壤质地，同时最大限度地减少形成优先流路径。
采集木质部气态水分样品时，需先将打孔点小范围的树皮清理干净露出木质部，按照该装置尺寸，在树茎干上打尺寸相仿的孔，可略微大一点，将探头12部分完全插入到孔当中，并用密封泥将孔口封好，并覆盖周围裸露的木质部，保证气密性的同时保护受损的表皮。在实际采样时，树木木质部的水分会因为探头12内存在负压而扩散进入探头12中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，包括管体及设置在管体一端的探头，所述管体内设有与探头内部连通的混合腔，所述管体内设有用于进气的直流管、用于稀释气态水分的稀释管和用于抽气的样本管，所述直流管和稀释管均与可控制流量的氮气供气装置连接，所述样本管与真空泵连接，所述探头上均匀布满透气孔。
2.根据权利要求1所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述管体设有探头一端的相对另一端设有用于固定直流管、稀释管和样本管的螺旋接口。
3.根据权利要求2所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述直流管的一端延伸至探头的下部，另一端贯穿螺旋接口与氮气供气装置连接。
4.根据权利要求2所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述稀释管的一端延伸至混合腔的底部，另一端贯穿螺旋接口与氮气供气装置连接。
5.根据权利要求2所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述样本管的一端延伸至混合腔的顶部，另一端贯穿螺旋接口与真空泵连接。
6.根据权利要求3所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述管体内位于混合腔的下方设有用于固定直流管的固定网，所述直流管的一端贯穿固定网延伸至探头内，所述固定网与直流管垂直设置。
7.根据权利要求1所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述探头为内部中空的管件，所述探头的一端开口与管体连接。
8.根据权利要求7所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述探头的内壁上设有一层防水透气膜，所述防水透气膜的内外两侧均设有用于固定的多孔支撑网。
9.根据权利要求7所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述探头的外壁上设有保护网。
10.根据权利要求1所述的原位持续获取森林生态系统气态水分样品的装置，其特征在于，所述管体内设有温度传感器。
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