CN113212668B - 一种水面温室气体实时监测船 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水面温室气体实时监测船，包括船体(1)，船体(1)上设置有光电转化单元(2)、气体收集单元(3)、自动进样单元(4)、温室气体检测单元(5)和数据传输单元(6)，光电转化单元(2)分别与气体收集单元(3)、自动进样单元(4)、温室气体检测单元(5)和数据传输单元(6)连接，气体收集单元(3)采集气体并将气体传输给自动进样单元(4)，自动进样单元(4)将收集的气体传输给温室气体检测单元(5)，温室气体检测单元(5)与数据传输单元(6)进行数据交互传输。本发明的一种水面温室气体实时监测船，能够解决现存装置自动化化程度底，水面实时长序列监测能力弱，检测需消耗大量人力物力财力，且对于电能依赖过多，无法长时间工作，现有工作仪器预热时间长等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种水面温室气体实时监测船，属于野外实验观测设备技术领域。
背景技术
温室气体的积累引起了气候变暖，这引起了众多学者对于碳循环的研究。湖泊在温室气体的排放中扮演着重要角色，也是生态系统碳收支研究中的重要组分。有研究指出温度是高寒地区湖泊二氧化碳通量季节和昼夜变化的主要影响因子，通常是昼高夜底，而在夏秋季，则表现为夜间高于白天，存在明显的昼夜变化和季节变化，二氧化碳的监测对于研究气候变暖有着重要意义。水体中释放的甲烷、氧化亚氮和二氧化碳等，对于气候变化有着巨大影响，因此研制对于水面释放温室气体的监测设备对于气候变化的研究有推动作用。
中国发明专利CN 206311587 U公开了一种温室气体排放监测设备，通过温室气体感应器进行定性监测，中国发明专利CN 108225437 A公开了一种通用的温室气体排放在线监测系统及方法，通过现场监测加上计算机计算模拟，以直接监测为主，间接监测为补充的监测方法提高监测的自动化程度。
现有水体二氧化碳的监测方法主要为红外检测仪和取样实验室检测，红外监测仪，预热缓慢，需要半小时以上，且内置电池寿命有限，电池更换需要特定环境，返厂更换。在水面用气箱采集释放气体，带回实验室用气相色谱检测，只能完成单点单时刻测试，且成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种水面温室气体实时监测船，能够解决现存装置自动化化程度底，水面实时长序列监测能力弱，检测需消耗大量人力物力财力，且对于电能依赖过多，无法长时间工作，工作仪器预热时间长等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种水面温室气体实时监测船，包括船体，所述船体上设置有光电转化单元、气体收集单元、自动进样单元、温室气体检测单元和数据传输单元，所述光电转化单元分别与所述气体收集单元、自动进样单元、温室气体检测单元和数据传输单元电连接，所述气体收集单元采集气体并将气体传输给所述自动进样单元，所述自动进样单元将收集的气体传输给所述温室气体检测单元，所述温室气体检测单元与所述数据传输单元相连。
所述光电转化单元包括太阳能电池板，所述太阳能电池板安装在所述船体的空心侧翼，通过自由活结与所述船体相连接，所述自由活结安装于拉杆末端，所述太阳能电池板通过电线与蓄电池连接，所述太阳能电池板上安装有感光传感器，所述太阳能电池板基于接受到的由所述感光传感器发出的光照强度信号进行展开和收缩动作。
所述气体收集单元包括气体收集腔，压力杆的一端安装有密封垫，所述压力杆带动所述密封垫在所述气体收集腔内做往复运动，所述压力杆的另一端与齿轮转机咬合，所述齿轮转机转动带动所述压力杆在所述气体收集腔内水平运动，所述齿轮转机安装于所述船体空心处的前端，所述气体收集单元的气体收集腔前侧腹部设置有进气口，尾部连接有送气管，所述进气口向下设置，所述进气管道和送气管上均安装有旋转阀门，两个所述旋转阀门通过数据线与控制器相连，所述进气口上安装有位于所述旋转阀门下方的过滤头，所述进气口上位于所述过滤头位置安装有电热除湿器。
所述自动进样单元包括储气箱，所述储气箱分为两层，上层顶部连接输气管和送气管，所述送气管与所述出气管道连通，下层安装抽气管和马达，所述马达转动带动所述抽气管工作将上层余气体抽出，所述输气管尾部接入注射器，所述注射器头部与所述温室气体检测单元相连接，所述输气管沿着进样臂安装，所述注射器安装于所述进样臂内部固定，所述进样臂安装所述温室气体检测单元上方。
所述温室气体检测单元为便携式温室气体分析仪。
所述数据传输单元包括存储器和GPS定位器，所述GPS定位器通过数据线与通讯器相连接，所述存储器通过数据线与所述便携式温室气体分析仪相连接，所述船体中间空心处安装有温度监测仪，通过数据线与所述通讯器相连接，所述船体后方安装有PLC控制器，所述PLC控制器通过数据线与GPS定位器、温度监测仪和通讯器相连接，通过所述存储器读写数据。
本发明的有益效果：本发明提供的一种水面温室气体实时监测船，包括光电转化单元、气体收集单元、自动进样单元、温室气体检测单元、远程数据传输单元。光电转化单元将太阳能转化为电能，并进行贮存，为各单元提供动力，气体收集单元可对收集的气样进行除水汽处理，温室气体检测仪器的安装大大简便了实验的操作性，数据传输单元对采集到的数据进行传输，可远端接受到信息，监测船可根据系统内置路线或者工作人员指定的位置进行温室气体实时监测，操作简便且携带方便，对于能源来源依赖相对较小。本发明适用于河、湖等水体释放甲烷、氧化亚氮和二氧化碳的野外实时观测，运载携带方便的同时还融入了智能化技术，使实验过程简单化、自动化。野外原位观测水体温室气体释放，与真实情况更接近，既可以实现同一个点水面温室气体不同时刻高频次观测，又可以通过船的走航实现多点快速观测，节约时间和人力成本。
附图说明
图1为本发明一种水面温室气体实时监测船的整体正面图；
图2为本发明一种水面温室气体实时监测船气体收集单元剖面图；
图3为本发明一种水面温室气体实时监测船的自动进样单元剖面图。
图中标记如下：1-船体、2-光电转化单元、3-气体收集单元、4-自动进样单元、5-温室气体检测单元、6-数据传输单元、7-蓄电池、8-感光传感器、9-自由活结、10-太阳能电池板、11-拉杆、12-密封垫、13-旋转阀门、14-气体收集腔、15-齿轮转机、16-控制器、17-送气管、18-压力杆、19-电热除湿器、20-过滤头、21-进样臂、22-输气管、23-注射器、24-压力传感器、25-储气箱、26-抽气管、27-马达、28-温度监测仪、29-PLC控制器、30-通讯器、31-存储器、32-GPS定位器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1到图3所示，本发明公开一种水面温室气体实时监测船，包括船体1，船体1上设置有光电转化单元2、气体收集单元3、自动进样单元4、温室气体检测单元5和数据传输单元6。光电转化单元2分别与气体收集单元3、自动进样单元4、温室气体检测单元5和数据传输单元6电连接，电转化单元2将太阳能转化为电能，并进行贮存，为各单元提供动力。气体收集单元3采集气体并将气体传输给自动进样单元4，自动进样单元4将收集的气体传输给温室气体检测单元5。温室气体检测单元5与数据传输单元6通讯相连，数据传输单元6对采集到的数据进行传输，可远端接受到信息，监测船可根据系统内置路线或者工作人员指定的位置进行温室气体实时监测。
光电转化单元2包括太阳能电池板10，太阳能电池板10安装在船体1空心侧翼，太阳能电池板10的个数优选为2个，左右对称设置。船体1中间为空心状态，太阳能电池板10可通过拉杆11收缩入此处。太阳能电池板10是可折叠式，可根据光照强度展开或收缩电池板。太阳能电池板10上安装有感光传感器8，感光传感器8与数据传输单元6中的PLC控制器29相连，可以向PLC控制器29发送信号，PLC控制器29根据信号做出收缩或展开的命令。PLC控制器中可设置有巡航路线命令，自动完成指定点采样。
太阳能电池板10通过自由活结9与船体1相连接，太阳能电池板10可围绕自由活结9进行旋转，改变叶片朝向。自由活结9安装于拉杆11末端，自由活结9通过拉杆11控制可以左右移动，拉杆安装于贴合船空心侧身处，实现太阳能电池板10的收缩与展开。太阳能电池板10通过电线与蓄电池7电连接，可为蓄电池7充电。
气体收集单元3位于船体1船身中间，船身中间为空心状态。气体收集腔14安装于船身中间空心处，压力杆18的一端安装有密封垫12并密封活动伸入到气体收集腔14内，压力杆18的另一端由齿轮转机15咬合，齿轮转机15安装于船身空心处的前端，安装于蓄电池7旁，通过电线于蓄电池7连接。通过齿轮转机15转动带动压力杆18在气体收集腔14内水平运动，气体收集单元3上设置有进气管道和送气管17。进气口为广口形，向下设置，进气管道和出气管道上均安装有旋转阀门13，两个旋转阀门13通过数据线与控制器16相连，控制器16安装于气体收集腔14，进气管道内且位于旋转阀门13下方安装有过滤头20，用于除去气样中的水蒸气，进气管道外侧且位于过滤头20位置安装有电热除湿器19。
气体收集单元3的工作原理为：当取气的时候，取气口旋转阀门13为开启状态，关闭出气管道出气口的旋转阀门13，出气口和进气口的旋转阀门13由控制器16命令，当向储气箱25注入气体的时候，进气口的旋转阀门13自动关闭，出气口的旋转阀门13开启，阀门指令均来自plc控制器，通过送气管17向储气箱25内注气，通过齿轮转机15带动压力杆18左右移动，可向气体收集腔内14吸气。
自动进样单元4工作原理为上层为储气箱25，顶部两个管道分别为输气管(通向气体检测仪器)和送气管17(即集气腔尾部所连出气管)，储气箱25由硬质材料构成，储气箱25分为两层，上层储气，下层为抽气装置。上层箱内为真空状态，上层顶部连接输气管22和送气管17，压力传感器24安装于上层内壁，送气管17与气体收集腔14的出气管道连通，下层安装抽气管26和马达27，抽气管26与上层底部连接，取样结束后，箱内多余的气体则由下层的马达27带动的抽气管26抽出，使上层箱内气压恢复真空值。输气管22尾部接入注射器23，注射器23头部与温室气体检测单元5相连接，直接将样品送入仪器。输气管22沿着进样臂21安装，注射器23安装于进样臂21内部固定，进样臂21安装温室气体检测单元5上方。
温室气体检测单元5由便携式温室气体分析仪构成，可由现存仪器直接使用，如lgr，abb，欧森杰等，直接安装于船后部，仪器通过电线与蓄电池连接。注射器23将气体送至仪器进气口，注入后，仪器直接对样品直接进行分析。
数据传输单元6包括存储器31和GPS定位器32，GPS定位器32安装于船体1内侧，通过数据线与通讯器30相连接，存储器31通过数据线与便携式温室气体分析仪相连接，可导出数据并自动保存。船体1中间空心处安装有温度监测仪28，安装于船体中间空心处，位于收集腔侧方，通过数据线与通讯器30相连接，船体1后方安装有PLC控制器29，PLC控制器29安装于船体后方，通过数据线与各被控制组件相连接。PLC控制器29对自动化操作进行指令控制，同时工作人员可向通讯器发送需要检测的点位信息，可完成单点单时刻或者多点多时刻监测要求。另外，数据传输单元中温度监测仪28头部安装于船外侧，GPS定位器32模块安装于船外空旷无遮挡处，通讯器30的天线放置于船顶上部，PLC控制器29安装于内部，通过数据线与各被控组件相连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种水面温室气体实时监测船，其特征在于：包括船体（1），所述船体（1）上设置有光电转化单元（2）、气体收集单元（3）、自动进样单元（4）、温室气体检测单元（5）和数据传输单元（6），所述光电转化单元（2）分别与所述气体收集单元（3）、自动进样单元（4）、温室气体检测单元（5）和数据传输单元（6）连接，所述气体收集单元（3）采集气体并将气体传输给所述自动进样单元（4），所述自动进样单元（4）将收集的气体传输给所述温室气体检测单元（5），所述温室气体检测单元（5）与所述数据传输单元（6）相连，所述气体收集单元（3）包括气体收集腔（14），压力杆（18）的一端安装有密封垫（12），所述压力杆（18）带动所述密封垫（12）在所述气体收集腔（14）内做往复运动，所述压力杆（18）的另一端与齿轮转机（15）咬合，所述齿轮转机（15）转动带动所述压力杆（18）在所述气体收集腔（14）内水平运动，所述齿轮转机（15）安装于所述船体（1）空心处的前端，所述气体收集单元（3）的气体收集腔前侧腹部设置有进气管道，尾部连接有送气管（17），所述进气管道向下设置，所述进气管道和送气管（17）上均安装有旋转阀门（13），两个所述旋转阀门（13）通过数据线与控制器（16）相连，所述自动进样单元（4）包括储气箱（25），所述储气箱（25）分为两层，上层顶部连接输气管（22）和所述送气管（17），下层安装抽气管（26）和马达（27），所述马达（27）转动带动所述抽气管（26）工作将上层余气体抽出，所述输气管（22）尾部接入注射器（23），所述注射器（23）头部与所述温室气体检测单元（5）相连接，所述输气管（22）沿着进样臂（21）安装。
2.根据权利要求1所述的一种水面温室气体实时监测船，其特征在于：所述光电转化单元（2）包括太阳能电池板（10），所述太阳能电池板（10）安装在所述船体（1）的空心侧翼，通过自由活结（9）与所述船体（1）相连接，所述自由活结（9）安装于拉杆（11）末端，所述太阳能电池板（10）通过电线与蓄电池（7）连接，所述太阳能电池板（10）上安装有感光传感器（8），所述太阳能电池板（10）基于接受到的由所述感光传感器（8）发出的光照强度信号进行展开和收缩动作。
3.根据权利要求1所述的一种水面温室气体实时监测船，其特征在于：所述进气管道上安装有位于所述旋转阀门（13）下方的过滤头（20），所述进气管道上位于所述过滤头（20）位置安装有电热除湿器（19）。
4.根据权利要求1所述的一种水面温室气体实时监测船，其特征在于：所述注射器（23）固定安装于所述进样臂（21）端部，所述进样臂（21）安装在所述温室气体检测单元（5）上方。
5.根据权利要求1所述的一种水面温室气体实时监测船，其特征在于：所述温室气体检测单元（5）为便携式温室气体分析仪。
6.根据权利要求5所述的一种水面温室气体实时监测船，其特征在于：所述数据传输单元（6）包括存储器（31）和GPS定位器（32），所述GPS定位器（32）通过数据线与通讯器（30）相连接，所述存储器（31）通过数据线与所述便携式温室气体分析仪相连接，所述船体（1）中间空心处安装有温度监测仪（28），通过数据线与所述通讯器（30）相连接，所述船体（1）后方安装有PLC控制器（29），所述PLC控制器（29）通过数据线与GPS定位器（32）、温度监测仪（28）和通讯器（30）相连接，通过所述存储器（31）读写数据。
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