CN116026647A - 湿地甲烷采样装置 - Google Patents

Abstract

一种湿地甲烷采样装置，利用气体吞吐装置的推拉杆实现采样气体的吞吐，气体吞吐装置的容置空间作为采样气体中转的容器，该气体吞吐装置和第一阀门、第二阀门之间的开关状态也是联动的，气体收集箱内的气体经过采样通道的第一阀门传输至气体吞吐装置内，在气体吞吐装置的容置空间内进行存储，实现吸气过程，该吸气过程不会影响采气瓶一侧的气路；位于气体吞吐装置的容置空间内的采样气体能够经过采样通道的第二阀门传输至采样瓶，实现吐气过程，该吐气过程不影响气体收集箱一侧的气路，该装置结构巧妙并能提升甲烷监测的准确度；此外，采样装置基于传动机构来进行采样瓶和托盘之间的传送，有助于提升采样自动化程度。

Description

湿地甲烷采样装置

技术领域

本公开涉及环保设备技术领域，尤其涉及一种湿地甲烷采样装置。

背景技术

甲烷(CH₄)是重要的温室气体之一，甲烷的主要排放源有自然湿地、人工湿地(以水稻田为主)、天然气渗出、垃圾填埋场、反刍动物等，其中湿地(包括自然湿地和人工湿地)是甲烷的主要排放源。因此，对湿地甲烷通量的采集和监测，是应对未来气候变化的必然要求。

目前湿地生态系统测量甲烷排放通量的方法主要有箱法、微气象法、红外光谱法及同位素法，其中最常用的是微气象法和箱法。静态箱法是将特殊材料制成的箱体罩在土壤中，通过测定箱体中待测气体浓度的变化以及通过箱体入口和出口待测气体的浓度差异来计算排放通量。目前的静态箱体大多是一个整体箱体或呈分段的箱体，在密封的箱体内进行采样气体的混合，并通过箱体上设置的采气管连接外部采集装置，然而目前外部采集装置的结构一般比较复杂，大多是利用泵体进行气体抽取，在气体抽取过程中，对于样品收纳容器内收集的气体也会造成扰动，如此导致甲烷监测不准确，此外，进行湿地甲烷采集的自动化程度也有待于提升。

发明内容

为了至少部分地解决相关技术中进行湿地甲烷时外部采集装置结构复杂、基于泵体进行气体抽取对于样品收纳容器内收集的气体也会造成扰动的问题，本公开的实施例提供了一种湿地甲烷采样装置。

本公开一些实施例提供一种湿地甲烷采样装置，包括：气体收集箱、采样装置、采样通道和气体吞吐装置；所述气体收集箱用于设置于湿地之上并收集挥发的甲烷气体；所述采样装置包括：采样瓶、传送机构和托盘；所述传送机构用于将所述采样瓶传送至所述托盘上；所述采样通道的一端用于接入至所述气体收集箱内部，另一端用于连接所述托盘上的采样瓶；所述采样通道上设置有靠近所述气体收集箱的第一阀门和靠近所述采样瓶的第二阀门；所述气体吞吐装置连接于所述采样通道的所述第一阀门和所述第二阀门之间，所述气体吞吐装置具有容置空间和用于调整所述容置空间大小的推拉杆；其中，在所述推拉杆运动使得所述气体吞吐装置处于吸气状态时，所述第一阀门处于开启状态且所述第二阀门处于关闭状态；在所述推拉杆运动使得气体吞吐装置处于吐气状态时，所述第一阀门处于关闭状态且所述第二阀门处于开启状态。

在一些实施例中，所述气体吞吐装置还包括：推拉驱动机构。所述推拉驱动机构用于驱动所述推拉杆在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置高于所述第二位置。其中，所述推拉杆、所述第一阀门和所述第二阀门之间连接有机械臂；在所述机械臂随着所述推拉杆从所述第一位置向第二位置变化过程中，所述机械臂用于带动所述第一阀门旋转处于开启状态且带动所述第二阀门旋转处于关闭状态；在所述机械臂随着所述推拉杆从所述第二位置向第一位置变化过程中，所述机械臂用于带动所述第一阀门旋转处于关闭状态且带动所述第二阀门旋转处于开启状态。

在一些实施例中，所述推拉驱动机构和自动采样控制器通信连接，所述自动采样控制器用于控制所述推拉驱动机构在所述第一位置和所述第二位置之间运动。

在一些实施例中，所述采样通道包括：采样管和出样管，所述采样管的一端伸入至所述气体收集箱内部，所述第一阀门和所述第二阀门设置于所述采样管上；所述出样管的一端与所述采样管的另一端连接，所述出样管的另一端用于与所述采样瓶连接。其中，所述出样管包括：沿着轴向设置的出样外管和出样内管，包裹于所述出样外管和所述出样内管外部的密封层；所述出样内管沿着轴向可伸缩移动并能够嵌套至所述出样外管之内，所述出样内管的出口末端连接有封口膜支架，所述封口膜支架的末端呈锥形，所述封口膜支架的末端覆盖有至少一层封口膜；其中，随着所述出样内管的移动，所述封口膜支架的末端呈现：与所述密封层具有间隙的第一状态和与所述密封层之间贴合的第二状态。

在一些实施例中，所述封口膜支架呈锥形的末端具有弹性，能够沿着径向发生形变，所述呈锥形的末端在覆盖有封口膜的情况下，所述封口膜对应的最大圆周直径大于所述采样瓶的瓶口直径；每层封口膜朝向所述出样内管的一侧涂覆有密封性粘层。

在一些实施例中，在所述出样内管处于伸长状态下，所述封口膜支架的末端对应呈现所述第一状态且所述封口膜支架末端用于刺穿所述采样瓶的瓶口处的密封膜，使得所述出样管通过所述间隙传输采样气体至所述采样瓶；在所述出样内管处于缩回状态下，所述封口膜支架的末端对应呈现所述第二状态且所述封口膜支架末端的所述封口膜用于覆盖于所述采样瓶的瓶口处。

在一些实施例中，所述推拉杆在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置高于所述第二位置；所述湿地甲烷采样装置还包括：第一传感器。所述第一传感器设置于所述第二位置处；在所述第一传感器感知到所述推拉杆从所述第一位置变化至所述第二位置的情况下，所述第一传感器向自动采样控制器上报吸气结束信号；所述自动采样控制器用于根据所述吸气结束信号，向所述出样管发出伸长指令，所述伸长指令用于控制所述出样内管从所述出样外管向外伸长，使得所述出样内管的末端伸入至所述采样瓶并提供气体通路；所述自动采样控制器还用于根据所述吸气结束信号，在预设时长后控制所述推拉杆从所述第二位置向所述第一位置进行移动。

在一些实施例中，所述湿地甲烷采样装置还包括：第二传感器。所述第二传感器位于所述托盘内或所述托盘下方；在所述第二传感器感知到所述采样瓶内的气体量达到设定要求的情况下，所述第二传感器向自动采样控制器上报气体集满信号；所述自动采样控制器用于根据所述气体集满信号，向所述出样管发出缩短指令，所述缩短指令用于控制所述出样内管向所述出样外管内缩回，使得所述出样内管的末端从所述采样瓶拔出并基于所述封口膜对所述采样瓶提供密封。

在一些实施例中，所述采样瓶的个数为多个且具有各自的编号；所述装置还包括：样品载体，所述样品载体设置于所述托盘的下方，用于承接采样后的采样瓶；所述传送机构用于根据自动采样控制器的传送控制信号来传送目标编号对应的采样瓶至所述托盘上；其中，在所述托盘上放置有采样后的采样瓶的情况下，下一个传送过来的采样瓶将所述采样后的采样瓶推动至所述样品载体内。

在一些实施例中，所述气体收集箱包括：底座、第一箱体和第二箱体，所述底座与所述第一箱体连接，所述第二箱体与所述第一箱体连接，所述底座或所述第二箱体至少之一能够嵌套至所述第一箱体内。

在一些实施例中，所述底座为可伸缩底座，所述可伸缩底座上设置有不同高度的锁紧件安装孔，所述锁紧件安装孔用于装配锁紧件，使得所述可伸缩底座适配于所述湿地的水体深度；所述底座的侧壁上设置有用于水分、养分、微生物和水生动物至少一种进行位置交换的孔洞。

在一些实施例中，所述湿地甲烷采样装置还包括：风扇、第一温度传感器、第二温度传感器、温度显示器和自动采样控制器。所述风扇设置于所述气体收集箱内；所述第一温度传感器设置于所述气体收集箱内部；所述第二温度传感器设置于所述湿地的地面；所述温度显示器与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均连接，用于显示所述气体收集箱内部的温度和地面温度；所述自动采样控制器集成于所述气体收集箱内，用于与所述采样装置和所述气体吞吐装置通信连接。

在一些实施例中，所述气体收集箱之上设置有高度可调节的支架，所述支架上安装有太阳能光伏板；所述太阳能光伏板用于为所述风扇、所述温度显示器和所述自动采样控制器进行供电。

相对于相关技术，本公开实施例的技术方案至少具有以下技术效果：

利用气体吞吐装置的推拉杆实现采样气体的吞吐，气体吞吐装置的容置空间作为采样气体中转的容器，该气体吞吐装置和第一阀门、第二阀门之间的开关状态也是联动的，气体收集箱内的气体经过采样通道的第一阀门传输至气体吞吐装置内，在气体吞吐装置的容置空间内进行存储，实现吸气过程，该吸气过程不会影响采气瓶一侧的气路；位于气体吞吐装置的容置空间内的采样气体能够经过采样通道的第二阀门传输至采样瓶，实现吐气过程，该吐气过程不影响气体收集箱一侧的气路；基于该湿地甲烷采样装置，可以通过调整吸气过程和吐气过程之间的时间间隔来控制采样气体的稳定性，进而提升甲烷监测的准确度；此外，采样装置基于传动机构来进行采样瓶和托盘之间的传送，有助于提升采样自动化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例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公开的一些实施例，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为本公开一些实施例提供的湿地甲烷采样装置的结构示意图；

图2为本公开一些实施例提供的气体吞吐装置的结构示意图以及气体吞吐装置和采样通道之间的关联状态示意图；

图3为本公开一些实施例提供的出样管的结构示意图；

图4为本公开一些实施例提供的采样装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

在本公开实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

本公开的实施例提供了一种湿地甲烷采样装置，包括：气体收集箱、采样装置、采样通道和气体吞吐装置；所述气体收集箱用于设置于湿地之上并收集挥发的甲烷气体；所述采样装置包括：采样瓶、传送机构和托盘；所述传送机构用于将所述采样瓶传送至所述托盘上；所述采样通道的一端用于接入至所述气体收集箱内部，另一端用于连接所述托盘上的采样瓶；所述采样通道上设置有靠近所述气体收集箱的第一阀门和靠近所述采样瓶的第二阀门；所述气体吞吐装置连接于所述采样通道的所述第一阀门和所述第二阀门之间，所述气体吞吐装置具有容置空间和用于调整所述容置空间大小的推拉杆；其中，在所述推拉杆运动使得所述气体吞吐装置处于吸气状态时，所述第一阀门处于开启状态且所述第二阀门处于关闭状态；在所述推拉杆运动使得气体吞吐装置处于吐气状态时，所述第一阀门处于关闭状态且所述第二阀门处于开启状态。

利用气体吞吐装置的推拉杆实现采样气体的吞吐，气体吞吐装置的容置空间作为采样气体中转的容器，该气体吞吐装置和第一阀门、第二阀门之间的开关状态也是联动的，吸气过程和吐气过程是独立的两个气路和过程，吸气过程不会影响采气瓶一侧的气路，吐气过程不影响气体收集箱一侧的气路；基于该湿地甲烷采样装置，可以通过调整吸气过程和吐气过程之间的时间间隔来控制采样气体的稳定性，进而提升甲烷监测的准确度；此外，采样装置基于传动机构来进行采样瓶和托盘之间的传送，有助于提升采样自动化程度。

在一些实施例中，通过提供机械臂来刚性连接所述推拉杆、所述第一阀门和所述第二阀门，以巧妙的结构实现第一阀门、第二阀门和推拉杆之间的状态联动。

在一些实施例中，通过对采样通道的出样管的结构进行巧妙设置，在出样管伸入至采样瓶能够刺穿采样瓶的瓶口设置的密封膜，实现采样气体能够进入至采样瓶；在采样完成之后，当出样管从采样瓶拔出之后，还能使得封口膜支架的呈锥形的末端设置的封口膜能够对采样瓶实现密封。

在一些实施例中，基于自动采样控制器和第一传感器，实现对气体吞吐装置的吸气过程和吐气过程进行自动化控制，通过设置自动采样控制器和第二传感器，实现采样瓶收集采样气体前对出样管伸入至采样瓶和收集完成采样气体后对出样管拔出采样瓶的自动化控制。

在一些实施例中，基于自动采样控制器对采样装置的换样过程进行自动化控制，传送机构根据自动采样控制器的传送控制信号来传送目标编号对应的采样瓶至所述托盘上，并在所述托盘上放置有采样后的采样瓶的情况下，下一个传送过来的采样瓶将所述采样后的采样瓶推动至所述样品载体内，样品替换过程简单实用。

在一些实施例中，将气体收集箱设置为嵌套式结构，能够在移动湿地甲烷采样装置的过程中，有效节约放置空间，方便运输和携带等。

在一些实施例中，通过设置可伸缩底座，遇到湿地的水体深度不一的情况，无需更换底座，只需要定位到对应深度的锁紧件安装孔安装锁紧件即可，操作简便，对于甲烷监测的扰动较小，有效提升甲烷监测的准确性。

在一些实施例中，针对相关技术中静态箱监测时需随身携带蓄电池，如若长期定点监测，还需频繁更换电池，携带不便且操作繁琐的问题，还通过设置太阳能光伏板作为储能和供能设备，有效实现供电；同时太阳能光伏板对应的支架是高度可调节的，能够根据天气状态来调整太阳能光伏板的角度，有助于提升光电转换效率。

下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。

图1为本公开一些实施例提供的湿地甲烷采样装置的结构示意图。

参照图1所示，本公开实施例提供的湿地甲烷采样装置，包括：气体收集箱1、采样装置2、采样通道3和气体吞吐装置4。

所述气体收集箱1用于设置于湿地之上并收集挥发的甲烷气体，例如，参照图1中采用波浪线示意了湿地的水体，波浪线上方采用点填充的矩形框用于示意地面。

所述采样装置2包括：采样瓶21、传送机构22和托盘23；所述传送机构22用于将所述采样瓶21传送至所述托盘23上。

所述采样通道3的一端用于接入至所述气体收集箱1内部，另一端用于连接所述托盘23上的采样瓶21。所述采样通道3上设置有靠近所述气体收集箱1的第一阀门301和靠近所述采样瓶21的第二阀门302。

所述气体吞吐装置4连接于所述采样通道3的所述第一阀门301和所述第二阀门302之间，所述气体吞吐装置4具有容置空间41和用于调整所述容置空间41大小的推拉杆42。

其中，在所述推拉杆42运动使得所述气体吞吐装置4处于吸气状态时，所述第一阀门301处于开启状态且所述第二阀门302处于关闭状态；在所述推拉杆42运动使得气体吞吐装置4处于吐气状态时，所述第一阀门301处于关闭状态且所述第二阀门302处于开启状态。

参照图1所示，本实施例提供的湿地甲烷采样装置中，通过设置气体收集箱1、采样装置2、采样通道3和气体吞吐装置4，将气体吞吐装置4设置于采样通道3上且位于第一阀门301和第二阀门302之间，利用气体吞吐装置4的推拉杆42实现采样气体的吞吐，气体吞吐装置4的容置空间41作为采样气体中转的容器，该气体吞吐装置4和第一阀门301、第二阀门302之间的开关状态也是联动的，在推拉杆42运动使得气体吞吐装置4处于吸气状态时，第一阀门301处于开启状态且第二阀门302处于关闭状态，此时能够实现气体收集箱1内的气体经过采样通道3的第一阀门301传输至气体吞吐装置4内，并在气体吞吐装置4的容置空间41内进行存储，实现吸气过程，该吸气过程不会影响采气瓶一侧的气路；在推拉杆42运动使得气体吞吐装置4处于吐气状态时，第一阀门301处于关闭状态且第二阀门302处于开启状态，此时位于气体吞吐装置4的容置空间41内的采样气体能够经过采样通道3的第二阀门302传输至采样瓶，实现吐气过程，该吐气过程不影响气体收集箱1一侧的气路。基于该湿地甲烷采样装置，可以通过调整吸气过程和吐气过程之间的时间间隔来控制采样气体的稳定性，进而提升甲烷监测的准确度。

此外，采样瓶21初始状态是位于采样装置2内部的，采样装置2基于传动机构22将采样瓶21传送至托盘23上，基于传动机构来进行采样瓶和托盘之间的传送，有助于提升自动化程度。

图2为本公开一些实施例提供的气体吞吐装置的结构示意图以及气体吞吐装置和采样通道之间的关联状态示意图。

参照图2所示，气体吞吐装置4包括：壳体401，壳体的一端具有开口且连接于采样通道3的第一阀门301和第二阀门302之间，该壳体401内具有上述容置空间41，该容置空间41基于上述开口连通于采样通道3，推拉杆42能够上下运动来调整容置空间41的大小。

在一些实施例中，参照图2所示，所述气体吞吐装置4还包括：推拉驱动机构43。所述推拉驱动机构43用于驱动所述推拉杆42在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置高于所述第二位置，在图2中采用a位点来示意第一位置，采用b位点来示意第二位置。

在一些实施例中，气体吞吐装置4例如为注射器对应的结构。

参照图2所示，所述推拉杆42、所述第一阀门301和所述第二阀门302之间连接有机械臂44，机械臂44是刚性结构。

结合图1和图2所示，在所述机械臂44随着所述推拉杆42从所述第一位置(例如为图2示意的a位点)向第二位置(例如为图2示意的b位点)变化过程中，所述机械臂44用于带动所述第一阀门301和所述第二阀门同时旋转，例如，参照图2所示，第一阀门301从c位点逆时针旋转至d位点，同时第二阀门302从e位点顺时针旋转至f位点，第一阀门301旋转处于开启状态且所述第二阀门302旋转处于关闭状态。本公开的实施例中，第一阀门301和第二阀门302属于瞬时作用阀门，在受力的一瞬间进行打开或关闭，之后阀门继续进行旋转不改变阀门的开关状态而仅产生转动螺距。例如，在所述机械臂44受力的一瞬间产生向下运动的加速度带动第一阀门301和第二阀门302同时旋转，此时第一阀门301处于开启状态，同时第二阀门302处于关闭状态，之后随着机械臂44和推拉杆42继续向下运动，第一阀门301和第二阀门302仅产生转动螺距而保持各自的开启状态(例如为第一阀门301)和关闭状态(例如为第二阀门302)不变。

结合图1和图2中所示，以虚线结构示意机械臂44，在所述机械臂44随着所述推拉杆42从所述第二位置(例如为图2示意的b位点)向第一位置(例如为图2示意的a位点)变化过程中，所述机械臂44用于带动所述第一阀门301和所述第二阀门302同时旋转，例如，参照图2所示，第一阀门301从d位点顺时针旋转至c位点，同时第二阀门302从f位点逆时针旋转至e位点，第一阀门301旋转处于关闭状态且所述第二阀门302旋转处于开启状态。例如，在所述机械臂44受力的一瞬间产生向上运动的加速度带动第一阀门301和第二阀门302同时旋转，此时第一阀门301处于关闭状态，同时第二阀门302处于开启状态，之后随着机械臂44和推拉杆42继续向上运动，第一阀门301和第二阀门302仅产生转动螺距而保持各自的开启状态(例如为第二阀门302)和关闭状态(例如为第一阀门301)不变。

在本实施例中，通过提供机械臂44来刚性连接所述推拉杆42、所述第一阀门301和所述第二阀门302，以巧妙的结构实现第一阀门301、第二阀门302和推拉杆42之间的状态联动。

在一些实施例中，结合图1和图2所示，所述推拉驱动机构43和自动采样控制器5通信连接，所述自动采样控制器5用于控制所述推拉驱动机构43在所述第一位置(例如为图2示意的a位点)和所述第二位置(例如为图2示意的b位点)之间运动,以驱动所述推拉杆42在第一位置和第二位置之间运动。

图3为本公开一些实施例提供的出样管的结构示意图。

在一些实施例中，参照图1～图3所示，所述采样通道3包括：采样管31和出样管32，所述采样管31的一端(例如为图1示例的左端)伸入至所述气体收集箱1内部，所述第一阀门301和所述第二阀门302设置于所述采样管31上；所述出样管32的一端(例如为图1示例的左端)与所述采样管31的另一端(例如为图1示例的右端)连接，所述出样管的另一端(例如为图1示例的右端)用于与所述采样瓶23连接。其中，所述出样管32包括：沿着轴向设置的出样外管321和出样内管322，包裹于所述出样外管321和所述出样内管322外部的密封层323；所述出样内管322沿着轴向可伸缩移动并能够嵌套至所述出样外管321之内，所述出样内管322的出口末端连接有封口膜支架324，所述封口膜支架324的末端呈锥形，所述封口膜支架324的末端覆盖有至少一层封口膜325。其中，随着所述出样内管322的移动，所述封口膜支架324的末端呈现：与所述密封层323具有间隙的第一状态(例如参照图3所示的状态)和与所述密封层之间贴合的第二状态。

封口膜支架324的末端与封口膜325之间可以通过物理压合或胶粘等方式实现固定。

参照图3所示，封口膜支架324包含：与出样内管322的出口连接的支架框以及末端的锥形结构，所述支架框的其余部分(例如为朝向和背离纸面的区域)具有用于形成通路的上述间隙。结合图1和图3所示，基于末端呈锥形的封口膜支架324，出样内管322能够较为容易地贯穿采样瓶21上的密封膜，并能够基于上述间隙来实现气体贯通，使得从出样管3(具体为从气体吞吐装置4经由开启状态的第二阀门302)传输的采样气体能够进入至采样瓶且保持接口处的密封性良好，无漏气产生。

在一些实施例中，托盘23的高度也能够进行调整，例如可根据自动采样控制器5的高度调整指令而进行高度调整，以配合出样内管322的伸缩过程，实现出样内管322伸入至采样瓶21以及从采样瓶21拔出的过程。

在第二状态下，出样内管322沿着轴线向内回缩部分长度至出样外管321之内，带动封口膜支架324向上移动，使得封口膜支架324末端覆盖的封口膜325也随着向上运动，同时之前由上述支架框部分产生的间隙也随着封口膜支架324的向上运动而减小直至消失，末端的锥形部分的上表面与密封层323的下表面之间处于贴合状态。结合图1和图3所示，在向上运动的过程中，封口膜325能够对采样瓶21实现密封。

在一些实施例中，参照图3所示，每层封口膜325朝向所述出样内管32的一侧涂覆有密封性粘层326。一方面该密封性粘层326可以实现封口膜325的形状保持，另一方面该密封性粘层326有助于在出样内管32从采样瓶21中拔出时增加封口膜325和采样瓶21的瓶口之间的粘附力和密封性。

在上述实施例中，通过对采样通道3的出样管32的结构进行巧妙设置，在出样管3伸入至采样瓶21能够刺穿采样瓶的瓶口设置的密封膜，实现采样气体能够进入至采样瓶21；在采样完成之后，当出样管3从采样瓶21拔出之后，还能使得封口膜支架324的呈锥形的末端上的封口膜能够对采样瓶21实现密封。

在一些实施例中，对出样管的结构进一步进行了结构优化设置。，例如，所述封口膜支架324呈锥形的末端具有弹性，能够沿着径向发生形变，所述呈锥形的末端在覆盖有封口膜325的情况下，所述封口膜325对应的最大圆周直径大于所述采样瓶21的瓶口直径；每层封口膜325朝向所述出样内管的一侧涂覆有密封性粘层326。

本实施例中，通过设置弹性末端以及使得封口膜支架末端设置的封口膜的最大圆周直径大于所述采样瓶的瓶口直径，能够基于弹性末端的弹性收缩确保出样管能够伸入至采样瓶；在出样管从采样瓶拔出的时候，由于封口膜的最大圆周直径大于所述采样瓶的瓶口直径，能够在出样管拔出过程中基于采样瓶对封口膜支架末端挤压产生的作用力，使得涂覆有密封性粘层的封口膜牢固地粘贴于采样瓶的瓶口，实现瓶口的牢固密封。

在上述两个关于采样通道的实施例中，在所述出样内管处于伸长状态下，所述封口膜支架324的末端对应呈现所述第一状态且所述封口膜支架末端用于刺穿所述采样瓶21的瓶口处的密封膜，使得所述出样管通过所述间隙传输采样气体至所述采样瓶；在所述出样内管处于缩回状态下，所述封口膜支架324的末端对应呈现所述第二状态且所述封口膜支架末端的所述封口膜325用于覆盖于所述采样瓶21的瓶口处。

在一些实施例中，参照图1～图3所示，所述湿地甲烷采样装置还包括：第一传感器411。所述第一传感器411设置于所述第二位置(例如为图1示例的b位点)处；在所述第一传感器411感知到所述推拉杆42从所述第一位置(例如为图1示例的a位点)变化至所述第二位置的情况下，所述第一传感器411向自动采样控制器5上报吸气结束信号。所述自动采样控制器5用于根据所述吸气结束信号，向所述出样管32发出伸长指令，所述伸长指令用于控制所述出样内管322从所述出样外管321向外(这里的向外对应于图3的向下方向)伸长，使得所述出样内管322的末端伸入至所述采样瓶21并提供气体通路。所述自动采样控制器5还用于根据所述吸气结束信号，在预设时长后控制所述推拉杆42从所述第二位置向所述第一位置进行移动。

在本实施例中，基于自动采样控制器5和第一传感器411，实现对气体吞吐装置的吸气过程和吐气过程进行自动化控制。

在一些实施例中，采样前，采样瓶21是密封且内部为抽真空的状态或者内部填充有一些惰性气体，或者也可以是一些对于甲烷的检测不影响的其他气体。

在一些实施例中，结合图1和图3所示，所述湿地甲烷采样装置还包括：第二传感器311。所述第二传感器311位于所述托盘23内或所述托盘23下方；在所述第二传感器311感知到所述采样瓶21内的气体量达到设定要求(例如为采集到瓶体容积的预设百分比，可以是100％或者为其他要求比例)的情况下，所述第二传感器311向自动采样控制器5上报气体集满信号(这里的气体集满信号并不表示瓶体内的容积必定为100％，只要达到设定要求，就会发出该信号)。所述自动采样控制器5用于根据所述气体集满信号，向所述出样管32发出缩短指令，所述缩短指令用于控制所述出样内管322向所述出样外管321内缩回，使得所述出样内管322的末端从所述采样瓶21拔出并基于所述封口膜325对所述采样瓶21提供密封。

在本实施例中，通过设置自动采样控制器5和第二传感器311，实现采样瓶收集采样气体前对出样管伸入至采样瓶和收集完成采样气体后对出样管拔出采样瓶的自动化控制。

图4为本公开一些实施例提供的采样装置的结构示意图。

在一些实施例中，参照图4所示，采样装置2包含容纳室201，该容纳室201用于容纳采样瓶21，采样瓶21上具有密封膜210。该容纳室201上设置有出样舱门2011，该出样舱门2011用于开启后供采样瓶21出入。此外，图4还示意了舱口固定件2012，例如为固定螺母；所述采样瓶21的个数为多个且具有各自的编号；例如在图4中分别示意的编号0～5。传送机构22例如为传动带。其中出样舱门2011通过舱口固定件2012来固定，并可自由打开与关合。结合图1和图4所示，容纳室具有支撑架，在图4中为了突出示意容纳室内部结构而省略示意了下方的支撑架。

结合图1和图4所示，所述湿地甲烷采样装置还包括：样品载体6，所述样品载体6设置于所述托盘23的下方，用于承接采样后的采样瓶21。所述传送机构22用于根据自动采样控制器5的传送控制信号来传送目标编号(例如为编号1)对应的采样瓶21至所述托盘23上；其中，在所述托盘上放置有采样后的采样瓶(例如为编号0且采样后的采样瓶)的情况下，下一个传送过来的采样瓶(编号1的采样瓶)将所述采样后的采样瓶推动至所述样品载体6内。

在一些实施例中，样品载体6为上方开口的泡沫箱或者其他具有缓冲作用的开口容器。在一些实施例中，采样瓶21是抗摔材质，例如为塑料材质。

在本实施例中，基于自动采样控制器5对采样装置2的换样过程进行自动化控制，传送机构22根据自动采样控制器5的传送控制信号来传送目标编号对应的采样瓶21至所述托盘23上，并在所述托盘上放置有采样后的采样瓶的情况下，下一个传送过来的采样瓶将所述采样后的采样瓶推动至所述样品载体内，样品替换过程简单实用。

在一些实施例中，参照图1所示，所述气体收集箱1包括：底座11、第一箱体12和第二箱体13，所述底座11与所述第一箱体12连接，所述第二箱体13与所述第一箱体12连接，所述底座11或所述第二箱体13至少之一能够嵌套至所述第一箱体12内。为了保证气体收集箱1的密封性，在第一箱体12和第二箱体13之间还设置有气密性连接扣130。

在本实施例中，将气体收集箱1设置为嵌套式结构，能够在移动湿地甲烷采样装置的过程中，有效节约放置空间，方便运输和携带等。

在一些实施例中，参照图1所示，所述底座11为可伸缩底座，所述可伸缩底座上设置有不同高度的锁紧件安装孔111，所述锁紧件安装孔111用于装配锁紧件(例如为锁紧螺钉)，使得所述可伸缩底座适配于所述湿地的水体深度。所述底座11的侧壁上设置有用于水分、养分、微生物和水生动物至少一种进行位置交换的孔洞112。

在本实施例中，通过设置可伸缩底座，遇到湿地的水体深度不一的情况，无需更换底座，只需要定位到对应深度的锁紧件安装孔安装锁紧件即可，操作简便，对于甲烷监测的扰动较小，有效提升甲烷监测的准确性。

在一些实施例中，参照图1所示，所述湿地甲烷采样装置还包括：风扇7、第一温度传感器801、第二温度传感器802、温度显示器811和自动采样控制器5。所述气体收集箱1上设置有用于安装采样通道3的采样管31的安装孔，为了保证气体的密封性，在安装孔上设置有密封件310，例如为密封垫圈。

所述风扇7设置于所述气体收集箱1内；所述第一温度传感器801设置于所述气体收集箱1内部；例如靠近上述安装孔设置，以便提升气体温度测量的准确度。

所述第二温度传感器802设置于所述湿地的地面。

所述温度显示器811与所述第一温度传感器801和所述第二温度传感器802均连接，用于显示所述气体收集箱1内部的温度和地面温度。

在图1中为了突出示意自动采样控制器5和其他结构之间的控制关系，因此单独将自动采样控制器5示意出来，在实际的装置中，所述自动采样控制器5集成于所述气体收集箱1内，用于与所述采样装置2和所述气体吞吐装置4通信连接。

在一些实施例中，参照图1所示，所述气体收集箱1之上设置有高度可调节的支架91，所述支架91上安装有太阳能光伏板92；所述太阳能光伏板92用于为所述风扇7、所述温度显示器811和所述自动采样控制器5进行供电。

在本实施例中，针对相关技术中静态箱监测时需随身携带蓄电池，如若长期定点监测，还需频繁更换电池，携带不便且操作繁琐的问题，还通过设置太阳能光伏板作为储能和供能设备，有效实现供电；同时太阳能光伏板对应的支架是高度可调节的，能够根据天气状态来调整太阳能光伏板的角度，有助于提升光电转换效率。

在一些应用场景下，安装本公开实施例提供的湿地甲烷采样装置并使用其进行湿地甲烷监测的过程示例如下。

湿地甲烷采样装置的安装过程示例如下：

(1)气体收集箱的底座安装：在选择的采样点，提前24小时将气体收集箱的底座安装入湿地中，考虑在泥底层水分、养分、微生物和水生动物在箱底两侧之间的正常交流，底座侧壁留有小孔，调节可伸缩性底座，使得底座平台顶端与地面齐平，同时拧紧锁紧件(例如为固定螺母)，固定底座。

(2)在底座安装好的同时，将太阳能光伏板安装在气体收集箱的顶部，并通过调整支架变换太阳能光伏板的倾斜角度以实现光能的最大利用率，实现气体收集箱具有储电功能，实现能源的生成和自供电。

(3)将嵌套的第二箱体和第一箱体安装在底座上，或者，将嵌套于第一箱体内的底座和第二箱体全部拉伸开，第二箱体和第一箱体之间的连接处扣上气密性连接扣。在气体收集箱安装完毕后，通过气体收集箱1的安装孔插入采样通道，具体为连接好的采样管和出样管，然后在采样管上连接阀门、气体吞吐装置(例如为注射器)和采样装置。之后接通风扇的电源，插入数字温度计传感器(作为第一温度传感器的示例)，从而完成湿地甲烷采样装置的安装。

使用湿地甲烷采样装置的过程示例：

(1)在气体收集箱在湿地中静止2min后，风扇开启，开始混合箱内气体，每间隔设定时间(例如10min)，采样装置将采样瓶传送至托盘，开始采样。其中采样瓶标有编号0-5，其中0号采样瓶采集的是气体收集箱内的原始气体样本。通过自动采样控制器控制采样装置传送0号采样瓶至托盘，开始甲烷气体自动采样，采样结束后，收集落入泡沫箱(样品载体的一种示例)内的采样瓶。

(2)取样完毕后，通过数显温度计(温度显示器的一种示例)和自动采样控制器记录大气温度、土壤温度和采样时间等。最后切断风扇、自动采样控制器和采样装置的电源。拔出底座，测量底座插入土壤深度，进入下个采样点进行采样。

自动控制采样的过程示例如下：

在打开自动采样控制器的电源后，自动采样控制器发出指令控制样品传送带(传送机构)传送0号采样瓶至托盘上。

参照图1所示，在自动采样控制器设置有延时时间(例如10分钟)，在10分钟之内，自动采样控制器发出指令控制推拉驱动机构拉动推拉杆从a位点向b位点移动，相应的，由于机械臂向下运动，带动第一阀门和第二阀门也随着旋转，在a位点运动的瞬间使得第一阀门处于开启状态且第二阀门处于关闭状态，之后随着推拉杆继续向下到达b位点，在气体吞吐装置的容置空间内吸取有固定体积的采样气体；到达b位点触动第一传感器(例如为压力传感器)，第一传感器将传感信号发送给自动采样控制器，由自动采样控制器根据传感信号发出两个控制指令，一个控制指令用于控制出样管32基于锥形的末端刺破采样瓶上的密封膜，实现出样管32和采样瓶之间的通路；另一个控制指令用于控制在预设时长(时间可以是0，或者为10s、30s、1分钟等数值)后推拉驱动机构带动推拉杆从b位点向a位点运动；相应的，由于机械臂向上运动，带动第一阀门和第二阀门也随着旋转，在b位点运动的瞬间使得第一阀门处于关闭状态且第二阀门处于开启状态，之后随着推拉杆继续向上到达a位点，气体吞吐装置的容置空间内存储的采样气体逐步打入至采样瓶中；第二传感器(例如为重量传感器)感知到采样瓶里面的气体收集符合设定要求，则发出气体集满信号给自动采样控制器，自动采样控制器控制出样管32从采样瓶内拔出，同时基于出样管32的末端的封口膜自动对采样瓶实现封口。

10分钟之后，重复执行以上过程，实现编号从0～5对应的采样瓶的多次循环采样，循环次数可以设定。

本公开实施例提供的通信连接的方式是指可以进行数据通信，可以是通过有线的形式进行连接，也可以是通过无线的形式进行连接。

最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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公开各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种湿地甲烷采样装置，其特征在于，包括：

气体收集箱，用于设置于湿地之上并收集挥发的甲烷气体；

采样装置，包括：采样瓶、传送机构和托盘；所述传送机构用于将所述采样瓶传送至所述托盘上；

采样通道，所述采样通道的一端用于接入至所述气体收集箱内部，另一端用于连接所述托盘上的采样瓶；所述采样通道上设置有靠近所述气体收集箱的第一阀门和靠近所述采样瓶的第二阀门；

气体吞吐装置，连接于所述采样通道的所述第一阀门和所述第二阀门之间，所述气体吞吐装置具有容置空间和用于调整所述容置空间大小的推拉杆；

其中，在所述推拉杆运动使得所述气体吞吐装置处于吸气状态时，所述第一阀门处于开启状态且所述第二阀门处于关闭状态；在所述推拉杆运动使得气体吞吐装置处于吐气状态时，所述第一阀门处于关闭状态且所述第二阀门处于开启状态。

2.根据权利要求1所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，所述气体吞吐装置还包括：推拉驱动机构，所述推拉驱动机构用于驱动所述推拉杆在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置高于所述第二位置；

其中，所述推拉杆、所述第一阀门和所述第二阀门之间连接有机械臂；

在所述机械臂随着所述推拉杆从所述第一位置向第二位置变化过程中，所述机械臂用于带动所述第一阀门旋转处于开启状态且带动所述第二阀门旋转处于关闭状态；

在所述机械臂随着所述推拉杆从所述第二位置向第一位置变化过程中，所述机械臂用于带动所述第一阀门旋转处于关闭状态且带动所述第二阀门旋转处于开启状态。

3.根据权利要求2所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，所述推拉驱动机构和自动采样控制器通信连接，所述自动采样控制器用于控制所述推拉驱动机构在所述第一位置和所述第二位置之间运动。

4.根据权利要求1所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，所述采样通道包括：

采样管，所述采样管的一端伸入至所述气体收集箱内部，所述第一阀门和所述第二阀门设置于所述采样管上；

出样管，所述出样管的一端与所述采样管的另一端连接，所述出样管的另一端用于与所述采样瓶连接；

其中，所述出样管包括：沿着轴向设置的出样外管和出样内管，包裹于所述出样外管和所述出样内管外部的密封层；所述出样内管沿着轴向可伸缩移动并能够嵌套至所述出样外管之内，所述出样内管的出口末端连接有封口膜支架，所述封口膜支架的末端呈锥形，所述封口膜支架的末端覆盖有至少一层封口膜；

其中，随着所述出样内管的移动，所述封口膜支架的末端呈现：与所述密封层具有间隙的第一状态和与所述密封层之间贴合的第二状态。

5.根据权利要求4所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，

所述封口膜支架呈锥形的末端具有弹性，能够沿着径向发生形变，所述呈锥形的末端在覆盖有封口膜的情况下，所述封口膜对应的最大圆周直径大于所述采样瓶的瓶口直径；

每层封口膜朝向所述出样内管的一侧涂覆有密封性粘层。

6.根据权利要求4所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，

在所述出样内管处于伸长状态下，所述封口膜支架的末端对应呈现所述第一状态且所述封口膜支架末端用于刺穿所述采样瓶的瓶口处的密封膜，使得所述出样管通过所述间隙传输采样气体至所述采样瓶；

在所述出样内管处于缩回状态下，所述封口膜支架的末端对应呈现所述第二状态且所述封口膜支架末端的所述封口膜用于覆盖于所述采样瓶的瓶口处。

7.根据权利要求4所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，所述推拉杆在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置高于所述第二位置；

所述湿地甲烷采样装置还包括：

第一传感器，设置于所述第二位置处；

在所述第一传感器感知到所述推拉杆从所述第一位置变化至所述第二位置的情况下，所述第一传感器向自动采样控制器上报吸气结束信号；

所述自动采样控制器用于根据所述吸气结束信号，向所述出样管发出伸长指令，所述伸长指令用于控制所述出样内管从所述出样外管向外伸长，使得所述出样内管的末端伸入至所述采样瓶并提供气体通路；

所述自动采样控制器还用于根据所述吸气结束信号，在预设时长后控制所述推拉杆从所述第二位置向所述第一位置进行移动。

8.根据权利要求4所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，还包括：

第二传感器，位于所述托盘内或所述托盘下方；

在所述第二传感器感知到所述采样瓶内的气体量达到设定要求的情况下，所述第二传感器向自动采样控制器上报气体集满信号；

所述自动采样控制器用于根据所述气体集满信号，向所述出样管发出缩短指令，所述缩短指令用于控制所述出样内管向所述出样外管内缩回，使得所述出样内管的末端从所述采样瓶拔出并基于所述封口膜对所述采样瓶提供密封。

9.根据权利要求1所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，所述采样瓶的个数为多个且具有各自的编号；

所述湿地甲烷采样装置还包括：样品载体，所述样品载体设置于所述托盘的下方，用于承接采样后的采样瓶；

所述传送机构用于根据自动采样控制器的传送控制信号来传送目标编号对应的采样瓶至所述托盘上；其中，在所述托盘上放置有采样后的采样瓶的情况下，下一个传送过来的采样瓶将所述采样后的采样瓶推动至所述样品载体内。

10.根据权利要求1所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，所述气体收集箱包括：

底座、第一箱体和第二箱体，所述底座与所述第一箱体连接，所述第二箱体与所述第一箱体连接，所述底座或所述第二箱体至少之一能够嵌套至所述第一箱体内。

11.根据权利要求10所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，

所述底座为可伸缩底座，所述可伸缩底座上设置有不同高度的锁紧件安装孔，所述锁紧件安装孔用于装配锁紧件，使得所述可伸缩底座适配于所述湿地的水体深度；

所述底座的侧壁上设置有用于水分、养分、微生物和水生动物至少一种进行位置交换的孔洞。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，还包括：

风扇，设置于所述气体收集箱内；

第一温度传感器，设置于所述气体收集箱内部；

第二温度传感器，设置于所述湿地的地面；

温度显示器，与所述第一温度传感器和所述第二温度传感器均连接，用于显示所述气体收集箱内部的温度和地面温度；

自动采样控制器，所述自动采样控制器集成于所述气体收集箱内，用于与所述采样装置和所述气体吞吐装置通信连接。

13.根据权利要求12所述的湿地甲烷采样装置，其特征在于，所述气体收集箱之上设置有高度可调节的支架，所述支架上安装有太阳能光伏板；

所述太阳能光伏板用于为所述风扇、所述温度显示器和所述自动采样控制器进行供电。

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