CN209961547U - 便携式组合大气干湿沉降自动采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，属于大气科学设备领域。本实用新型的装置包括用于采集干沉降的第一采集漏斗和集尘缸、用于采集湿沉降的第二采集漏斗；所述第一采集漏斗、集尘缸和第二采集漏斗固定在三角支架上，该装置还包括光学雨量感应器、驱动控制系统和挡板，光学雨量感应器和驱动控制系统能根据是否下雨的信号驱动挡板交替遮挡第一采集漏斗和集尘缸或第二采集漏斗。本实用新型具有成本低、可拆卸、搬运方便、结构稳固、收集容量大的技术特点，可以精准分离采集大气中的干湿沉降样品，为研究大气污染物传输与沉降相关研究提供新的技术支持。

Description

便携式组合大气干湿沉降自动采集装置

技术领域

本实用新型涉及大气科学研究设备领域，尤其涉及一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置。

背景技术

近年来，随着社会经济的快速发展及工业化进程的加快，大气污染问题引起了人们的关注和重视。大气中的各种污染物(有机污染物、重金属、活性氮和黑碳等)可通过大气干湿沉降作用进入地表土壤、水体和植被等环境介质中，进入其中的污染物对不同环境介质的物质循环和结构功能等产生了影响。定量研究大气干湿沉降对揭示大气污染物的寿命、大气化学行为和去除机制，以及对地表生态系统的影响具有十分重要的意义。

干沉降是指在不发生降水时，大气中的物质受重力、颗粒物吸附等作用由大气沉降到地面的过程；湿沉降是指发生降水事件时，高空雨雪吸收或冲刷大气中物质降到地面的过程。干湿沉降是大气污染物从大气中去除的主要途径。有关大气干湿沉降的测定方法和监测工作受到越来越广泛的关注，通过对大气干湿沉降的监测研究，不仅可以明确沉降的强度、性质、组成、沉降速率等现象，还可以推断其源地、输送路径、方式和去除机制。为了测定干湿沉降及其累积效应，需要长时间连续地进行干沉降和湿沉降的采集。

干沉降采集相对于湿沉降采集具有更高的难度和挑战性，而当前的人工采样方法和设备费钱费时费力，不能有效满足工作要求。

目前大气干湿沉降的采样器可分为主动式采样器和被动式采样器。其中被动式采样器很难精准采集干湿沉降，无法达到量化干沉降和湿沉降的目的。现有主动式采样器虽然能进行干沉降和湿沉降的采集工作，但由于其传统雨量传感器灵敏度低、反应时间过长而无法精准分离干湿沉降，其结构复杂，需要高昂的器材使用维护成本；进一步地，由于现有技术中的主动采样器采集容量有限，暴雨时常发生样品测溢而丢失部分样品；同时，现有技术中的主动采样器一般采用箱体结构，笨重且运输困难；另外，现有技术中的主动采样器仅采用一种方法采集干沉降，而忽视了不同的下垫面对干沉降的影响。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，具有成本低、采集容量大、拆装便捷、精准感雨、反应迅速和结构稳定的技术效果，并且能够同时模拟不同下垫面采集干沉降而量化不同下垫面对干沉降的影响。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，该装置包括第一采集漏斗、集尘缸和第二采集漏斗，三者分别设置在三个三角支架上，所述第一采集漏斗、集尘缸和第二采集漏斗的上端开口在同一水平线上；所述第一采集漏斗和集尘缸相邻，所述第二采集漏斗下端通过一管道与一桶相连；与第一采集漏斗和第二采集漏斗固定连接的两个三角支架之间设置一水平方向的钢板，在钢板上设置一控制驱动系统，控制驱动系统上连接一光学雨量传感器，光学雨量传感器用于将是否下雨的信号传输给驱动控制系统，驱动控制系统根据不同的信号驱动连接在驱动控制系统上的水平方向的挡板遮挡第二采集漏斗或同时遮挡第一采集漏斗和集尘缸；所述第一采集漏斗和集尘缸分别用干法和湿法模拟陆地和水域下垫面来采集干沉降，所述第二采集漏斗用于采集湿沉降。

本实用新型的便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，利用光学雨量传感器来区分干沉降和湿沉降，降低采样过程中的误差；该装置在采集干沉降时进一步采用干法和湿法(替代面法)模拟不同下垫面采集干沉降，更符合实际沉降情况，可为优化现有模型提供基础对比数据；该装置制造成本低，维护费用低，结构简单，使用简便；该装置为组合式结构，提高了拆装和运输的便捷性，保证使用过程中的稳定性。

进一步的，所述桶和集尘缸外侧使用隔温遮阳泡沫板包裹，避免由于长时间太阳照射对桶和集尘缸中的采集沉降造成样品变质。

进一步的，所述光学雨量传感器最小瞬时感雨量为0.4mm/s，精度为±5％，工作温度为-40℃～60℃。下雨时，雨水滴落至光学雨量感应器，光学雨量感应器将降雨信号转换为电信号，电信号传至与光学雨量感应器连接的控制驱动系统。所述控制驱动系统由控制电路、行程开关和蜗杆减速电机组成，控制电路接收电信号后启动蜗杆减速电机，蜗杆减速电机驱动与之相连的圆角矩形挡板水平旋转180°至遮挡住第一采集漏斗和集尘缸，此时触碰行程开关停止旋转并在降雨时一直保持此状态；在降雨停止后传至控制电路的电信号终止，控制电路控制蜗杆减速电机驱动圆角矩形挡板水平反转180°至遮挡住第二采集漏斗，触碰行程开关后停止转动，并保持此状态至降雨开始。

进一步的，所述平板为不锈钢材料，平板两端有圆形小孔，所述第一采集漏斗和第二采集漏分别穿过所述圆形小孔固定在两端三角型支架上。

进一步的，所述第一采集漏斗的材料为聚乙烯材料，上口口径为20cm，下端固定在三角支架上，内部设有90mm石英滤膜，用来模拟陆地生态系统采集干沉降。

所述集尘缸为圆柱形缸体，由聚乙烯材料制成，其上端开口口径为10cm，底部固定在三角支架上；在采集过程中，根据国标GB/T15265-94，集尘缸内加入1L超纯水和100mL乙二醇模拟水域生态系统采集干沉降。

所述第二采集漏斗为聚乙烯材料，其上口口径为20cm，下端固定在三脚支架上，并在其下端用医用级橡胶管连接一个20L的聚乙烯桶收集湿沉降。

进一步的，所述三角支架的支腿为伸缩支腿，固定于三角支架上的设备均可拆卸。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有的有益效果如下：

(1)本实用新型的装置为组合式结构，提高了拆装和运输的便捷性；

(2)本实用新型装置中的光学雨量传感器，其灵敏度和精度较高，能精准分离干沉降和湿沉降，可极大降低采样过程中的误差；

(3)本实用新型的装置采用干法和湿法(替代面法)模拟不同下垫面采集干沉降，更符合实际沉降情况，可为优化现有模型提供基础对比数据；

(4)本实用新型装置制造成本和维护费用低，结构简单，使用简便，只需定期回收样品。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例中便携式组合大气干湿沉降自动采集装置降雨时结构示意图；

附图标记：

100-光学雨量传感器、200-控制驱动系统、300-挡板、410-第一采集漏斗、420-集尘缸、430-第二采集漏斗、500-不锈钢平板、610-第一三角支架、620-第二三角支架、630-第三三角支架、631-橡胶管、632-聚乙烯桶、700-隔温遮阳泡沫板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型提供了一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，包括：第一采集漏斗410和集尘缸420，第一采集漏斗410和集尘缸420用于采集干沉降；第二采集漏斗430，第二采集漏斗430用于采集湿沉降；第一采集漏斗410、集尘缸420和第二采集漏斗430分别固定在第一三角支架610、第二三角支架620和第三三角支架630上，所述第一采集漏斗410、集尘缸420和第二采集漏斗430的上端开口在同一水平线上；第一采集漏斗410和集尘缸420相邻，所述第二采集漏斗430下端通过一医用级橡胶管631与一20L聚乙烯桶632相连，医用级橡胶管631将收集的湿沉降导流到聚乙烯桶632中，医用级橡胶管631可以减少水分蒸发；集尘缸420和聚乙烯桶632的外周用隔温遮阳泡沫板700包裹，减少样品变质。

与第一采集漏斗410和第二采集漏斗430固定连接的第一三角支架610和第三三角支架630之间放置一水平不锈钢平板500，在不锈钢平板500上安装一控制驱动系统200，控制驱动系统200上连接一光学雨量传感器100，光学雨量传感器100用于将是否下雨的信号传输给驱动控制系统200，驱动控制系统200根据不同的信号驱动连接在驱动控制系统200上水平方向的圆角矩形挡板300遮挡第二采集漏斗430或同时遮挡第一采集漏斗410和集尘缸420；所述第一采集漏斗410和集尘缸420分别用干法和湿法模拟陆地和水域下垫面来采集干沉降，所述第二采集漏斗430用于采集湿沉降。其中驱动控制系统200由控制电路、行程开关和蜗杆减速电机(图中未示)组成，可控制圆角矩形挡板300水平旋转；在没有降雨时，圆角矩形挡板300覆盖在第二采集漏斗430上；一旦光学雨量传感器100检测到有降水时则将信号传递到驱动控制系统200，驱动控制系统200通过控制蜗杆减速电机驱动圆角矩形挡板300水平旋转180°后覆盖在第一采集漏斗410和集尘缸420上，此时圆角矩形挡板接触行程开关，即断电，停止移动；当降雨结束时，光学雨量传感器100不再将信号传递到驱动控制系统200，驱动控制系统200会控制蜗杆减速电机驱动圆角矩形挡板300水平反转180°覆盖在第二采集漏斗430上。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述光学雨量传感器100最小瞬时感雨量为0.4mm/s，精度为±5％，工作温度为-40℃～60℃。所述不锈钢平板500两端有圆形小孔，第一采集漏斗410和第二采集漏430底部尖嘴分别穿过所述圆形小孔分别固定在两端第一三角型支架610和第三三角支架630上。所述第一采集漏斗410的材料为聚乙烯材料，上口口径为20cm，下端固定在第一三角支架610上，底部设有90mm石英滤膜膜夹，用来模拟陆地生态系统采集干沉降。所述集尘缸420为圆柱形缸体，由聚乙烯材料制成，其上端开口口径为15cm，底部固定在第二三角支架620上。所述第二采集漏斗430为聚乙烯材料，其上口口径为20cm，下端固定在第三三脚支架630上。所述三角支架610、620和630的支腿为伸缩支腿，固定于三角支架610、620和630上的设备均可拆卸。

利用本实用新型中的便携式组合大气干湿沉降自动采集装置采集干湿沉降时具体包括以下步骤：

(1)在每次使用前，先将第一采集漏斗410、集尘缸420和第二采集漏斗430先后用体积分数为10％的盐酸和超纯水冲洗3次后烘干备用；

(2)将组装完成后的便携式组合大气干湿沉降自动采集装置接通电源，水平置于楼顶；

(3)将预先处理过的90mm石英膜置于第一采集漏斗410膜夹中，在集尘缸420中加入1L超纯水和100mL乙二醇，然后将第一采集漏斗410和集尘缸420分别固定在同一端的第一三角支架610和第二三角支架620上用于采集干沉降，乙二醇具有减少超纯水蒸发，降低超纯水的冰点和抑制微生物生长的作用，定期向集尘缸420中加入适量超纯水防止水分蒸干。将第二采集漏斗430固定于另一端的第三三角支架630上，在未降雨时，圆角矩形挡板300覆盖其上口；

(4)定期回收干湿沉降样品和冲洗采集漏斗及集尘缸，如果有条件湿沉降可精确到每次有效降雨事件。

综上所述，本实用新型的实施例提供了一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，该装置利用光学雨量传感器来区分干沉降和湿沉降，降低采样过程中的误差；该装置在采集干沉降时进一步采用干法和湿法(替代面法)模拟不同下垫面采集干沉降，更符合实际沉降情况，可为优化现有模型提供基础对比数据；该装置制造成本低，维护费用低，结构简单，使用简便；该装置为组合式结构，提高了拆装和运输的便捷性，保证使用过程中的稳定性。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，该装置包括第一采集漏斗、集尘缸和第二采集漏斗，三者分别设置在三个三角支架上，所述第一采集漏斗、集尘缸和第二采集漏斗的上端开口在同一水平线上；所述第一采集漏斗和集尘缸相邻，所述第二采集漏斗下端通过一管道与一桶相连；与第一采集漏斗和第二采集漏斗固定连接的两个三角支架之间设置一水平方向的平板，在平板上设置一控制驱动系统，控制驱动系统上连接一光学雨量传感器，光学雨量传感器用于将是否下雨的信号传输给驱动控制系统，驱动控制系统根据不同的信号驱动连接在驱动控制系统上的水平方向的挡板遮挡第二采集漏斗或同时遮挡第一采集漏斗和集尘缸；所述第一采集漏斗和集尘缸分别用干法和湿法模拟陆地和水域下垫面来采集干沉降，所述第二采集漏斗用于采集湿沉降。

2.根据权利要求1所述的一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，所述桶和集尘缸外侧使用隔温遮阳泡沫板包裹。

3.根据权利要求1所述的一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，所述光学雨量传感器最小瞬时感雨量为0.4mm/s，精度为±5％，工作温度为-40℃～60℃。

4.根据权利要求1所述的一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，所述平板两端分别有一个圆形小孔，所述第一采集漏斗和第二采集漏斗分别穿过所述圆形小孔固定在两侧三角支架上。

5.根据权利要求1所述的一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，所述挡板为圆角矩形，材料为不锈钢，挡板表面喷上惰性油漆，在控制驱动系统控制下在无雨干沉降采集时遮盖第二采集漏斗、在下雨湿沉降采集时同时遮盖住第一采集漏斗和集尘缸。

6.根据权利要求1所述的一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，所述第一采集漏斗用聚乙烯材料制成，其上口口径为20cm，下端固定在三角支架上，内部设有石英滤膜，用来模拟陆地生态系统采集干沉降。

7.根据权利要求1所述的一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，所述集尘缸为圆柱形缸体，制作材料为聚乙烯，其上端开口口径为10cm，底部固定在三角支架上。

8.根据权利要求1所述的一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，所述第二采集漏斗用聚乙烯材料制成，其上口口径为20cm，下端固定在三脚支架上。

9.根据权利要求1所述的一种便携式组合大气干湿沉降自动采集装置，其特征在于，所述三角支架为伸缩支架。

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