CN219224245U - 用于原状土柱的水位观测和水样采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够单独采集不同高度水位的水样、便于观测、能够自动采集的用于原状土柱的水位观测和水样采集装置。该装置包括定位板、竖管、水样采集组件、水位观测组件，竖管的上端设置在定位板的下表面，竖管的上下两端均被密封，通过设置的四个隔板将竖管内的内腔分成五个独立的子腔体，在第一子腔体、第三子腔体、第五子腔体的侧壁上均设置有多个透水孔，这样不同水位的水样便会独立存在，水样采集组件用于分别自动采集第一子腔体、第三子腔体、第五子腔体内的水样；水位观测组件用于观测第一子腔体、第三子腔体、第五子腔体内的水位信息，适合在水位模拟观测技术领域推广应用。

Description

用于原状土柱的水位观测和水样采集装置

技术领域

本实用新型涉及水位模拟观测技术领域，具体涉及一种用于原状土柱的水位观测和水样采集装置。

背景技术

“中宇宙(Mesocosm)”湿地水位模拟观测，选择以木里苔草为优势种的典型高寒湿地地段，使用不锈钢的方柱形容器(底边长60.0cm，高65.0cm)采集原状土柱(深为60.0cm)，构建“中宇宙(Mesocosm)”湿地水位模拟观测系统。为了便于对原状土柱中的水位观测和水样采集，在原状土柱中构建细井，细井的深度为50cm，在细井上设置三个水位深度，分别代表湿地高、中、低三个不同水位情景，每个水位5个重复。水位模拟平台建好后，第2年开始系统采样和试验观测，此后连续2年进行观测和分析。现有的水位观测是采用水位观测尺子进行观测，水样采集是人工手动进行抽取，现有的细井一般是采用一根长度为50厘米的管道插入原状土柱中，这样管道内的水是不同水位的水混和在一起的，无法区分不同高度水位的水样信息，不利于后续的检测实验。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够单独采集不同高度水位的水样、便于观测、能够自动采集的用于原状土柱的水位观测和水样采集装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：该用于原状土柱的水位观测和水样采集装置，包括定位板、竖管、水样采集组件、水位观测组件；

所述竖管的上端设置在定位板的下表面的中心位置且二者互相垂直，所述竖管的上端通过定位板密封，所述竖管的下端通过盖板密封；

所述竖管内沿其高度方向均布设置有第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板且将竖管内的内腔分成五个独立的子腔体，五个子腔体由上到下依次为、第一子腔体、第二子腔体、第三子腔体、第四子腔体、第五子腔体；

所述第一子腔体的侧壁上、第三子腔体的侧壁上、第五子腔体的侧壁上均设置有多个透水孔；

所述水样采集组件用于分别自动采集第一子腔体、第三子腔体、第五子腔体内的水样；

所述水位观测组件用于观测第一子腔体、第三子腔体、第五子腔体内的水位信息。

进一步的是，所述水样采集组件包括控制器、定时器、供电电源、第一水泵、第二水泵、第三水泵、第一采样瓶、第二采样瓶、第三采样瓶；

所述第一水泵的进水口与第一子腔体之间通过第一进水管连通且该第一进水管的一端位于第一子腔体的底部，所述第一水泵的出水口与第一采样瓶之间通过第一出水管连通；

所述第二水泵的进水口与第三子腔体之间通过第二进水管连通且该第二进水管的一端位于第三子腔体的底部，所述第二水泵的出水口与第二采样瓶之间通过第二出水管连通；

所述第三水泵的进水口与第五子腔体之间通过第三进水管连通且该第三进水管的一端位于第五子腔体的底部，所述第三水泵的出水口与第三采样瓶之间通过第三出水管连通；

所述控制器、定时器、第一水泵、第二水泵、第三水泵分别与供电电源电连接，所述定时器、第一水泵、第二水泵、第三水泵分别与控制器信号连接。

进一步的是，所述水位观测组件包括显示屏、第一水位传感器、第二水位传感器、第三水位传感器；

所述第一水位传感器设置在第一子腔体内用于监测第一子腔体内的水位信息；

所述第二水位传感器设置在第三子腔体内用于监测第三子腔体内的水位信息；

所述第三水位传感器设置在第五子腔体内用于监测第五子腔体内的水位信息；

所述显示屏、第一水位传感器、第二水位传感器、第三水位传感器分别与供电电源电连接；

所述显示屏、第一水位传感器、第二水位传感器、第三水位传感器分别与控制器信号连接。

进一步的是，所述竖管的高度为50cm，所述竖管的内径为3㎝。

进一步的是，所述第一进水管上设置有第一水流量传感器；所述第二进水管上设置有第二水流量传感器；所述第三进水管上设置有第三水流量传感器；

所述第一水流量传感器、第二水流量传感器、第三水流量传感器分别与供电电源电连接；

所述第一水流量传感器、第二水流量传感器、第三水流量传感器分别与控制器信号连接。

进一步的是，所述竖管的下端设置有锥形插头，所述锥形插头与竖管的高度之和小于原状土柱的高度。

本实用新型的有益效果如下：

1.通过设置的四个隔板将竖管内的内腔分成五个独立的子腔体，在第一子腔体、第三子腔体、第五子腔体的侧壁上均设置有多个透水孔，这样不同水位的水样便会独立存在。

2.通过设置的水样采集组件便可以自动的单独采集高、中、低三个不同水位的水样。

3.通过设置的水位观测组件便可直观的观测不同水位的水样信息，替代了现有的水位观测尺子观测。

附图说明

图1是本实用新型所述的该用于原状土柱的水位观测和水样采集装置的结构示意图；

图2是本实用新型所述的定位板及其上表面各个部件的结构示意图；

图3是本实用新型所述的竖管、锥形插头组合的结构示意图；

图4是本实用新型所述的竖管的截面图；

图5是本实用新型所述的该用于原状土柱的水位观测和水样采集装置插入原状土柱中的状态图；

图中标记说明：定位板1、竖管2、第一隔板3、第二隔板4、第三隔板5、第四隔板6、第一子腔体7、第二子腔体8、第三子腔体9、第四子腔体10、第五子腔体11、透水孔12、控制器13、定时器14、供电电源15、第一水泵16、第二水泵17、第三水泵18、第一采样瓶19、第二采样瓶20、第三采样瓶21、第一进水管22、第一出水管23、第二进水管24、第二出水管25、第三进水管26、第三出水管27、显示屏28、第一水位传感器29、第二水位传感器30、第三水位传感器31、第一水流量传感器32、第二水流量传感器33、第三水流量传感器34、锥形插头35、原状土柱36。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制,仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

如图1-5所示，该用于原状土柱的水位观测和水样采集装置，包括定位板1、竖管2、水样采集组件、水位观测组件；

所述竖管2的上端设置在定位板1的下表面的中心位置且二者互相垂直，所述竖管2的上端通过定位板1密封，所述竖管2的下端通过盖板密封，通过将竖管2的两端密封，避免其上下开口进入一些其它的杂质，影响水样的质量，定位板1用于定位和承载元器件，当定位板1与原状土柱36的上表面接触时，此时的竖管2完全插入至原状土柱36内部；

所述竖管2内沿其高度方向均布设置有第一隔板3、第二隔板4、第三隔板5、第四隔板6且将竖管2内的内腔分成五个独立的子腔体，五个子腔体由上到下依次为第一子腔体7、第二子腔体8、第三子腔体9、第四子腔体10、第五子腔体11；

所述第一子腔体7的侧壁上、第三子腔体9的侧壁上、第五子腔体11的侧壁上均设置有多个透水孔12，通过在上述三个子腔体的侧壁上开设透水孔12，使得原状土柱36中的高、中、低三个不同水位的水样能够分别进入到三个子腔体内且独立存在互不影响，便于后续的检测；

所述水样采集组件用于分别自动采集第一子腔体7、第三子腔体9、第五子腔体11内的水样，水样采集组件单独的采集三个子腔体内的水样且互不影响；

所述水位观测组件用于观测第一子腔体7、第三子腔体9、第五子腔体11内的水位信息。

如图1-5所示，在上述实施例中，作为优选的，所述水样采集组件包括控制器13、定时器14、供电电源15、第一水泵16、第二水泵17、第三水泵18、第一采样瓶19、第二采样瓶20、第三采样瓶21；

所述第一水泵16的进水口与第一子腔体7之间通过第一进水管22连通且该第一进水管22的一端位于第一子腔体7的底部，也就是第一进水管22的一端套设在第一水泵16的进水口上，第一进水管22的另一端贯穿定位板1后伸入至第一子腔体7的底部，所述第一水泵16的出水口与第一采样瓶19之间通过第一出水管23连通，也就是第一出水管23的一端套设在第一水泵16的出水口上，第一出水管23的另一端套设在第一采样瓶19的瓶口且二者可拆卸，通过第一水泵16便可将第一子腔体7内的水样抽入至第一采样瓶19内；

所述第二水泵17的进水口与第三子腔体9之间通过第二进水管24连通且该第二进水管24的一端位于第三子腔体9的底部，也就是第二进水管24的一端套设在第二水泵17的进水口上，第二进水管24的另一端贯穿定位板1、第一隔板3、第二隔板4后伸入至第三子腔体9的底部，第二进水管24分别与第一隔板3、第二隔板4密封固定，所述第二水泵17的出水口与第二采样瓶20之间通过第二出水管25连通，也就是第二出水管25的一端套设在第二水泵17的出水口上，第二出水管25的另一端套设在第二采样瓶20的瓶口且二者可拆卸，通过第二水泵17便可将第三子腔体9内的水样抽入至第二采样瓶20内，另外，第一采样瓶19、第二采样瓶20、第三采样瓶21的数量根据实际的采样频率和次数的多少来决定它们的数量；

所述第三水泵18的进水口与第五子腔体11之间通过第三进水管26连通且该第三进水管26的一端位于第五子腔体11的底部，也就是第三进水管26的一端套设在第三水泵18的进水口上，第三进水管26的另一端贯穿定位板1、第一隔板3、第二隔板4、第三隔板5、第四隔板6后伸入至第五子腔体11的底部，第三进水管26分别与第一隔板3、第二隔板4、第三隔板5、第四隔板6密封固定，所述第三水泵18的出水口与第三采样瓶21之间通过第三出水管27连通，也就是第三出水管27的一端套设在第三水泵18的出水口上，第三出水管27的另一端套设在第三采样瓶21的瓶口且二者可拆卸，通过第三水泵18便可将第五子腔体11内的水样抽入至第三采样瓶21内；

所述控制器13、定时器14、第一水泵16、第二水泵17、第三水泵18分别与供电电源15电连接，所述定时器14、第一水泵16、第二水泵17、第三水泵18分别与控制器13信号连接，通过定时器14进行定时，便可实现定时采样，通过控制器13控制第一水泵16、第二水泵17、第三水泵18的启停，便可实现自动化抽取高、中、低三个不同水位的水样，替代了原有的人工取样。

如图1-4所示，在本实施例中，作为优选的，所述水位观测组件包括显示屏28、第一水位传感器29、第二水位传感器30、第三水位传感器31；

所述第一水位传感器29设置在第一子腔体7内用于监测第一子腔体7内的水位信息，通过第一水位传感器29便可实时监测第一子腔体7内的水位信息；

所述第二水位传感器30设置在第三子腔体9内用于监测第三子腔体9内的水位信息，通过第二水位传感器30便可实时监测第三子腔体9内的水位信息；

所述第三水位传感器31设置在第五子腔体11内用于监测第五子腔体11内的水位信息，通过第三水位传感器31便可实时监测第五子腔体11内的水位信息；

所述显示屏28、第一水位传感器29、第二水位传感器30、第三水位传感器31分别与供电电源15电连接，通过供电电源15为各个部件提供电能使其能够正常工作；

所述显示屏28、第一水位传感器29、第二水位传感器30、第三水位传感器31分别与控制器13信号连接，通过控制器13采集第一水位传感器29、第二水位传感器30、第三水位传感器31的数据信息，并通过显示屏28显示出来，通过显示屏28便可直观的看到各个水位的水的数据信息，控制器13上还集成有存储模块，一般采用SD卡或者固态硬盘，将数据信息进行存储，便于调阅，另外，三个水位传感器还用于控制器13控制各个水泵的抽取，当水位过低时控制器13便不会启动水泵进行抽取水样。

水样采集一般是采集高、中、低三个不同水位的水样，采集深度一般为50厘米，为此，所述竖管2的高度为50cm；竖管2的内径过小或者过大都不利于插入以及水样的形成，作为优选的，所述竖管2的内径为3㎝最优。

如图1-2所示，本实施例中，为了确保水样的定量抽取，避免抽取过多溢出或者抽取过少不足以进行后续检测，所述第一进水管22上设置有第一水流量传感器32；所述第二进水管24上设置有第二水流量传感器33；所述第三进水管26上设置有第三水流量传感器34，通过对控制器13设置抽取水样的预设值，然后各个水流量传感器监测通过对应的进水管的流过的水量，当抽取的水量达到预设值时，控制器13便会关停对应的水泵，实现定量抽取水样；

所述第一水流量传感器32、第二水流量传感器33、第三水流量传感器34分别与供电电源15电连接，通过供电电源15为各个水流量传感器提供电能使其能够正常工作；

所述第一水流量传感器32、第二水流量传感器33、第三水流量传感器34分别与控制器13信号连接，通过控制器13采集各个水流量传感器的数据信息并与预设值做对比，从而实现水样的定量抽取。

如图1、图3所示，本实施例中，为了方便将竖管2插入至原状土柱36内，所述竖管2的下端设置有锥形插头35，通过水形插头便可轻松将竖管2插入形成细井，所述锥形插头35与竖管2的高度之和小于原状土柱36的高度，这样便可避免高度过高插不到位的情况。

本实施例中，作为优选的，所述控制器13采用型号为STM32F103RCT6单片机，该型号的单片机低功耗的芯片，可以有效延长供电电源15单次放电的时间；所述定时器14采用型号为NE555P的定时器14；所述供电电源15采用可充电锂电池组；所述第一水流量传感器32、第二水流量传感器33、第三水流量传感器34均采用型号为YF-B5的水流量传感器；所述第一水位传感器29、第二水位传感器30、第三水位传感器31均采用型号为CHZB-S的水位传感器。

工作原理：将锥形插头35对准实现准备好的原状土柱36的上表面的中心位置，然后对定位板1施加向下的压力，使得锥形插头35插入原状土柱36内，进而带动竖管2插入原状土柱36内，当插至定位板1与原状土柱36的上表面即可，然后对控制器13、定时器14进行预设值，等达到预设的时间和抽取条件，控制器13便会控制各个水泵进行水样的定量抽取，同时也会采集各个传感器的数据信息进行存储，并通过显示屏28显示出来便于查阅和直观的观测水位信息。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (6)

1.用于原状土柱的水位观测和水样采集装置，其特征在于：包括定位板(1)、竖管(2)、水样采集组件、水位观测组件；

所述竖管(2)的上端设置在定位板(1)的下表面的中心位置且二者互相垂直，所述竖管(2)的上端通过定位板(1)密封，所述竖管(2)的下端通过盖板密封；

所述竖管(2)内沿其高度方向均布设置有第一隔板(3)、第二隔板(4)、第三隔板(5)、第四隔板(6)且将竖管(2)内的内腔分成五个独立的子腔体，五个子腔体由上到下依次为第一子腔体(7)、第二子腔体(8)、第三子腔体(9)、第四子腔体(10)、第五子腔体(11)；

所述第一子腔体(7)的侧壁上、第三子腔体(9)的侧壁上、第五子腔体(11)的侧壁上均设置有多个透水孔(12)；

所述水样采集组件用于分别自动采集第一子腔体(7)、第三子腔体(9)、第五子腔体(11)内的水样；

所述水位观测组件用于观测第一子腔体(7)、第三子腔体(9)、第五子腔体(11)内的水位信息。

2.根据权利要求1所述的用于原状土柱的水位观测和水样采集装置，其特征在于：所述水样采集组件包括控制器(13)、定时器(14)、供电电源(15)、第一水泵(16)、第二水泵(17)、第三水泵(18)、第一采样瓶(19)、第二采样瓶(20)、第三采样瓶(21)；

所述第一水泵(16)的进水口与第一子腔体(7)之间通过第一进水管(22)连通且该第一进水管(22)的一端位于第一子腔体(7)的底部，所述第一水泵(16)的出水口与第一采样瓶(19)之间通过第一出水管(23)连通；

所述第二水泵(17)的进水口与第三子腔体(9)之间通过第二进水管(24)连通且该第二进水管(24)的一端位于第三子腔体(9)的底部，所述第二水泵(17)的出水口与第二采样瓶(20)之间通过第二出水管(25)连通；

所述第三水泵(18)的进水口与第五子腔体(11)之间通过第三进水管(26)连通且该第三进水管(26)的一端位于第五子腔体(11)的底部，所述第三水泵(18)的出水口与第三采样瓶(21)之间通过第三出水管(27)连通；

所述控制器(13)、定时器(14)、第一水泵(16)、第二水泵(17)、第三水泵(18)分别与供电电源(15)电连接，所述定时器(14)、第一水泵(16)、第二水泵(17)、第三水泵(18)分别与控制器(13)信号连接。

3.根据权利要求2所述的用于原状土柱的水位观测和水样采集装置，其特征在于：所述水位观测组件包括显示屏(28)、第一水位传感器(29)、第二水位传感器(30)、第三水位传感器(31)；

所述第一水位传感器(29)设置在第一子腔体(7)内用于监测第一子腔体(7)内的水位信息；

所述第二水位传感器(30)设置在第三子腔体(9)内用于监测第三子腔体(9)内的水位信息；

所述第三水位传感器(31)设置在第五子腔体(11)内用于监测第五子腔体(11)内的水位信息；

所述显示屏(28)、第一水位传感器(29)、第二水位传感器(30)、第三水位传感器(31)分别与供电电源(15)电连接；

所述显示屏(28)、第一水位传感器(29)、第二水位传感器(30)、第三水位传感器(31)分别与控制器(13)信号连接。

4.根据权利要求3所述的用于原状土柱的水位观测和水样采集装置，其特征在于：所述竖管(2)的高度为50cm，所述竖管(2)的内径为3㎝。

5.根据权利要求4所述的用于原状土柱的水位观测和水样采集装置，其特征在于：所述第一进水管(22)上设置有第一水流量传感器(32)；所述第二进水管(24)上设置有第二水流量传感器(33)；所述第三进水管(26)上设置有第三水流量传感器(34)；

所述第一水流量传感器(32)、第二水流量传感器(33)、第三水流量传感器(34)分别与供电电源(15)电连接；

所述第一水流量传感器(32)、第二水流量传感器(33)、第三水流量传感器(34)分别与控制器(13)信号连接。

6.根据权利要求5所述的用于原状土柱的水位观测和水样采集装置，其特征在于：所述竖管(2)的下端设置有锥形插头(35)，所述锥形插头(35)与竖管(2)的高度之和小于原状土柱(36)的高度。

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