CN220772920U - 一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种湖泊水‑气界面二氧化碳交换量测量装置，属于碳通量测量技术领域，所述测量装置包括气体交换机构和取样模块，所述气体交换机构包括测量箱，所述测量箱连接箱体定位板，所述箱体定位板两侧安装有第一丝杆螺母，所述第一丝杆螺母设置于所述测量箱体的两侧，所述测量箱的底部开有气体交换室，所述气体交换室顶部安装有微型风扇。所述取样模块包括箱体框架，所述箱体框架上安装有第二丝杆，所述第二丝杆连接活塞，所述活塞安装于取样瓶内部，所述取样瓶设置于所述测量箱的顶部。本实用新型所述的一种湖泊水‑气界面二氧化碳交换量测量装置，能够快速准确测量水面二氧化碳交换量，提高工作效率，节省人力。

Description

一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置

技术领域

本实用新型涉及碳通量测量技术领域，尤其涉及一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置。

背景技术

湖泊生态系统是流域与水体生物群落、各种有机和无机物质之间相互作用与不断演化的产物。湖泊生态系统具有多种多样的功能—调蓄、改善水质、为动物提供栖息地、调节局部气候、为人类提供饮水与食物等。湖泊生态系统受富营养化影响逐渐退化，服务功能严重受损。通过生态修复，可将湖泊从浊水状态重新恢复到清水稳态。而大气中的二氧化碳和甲烷等气体会导致全球温室效应加剧，冰川熔化和水平面上升，对人类居住环境造成不良影响，其水-气界面二氧化碳交换是目前不可忽视的一个关键性问题，现有的湖泊水-气二氧化碳交换量测量设备大多数为手动逐步操作，其工作效率低，无法在较深的湖面水域进行测量，没有专用的固定装置在水面上难以进行稳定的安装，导致测量效果不佳产生误差，精准度不足，且气体取样过程多为人工采集，增加人工成本，费时费力，无法满足湖泊水-气二氧化碳交换量的精准测量需求。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供了一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置。

为达上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，所述测量装置包括：

所述气体交换机构包括测量箱，所述测量箱底部设置有滑块，所述滑块连接于滑轨上，所述滑轨安装于箱体定位板上，所述箱体定位板两侧安装有第一丝杆，所述第一丝杆连接第一丝杆螺母，所述第一丝杆螺母设置于所述测量箱的两侧，所述测量箱的底部开有气体交换室，所述气体交换室顶部开有圆形通孔，所述气体交换室顶部安装有微型风扇；

所述取样模块包括箱体框架，所述箱体框架安装于所述测量箱外部，所述箱体框架上安装有横梁，所述横梁上方安装有第二丝杆，所述第二丝杆连接活塞，所述活塞安装于取样瓶内部，所述取样瓶设置于所述测量箱的顶部。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述第一丝杆限定安装于丝杆安装架上，所述丝杆安装架固定于所述箱体定位板上，且置于所述滑轨侧面。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述第一丝杆连接第一伺服电机，所述第一伺服电机与所述第一丝杆连接处有第一联轴器，所述滑轨顶端设置有挡板。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述箱体定位板上开设有气体通孔，所述箱体定位板下方设置有固定插桩。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述气体交换室两侧开有抽样管安装孔，所述圆形通孔贯穿至所述测量箱的顶部。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述微型风扇连接旋转电机的输出轴，所述旋转电机垂直安装于所述测量箱的上方。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述旋转电机的输出轴安装于所述圆形通孔内。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述第二丝杆上有第二丝杆螺母，所述第二丝杆螺母连接传动杆的一端，所述传动杆的另一端连接所述活塞底部，所述第二丝杆连接第二伺服电机，所述第二伺服电机与所述第二丝杆连接处固定第二联轴器。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述取样瓶底部连接抽样管，所述抽样管安装于所述抽样管安装孔内。

进一步的，本实用新型的一个较佳实施例中，所述取样瓶内部安装有光谱二氧化碳传感器，所述光谱二氧化碳传感器连接控制系统。

本实用新型的有益技术效果在于：

本实用新型的测量箱底部连接有箱体定位板，启动第一伺服电机可驱动第一丝杆螺母在第一丝杆上进行匀速位移，从而带动测量箱在箱体定位板上做同步位移运动并对准气体通孔，实现测量箱在水面上的快速固定效果，提高测量稳定性，保证测量精准度，气体接触时启动旋转电机带动微型风扇旋转，可对气体进行充分混匀，进而提高检测结果的质量，减少误差的产生，第二伺服电机带动第二丝杆螺母向上位移，从而在传动杆的带动下使活塞同步向上位移将气体抽取至取样瓶内，取样瓶安装光谱二氧化碳传感器，设置多个取样瓶进行对比采样测量，能够自动测量二氧化碳交换量，提高湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量准确性，有效提升测量结果的可靠性，实现全面自动化。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置的俯视结构示意图；

图3为本实用新型的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置的剖面结构示意图；

图4为本实用新型的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置的局部结构示意图。

图中：

1、测量箱；2、滑块；3、滑轨；4、箱体定位板；5、第一丝杆；6、第一丝杆螺母；7、气体交换室；8、微型风扇；9、丝杆安装架；10、第一伺服电机；11、第一联轴器；12、挡板；13、气体通孔；14、插桩；15、旋转电机；16、箱体框架；17、第二丝杆；18、活塞；19、取样瓶；20、第二丝杆螺母；21、传动杆；22、第二伺服电机；23、第二联轴器；24、抽样管；25、控制系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的描述中，“实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。“实施例”、“一个实施例”、或“一些实施例”的多次出现不一定全都指代相同的实施例。如果说明书描述了部件、特征、结构或特性“可以”、“或许”或“能够”被包括，则该特定部件、特征、结构或特性不是必需被包括的。如果说明书或权利要求提及“一”元件，并非表示仅有一个元件。如果说明书或权利要求提及“一另外的”元件，并不排除存在多于一个的另外的元件。此外，特定特征、结构、功能或特性可以以任何适合的方式组合到一个或多个实施例中。例如，第一实施例可以结合第二实施例，只要与这两个实施例相关联的特定特征、结构、功能或特性不互相排斥。

在本实用新型的描述中，除非另外规定，否则使用序数形容词“第一”、“第二”及“第三”等来描述共同的对象，仅表示指代相同对象的不同实例，而并不是要暗示这样描述的对象必须采用给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其它方式。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1、2、3、4所示，本申请提供一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，所述测量装置包括气体交换机构和取样模块。

如图1、3所示，所述气体交换机构包括测量箱1，所述测量箱1底部设置有滑块2，所述滑块2连接于滑轨3上，所述滑轨3安装于箱体定位板4上，所述箱体定位板4两侧安装有第一丝杆5，所述第一丝杆5连接第一丝杆螺母6，所述第一丝杆螺母6设置于所述测量箱1的两侧，所述测量箱1的底部开有气体交换室7，所述气体交换室7顶部开有圆形通孔，所述气体交换室7顶部安装有微型风扇8。

如图1所示，所述第一丝杆5限定安装于丝杆安装架9上，所述丝杆安装架9固定于所述箱体定位板4上，且置于所述滑轨3侧面。

如图1、2所示，所述第一丝杆5连接第一伺服电机10，所述第一伺服电机10与所述第一丝杆5连接处有第一联轴器11，所述滑轨3顶端设置有挡板12。

如图1、2所示，所述箱体定位板4上开设有气体通孔13，所述箱体定位板4下方设置有固定插桩14。

需要说明的是，在测量二氧化碳交换量前，通过插桩14将箱体定位板4安装于湖泊岸边，箱体定位板4上的气体通孔朝向水面安装且置于水面上，此时操作控制系统25启动第一伺服电机10旋转，第一伺服电机10的输出轴在第一联轴器11的作用下带动第一丝杆5进行转动，从而使得第一丝杆螺母6在第一丝杆5上做平行位移运动，从而使测量箱1向箱体定位板4的另一端匀速位移，通过此方法能够使箱体自动倒置固定于水面，进而提高测量效率，保证湖泊水-气界面二氧化碳交换时的稳定性，减少人工安装步骤，省时省力，由于测量箱1底部的滑块2在滑轨3上限位滑动，能够保证测量箱1位移的过程中稳定且不产生颠簸，避免装置受到损坏，提高装置的使用寿命，挡板起到一定的安全制动效果，防止测量箱1位移速度过快脱离滑轨3，提升测量时的安全系数。

需要说明的是，测量箱2位移一端距离后气体交换室7的入口与箱体定位板4上的气体通孔13自动对齐，使水面二氧化碳气体能够进入气体交换室7内，此时气体交换室7内的空气与水面二氧化碳气体进行接触混合，等待一定时间后使气体交换室7内的二氧化碳与空气进行充分反应便可启动取样模块进行气体采集，本装置为水-气界面二氧化碳交换提供了充足的交换环境，并能够保证气体的充分混匀，提高测量结果准确性，避免产生误差，满足湖泊水-气二氧化碳交换量的测量需求。

如图3所示，所述气体交换室7两侧开有抽样管安装孔，所述圆形通孔贯穿至所述测量箱1的顶部。

如图1、3所示，所述微型风扇8连接旋转电机15的输出轴，所述旋转电机15垂直安装于所述测量箱1的上方。

如图1所示，所述旋转电机15的输出轴安装于所述圆形通孔内。

需要说明的是，气体交换室7内二氧化碳与空气接触时，开启旋转电机15，旋转电机15的输出轴带动微型风扇8转动，微型风扇8能够将两种气体实现搅拌混匀，以使得气体样品测量更加精准，减少误差产生，以提升水-气界面二氧化碳交换量的质量，设计合理，减少人工混匀成本。

如图1、4所示，所述取样模块包括箱体框架16，所述箱体框架16安装于所述测量箱1外部，所述箱体框架16上安装有横梁，所述横梁上方安装有第二丝杆17，所述第二丝杆17连接活塞18，所述活塞18安装于取样瓶19内部，所述取样瓶19设置于所述测量箱1的顶部，所述箱体上设置有控制系统25。

如图1、4所示，所述第二丝杆17上有第二丝杆螺母20，所述第二丝杆螺母20连接传动杆21的一端，所述传动杆21的另一端连接所述活塞18底部，所述第二丝杆17连接第二伺服电机22，所述第二伺服电机22与所述第二丝杆17连接处固定第二联轴器23。

需要说明的是，当气体经过一段时间的充分混匀和接触之后，对气体交换室7内的气体进行多次取样，传统的湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量设备大多数不具备自动取样功能，且人工取样可能会生成误差值，故而在此装置的测量箱上设置有两个及以上的取样瓶19，提高气体取样速率，保证测量精准度，由于是多次采集样品，故优先启动设置于测量箱1左侧的取样瓶19采集，采集前，第二丝杆螺母20置于第二丝杆17的底部，此时第二伺服电机22启动，通过第二联轴器23的连接作用下驱动第二丝杆17转动，带动第二丝杆螺母20匀速向上移动，在传动杆21的连接下带动活塞18同步向上位移，使的气体交换室7内的气体抽取至取样瓶19内，此取样瓶19采集完毕后，控制系统在预设的时间间隔下依次启动测量箱剩余的取样瓶19进行气体样品采集，本装置能够对气体进行快速的采集取样，实现全自动的取样效果，节省人力成本输出，代替人工取样步骤，快速高效，取样精度高，减小测量时产生的误差值。

如图1、3所示，所述取样瓶19底部连接抽样管24，所述抽样管24安装于所述抽样管安装孔内。

如图1所示，所述取样瓶19内部安装有光谱二氧化碳传感器，所述光谱二氧化碳传感器连接控制系统。

需要说明的是，气体通过抽样管24输送至取样瓶19内，当取样瓶19内采集充满气体时，此时光谱二氧化碳传感器会自动检测二氧化碳浓度和交换量，并将测量结果反馈至控制系统，从而经过多次对比结果后生成测量报告，实现测量自动化，提高湖泊水-气界面二氧化碳交换量的测量效率，通过多次采集气体样本对比能够提升测量精准度，避免高频次的产生误差，同时当气体测量完成后，可控制第二丝杆带动活塞进行上下往复运动，对气体交换室内充入空气，从而代替人工添加空气的步骤，降低人工输出成本，省时省力，提升经济效益。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，所述测量装置包括气体交换机构和取样模块，其特征在于：

所述气体交换机构包括测量箱，所述测量箱底部设置有滑块，所述滑块连接于滑轨上，所述滑轨安装于箱体定位板上，所述箱体定位板两侧安装有第一丝杆，所述第一丝杆连接第一丝杆螺母，所述第一丝杆螺母设置于所述测量箱的两侧，所述测量箱的底部开有气体交换室，所述气体交换室顶部开有圆形通孔，所述气体交换室顶部安装有微型风扇；

所述取样模块包括箱体框架，所述箱体框架安装于所述测量箱外部，所述箱体框架上安装有横梁，所述横梁上方安装有第二丝杆，所述第二丝杆连接活塞，所述活塞安装于取样瓶内部，所述取样瓶设置于所述测量箱的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述第一丝杆限定安装于丝杆安装架上，所述丝杆安装架固定于所述箱体定位板上，且置于所述滑轨侧面。

3.根据权利要求2所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述第一丝杆连接第一伺服电机，所述第一伺服电机与所述第一丝杆连接处有第一联轴器，所述滑轨顶端设置有挡板。

4.根据权利要求3所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述箱体定位板上开设有气体通孔，所述箱体定位板下方设置有固定插桩。

5.根据权利要求1所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述气体交换室两侧开有抽样管安装孔，所述圆形通孔贯穿至所述测量箱的顶部。

6.根据权利要求1所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述微型风扇连接旋转电机的输出轴，所述旋转电机垂直安装于所述测量箱的上方。

7.根据权利要求6所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述旋转电机的输出轴安装于所述圆形通孔内。

8.根据权利要求1所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述第二丝杆上有第二丝杆螺母，所述第二丝杆螺母连接传动杆的一端，所述传动杆的另一端连接所述活塞底部，所述第二丝杆连接第二伺服电机，所述第二伺服电机与所述第二丝杆连接处固定第二联轴器。

9.根据权利要求1所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述取样瓶底部连接抽样管，所述抽样管安装于所述抽样管安装孔内。

10.根据权利要求9所述的一种湖泊水-气界面二氧化碳交换量测量装置，其特征在于，所述取样瓶内部安装有光谱二氧化碳传感器，所述光谱二氧化碳传感器连接控制系统。