专利名称：可自动升降水面气体取样漂浮箱的制作方法
技术领域：
可自动升降水面气体取样漂浮箱技术领域:[0001]本实用新型涉及可自动升降水面气体取样静态箱，特别是指一种可随水面高度升降的静态取样箱，主要用于沟渠、堰塘、河道、湖面及沼泽湿地水体表面气体排放连续观测。
背景技术：
:[0002]全球气候变暖已是不争的事实，人类活动影响导致的温室气体(二氧化碳、甲烷和氧化亚氮)排放是全球变暖的一大诱因。天然水体和湿地作为重要的温室气体自然排放源，日益受到人类活动较多的间接影响，如氮素流失、重金属等污染加剧及富营养化成为常见的水体环境问题。特别是流域河道和沟渠等自然水体，逐渐成为重要的温室气体间接排放源，在温室气体全球排放总量分布中占有重要地位。因此，有必要对沟渠、堰塘及沼泽湿地表面温室气体排放进行观测，以期对温室气体全球排放总量估算有所贡献。[0003]在生态系统温室气体排放观测中，密闭箱法、涡度相关法和微气象法等观测方法较为常用，其中应用最广的是静态箱法。静态箱法以其简单的设计、方便的操作和低廉的运作成本，深受广大科研工作者欢迎。但静态箱设计形状各异，就底面形状而言，有正方形和圆形的；箱体材料也有PVC塑料、聚碳酸酯板、玻璃钢和超薄不锈钢等；就高度而言，有高度可调节分体设计和高度固定一体设计；就透明度来讲，有透明箱和暗箱之分。不同的土地利用类型应当用不同的箱体设计。对于河道和沟渠等水体表层气体排放观测，应该使用漂浮箱，因为水体表面不同于土壤，不容易设置底座，也不容易密封，更不容易进行定点观测。因此对采样箱体和用料都有较高的要求。目前常见的漂浮箱设计，有的设有固定底座，但不易随水位高度调节，只适用于沼泽湿地等水位高度长时间稳定的环境；有些没有固定底座，灵活性较强，但在其横向移动过程中易造成水体扰动增大误差；有些设计箱体底面积较小，不易设置温度等辅助变量的观测接口，并且缺少气压平衡装置和换气装置，这将直接增大小空间痕量气体排放观测的系统误差，而且体积较小位置难固定，取样代表性不够，也不宜开展长时间连续定点观测。发明内容:[0004]针对上述问题，本实用新型的主要目的在于使用一种箱体可横向相对固定、纵向可随支架升降的静态漂浮箱，在箱体顶部设有换气装置和气压平衡装置，以提高水体表层温室气体排放观测的精度。[0005]为实现上述功能，本实用新型提供一种高度可自由升降的静态漂浮暗箱，其特征在于包含:[0006]一固定装置，包括四不锈钢支架、十二固定钢圈和二备用拉绳，所述固定支架采用优质不锈钢加工而成，长度足够长，以适应较高的水位，所述不锈钢支架底端尖锐，分五个较长的叉，保证支架深入底泥固定滑杆，以适应足够的水流速度和流量，所述固定钢圈由不锈钢加工而成，均匀无缝焊接于每块延伸钢片的外缘线，全箱体共计十二个钢圈，用以将滑杆支架穿过以固定，钢圈内径略大于支架不锈钢外径，所述备用拉绳采用优质尼龙材料，用以在水流过大时协助固定箱体；[0007]一主箱体，包括一超薄不锈钢主框架、四延伸钢片、四漂浮泡沫、一顶层泡沫和二手柄，所述主框架采用优质不锈钢加工而成，顶部和底面呈正方形、无底中空的长方体，箱体高度低于30厘米，以控制总体总量并保证气体取样的均一性，底面边长大于50厘米，在两个侧边交界处沿底面正方形对角线方向向外延伸出一块延伸钢片，与相邻的两边无缝焊接，这样在长方体箱体四个角共延伸出四块延伸钢片，所述漂浮泡沫和顶层泡沫均采用空心玻璃微珠填充聚苯并咪唑制得的闭孔型泡沫塑料，质轻且耐高温，漂浮性强，隔热性好，吸水率低，性能显著优于普通泡沫塑料，适宜于长期野外高温高湿环境观测工作，五块漂浮泡沫分别固定于箱体四周延伸钢片之间和顶部，除底面外，整个箱体四周及顶部再包覆反光材料，这样可保证箱内空气达到最好的隔热环境，所述二手柄分别固定于箱体外侧；[0008]一换气装置，包括一蓄电池、一连接线和一风扇，所述风扇功率较低，风力较缓，固定于箱体顶端和二侧面交界处，沿对角线向斜下方安置，用于在取样之前排出箱内积聚的气体和在采样点之间移动箱体时将前一采样点的余气排出；[0009]一主取气装置，包括一主取气口、一温度探头和二气压平衡装置，所述主取气装置固定于箱体顶部，位于顶部中心位置，采用不锈钢细管制成，长度以达到箱体高度的中心位置为宜，取气管下端采用锥形设计，以保证在较小空间内取气的均匀性，所述温度探头接口与风扇连接接口对称分布于主取气口的两侧，二者连线垂直于顶层正方形边线，所述二气压平衡装置沿顶部对角线对称固定于主取气口的两侧，能保证罩箱过程箱内外气压的平衡，所述取气管、温度探头和气压平衡管均通过快拧式塑料接口固定于箱体顶部，这种接口具有较强的弹性，能保证各种管线的顺利通过和箱体的气密性。[0010]采用了上述技术方案的本实用新型具有以下优点:[0011]1、漂浮箱设有固定支架，可助箱体在固定点位随水面高度升降，大大节省了固定底座升降的劳动力，增强了箱体的易用性，辅以备用拉绳的协助，与普通漂浮箱相比，具有横向固定，纵向易调节的特性，可更精确的开展定点观测。由于其漂浮性，四个支架插入底泥的深度可以不同，可方便观测近岸水面和较深的河、湖中部水面。[0012]2、箱体底面采用陆地静态箱最常用的正方形设计，能覆盖尽可能多的水体表面，保证了取样的代表性。箱体顶部设置了两个气压平衡装置、一个换气装置和一个温度探头接口，充分保证了观测的精度。取气管底部圆锥形设计，能保证较小空间内取气的均一性。[0013]3、箱体主框架、固定支架和固定钢圈均由优质不锈钢构成，重量轻、强度高；箱体漂浮材料采用较先进的空心玻璃微珠闭孔型泡沫塑料，漂浮性强、隔热性好，并且吸水率低，大大增强了箱体的易用性和观测效率。相比PVC塑料类主框架，不锈钢主框架加轻型泡沫使有一定重量，增加了横向稳定性和纵向漂浮性。
:[0014]图1是本实用新型总体构造正视图[0015]图2是本实用新型总体构造侧面剖面图[0016]图3是本实用新型主体构造俯视图[0017]图4是本实用新型主体构造仰视图[0018]图5是本实用新型箱体主框架结构图[0019]图6是本实用新型固定支架和主框架连接处局部放大图[0020]图7是本实用新型固定支架下端局部放大图和俯视图具体实施方式
:[0021]如图2所示，本实用新型水面气体取样漂浮箱包括一固定装置10、一主箱体20及一辅助取气装置30三部分。[0022]固定装置10包括不锈钢支架11、固定钢圈12及备用拉绳13。不锈钢支架11如图1和图2所示，共有4根，为圆柱形不锈钢支架，每根底部插入底泥的部分较尖锐，其底部另外焊接4个分叉111以保证充分的横向固定强度。将箱体沿支架11穿入焊接于延伸钢片22上的固定钢圈12，保证其在纵向上的稳定性，钢圈12由不锈钢制成，内径略大于不锈钢支架11的外径。如遇较大的水流速度，可借助备用拉绳13，将其栓在钢圈12上，以在横向辅助固定箱体。[0023]如图2和图3所示，主箱体20包括不锈钢主框架21、延伸钢片22、漂浮泡沫23、外敷反光材料24和手柄25。主框架21包括4个侧面和一个顶面，顶面预留数个小孔以安装接头331。延伸钢片22焊接于主框架21的反对角线方向，两片延伸钢片22和主框架21的一个侧面之间固定泡沫塑料23(共4块)。如图2所示，在主框架21顶面上部覆盖顶层泡沫塑料231，其中部也预留数个孔道以安装各取气装置的接口。除底面外，整个主箱体外侧都包覆反光材料24，即起粘合作用又起反光隔热作用。二个手柄25固定于箱体外侧。[0024]如图3和图4所示，辅助取气装置30包括，气体主取气装置31、换气装置32、温度探头33和气压平衡装置34。通过快拧接口 331，这些装置与外接的取气和测量设备相连接。换气装置风扇32通过连接线322与蓄电池321相连接，打开蓄电池321开关即可启动风扇32，将箱内余气排出。取气管31通过接口 331与箱外取气装置如注射器(手动取样)或延长取气管(如箱体固定位置离坡岸较远)或自动取气管(自动取气系统)相连，以取出箱内气体。[0025]现结合图2、图3和图4说明本实用新型的野外安装及具体使用方式。在试验地选好观测点，依上述说明，将所有相关装置准备好，其中不锈钢支架11的总长度要根据观测点中长期水位高度上限进行设定，不易过长或过短。如果在水体近岸边观测，操作人员站立在岸边即可，如果对水体中央部位观测，则需借助搭桥或小船等工具进行固定支架的安装，两种方式均需避免操作人员对采样点底泥和水体的扰动。选好点位后，将4根不锈钢支架11插入底泥并相对固定位置，插入深度要足够深，以确保其横向支撑力，如果观测点接近岸边且水流较缓，则只需2根不锈钢支架11，操作人员站在岸边将其固定在靠岸这一侧即可，这种情况下，箱体另外两个角是直接悬浮于水面的。支架固定好后，取主箱体，连接好换气装置32，打开蓄电池321开关，将箱内积聚的气体排出，利用手柄25的辅助，将主箱体4个外角上的固定钢圈12依次套入支架11，这时箱体沿固定支架11下沉到水面，此时要根据箱体的平衡程度继续调整不锈钢支架11的插入深度和水平位置，确保主箱体能稳定的漂浮于水体表面。如果水流速度较快，主箱体在不锈钢支架11的支撑下不稳定，有沿水流方向横向移动的趋势，则需要使用备用拉绳13，在主箱体逆水流方向一侧，找两列固定钢圈12中的最下面两个，各栓I条备用拉绳13，根据情况将其固定于两岸或一侧岸边，如取样点在水面较宽水流较大的河中央部位，则将其固定于采样踏板或其它固定的辅助采气通道上。注意，为避免安装过程对采样的物理扰动，不锈钢支架11的固定和拉绳13的安装要至少提前I小时完成。主箱体固定后，即可开始静态箱法取气操作。
权利要求1.一种可自动升降水面气体取样漂浮箱，其特征在于，包含: 一固定装置，包括四固定支架、十二固定钢圈和一备用拉绳，所述固定支架下端尖锐分叉，所述固定钢圈均匀固定于主箱体延伸钢片的外缘； 一主箱体，包括一不锈钢主框架、四延伸钢片、四漂浮泡沫、一顶层泡沫、一反光层和二手柄，所述主框架中空底面不封闭，所述延伸钢片沿对角线焊接于主框架的外侧，所述漂浮泡沫固定于二个延伸钢片和主框架一个侧面的外侧，所述顶层泡沫固定于顶层钢片正上方，所述反光层外敷于除底面外整个箱体的外侧，所述手柄固定于箱体两侧； 一辅助取气装置，包括一主取气口、一换气装置、一温度测定装置和二气压平衡装置，所述主取气口位于顶面的中心位置，所述换气装置由蓄电池、连接线和小功率风扇组成，所述温度测定装置通过接口固定于箱体内部，所述气压平衡装置，沿对角线对称分布于主取气口两侧。
2.如权利要求1所述的可自动升降水面气体取样漂浮箱，其特征在于，所述固定装置包括不锈钢支架、钢圈和拉绳，所述主箱体包括超薄不锈钢框架、延伸钢片和超轻泡沫，所述辅助取气装置包括换气和气压平衡装置。
3.如权利要求1和2所述的可自动升降水面气体取样漂浮箱，所述固定支架和固定钢圈均由优质不锈钢制作，防锈防蚀性能良好，所述主框架和延伸钢片均由超薄不锈钢加工而成，在降低重量的同时，坚固耐用，可确保箱体长时间用于野外观测。
4.如权利要求1和2所述的可自动升降水面气体取样漂浮箱，其特征在于，所述漂浮泡沫和顶层泡沫采用空心玻璃微珠填充聚苯并咪唑制得的闭孔型泡沫塑料，质轻且耐高温，漂浮性强，隔热性好，吸水率低，性能显著优于普通泡沫塑料。
5.如权利要求1和2所述的可自动升降水面气体取样漂浮箱，其特征在于，在箱体空间设置了换气装置和两个气压平衡装置。
专利摘要本实用新型公开了一种可自动升降水面气体取样漂浮箱，属于水体痕量气体观测领域，包括固定支架、主箱体和辅助取气装置三部分。其中固定支架由优质不锈钢加工而成，下端有尖锐分叉，能很好的起到固定箱体的作用；主箱体由超薄不锈钢外敷新型超轻泡沫塑料和反光隔热层组成，这种固定支架和箱体设计能保证箱体稳定的漂浮于水面；辅助取气装置包括主取气口、换气装置、温度测量及气压平衡装置，可确保观测的精度。本实用新型可用于流域沟渠、河流、湖泊和沼泽等湿地系统温室气体取样。
文档编号G01N1/22GK202974729SQ201220644969
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者秦晓波, 李玉娥, 万运帆, 高清竹, 廖育林, 范美蓉, 刘硕, 马欣 申请人:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所