干湿沉降采样器及采样方法与流程

本发明涉及辐射环境沉降采样技术领域，尤其涉及一种干湿沉降采样器及采样方法。

背景技术：

空气中干湿沉降物是我国辐射环境监测法规及标准规定的重要监测项目(环发[2012]16号、环核设函[2014]10号、GB 12379、HJ/T61以及NB/T 20246等)，野外沉降物采集是实现放射性测量的关键步骤。目前对于干沉降一般要求连续采样，每季度进行一次总放、Sr-90以及γ核素分析；降水则要求逢雨(雪)必采，一般每月或每季度进行一次H-3、Sr-90和γ核素分析。

现有的辐射环境沉降物采样装置的干、湿沉降采集功能基本独立。干沉降采集主要有干法和湿法两种采集方法，干法采集最接近自然状况下的沉降过程，由于无法避免已经进入容器的降尘“二次起尘”，集尘效率较低；湿法采集的集尘效率高，但需要定期加水，操作复杂。湿沉降的采集需要在降雪和冰雹样品采集过程中进行加热，同时需要对零度以下的降水样品进行保温和储存，还需要连接外电且耗电量较大。在干、湿沉降功能的切换方面，通常利用短路电信号或光信号或杠杆式弹簧触片对降水进行感应，依靠采集桶盖的平移或翻转动作完成干、湿沉降采集功能的切换，长期使用误操作率高或灵敏性变差。此外，辐射环境中干湿沉降物的采样量，还应满足放射性核素分析的要求，例如对于降水中Sr-90的测量，磷酸萃取色层法要求水样不低于40L。特别是在气候干燥、降水量较少的地区，现有辐射环境干湿沉降采样装置每月或每季度的采样量通常无法满足放射性核素分析的要求，当月或当季度的样品只能顺延至下月或下一个季度测量。

因此，设计一种收集效率高、可靠性强、操作简单且满足放射性核素分析要求的辐射环境干湿沉降采样器是十分必要的。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种干湿沉降采样器及相应沉降采样方法，以实现集尘效率高且操作简单、零度以下降水样品保存方便、干湿沉降功能切换装置性能稳定的沉降采样，从而满足辐射环境监测工作中对空气中降尘和降水的采集要求。

根据本发明的第一方面，提供了一种干湿沉降采样器，用于采集外部环境中的降尘和降水，采样器包括：上采集装置，其上部向外部环境敞开，用于采集降尘和降水；下采集装置，其位于上采集装置下方，并与上采集装置连通，用于接收上采集装置采集到的降尘和降水；降尘储存装置，其连接到下采集装置，用于当下采集装置中的液位降至第一液位时收集下采集装置中的液体；降水储存装置，其连接到下采集装置，用于当下采集装置中的液位升至第二液位时收集下采集装置中的液体；液位控制装置，其位于下采集装置中，用于感测下采集装置中的液位，并依此控制液体流向降尘储存装置或降水储存装置。

优选地，干湿沉降采样器还包括湿法集尘装置，其位于上采集装置内部，用于对落入上采集装置的降尘进行湿法采集。湿法集尘装置可以包括旋转喷洒器和降尘刷。进一步优选地，干湿沉降采样器还包括水箱和加热装置，水箱用于为旋转喷洒器供水，加热装置用于为水箱加热。干湿沉降采样器还可以包括保温管网，保温管网连接到水箱，其中循环流动来自水箱的热水，用于对上采集装置、下采集装置、降尘储存装置、降水储存装置进行保温。

优选地，液位控制装置包括浮球液位器。

优选地，干湿沉降采样器还包括太阳能电板和蓄电池，用于提供热能和电能。干湿沉降采样器还可以包括加热装置，用于对上采集装置进行加热。

优选地，干湿沉降采样器还包括溢流阀，其一端连接到降水储存装置的上部，另一端通往采样器外部。

优选地，干湿沉降采样器还包括防护罩，用于防止外部杂质或动物进入采样器。

优选地，干湿沉降采样器还包括控制装置，控制装置包括温度控制单元、液压控制单元、时间控制单元、湿度传感器、微处理器以及阀门、水泵和旋转喷洒器控制电路。

根据本发明的第二方面，提供了一种干湿沉降采样方法，使用前述干湿沉降采样器进行干湿沉降采样，采样方法包括步骤：上采集装置采集降尘和降水；上采集装置采集到的降尘和降水流入下采集装置；液位控制装置感测到下采集装置中的液位升至第二液位时，使下采集装置中的液体流入降水储存装置；液位控制装置感测到下采集装置中的液位降至第一液位时，使下采集装置中的液体流入降尘储存装置。

优选地，下采集装置中的液体流入降尘储存装置后，对落入上采集装置的降尘进行湿法采集。

与现有技术相比，根据本发明的技术方案能够高效收集沉降、可靠性强、操作简单且满足放射性核素分析要求。具体而言，本发明利用上、下采集装置和阀门，使降水和降尘采集单元集为一体。本发明采用湿法采集降尘，并使用旋转喷洒器和降尘刷定期对降尘样品进行清理，显著提高了集尘效率，且操作简单。本发明利用浮球液位器对下采集装置中的液位进行感应，作为降水条件的判断，避免了采集桶盖的平移或翻转动作，灵敏度高且可靠性强。本发明利用太阳能电板和蓄电池提供热能和电能，便于在野外使用。本发明设有防护罩，可以防止杂质进入样品储存容器，同时还可以有效防止鸟类饮水。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的干湿沉降采样器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的干湿沉降采样方法的流程示意图；

图3是根据本发明优选实施例的干湿沉降采样器的结构示意图；

图4是根据本发明优选实施例的旋转喷洒器的结构示意图；

图5是根据本发明优选实施例的上采集装置和下采集装置的连接示意图；

图6是根据本发明优选实施例的控制装置的结构示意图。

在这些附图中，使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“在一个实施例中”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

图1示出根据本发明实施例的用于采集外部环境中的降尘和降水的干湿沉降采样器100。

干湿沉降采样器100包括上采集装置102、下采集装置104、降尘储存装置106、降水储存装置108和液位控制装置105。

上采集装置102上部向外部环境敞开，用于采集降尘和降水。在上采集装置102内部可以设置湿法集尘装置，用于对落入上采集装置102的降尘进行湿法采集。湿法集尘装置可以包括旋转喷洒器和降尘刷。

下采集装置104位于上采集装置102下方，并与上采集装置102连通，用于接收上采集装置102采集到的降尘和降水。

降尘储存装置106连接到下采集装置104，用于当下采集装置104中的液位降至第一液位时收集下采集装置104中的液体。

降水储存装置108连接到下采集装置104，用于当下采集装置104中的液位升至第二液位时收集下采集装置104中的液体。第二液位高于第一液位。 干湿沉降采样器100可以包括溢流阀，其一端连接到降水储存装置108的上部，另一端通往采样器100外部。

液位控制装置105位于下采集装置104中，用于感测下采集装置104中的液位，并依此控制液体流向降尘储存装置106或降水储存装置108。液位控制装置105可以包括浮球液位器等。

干湿沉降采样器100还可以包括水箱和加热装置，水箱用于为旋转喷洒器供水，加热装置用于为水箱加热，并且还可以对上采集装置进行加热。干湿沉降采样器100还可以包括保温管网，保温管网连接到水箱，其中循环流动来自水箱的热水，用于对上采集装置102、下采集装置104、降尘储存装置106、降水储存装置108进行保温。

干湿沉降采样器100还可以包括太阳能电板和蓄电池，用于提供热能和电能。

干湿沉降采样器100还可以包括防护罩，用于防止外部杂质或动物进入采样器。

干湿沉降采样器100还可以包括控制装置，控制装置包括温度控制单元、液压控制单元、时间控制单元、湿度传感器、微处理器以及阀门、水泵和旋转喷洒器控制电路。

图2示出根据本发明实施例的使用图1所示干湿沉降采样器100的干湿沉降采样方法。

在步骤S202中，上采集装置102采集降尘和降水。

在步骤S204中，上采集装置102采集到的降尘和降水流入下采集装置104。

在步骤S206中，液位控制装置105感测到下采集装置104中的液位升至第二液位时，使下采集装置104中的液体流入降水储存装置108。

在步骤S208中，液位控制装置105感测到下采集装置104中的液位降至第一液位时，使下采集装置104中的液体流入降尘储存装置106。

在一个优选实施例中，下采集装置104中的液体流入降尘储存装置106后，对落入上采集装置102的降尘进行湿法采集。

接下来描述根据本发明一个优选实施例的干湿沉降采样器，如图3所示。一种辐射环境干湿沉降采样器，包括上采集斗1、降尘刷2、旋转喷洒器3、下采集斗4、浮球液位器5、降尘储存瓶6、降水储存装置7、水箱8、控制装置9、太阳能电板10、太阳能加热装置11、三通阀12、降水收集阀13、溢流阀14、降尘收集阀15、多通阀16、水箱控制阀17和保温管网18；上采集斗1、下采集斗4和旋转喷洒器3通过法兰19连接，旋转喷洒器3与降尘刷2相连，降尘刷2位于上采集斗1内侧，浮球液位器5安装在下采集斗4内部；控制装置9与降尘刷2、浮球液位器5、水箱8、太阳能电板10、太阳能加热装置11和阀门12-17连接；太阳能加热装置11对水箱8进行保温，水箱8与保温管网18相连，保温管网18对上采集斗1、下采集斗4、降尘储存瓶6和降水储存装置7进行保温；太阳能电板10对蓄电池20进行充电，上采集斗1外侧有电加热套21，电加热套21可以通过蓄电池20或外部电源对上采集斗1进行电加热；水箱8通过水泵22为旋转喷洒器3提供喷洒水，同时为保温管网18提供循环热水。

降水储存装置7是一种分段式储存装置，溢流阀14与降水收集管线上的多通阀16并联，可有效预防大雨情况时的溢流。太阳能发电板10配套的蓄电池20还能连接外部电源进行充电。

降水时，下采集斗4中的液位逐渐上升，浮球液位器5的上液位开关被触发，控制装置9控制降水收集阀13开启，降水先后通过上采集斗1和下采集斗4被收集至降水储存装置7中。

降水停止时，下采集斗4中的液位随蒸发而逐渐下降，降水收集阀13关闭，当液位下降至一定程度时，浮球液位器5的下液位开关信号被触发，降尘收集阀15开启，下采集斗4中湿法收集到的降尘被储存至降尘储存瓶6中。随后，控制装置9控制降尘收集阀15关闭，旋转喷洒器3和降尘刷2先后启动，旋转喷洒器3向上采集斗1喷洒一定量的水，降尘刷2随后旋转数周，上采集斗1侧壁上的降尘通过湿法被收集至下采集斗4中，下收集斗4中的水位再次达到一定高度，继续降尘样品的湿法采集。

下面描述该优选实施例的旋转喷洒器3的细节，如图4所示。旋转喷洒器3由齿轮3-1、喷洒单元3-2、固定轴3-4和防护罩3-5组成，齿轮3-1与 控制装置9相连，喷洒单元3-2通过水箱控制阀17与水箱8相连，喷洒单元3-2设有若干喷洒孔3-3，固定轴3-4贯穿旋转喷洒器底座3-6、齿轮3-1和喷洒单元3-2，浮球液位器5垂直安装在固定轴3-4上，防护罩3-5为不锈钢栅网。

接下来描述该优选实施例的上采集斗1、下采集斗4和旋转喷洒器3的连接，如图5所示。上采集斗螺孔1-1和下采集斗螺孔4-1通过螺栓23连接，旋转喷洒器底座3-6与上采集斗1通过螺纹连接，下采集斗4为带有刻度的透明容器，以便观察下采集斗4中的液位高度。

图6示出该优选实施例的控制装置9的结构示意图。控制装置9包括温度控制单元9-1、液压控制单元9-2、时间控制单元9-3、湿度传感器9-4、微处理器9-5以及阀门、水泵和旋转喷洒器控制电路9-6，温度控制单元9-1根据上采集斗1、下采集斗4、水箱8、降尘储存瓶6和降水储存装置7的温度启动相应的加热和保温措施，液压控制单元9-2根据浮球液位器5的触发信号分别对旋转喷洒器3、降尘收集阀15和降水收集阀13进行控制，时间控制单元9-3可以对采样时间进行设定，同时还可以对旋转喷洒器3、降尘刷2的启动频率进行设定，湿度传感器9-4通过对近地面处空气湿度的测量，作为判断是否降水的辅助条件。

通过本发明实施例的干湿沉降采样器和采样方法，降水和降尘采集单元集为一体，样品采集单元占用体积减小，同时避免了采集桶盖的平移或翻转动作。采用湿法采集降尘，并使用旋转喷洒器和降尘刷定期对降尘样品进行清理，显著提高了集尘效率。利用浮球液位器对下采集斗中的液位进行感应，作为降水条件的判断，灵敏度高且可靠性强。利用太阳能电板和蓄电池提供热能和电能，便于在野外使用。下采集斗设有防护罩，可以防止杂质进入样品储存容器，同时还可以有效防止鸟类饮水。降水储存装置安装有溢流阀，可有效预防大雨情况下的溢流。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。