一种便携式降水同位素采样器的制作方法

本发明涉及一种为研究大气降水同位素而设计的野外便携式降水采样器。

背景技术：

同位素水文学是一门应用同位素理论与方法研究水文学问题的学科。从20世纪50年代末提出至今，同位素水文学作为一门独立的学科已得到长足的发展，其研究及应用领域也不断扩大。如今，同位素水文学理论已广泛应用于水文、水资源、水环境及地质等诸多领域，特别在水汽来源、降雨径流关系、干旱半干旱地区的水资源评价、地下水补给、气候变化和水循环等研究领域中，应用尤为普遍。而作为上述研究领域的背景资料和前提基础，降水同位素数据的获取及准确反映就变得尤为重要。由于降水采样器大多设置在野外且降水时间很难预知，所以，每次降水结束后水样都难以及时密封储存并监测分析。水样长时间地暴露在户外，不仅容易发生水分的蒸发还会与外界水分进行交换，从而导致降水样品的同位素含量失真，不能准确反映降水原始的同位素特征。所以，要想准确反映降水的同位素含量，就必须对降水样品进行精细化采集，降水采样器就必须解决好水样蒸发和与外界水分同位素交换的问题。

现有的降水采样器大多数都与外界环境相联通，最多是缩小蒸发面积，达到减少部分水分蒸发的目的，但无法完全阻止收集水样的蒸发、扩散以及与外界水分子的交换，不能满足降水同位素采样的要求。还有一些电机驱动的自动降水采样器，其虽然在传感器和电子控制器的控制下，根据降水是否发生而自行启闭密封盖，减少收集水样的蒸发、扩散以及与外界水分子的交换，但该系列装置结构复杂，造价昂贵，体积大，故障率高，很难在野外推广使用。故现在急需提供一种科学的便携式降水同位素采样装置。

技术实现要素：

为了解决现有降水采样装置所存在的缺陷和不足，本发明旨在提供一种结构简单，密封性好，造价低廉，适宜在野外推广使用的便携式降水同位素采样器。该采样器确保其方便在野外采集降水的同时，能有效防止水样污染、蒸发及与外界水汽同位素的交换，从而获得真实可靠的降水同位素数据。为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案来实现：

一种便携式降水同位素采样器，主要包括降水收集漏斗、拦污网、通气孔、进水口、通 气软管、输水导管、储水套管、浮标、出水口和固定支架。所述的降水收集漏斗位于整个采样器的最上部，漏斗上截面为圆形开口，下端有一大一小两个同心圆连接口，外侧大口与储水套管连接，内部小口与进水口连接。所述的拦污网为不锈钢薄片筛网，安装于收集漏斗内。所述的进水口上端与收集漏斗连接，下端与输水导管连接。所述的浮标为外环直径略小于储水套管内径，内环直径略大于输水导管外径的塑料圆环，套在输水导管上，可沿输水导管上下移动。所述的储水套管上端与收集漏斗下端接口相连，下端与出水口相连，起到保护内部构件和储水的目的。所述的通气软管为长度大，内径小的硅胶软管，其一端与通气孔连接，并以储水套管为中心轴螺旋式缠绕固定。所述的采样器可套装在固定支架上，固定支架底部为钢钉构造，便于采样器安装在野外。

本发明具有以下优点和积极效果：

本发明采用3道技术措施来满足降水同位素采样要求，分别是旋转挡板，通气软管和浮标。当降水汇入进水口时，旋转挡板受侧向水压力影响打开进水口，当降水结束后，挡板受重力及内部磁块吸力影响关闭进水口，从而控制采样器内空气流动性，抑制收集水样的蒸发与扩散。通气软管采用长2m，内径3mm的硅胶软管，其不仅平衡了采样器内、外气压，使降水顺畅汇入采样器，还由于其长度长，内径小，减小了采样器内外水汽的浓度梯度，抑制了内外水汽的扩散与交换。浮标为外环直径48mm，内环直径24mm，厚15mm的塑料圆环，其外环直径略小于储水套管内径，内环直径略大于输水导管外径，套在输水导管上，安装于储水套管内部，漂浮于水样液面，随水样液面高低而上下浮动，不仅减小了水样与空气的接触面积和蒸发面积，抑制了水样在采样器内部的再蒸发和再扩散，还可配合储水套管管壁标记的降水量刻度，作为水量指针，直接进行降水量数据的读取。本发明下端采用旋钮式出水口设计，方便水样转移至密封瓶内带回实验室内测量分析。

此外，本发明结构简单，密封性好，体积小巧，造价低廉，非常适宜在野外大面积使用。

附图说明

图1(a)为本发明的结构示意图；图1(b)为本发明的纵向剖视图；

图2(a)为本发明收集漏斗及通气管的结构示意图；图2(b)为本发明收集漏斗及通气管的纵向剖视图；

图3(a)为本发明进水口的结构示意图；图3(b)为本发明进水口的纵向剖视图；

图4(a)为本发明出水口的结构示意图；图4(b)为本发明出水口的纵向剖视图；图4(c)为本发明出水口旋钮开关的结构示意图；

图5为本发明的安装示意图；

图6为本发明安装在野外的整体结构示意图；

图中标记分别表示：1为降水收集漏斗，2为拦污网，3为通气孔，4为进水口，5为通气软管，6为输水导管，7为储水套管，8为浮标，9为出水口，10为旋钮开关，11为进水口挡板，12为固定支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，所述的输水导管(6)为内径20mm，长680mm的有机玻璃管，其上端与进水口(4)套接。所述的浮标(8)为外环直径48mm，内环直径24mm，厚15mm的塑料圆环，其外环直径略小于储水套管内径，内环直径略大于输水导管外径，套在输水导管(6)上，安装于储水套管(7)内部，漂浮于水样液面，随水样液面高低而上下浮动。所述的储水套管(7)为内径50mm，长700mm的有机玻璃管，其上端与收集漏斗(1)套接，下端与出水口(9)套接，管壁标有降水量刻度，可直接进行降水量的读取。

如图2所示，所述的降水收集漏斗(1)为高密度聚乙烯材质，位于该采样器的最上部，漏斗上截面为直径100mm的圆形开口，漏斗口管壁呈刃状，利于切割雨滴，精确集雨量。漏斗中部有一横向突出的圆柱形通气孔(3)，用于平衡采样器内外气压。漏斗下端有一大一小两个同心圆接口，外侧大口用于连接储水套管(7)，内部小口用于连接进水口(4)。所述的拦污网(2)为不锈钢钢丝制成的孔隙为2mm*2mm的薄片筛网，置于降水收集漏斗(1)内，防止树叶等杂物掉入采样器内影响降水收集。所述的通气软管(5)为长2m，内径3mm的硅胶软管，其一端与通气孔(3)连接，并以储水套管(7)为中心轴螺旋式缠绕固定。

如图3所示，所述的进水口(4)为高密度聚乙烯材质，上端与收集漏斗(1)连接，下端与输水导管(6)连接，进水口(4)下部有一沿水平轴旋转的挡板(11)，挡板下端内置永久磁铁块，进水口(4)下端管壁内置铁块，当降水汇入进水口(4)时，挡板(11)受侧向水压力影响，沿水平轴上旋打开进水口(4)，当进水口(4)无水时，挡板(11)受重力及下端磁块吸力影响，沿水平轴下旋关闭进水口(4)。

如图4所示，所述的出水口(9)为高密度聚乙烯材质，内安装一旋钮开关(10)，可通过旋转旋钮开关(10)达到启闭出水口(9)的目的。

如图5、图6所示，将上述构件经严格清洗干净并干燥后，依次连接好安装在1.3m高的固定支架(12)上，以避免降水时周围地面水体溅入采样器内，造成水样污染。当有降水到来时，雨水就会通过拦污筛网(2)，由收集漏斗(1)汇聚，汇流到进水口(4)处，挡板(11)受侧向水压力影响，沿水平轴上旋打开进水口(4)，挡板(11)可根据雨强大小，自动控制 进水口(4)开口大小。降水结束，挡板(11)受重力及磁吸力作用自动下落，关闭进水口(4)。工作人员可在收集水样时旋转出水口(9)的旋钮开关(10)达到启闭出水口(9)的目的，用配套的瓶子密封储存水样，并移至实验室内测量和分析。储水套管(7)管壁上标有降水量刻度，可根据浮标(8)位置直接进行降水量的读取。