一种可自动收集不同降雨时段水样的装置的制作方法

本发明属于大气环境采样监测领域，特别是一种可自动收集不同降雨时段水样的装置。

背景技术：

在大气质量的监测中，雨水中污染物浓度的监测，尤其是对初期雨水监测是必不可少的一项工作。由于降水中污染物的浓度随降雨时长增加呈逐渐递减状态，且各个地方由于污染情况不同，所以同一时间段内污染物浓度往往不一，这就需要精确且因地制宜地收集不同降雨时段的雨水样本进行分析。

传统的采集方法一次只能采集一场雨的平均总体水样，无法精确到各个时段。特别是当长时间降雨时，粗略的估计会对大型水体污染物平衡造成与真实值变化过程或高或低的巨大偏差，从而对分析水气污染分布情况，准确测算水体环境容纳量等工作造成极大困难。

现有技术中里，例如专利号为200710056667.3的专利“降雨降尘分时段多功能全自动采样器”，该装置通过设置一个旋转托盘，旋转托盘上装有若干个收集杯，，旋转托盘旋转托盘和上方设有一个收集口，雨水从收集口流进收集杯中；通过控制器控制旋转托盘的转动，完成不同时段的雨水的收集。这种装置中使用了较多的电子电路控制方式，以及雨水感应控制器、光偶感应器等电子元器件。这种元器件由于自身所采用的技术原理的问题，在运转时容易受到外界干扰，且长期使用容易损坏，精度也会产生影响。收集杯缺少自动收集完雨水后的密封功能，在旋转托盘转动时雨水容易洒出。收集杯也不易单独取出进行研究，取出一个收集杯，必然需要打开箱体，对后续收集杯的雨水收集将产生明显影响。

技术实现要素：

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种可自动收集不同降雨时段水样的装置，具体通过以下技术实现。

一种可自动收集不同降雨时段水样的装置，包括收集盘、第一收集管和若干第二收集管，所述收集盘内部设有计时开关，所述第一收集管和第二收集管插在所述收集盘表面向内凹陷的收集管座内；

所述第一收集管为内部中空的圆柱形，所述第一收集管顶部铰接有半圆形的管盖，所述管盖朝向所述第一收集管内部倾斜设置；所述管盖在铰接处设有弹簧，所述弹簧的弹力使所述管盖与所述第一收集管内壁倾斜抵接；所述管盖末端设有铁片，所述第一收集管内壁设有电磁铁；所述管盖抵接时所述铁片刚好于电磁铁接触；所述第一收集管内的底部设有夹层，所述夹层内设有蓄电池；所述夹层上方设有浮动块，所述浮动块通过限位滑轨相对于所述第一收集管内壁升降滑动；所述浮动块包括水平设置的第一支块和竖直设置在所述第一支块上的第二支块；所述第一收集管内壁另设一按压开关，所述管盖抵接时所述按压开关刚好位于所述管盖末端下方；所述第一收集管和第二收集管均与所述收集管座通过插座或金属触点连接；所述按压开关与所述蓄电池、电磁铁形成串联电路；所述第二收集管结构与第一收集管相同；

第一收集管和第二收集管插入收集管座时，所述计时开关与所述第一收集管的电磁铁并联，所述计时开关与第二收集管的按压开关并联。

上述装置的技术原理和使用方法为：

(1)将第一收集管和若干第二收集管插入收集管座内，使计时开关与第一收集管的电磁铁并联，使计时开关与第二收集管的按压开关并联(根据电路的基本常识，即等同于第二收集管的按压开关与第二收集管的蓄电池和电磁铁的整体并联)。第一收集管和第二收集管的按压开关在初始状态为断开状态。此时，根据上述电路的设计，第一收集管的电磁铁初始状态为未工作状态；第二收集管的蓄电池、电磁铁和计时开关处于通路状态，电磁铁初始状态为工作状态。电磁铁工作时，管盖末端的铁片被电磁铁吸住，使整个第一收集管或第二收集管处于密封状态，外部的雨水及其他杂物无法渗透进入内部；电磁铁未工作时，管盖末端的铁片未被电磁铁吸住，管盖和电磁铁之间只依靠铰接处的弹簧抵接在一起。

在计数器中预先设定需要收集雨水的时刻(例如可以设置为监测到开始下雨后第30、60、90、120min等时刻开始收集)。上述装置设置好以后，放置在需要收集降雨的露天场所，等待降雨。

(2)由于管盖向第一收集管内部倾斜设置，使管盖上方和第一收集管的管壁包围成了一个能够承接少量雨水的空间。降雨过程开始后，雨水逐渐在这个空间内积累。由于第一收集管的管盖只依靠铰接处的弹簧与电磁铁抵接，因此当积累的雨水达到一定量后，雨水的重力作用大于铰接处的弹簧的弹力作用，将会使管盖向下转动，使管盖和管壁之间产生缝隙，积累的雨水将会顺着缝隙流入第一收集管内。

(3)随着第一收集管内的雨水增多，液面升高，第一收集管内的浮动块也随着液面逐渐上升。

(4)当浮动块上升至一定高度时，浮动块的第二支块与管盖接触并将管盖顶起，当将管盖顶至与第一收集管内壁重新抵接时，浮动块的第一支块刚好按压第一收集管内壁的按压开关。此时第一收集管的电磁铁、蓄电池、按压开关和计时开关之间形成并联的通路，蓄电池的电流同时经过计时开关和电磁铁。计时开关在受到电流作用后开始持续计时。

(5)以收集雨水的时间间隔为30min为例，当计时开关计时至经过30min时，计时开关针对任意一个第二收集管的蓄电池和电磁铁进行工作，使原本通路的第二收集管的蓄电池、电磁铁和计时开关形成断路，电磁铁与该第二收集管的管盖之间磁力消失，该第二收集管的管盖和管壁之间只存在抵接关系。此时，与第(2)步的过程类似地，雨水在重力作用下使该第二收集管的管盖向下转动而产生缝隙，积累的雨水将会顺着缝隙流入第一收集管内。随后类似地重复第(3)、(4)步的过程，该第二收集管内浮动块的第二支块重新顶起管盖，并刚好按压该第二收集管内壁的按压开关，使按压开关、蓄电池和电磁铁直接形成通路，电磁铁工作产生磁力，与管盖重新吸在一起。

(6)随着计时开关的持续及时，后续的若干个第二收集管完成与第(5)步相同的动作过程，从第一收集管到后续每个第二收集管，其收集的雨水都是从人为预设的某一固定时刻开始的雨水，实现不同降雨时段雨水的收集。

上述装置中，所有的电路都埋设在第一收集管、第二收集管的夹层内，实现了装置的防水。所用的计时开关可以接受电流脉冲信号开始计时，也可以对多个不同电路进行通路或短路控制，是一种非常常见的计时开关，例如品牌为正泰的带有定时器和微电脑定时面板的时控开关就能实现该功能(链接https://detail.tmall.com/item.htm？spm＝a220o.1000855.w13659671-17918389485.10.196a5882xhp7ng&id＝565935301042&rn＝004d5177f76c6a5ccbc6040e1625501f)。预设的计时时间也可以采用任意不同间隔时长的若干时刻。所用的电磁铁选用市面上常见的电磁铁即可，例如xda/34-18型号电磁铁，其在空气中最大限度吸住18kg物体，换算为176.6牛；所用的浮动块可以是木头材质，也可以是中空结构的塑料材质，也可以是其他可以在水中实现漂浮的多种材质的复合结构。防水按压开关是市面上常见销售的按压开关形式。

优选地，所述浮动块通过限位滑轨相对于所述第一收集管内壁升降滑动的具体结构为：所述第一收集管内壁相对两侧各竖直设有限位滑轨，所述浮动块位于两侧的限位滑轨的之间。在浮动块两侧设置限位滑轨的结构方式，能够让浮动块上浮的过程更加平稳，产生的偏移量最小。

更优选地，所述第二支块的顶部为斜面，所述斜面的倾斜角度与所述管盖抵接在所述第一收集管内壁时的倾斜角度相同。设置成斜面是为了与管盖抵接时倾斜角度匹配，使抵接效果更好。

更优选地，所述管盖下表面设有限位块，所述限位块的下表面与所述第二支块的上表面匹配。限位块的作用同样是为了使抵接效果更好。

更优选地，所述第一收集管和第二收集管的管壁设有排水孔，所述排水孔位于所述电磁铁上方，所述排水孔上覆盖可开合的滑盖。所述排水孔的作用在于，当收集完成后，第一收集管和第二收集管的顶部空间内仍可能积累了部分水，这些多余的水可能对第一收集管和第二收集管内的水样产生影响。操作人员在取出第一收集管和第二收集管中水样之前，打开排水孔能够排出积累的多余雨水。

更优选地，所述收集盘上方设有提手。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

1、本专利提供了一种能够在不同降雨时段的雨水水样收集装置，这种装置相比于现有技术，使雨水收集的整个过程更加平稳，收集管更加密闭，避免了水样泼溅；

2、本装置利用计时开关，能够实现从降雨时段内任意时刻开始收集雨水水样，相比于只能连续采集的方式，适用范围更广，使用方式更灵活；

3、收集完雨水的第一收集管和第二收集管可以单独随用随取。

附图说明

图1为实施例1所述的可自动收集不同降雨时段水样的装置的总体结构示意图；

图2为实施例1所述的可自动收集不同降雨时段水样的装置的第一收集管或第二收集管，以及收集管座的剖面图；

图3为实施例1所述的可自动收集不同降雨时段水样的装置的第一收集管或第二收集管在a-a处的横切面图；

图4为实施例1所述的可自动收集不同降雨时段水样的装置的浮动块与管盖接触时的局部结构示意图。

图5为实施例1所述的可自动收集不同降雨时段水样的装置的电路示意图；

图6为实施例2所述的可自动收集不同降雨时段水样的装置的第一收集管或第二收集管在a-a处的横切面图；

图7为实施例2所述的可自动收集不同降雨时段水样的装置的浮动块与管盖接触时的局部结构示意图；

图8为实施例3所述的可自动收集不同降雨时段水样的装置的浮动块与管盖接触时的局部结构示意图

图中标号如下：

1、收集盘；2、第一收集管；3、第二收集管；4、计时开关；5、收集管座；6、管盖；7、铁片；8、电磁铁；9、蓄电池；10、浮动块；11、限位滑轨；12、第一支块；13、第二支块；14、按压开关；15、金属触点；16、限位块；17、排水孔；18、滑盖。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～5所示，本实施例提供的可自动收集不同降雨时段水样的装置，包括收集盘1、第一收集管2和5个第二收集管3(设为两排)，所述收集盘1内部设有计时开关4，所述第一收集管2和第二收集管3插在所述收集盘1表面向内凹陷的收集管座5内；

所述第一收集管2为内部中空的圆柱形，所述第一收集管2顶部铰接有半圆形的管盖6，所述管盖6朝向所述第一收集管2内部倾斜设置；所述管盖6在铰接处设有弹簧，所述弹簧的弹力使所述管盖6与所述第一收集管2内壁倾斜抵接；所述管盖6末端设有铁片7，所述第一收集管2内壁设有电磁铁8；所述管盖6抵接时所述铁片7刚好于电磁铁8接触；所述第一收集管2内的底部设有夹层，所述夹层内设有蓄电池9；所述夹层上方设有浮动块10，所述浮动块10通过限位滑轨11相对于所述第一收集管2内壁升降滑动；所述浮动块10包括水平设置的第一支块12和竖直设置在所述第一支块12上的第二支块13；所述第一收集管2内壁另设一按压开关14，所述管盖6抵接时所述按压开关14刚好位于所述管盖6末端下方；所述第一收集管2和第二收集管3均与所述收集管座5通过金属触点15连接；所述按压开关14与所述蓄电池9、电磁铁8形成串联电路；所述第二收集管3结构与第一收集管2相同；

第一收集管2和第二收集管3插入收集管座5时，所述计时开关4与所述第一收集管2的电磁铁8并联，所述计时开关4与第二收集管3的按压开关14并联。

上述装置的技术原理和使用方法为：

(1)将第一收集管和若干第二收集管插入收集管座内，使计时开关与第一收集管的电磁铁并联，使计时开关与第二收集管的按压开关并联(根据电路的基本常识，即等同于第二收集管的按压开关与第二收集管的蓄电池和电磁铁的整体并联)。第一收集管和第二收集管的按压开关在初始状态为断开状态。此时，根据上述电路的设计，第一收集管的电磁铁初始状态为未工作状态；第二收集管的蓄电池、电磁铁和计时开关处于通路状态，电磁铁初始状态为工作状态。电磁铁工作时，管盖末端的铁片被电磁铁吸住，使整个第一收集管或第二收集管处于密封状态，外部的雨水及其他杂物无法渗透进入内部；电磁铁未工作时，管盖末端的铁片未被电磁铁吸住，管盖和电磁铁之间只依靠铰接处的弹簧抵接在一起。

在计数器中预先设定需要收集雨水的时刻(例如可以设置为监测到开始下雨后第30、60、90、120min等时刻开始收集)。上述装置设置好以后，放置在需要收集降雨的露天场所，等待降雨。

(2)由于管盖向第一收集管内部倾斜设置，使管盖上方和第一收集管的管壁包围成了一个能够承接少量雨水的空间。降雨过程开始后，雨水逐渐在这个空间内积累。由于第一收集管的管盖只依靠铰接处的弹簧与电磁铁抵接，因此当积累的雨水达到一定量后，雨水的重力作用大于铰接处的弹簧的弹力作用，将会使管盖向下转动，使管盖和管壁之间产生缝隙，积累的雨水将会顺着缝隙流入第一收集管内。

(3)随着第一收集管内的雨水增多，液面升高，第一收集管内的浮动块也随着液面逐渐上升。

(4)当浮动块上升至一定高度时，浮动块的第二支块与管盖接触并将管盖顶起，当将管盖重新顶至与第一收集管内壁重新抵接时，浮动块的第一支块刚好按压第一收集管内壁的按压开关。此时第一收集管的电磁铁、蓄电池、按压开关和计时开关之间形成并联的通路，蓄电池的电流同时经过计时开关和电磁铁。计时开关在受到电流作用后开始持续计时。

(5)以收集雨水的时间间隔为30min为例，当计时开关计时至经过30min时，计时开关针对任意一个第二收集管的蓄电池和电磁铁进行工作，使原本通路的第二收集管的蓄电池、电磁铁和计时开关形成断路，电磁铁与该第二收集管的管盖之间磁力消失，该第二收集管的管盖和管壁之间只存在抵接关系。此时，与第(2)步的过程类似地，雨水在重力作用下使该第二收集管的管盖向下转动而产生缝隙，积累的雨水将会顺着缝隙流入第一收集管内。随后类似地重复第(3)、(4)步的过程，该第二收集管内浮动块的第二支块重新顶起管盖，并刚好按压该第二收集管内壁的按压开关，使按压开关、蓄电池和电磁铁直接形成通路，电磁铁工作产生磁力，与管盖重新吸在一起。

(6)随着计时开关的持续及时，后续的若干个第二收集管完成与第(5)步相同的动作过程，从第一收集管到后续每个第二收集管，其收集的雨水都是从人为预设的某一固定时刻开始的雨水，实现不同降雨时段雨水的收集。

上述装置中，所有的电路都埋设在第一收集管、第二收集管的夹层内，实现了装置的防水。所用的计时开关选用品牌为正泰的带有定时器和微电脑定时面板的时控开关(购买链接https://detail.tmall.com/item.htm？spm＝a220o.1000855.w13659671-17918389485.10.196a5882xhp7ng&id＝565935301042&rn＝004d5177f76c6a5ccbc6040e1625501f)。预设的计时时间也可以采用任意不同间隔时长的若干时刻。所用的电磁铁选用市面上常见的电磁铁即可，所用的浮动块可以是木头材质，也可以是中空结构的塑料材质，也可以是其他可以在水中实现漂浮的多种材质的复合结构。

实施例2

如图6、7所示，本实施例提供的可自动收集不同降雨时段水样的装置是在实施例1的装置的基础上，进行了进一步优化：

1、所述第一收集管2内壁相对两侧各竖直设有限位滑轨11，所述浮动块10位于两侧的限位滑轨11的之间。在浮动块10两侧设置限位滑轨11的结构方式，能够让浮动块10上浮的过程更加平稳，产生的偏移量最小；

2、所述第二支块13的顶部为斜面，所述斜面的倾斜角度与所述管盖6抵接在所述第一收集管2内壁时的倾斜角度相同。设置成斜面是为了与管盖抵接时倾斜角度匹配，使抵接效果更好。

实施例3

如图8所示，本实施例提供的可自动收集不同降雨时段水样的装置，是在实施例1的装置的基础上，进行了进一步优化：

1、所述管盖6下表面设有限位块16，所述限位块16的下表面与所述第二支块13的上表面匹配。限位块的作用同样是为了使抵接效果更好。

2、所述第一收集管2和第二收集管3的管壁设有排水孔17，所述排水孔17位于所述电磁铁8上方，所述排水孔17上覆盖可开合的滑盖18。所述排水孔的作用在于，当收集完成后，第一收集管和第二收集管的顶部空间内仍可能积累了部分水，这些多余的水可能对第一收集管和第二收集管内的水样产生影响。操作人员在取出第一收集管和第二收集管中水样之前，打开排水孔能够排出积累的多余雨水。