一种高塔野外分析仪光路自动清洗装置的制作方法

本实用新型涉及野外自动控制装置领域，尤其涉及一种高塔野外分析仪光路自动清洗装置。

背景技术：

定量评价全球不同陆地生态系统的水热和物质交换、从而为开展区域气候研究、定量评价全球碳汇/碳源提供可靠数据是摆在全球各国科学家眼前的现实问题。在监测不同陆地生态系统水热物质交换中经常使用开路式涡动相关探测系统，此系统由超声风速仪和H2O/CO2在线野外分析仪组成；其中，在线野外分析仪在仪器较短测程内通过发射/接收红外光信号强度来获取大气中的H2O/CO2实际浓度。在这种探测原理下，野外分析仪光路镜面的洁净程度直接影响到所获取的探测数据的质量和真实性。为了获取高质量数据，需要对野外分析仪的开放式光路进行定期清洗。然而很多野外监测站点因无人值守等原因，例如高原，沙漠或海洋等，对分析仪进行光路清洗工作无法自动、按时完成，而且受安装高度的影响，不同区域的作业难度较大，增加了工作人员的高空作业的负担和危险，目前还没有有效的办法来解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高塔野外分析仪光路自动清洗装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高塔野外分析仪光路自动清洗装置，包括垂直于地面竖直向上延伸的高塔；所述高塔上设置有垂直于其的支撑臂，所述支撑臂与地面相距至少10米；野外分析仪设置在所述支撑臂上；所述清洗装置还包括第一储水罐、第一水泵、自动控制器、第二储水罐、第二水泵、气泵、储气罐、喷气头和喷水头；第一储水罐与所述第一水泵相连，所述第一水泵与所述第二储水罐相连，所述第二储水罐与所述第二水泵相连，所述第二水泵与所述喷水头相连；所述自动控制器与所述气泵电连接，所述气泵与所述储气罐相连，所述储气罐与所述喷气头相连；所述喷气头和所述喷水头均与所述野外分析仪相连；所述第一储水罐和所述第二储水罐内分别设置有与所述自动控制器电连接的第一超声水位探测计和第二超声水位探测计；所述储气罐与所述喷气头之间还连接有一气动阀，所述气动阀、所述储气罐、所述第一水泵和所述第二水泵均与所述自动控制器电连接。

优选的，所述野外分析仪与所述支撑臂垂直连接，且所述野外分析仪设置在所述支撑臂远离所述高塔的一端。

优选的，所述储气罐与一气压计相连，所述气压计与所述自动控制器电连接。

优选的，所述清洗装置包括固定在所述高塔上的水泵箱，所述第二储水罐和所述第二水泵设置在所述水泵箱内，所述水泵箱与地面相距一定距离，且所述水泵箱在高塔的延伸方向上位于所述支撑臂下方。

优选的，所述清洗装置包括固定在所述高塔上的气泵箱，所述储气罐、所述气泵、所述气动阀和所述气压计均设置在所述气泵箱内，所述气泵箱与地面相距一定距离，且所述气泵箱在高塔的延伸方向上位于所述支撑臂的下方。

优选的，所述第一储水罐、第一水泵和所述自动控制器设置在所述高塔底部。

优选的，所述野外分析仪上与一采集器相连，所述采集器与所述自动控制器电连接。

优选的，所述喷气头和所述喷水头并列设置，所述喷气头的喷气方向与所述喷水头的喷水方向相同。

本实用新型的有益效果是：能够在线自动清洗野外分析仪的光路，而且能适用于安装在高塔的分析仪的清洗，尤其对于野外无人值守或作业难度较高的监测站点，提高了自动化程度，减轻了工作人员的作业负担，提高了工作效率，避免了作业危险。

附图说明

图1是本实用新型实施例中清洗装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中清洗装置启动流程图；

图3是本实用新型实施例中清洗装置清洗过程流程图。

图中：1、高塔；2、支撑臂；3、野外分析仪；4、自动控制器；5、第一储水罐；6、第一水泵；7、第一超声水位计；8、第二储水罐；9、第二水泵；10、第二超声水位计；11、喷水头；12、储气罐；13、气泵；14、气动阀；15、气压计；16、喷气头；17、镜面。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供了一种高塔野外分析仪光路自动清洗装置，包括垂直于地面竖直向上延伸的高塔1；所述高塔1上设置有垂直于其的支撑臂2，所述支撑臂2与地面相距至少10米；野外分析仪3设置在所述支撑臂2上；所述清洗装置还包括第一储水罐5、第一水泵6、自动控制器4、第二储水罐8、第二水泵9、气泵13、储气罐12、喷气头16和喷水头11；第一储水罐5与所述第一水泵6 相连，所述第一水泵6与所述第二储水罐8相连，所述第二储水罐8与所述第二水泵9相连，所述第二水泵9与所述喷水头相连；所述自动控制器4与所述气泵13电连接，所述气泵13与所述储气罐12相连，所述储气罐12与所述喷气头相连；所述喷气头和所述喷水头均与所述野外分析仪3相连；所述第一储水罐5和所述第二储水罐8内分别设置有与所述自动控制器4电连接的第一超声水位探测计和第二超声水位探测计；所述储气罐12与所述喷气头之间还连接有一气动阀14，所述气动阀14、所述储气罐12、所述第一水泵6和所述第二水泵9均与所述自动控制器4电连接。

本实施例中，所述野外分析仪3与所述支撑臂2垂直连接，且所述野外分析仪 3设置在所述支撑臂2远离所述高塔1的一端。

本实施例中，所述野外分析仪3为三维超声风速仪。所述野外分析仪3包括镜面17，所述镜面17包括上侧镜面和下侧镜面，光线从上侧镜面向下发射红外光之后，经下侧镜面折射或反射，形成光路，通过上侧镜面发射的光强度和下侧镜面接受的光强度之差来可以确定大气中的水汽和二氧化碳对红外光强度的削弱，从而可以计算出大气中的水汽和二氧化碳的浓度。而本清洗装置最终清洗的是野外分析仪3的镜面17，使其保持最佳洁净状态、准确测量光路红外光强度。

本实施例中，所述储气罐12与一气压计15相连，所述气压计15与所述自动控制器4电连接。

本实施例中，所述清洗装置包括固定在所述高塔1上的水泵箱，所述第二储水罐8和所述第二水泵9设置在所述水泵箱内，所述水泵箱与地面相距一定距离，且所述水泵箱在高塔1的延伸方向上位于所述支撑臂2下方。

本实施例中，所述清洗装置包括固定在所述高塔1上的气泵13箱，所述储气罐12、所述气泵13、所述气动阀14和所述气压计15均设置在所述气泵13箱内，所述气泵13箱与地面相距一定距离，且所述气泵13箱在高塔1的延伸方向上位于所述支撑臂2的下方。

本实施例中，所述第一储水罐5、第一水泵6和所述自动控制器4设置在所述高塔1底部。

本实施例中，所述野外分析仪3上与一采集器相连，所述采集器与所述自动控制器4电连接。

本实施例中，所述喷气头16和所述喷水头11并列设置，所述喷气头16的喷气方向与所述喷水头11的喷水方向相同。所述喷气头16和所述喷水头11朝向镜面 17设置，能够有效的向镜面17喷射水流或气流，实现对镜面17的冲洗，保证镜面17的洁净度。

本实施例中，如图2所示，清洗装置的清洗原理是：采集器每隔10分钟对野外分析仪3的镜面17的干净程度进行判断。当LI7500型野外分析仪3的AGC标志高于60，LI7500RS型和IRGASON型野外分析仪3的信号强度低于0.6时，进一步进行时间判断，如果光路状态数据超限时间超过1分钟，则启动清洗装置，这样可以避免瞬间的现象导致误操作，比如飞鸟、空中的漂流物等。当采集器判断镜面 17净洁程度超限时，向自动控制器4发送清洗指令，自动控制器4收到指令后，先判断状态信号是否为0；如果状态信号为0，启动清洗装置开展清洗工作，并记录清洗起止时间，清洗结束后把清洗时间返回值采集器进行记录；如果状态信号大于0，将状态信号发送至采集器，请求采集器启动故障报修流程，编辑短信并发送至野外维护人员进行处理。状态信号由“0-10”的数字组成，“0”为没有故障，“1”为第二水泵9故障，“2”为第二超声水位计10故障，“3”为第二储水罐8缺水，“4”为第一水泵6故障，“5”为第一超声水位故障，“6”为第一储水罐5缺水，“7”为气动阀14故障，“8”为气压计15故障，“9”为气泵13故障，“10”为储气罐12缺气。

本实施例中，通过采集器启动本装置，通过采集器读取野外分析仪3的光路状态，判断光路是否正常，也就是说采集器判断野外分析仪3的镜面17的干净程度，而镜面17的干净程度则是通过光路的AGC数据进行衡量；包括如下情况：

1)、当野外分析仪3输出光路的AGC数据小于60或信号强度大于0.6时候，清洗装置处于关闭状态；

2)、当输出光路的AGC数据大于60或信号强度小于0.6时候，进行1分钟延时判断；1分钟时间内当输出光路的AGC数据平均值小于60或信号强度大于0.6时候，清洗装置处于关闭状态；

3)、1分钟时间内当输出光路的AGC数据平均值大于60或信号强度小于0.6时候，说明光路需要被清洗；启动清洗装置；启动水泵，喷水10秒；启动气泵13，吹气10秒；重复两次，清洗装置关闭；

4)、当收到清洗信号之后，首先监测自动控制器4中的状态信号；如果状态信号大于0，将状态信号发送至采集器，请求采集器启动故障报修流程，编辑短信并发送至野外维护人员进行处理。

本实施例中，如图3所示，所述清洗流程为：当收到清洗指令之后，首先通过第二超声水位计10和气压计15监测第二储水罐8和储气罐12的状态。当发现第二储水罐8水位低于警戒水位时发送“缺水”信号，完成补水流程。当发现储气罐12压力低于警戒压力时发送“缺气”信号，完成补气流程。判断水位和气压正常之后，启动第二水泵9向野外分析仪3光路喷水10秒钟，关闭第二水泵9，打开气动阀14，喷气10秒，把光路的水吹走。再次启动第二水泵9向野外分析仪3 光路喷水10秒，关闭第二水泵9，打开气动阀14，喷气10秒，把光路的水吹走。连续两次喷水之后，向采集器发送信号记录两次清洗起止时间，并停止清洗设备工作。第二储水罐8中警戒水位下限是指，完成一次清洗过程喷水作业所需的在第二储水罐8中的最低水位；储气罐12中的警戒气压下限是指，完成一次清洗过程喷气作业所需的在储气罐12中的最低气压。

本实施例中，所述补水流程为：第二储水罐8和第一储水罐5内分别设置第二超声水位计10和第一超声水位计7，分别用来实时监测第二储水罐8和第一储水罐5中的水位。当第二储水罐8中的水位低于警戒水位下限时，自动控制器4发送指令至第一超声水位计7监测第一储水罐5的水位。经监测，如果第一储水罐5中的水能够一次性补齐第二储水罐8的水，自动控制器4启动第一水泵6从第一储水罐5中抽水并送水至第二储水罐8中，并不断通过第二超声水位计10检测第二储水罐8的水位，当水位接近警戒水位上限时，停止补水作业；经监测，如果第一储水罐5中的水不能够一次性补齐第二储水罐8的水，向采集器发送信号“6”，表示第一储水罐5缺水。补水过程中发现第二水泵9有故障，向采集发送信号“1”；如果发现第二超声水位计10故障，向采集发送信号“2”；如果发现第一水泵6故障，向采集发送信号“4”。如果发现第一超声水位计7故障，向采集发送信号“5”。

本实施例中，补气流程为：储气罐12与气压计15相连接，。当储气罐12压力低于警戒压力下限时，自动控制器4启动气泵13向储气罐12充气；当储气罐12压力接近警戒压力上限时，自动控制器4停止气泵13向储气罐12充气；如果发现气动阀14故障，向采集发送信号“7”；如果发现气压计15故障，向采集发送信号“8”；如果发现气泵13故障，向采集发送信号“9”。

本实施例中，通知人工补水和故障修复流程为：当采集器从自动控制器4收到信号标志位大于“0”的数据后，启动相应的工作流程；当收到信号为“6”时，编辑“第一储水罐5缺水，请补充”的短信，通过串口通讯将短信发送至通讯终端，由通讯终端向野外台站维护员手机发送此短信，提醒他补水。

本实施例中，当自动控制器4收到信号为“1”时，编辑“第二水泵9故障，请修复”的短信，通过串口通讯将短信发送至通讯终端，由通讯终端向野外台站维护员手机发送此短信，提醒他及时排除故障；当自动控制器4收到信号为“2”时，编辑“第二超声水位计10故障，请修复”的短信，通过串口通讯将短信发送至通讯终端，由通讯终端向野外台站维护员手机发送此短信，提醒他及时排除故障；当自动控制器4收到信号为“4”时，编辑“第一水泵6故障，请修复”的短信，通过串口通讯将短信发送至通讯终端，由通讯终端向野外台站维护员手机发送此短信，提醒他及时排除故障；当自动控制器4收到信号为“5”时，编辑“第一超声水位计7故障，请修复”的短信，通过串口通讯将短信发送至通讯终端，由通讯终端向野外台站维护员手机发送此短信，提醒他及时排除故障；当自动控制器4收到信号为“7”时，编辑“气动阀14故障，请修复”的短信，通过串口通讯将短信发送至通讯终端，由通讯终端向野外台站维护员手机发送此短信，提醒他及时排除故障；当自动控制器4收到信号为“8”时，编辑“气压计15故障，请修复”的短信，通过串口通讯将短信发送至通讯终端，由通讯终端向野外台站维护员手机发送此短信，提醒他及时排除故障。

本实施例中，在有交流电地区，可以考虑使用气泵13和储气罐12，这样可以实现更好的清洗。在使用太阳能供电区域，可以只采用水泵清洗方式，这样可以在稍后10分钟内自然干燥，10分钟内的周期对于观测的数据基本没有损失。

本实施例中，所述自动控制器4为可编程逻辑控制器英文名称为 Programmable Logic Controller，简称PLC，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型提供了一种高塔野外分析仪光路自动清洗装置，通过使用该清洗装置能够在线自动清洗野外分析仪的光路，而且能适用于安装在高塔的分析仪的清洗，尤其对于野外无人值守或作业难度较高的监测站点，提高了自动化程度，减轻了工作人员的作业负担，提高了工作效率，避免了作业危险。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。