一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置

1.本实用新型涉及潮汐带生态环境检测技术领域，具体而言，涉及一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置。


背景技术：

2.氨挥发是氮素营养流失的一个重要途径，进入大气的氨可随干湿沉降重新进入自然生态系统，引起土壤和水体中氮素含量升高，进而导致一系列的环境问题，如水体富营养化、土壤酸化、生物多样性减少等。氨挥发过程不仅受ph、阳离子交换量等土壤理化性质的影响，还与光照、温度、水分、风速等自然环境因素密切有关。由于潮水的涨落，某狭长地带反复处于海陆交界线附近高潮线和低潮线之间，称为潮汐带。潮汐带较为频繁的水位波动以及多变的天气对土壤氨挥发的准确测定影响较大。
3.相关技术中，氨挥发的常用采集方法多选用通气法。采样装置用聚氯乙烯硬质塑料管制成，分别将两块均匀浸以磷酸甘油溶液(5％磷酸和4％丙三醇的混合水溶液)的海绵间隔一定距离置于塑料管中。采样测定时，需将采样装置下层的海绵取出，使其完全浸入300ml的kcl溶液(1mol/l) 中，振荡1h，用靛酚蓝比色法测定浸提液中的铵态氮含量。存在以下技术缺陷：
4.(1)直接暴露在空气中，使得上层海绵经常受到雨、雪等大气沉降过程的影响，若将该采样装置应用于潮汐带等易受水位波动影响的地区，携带着外源杂质的海水会倒灌进入到通气装置中，从而影响测定结果的准确性；
5.(2)测定时需要对氨重新浸提，需要借助工具挤出海绵中的浸提液，操作繁琐且易造成测定误差；
6.(3)浸过磷酸甘油溶液的海绵在塑料管内容易滑落，严重影响采样过程的连续性以及测定结果的稳定性。


技术实现要素：

7.本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
8.为此，本实用新型的目的在于提供一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置，结构简单，可联网实现自动化控制，不仅能避免雨、雪等大气沉降的干扰，还能根据潮汐带水位变化自动调整高度以避免海水倒灌进入氨气捕获装置。该潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置一定程度上减少了环境变化对氨气采集过程的影响，提高了测定结果的准确性，而且无需对氨重新浸提，测定过程较为简单。该潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置可实时检测捕获的氨浓度，并将所得检测数据通过微电路控制单元传递至云服务平台，减少实验人员去采样地点的次数，提高了实验效率。
9.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案提供了一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置，包括：水位及风速传感装置、氨气原位捕获装置，所述氨气原位捕获装置包括：配合设置的套筒和防水筒体，所述防水筒体套设在所述套筒的外侧，所述防水筒体与所述套
筒通过螺杆升降组件相连；盖体，设置在所述防水筒体的上方，所述盖体与所述防水筒体通过支撑柱连接，所述盖体的底面安装有水位信号接收器，所述水位信号接收器与所述水位及风速传感装置通讯连接，所述水位信号接收器与所述螺杆升降组件通过水位传输线路相连；所述套筒内部上下间隔设置海绵和氨气吸收瓶，所述氨气吸收瓶内置氨氮分析仪探头，所述氨氮分析仪探头与微电路控制单元相连，所述微电路控制单元安装在所述套筒的内侧壁上，所述微电路控制单元与云服务平台通讯连接。
10.本方案中，通过套筒和防水筒体配合设置，通过螺杆升降组件控制防水筒体与套筒的相对位置高度，能够有效防止上涨潮水进入到氨气原位捕获装置内。防水筒体的上方设置盖体，一定程度上起到了遮风挡雨的作用，同时，盖体的底面安装水位信号接收器，能够接收由水位及风速传感装置发送过来的水位信号，而水位信号接收器与螺杆升降组件通过水位传输线路相连，螺杆升降组件能够根据水位信号预先调整防水筒体的高度，减少潮汐带较为频繁的水位波动对土壤氨挥发的准确测定影响。通过在套筒内部上下间隔设置海绵和氨气吸收瓶，氨气吸收瓶内置氨氮分析仪探头，可以直接检测氨气吸收瓶内的氨浓度，并将检测结果通过微电路控制单元传输至云服务平台，实验人员可利用电脑远程监控或利用手机应用查询，方便实验人员随时、随地记录实验数据，测定时无需对氨重新浸提，操作简单，不但提高了实验效率，而且降低了测定误差，测定结果的准确性和稳定性都较好。
11.具体地，水位及风速传感装置安装在靠近岸边的潮汐区域的海水中氨气原位捕获装置的下部固定在潮汐带表层土壤5cm处。当潮水上涨时，水位及风速传感装置将水位信号传递到水位信号接收器，水位信号接收器通过螺杆升降组件升高防水筒体，防止随之而来的潮水进入氨气采集套筒内，对实验结果造成干扰。土壤挥发的氨气透过氨气吸收瓶被吸收液吸收，氨气吸收瓶内安装的氨氮分析仪探头可以直接检测到氨气吸收瓶中的氨浓度，并将检测结果通过微电路控制单元传输至云服务平台。
12.优选地，所述盖体的顶面安装有风速信号接收器，所述风速信号接收器与所述水位及风速传感装置通讯连接，所述盖体的四周安装卷帘组件，所述卷帘组件包括：配合设置的卷帘轴和卷帘，所述卷帘轴的一端与卷帘电机相连，所述卷帘电机与所述风速信号接收器通过风速传输线路相连，所述卷帘电机控制所述卷帘轴旋转从而调整卷帘的高度。
13.本方案中，盖体顶面上安装的风速信号接收器，能够接收由水位及风速传感装置发送过来的风速信号，风速信号接收器通过风速传输线路与卷帘电机相连，卷帘电机可以根据风速信号控制卷帘轴旋转从而调整卷帘的高度，以防止雨、雪从侧面进入氨气原位捕获装置，确保了采样过程不易受到野外环境的干扰，进一步保障了实验数据的准确性。
14.优选地，所述水位及风速传感装置包括：固定柱；信号发射器，安装在所述固定柱上；风速检测仪，安装在所述信号发射器的上方且与所述信号发射器相连；水位检测仪，通过承重钢丝安装在所述信号发射器的下方且与所述信号发射器相连；保护壳体，安装在所述信号发射器的下方，所述水位检测仪套设在所述保护壳体的内部；所述信号发射器与所述水位信号接收器、所述风速信号接收器通讯连接。
15.本方案中，通过固定柱能够将水位及风速传感装置安装在潮汐区域的海水中，信号发射器能够将风速检测仪、水位检测仪实时测得的水位、风速数据分别传输至氨气原位捕获装置的水位信号接收器和风速信号接收器。水位检测仪通过承重钢丝安装在信号发射器的下方，平衡稳固性较好，而且外套有保护壳体，保障了水位检测的平稳性和准确性，也
可以有效防止海水腐蚀和微生物附着对水位及风速传感装置的损坏。保护壳体由蒙乃尔合金制成。
16.具体地，信号发射器、水位信号接收器、风速信号接收器，内置与微电路控制器电连接的网络通信模块，信号发射器可与水位信号接收器、风速信号接收器联网，进行水位、风速数据的传输。
17.优选地，所述螺杆升降组件包括：配合设置的螺杆升降电机和固定块，所述螺杆升降电机和固定块中的一个安装在所述防水筒体的外侧壁上，另一个安装在所述套筒的外侧壁上，所述螺杆升降电机与所述固定块通过螺杆相连，所述螺杆升降电机与所述水位信号接收器通过水位传输线路相连，所述螺杆升降电机通过所述螺杆调整所述防水筒体相对于所述套筒的高度。
18.一般将螺杆升降电机安装在套筒的外侧壁上。
19.优选地，所述套筒内侧壁固定安装上下两层支撑块，圆环板通过下层支撑块固定在所述套筒内部，所述氨气吸收瓶处于所述圆环板的下方且所述氨气吸收瓶的瓶口与所述圆环板的内圆连接呈圆帽状。
20.本方案中，圆环板、氨气吸收瓶固定牢靠性较好，不易向下滑落。
21.优选地，所述氨气吸收瓶为戈尔特斯面料吸收瓶，所述氨气吸收瓶内盛有磷酸甘油吸收液，所述圆环板为有机玻璃圆环板，所述氨气吸收瓶的瓶口外径等于所述圆环板的内径，所述圆环板的外径等于所述套筒的内径，所述氨氮分析仪探头设置在所述氨气吸收瓶侧壁靠近瓶底处。
22.本方案中，氨气吸收瓶含有大量磷酸甘油溶液，且侧壁靠近瓶底处安装有氨氮分析仪探头，可直接检测吸收瓶中的氨浓度，氨气吸收瓶为戈尔特斯面料吸收瓶，防水透气功能较好，可以使得土壤挥发的氨气透过瓶体被吸收液吸收。
23.优选地，所述海绵浸有硫酸甘油溶液，通过上层支撑块固定在所述套筒的内部，所述海绵放置在所述氨气吸收瓶的上方。
24.优选地，所述海绵的直径等于所述套筒的内径。
25.本方案中，海绵浸有硫酸甘油溶液，通过上层支撑块固定在套筒的内部，且海绵的直径与套筒的内径相等，不易向下滑落。
26.优选地，所述上下两层支撑块由6个同一水平三角有机玻璃板组成，其中，上层支撑块、下层支撑块分别由3个沿圆周向均匀分布的同一水平三角有机玻璃板组成。
27.本方案中，上层支撑块、下层支撑块分别由3个沿圆周向均匀分布的同一水平三角有机玻璃板组成，能为海绵、圆环板提供较为均匀的支撑力，保障了海绵、圆环板的平衡稳固性，使其不易向下滑落。
28.优选地，所述套筒、所述防水筒体、所述保护壳体均为不锈钢件，且其表面涂刷有防腐涂料。
29.本方案中，套筒、防水筒体、保护壳体均为不锈钢件，并在表面涂刷防腐涂料，可以有效防止海水腐蚀和微生物附着对采样装置的损坏。
30.本实用新型提出的一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置具有以下有益技术效果：
31.(1)本实用新型提出的一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置用于对潮汐带氨挥
发的监测，装置结构巧妙简易，方便操作使用，具有重要的实际应用价值，不仅可有效防止海水、雨和雪进入到氨气收集容器内，提高实验数据的准确性，还能实现自动化控制，提高实验效率。
32.(2)利用水位检测仪监测水位变化情况，通过信号发射器、水位信号接收器进行水位数据的传输，根据水位数据控制螺杆升降电机，利用螺杆升降电机提前调整防水筒体的高度，防止上涨潮水进入氨气原位捕获装置，从而减少潮汐带较为频繁的水位波动对土壤氨挥发的准确测定影响，提升测定准确性和稳定性。
33.(3)利用风速检测仪检测风速变化情况，通过信号发射器、水位信号接收器进行风速数据的传输，根据风速数据控制卷帘电机，利用卷帘电机旋转卷帘轴提前调整好卷帘的高度，可以保护氨气采集装置不受雨，雪等大气干湿沉降过程的影响，减少野外环境因素的干扰，提高实验结果的准确性。
34.(4)氨气吸收瓶含有大量磷酸甘油溶液，且侧壁靠近瓶底处安装有氨氮分析仪探头，可直接检测吸收瓶中的氨浓度，并将检测结果通过微电路控制单元传输至云服务平台，方便实验人员随时、随地记录实验数据，测定时无需对氨重新浸提，操作简单，不但提高了实验效率，而且降低了测定误差，测定结果的准确性和稳定性都较好。
35.(5)套筒、防水筒体、保护壳体均为不锈钢件，并在表面涂刷防腐涂料，可以有效防止海水腐蚀和微生物附着对采样装置的损坏。
36.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
37.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
38.图1示出了根据本实用新型的一个实施例的氨气原位捕获装置的结构示意图；
39.图2示出了根据本实用新型的一个实施例的水位及风速传感装置，
40.其中，图1和图2中附图标记与部件之间的对应关系为：
41.10氨气原位捕获装置，102套筒，104防水筒体，106螺杆升降组件， 1062固定块，1064螺杆升降电机，1066螺杆，108盖体，110支撑柱， 112水位信号接收器，114水位传输线路，116海绵，118氨气吸收瓶， 120氨氮分析仪探头，122微电路控制单元，124风速信号接收器，126卷帘组件，1262卷帘轴，1264卷帘，1266卷帘电机，128上层支撑块，130 下层支撑块，132圆环板，134风速传输线路；
42.20水位及风速传感装置，202固定柱，204信号发射器，206风速检测仪，208水位检测仪，210承重钢丝，212保护壳体。
具体实施方式
43.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用
新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
45.下面结合图1和图2对根据本实用新型的实施例的一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置进行具体说明。
46.如图1和图2所示，根据本实用新型的实施例的一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置，包括水位及风速传感装置20、氨气原位捕获装置10。如图2所示，氨气原位捕获装置10包括套筒102、防水筒体104、螺杆1066 升降组件106、盖体108、水位信号接收器112、风速信号接收器124、卷帘组件126等。防水筒体104套设在套筒102的外侧，防水筒体104和套筒102均为不锈钢件，并在表面涂刷防腐涂料，可以有效防止海水腐蚀和微生物附着对采样装置的损坏。固定块1062安装在防水筒体104的外侧壁上，螺杆升降电机1064安装在套筒102的外侧壁上，螺杆升降电机1064 通过螺杆1066调整防水筒体104的高度，螺杆1066的一端通过固定块1062 固定在防水筒体104的外侧壁上。盖体108呈正方形，由4根等长的支撑柱110连接在防水筒体104的上方，支撑柱110为有机玻璃柱。盖体108 的底面安装水位信号接收器112，水位信号接收器112与水位及风速传感装置20通讯连接，水位信号接收器112与螺杆升降电机1064通过水位传输线路114相连。水位及风速传感装置20将水位数据联网传输到水位信号接收器112，水位信号接收器112根据水位数据通过水位传输线路114控制螺杆升降电机1064的开关，螺杆升降电机1064可在潮水涌至氨气捕获装置前通过螺杆1066提高防水筒体104的高度。套筒102内部上下间隔设置海绵116和氨气吸收瓶118，氨气吸收瓶118内置氨氮分析仪探头120，氨氮分析仪探头120与微电路控制单元122相连，微电路控制单元122安装在套筒102的内侧壁上，微电路控制单元122与云服务平台通讯连接，氨氮分析仪探头120可将检测数据通过微电路控制单元122传输到云服务平台，实验人员可利用电脑远程监控或利用手机应用查询，方便实验人员随时、随地记录实验数据，测定时无需对氨重新浸提，操作简单，不但提高了实验效率，而且降低了测定误差，测定结果的准确性和稳定性都较好。
47.进一步地，如图2所示，风速信号接收器124安装在盖体108的顶面，盖体108的四周安装卷帘组件126，盖体108呈正方形，每一个边安装一组卷帘组件126，卷帘组件126包括卷帘轴1262、卷帘1264和卷帘电机 1266，卷帘轴1262的一端与卷帘电机1266相连。风速信号接收器124与水位及风速传感装置20通讯连接。风速信号接收器124根据风速数据通过风速传输线路134控制卷帘电机1266旋转，升降卷帘1264，从而防止雨、雪从侧面进入氨气原位捕获装置10，确保了采样过程不易受到野外环境的干扰，进一步保障了实验数据的准确性。
48.进一步地，如图2所示，氨气吸收瓶118为戈尔特斯面料吸收瓶，氨气吸收瓶118内盛有磷酸甘油吸收液，可防水透气，且侧壁靠近瓶底处安装氨氮分析仪探头120，可将检测数据通过微电路控制单元122传输至云服务平台。套筒102内侧壁固定安装上下两层支撑块，圆环板132通过下层支撑块130固定在套筒102的内部，圆环板132为有机玻璃圆环，氨气吸收瓶118处于圆环板132的下方且氨气吸收瓶118的瓶口与圆环板132 的内圆连接呈圆帽状，氨气吸收瓶118的瓶口外径等于圆环板132的内径，圆环板132的外径等于套筒102的内径，氨气吸收瓶118安装稳固不易滑落。浸有硫酸甘油溶液的海绵116放在氨气吸收瓶118上方，海绵116通过上层支撑块128固定在套筒102的内部，海绵116的直径等于套筒102 的内径不易滑落。
49.进一步地，如图2所示，上下两层支撑块由6个同一水平三角有机玻璃板组成，其中，上层支撑块128、下层支撑块130分别由3个沿圆周向均匀分布的同一水平三角有机玻璃板组成。能为海绵116、圆环板132提供较为均匀的支撑力，保障了海绵116、圆环板132的平衡稳固性，使其不易向下滑落。
50.进一步地，如图1所示，水位及风速传感装置20包括：固定柱202、信号发射器204、风速检测仪206、水位检测仪208、保护壳体212等。信号发射器204安装在固定柱202上，信号发射器204通过承重钢丝210与水位检测仪208连接，水位检测仪208位于信号发射器204的下方，信号发射器204上方安装有风速检测仪206。水位检测仪208外套设有保护壳体212，保护壳体212安装在信号发射器204的下方，保护壳由蒙乃尔合金制成。信号发射器204与水位信号接收器112、风速信号接收器124通讯连接。当潮水上涨或者风速增大时，信号发射器204将水位检测仪208、风速检测仪206实时测得的数据联网传输至氨气原位捕获装置10的水位信号接收器112和风速信号接收器124。
51.需要说明的是，防水筒体104的高度也可以由人工手动控制螺杆升降电机1064进行调节，卷帘1264也可以由人工手动控制卷帘电机1266进行调节。
52.本实用新型提出的一种潮汐带土壤氨挥发的原位捕获装置的使用过程如下：
53.将水位及风速传感装置20安装在靠近岸边的海水中，将氨气原位捕获装置10的下部固定于潮汐带表层土壤5cm处，氨气吸收瓶118的底面距离土壤层6cm。当潮水上涨时，水位检测仪208将水位信号通过信号发射器204传递到水位信号接收器112，水位信号接收器112通过螺杆升降电机1064升高防水筒体104，防止随之而来的潮水进入氨气采集套筒102内对实验结果造成干扰。潮汐带地区的雨雪天气常常多风，当潮汐带风速较大时，风速检测仪206将风速信号通过信号发射器204传递到风速信号接收器124，风速信号接收器124通过卷帘电机1266降下卷帘1264，防止雨、雪等大气沉降被风吹进氨气采集套筒102内，确保了实验装置的安全性和实验结果的准确性。在氨气采集过程中，土壤挥发的氨气透过氨气吸收瓶 118的瓶体被吸收液吸收，瓶底安装的氨气分析仪探头可直接检测氨气吸收瓶118中的氨浓度，并将检测结果通过微电路控制单元122传输至云服务平台，方便实验人员查看检测结果，减少人为取液操作，提高实验效率。
54.在本实用新型中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
55.本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。
56.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例
或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。