一种便携式温室气体采集驱动装置
技术领域
本发明属于生态工程、环境科学与工程、地球化学领域，涉及一种温室气体采集的驱动装置，尤其是应用于自然湿地或者人工湿地水生植物所释放的温室气体采集装置。
背景技术
温室气体是指能够吸收和释放红外辐射并存在于大气中的气体，主要包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等6种气体。温室气体的过度排放导致大气温度上升，进而对于环境和大气产生了一系列负面影响，如气候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化、河(湖)冰迟冻与早融、中高纬生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少、一些植物开花期提前等等，进而可能影响到农业种植、土地利用和技术改良等一系列问题。因此，温室气体形成、释放和防控研究成为科研工作关注的焦点。
湿地，具有多种生态和环境功能，诸如保护生物多样性，调节径流，改善水质，调节小气候，以及提供食物及工业原料，提供旅游资源。人工湿地，由于具有建设投资较省、运行管理简便、污水处理成本低廉等优点，近年来应用范围日益广泛。但是不可忽视的是，湿地和人工湿地进行污染物净化过程中，同样会向大气中释放如CO2、N2O以及CH4等多种温室气体，因此，研究污染物迁移转换过程中温室气体排放的环境影响因子同样是人工湿地运行过程中关键的科学问题。
目前应用于湿地温室气体收集的方法和装置普遍采用静态箱，其方法是将多个密封的静态箱同时倒扣于湿地植物的上方，然后分别利用医用注射器作为驱动装置，在不同的时间段内抽取箱内的气体，并转移进入气袋内，在实验室内利用气相色谱进行温室气体成分和数量分析，并据此计算温室气体释放通量。在实验过程中，为方便进行不同实验处理之间的比较，要求在相同的时间区间内采集同样容积的静态箱内的气体。因此，一是原则上要求注射器在抽取温室气体时各个箱体之间在时间上尽量同步，以避免人为误差引起的计量方面的偏差，二是注射器的容量要保持一致，三是在推动注射器的过程中活塞运行的行程要严格一致。但是在实际操作过程中，为达到上述要求，往往需要3个人以上的同步操作，不但需要人力配合，而且需要采气人员具有较为熟练的个人操作技巧和相互之间的默契度，同时注意力在整个过程中要高度集中。所以，由于人员素质和精力上的不确定性，往往导致采气过程中时间上的精确度和动作上的准确性不能很好保证，导致温室气体采集实验存在较大的偶然误差。
因此，为了克服目前采气过程中人为操作难以克服的偶然误差，亟需一种高效、精确、易于操作的野外温室气体采集的驱动装置，代替注射器作为采气驱动装置。
发明内容
本发明是针对现有人工湿地温室气体采集过程中存在的上述问题，提供一种应用于温室气体采集驱动装置，实现多个静态箱同步采气，而且气体采集量相等，便携、高效、精准的温室气体采集驱动装置。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现。
一种便携式温室气体采集驱动装置，可以分为3个单元，包括位于前部的往复被动单元、位于后部的驱动单元和位于底部的支撑单元；所述的往复被动单元包括被动轴、被动活塞、气室、进出气嘴，所述的被动轴右端垂直连接在驱动环左壁的外侧，所述的被动活塞的右侧壁与被动轴的左端紧密连接，所述的驱动单元包括手动驱动柄、驱动盘、驱动柱、驱动环，所述的驱动盘背面边缘与内柄无螺纹的一端紧密连接，连接位置距驱动盘的圆心的距离为驱动盘半径的五分之四，所述的驱动柱的后端与驱动盘的前面边缘紧密连接，驱动环套在驱动柱的外侧，所述的驱动环左壁、上壁、右壁和下壁顺次密封连接，所述的支撑单元包括支柱、支板、柱板连接件，所述的支柱对称排列在气室的前后两侧，两排支柱的相对的侧面分别与气室的外侧壁连接。
所述的驱动环为前端和后端敞开的中空的类长方体结构，包括左壁、右壁、上壁和下壁，所述的左壁和右壁为尺寸彼此相等的矩形平板，竖直放置，所述的上壁和下壁为尺寸彼此相等的半圆形板，其厚度和宽度与左壁的厚度和宽度相等，左壁、上壁、右壁和下壁顺次密封连接。
所述的被动轴为左右敞口的中空方管，水平放置，数量为6根，被动轴之间的净距离相等，所述的被动活塞前后和上下侧壁的尺寸均彼此相等，被动活塞横截面的外侧宽度与驱动环的左壁的宽度相等，被动活塞左右方向的厚度为横截面宽度的三分之一至二分之一，被动活塞的右侧壁与被动轴的左端紧密连接。
所述的气室为左端盖密封、右端敞口的中空长方体，气室横截面的内部净宽度与左壁的宽度相等，所述的进出气嘴为中空的圆管，其右端与气室的左端盖的圆形开孔紧密连接，其左端为圆台形的尖端。
所述的手动驱动柄包括内柄、外套、挡球，内柄一端开有外螺纹，外套套在内柄的外侧，挡球端部垂直于球心开有内螺纹孔，与一端开有外螺纹的内柄螺纹连接。
所述的驱动盘为实心圆盘，其直径略大于驱动环的长度，驱动盘的中心开有轴孔，并配有驱动轴，所述的驱动轴为实心圆柱体，驱动轴外壁安装有配套的轴承，轴承外壁配有配套的轴承套。
所述的驱动柱为实心圆柱体，其直径与驱动环上壁的内径相等，并要求在驱动柱与驱动盘的圆心连线成水平时，驱动柱恰好位于驱动环的中心位置，驱动柱的前端设有圆柱状的圆帽。
所述的支柱为上下两端敞口的中空长方体，数量为6根，每对相对的支柱的下端连接有支柱座，每个支柱座垂直连接两个支柱。
所述的支板包括上撑板、前后十字肋板和左右十字肋板，所述的上撑板为实心矩形板，其上端与轴承套的前面外侧连接，其下端与前后十字肋板和左右十字肋板紧密连接，所述的前后十字肋板和左右十字肋板均为三角形的平面薄板，二者的尺寸相同，且互相垂直连接，其中前后十字肋板与驱动盘相互垂直，左右十字肋板与驱动盘相互平行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点。
（1）能够实现多个气体样品采集在时间上的同步精确控制。通过驱动柱能够同时带动多根被动轴同步做左右方向的往复运动，因此能够实现多块被动活塞同步在多个气室内做抽气或者压气的动作，从而保证了气体样本采集在时间上实现了同步，为湿地植物气体释放速率的精确计算提供了时间上的依据。
（2）能够实现多个气体样品采集在量上的精确控制。多根被动轴、多块被动活塞、多个气室的体积相同，并且能够同时同步运动，控制相同的行程，保证了气体采集过程中采气量的相同。
（3）能够实现气体样品采集在效率上的提高。一人操作一根手动驱动手柄，能够实现多个气体样品同时采集，提高了采气的效率。
附图说明
图1为本发明一种便携式温室气体采集驱动装置的俯视图。
图2为本发明一种便携式温室气体采集驱动装置的正视图。
图3为本发明一种便携式温室气体采集驱动装置的侧视图。
图4为图1的Ⅰ-Ⅰ剖视图。
图5为图1的Ⅱ-Ⅱ剖视图。
图6为图2的Ⅲ-Ⅲ剖视图。
图7为图6的A点大样图。
图8为图6的B点大样图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图1-8，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
一种便携式温室气体采集驱动装置，可以分为3个单元。包括位于本发明前部的往复被动单元1、位于本发明后部的驱动单元2和位于本发明底部的支撑单元3。所述的往复被动单元1包括被动轴12、被动活塞13、气室14、进出气嘴15；所述的驱动单元2包括手动驱动柄21、驱动盘22、驱动柱23、驱动环24；所述的支撑单元3包括支柱31、支板32、柱板连接件33。
所述的驱动环24为前端和后端敞开的中空的类长方体结构，包括左壁241、右壁242、上壁243和下壁244。所述的左壁241和右壁242为尺寸彼此相等的矩形平板，竖直放置，其高度为其宽度的15~20倍，二者之间的净距离与其宽度相等；所述的上壁243和下壁244为尺寸彼此相等的半圆形板，其厚度和宽度与左壁241的厚度和宽度相等，半圆形板的内径与左壁241和右壁242的净距离相等。左壁241、上壁243、右壁242和下壁244顺次密封连接。
所述的被动轴12为左右敞口的中空方管，水平放置，数量为6根，其侧壁的尺寸均彼此相等，即其横截面为正方形，侧壁的宽度为驱动环24左壁241宽度的三分之二至四分之三，侧壁的长度为宽度的15~20倍。被动轴12的右端垂直连接在左壁241的外侧，被动轴12之间的净距离相等。
所述的被动活塞13为中空的长方体，其前后和上下侧壁的尺寸均彼此相等，即其横截面为正方形，被动活塞13横截面的外侧宽度与驱动环24左壁241的宽度相等，被动活塞13左右方向的厚度为横截面宽度的三分之一至二分之一。被动活塞13的右侧壁与被动轴12的左端紧密连接。
所述的气室14为左端盖密封、右端敞口的中空长方体，其前后和上下侧壁的尺寸均彼此相等，即其横截面为正方形，其内部长度和被动轴12的长度与被动活塞13的厚度之和相等。气室14套在被动活塞13的外侧，其右端与左壁241的净距要比被动轴12的长度与被动活塞13的厚度之和小1cm。气室14的数量与被动轴12的数量相同，为6个。
在被动轴12的表面从右至左按照从小到大的顺序标有容积刻度，容积刻度在气室14最右端边线显现的数值为被动轴12带动被动活塞13在气室14内运动到相应位置时，被动活塞13的底部至气室14左端之间的气室14的内部容积。
所述的进出气嘴15为中空的圆管，其右端与气室14的左端盖的圆形开孔紧密连接，其左端为圆台形的尖端，以便于与其他管路如胶管连接。进出气嘴15的中部配有进出气控制阀151。所述的进出气控制阀151与进出气嘴15的材质相同。
所述的手动驱动柄21包括内柄211、外套212、挡球213。所述的内柄211为实心圆柱体，长度为其直径的5~8倍，其一端开有外螺纹；所述的外套212为空心的圆管，其内直径略大于内柄211的外径，其长度与内柄211的长度相等，套在内柄211的外侧；所述的挡球213为实心圆球，其直径略大于外套212的外径，其端部垂直于球心开有内螺纹孔，与一端开有外螺纹的内柄211螺纹连接，以便挡住外套212，防止其脱落。
所述的驱动盘22为实心圆盘，其直径略大于驱动环24的长度。驱动盘22的背面边缘与内柄211无螺纹的一端紧密连接，连接位置距驱动盘22的圆心的距离为驱动盘22半径的五分之四。驱动盘22的中心开有轴孔221，并配有驱动轴222。所述的驱动轴222为实心圆柱体，其长度略大于驱动盘22的厚度，其直径为其长度的四分之一至三分之一。驱动轴222外壁安装有配套的轴承223，轴承223外壁配有配套的轴承套224。
所述的驱动柱23为实心圆柱体，其直径与驱动环24上壁243的内径相等，其长度略大于驱动环24的上壁243的宽度。驱动柱23的后端与驱动盘22的前面边缘紧密连接，连接位置至驱动盘22圆心的中心距要求不大于被动轴12的长度与被动活塞13的厚度之和的二分之一。驱动环24套在驱动柱23的外侧，并要求在驱动柱23与驱动盘22的圆心连线成水平时，驱动柱23恰好位于驱动环24的中心位置。驱动柱23的前端设有圆柱状的圆帽231，圆帽231的直径大于驱动柱23的直径，防止驱动环24由驱动柱23的前端脱出。
所述的支柱31为上下两端敞口的中空长方体，数量为6根，对称排列在气室14的前后两侧，即前端排列3根，后端排列3根，共两排。两排支柱31的相对的侧面分别与气室14的外侧壁连接，起到支撑气室14的作用。每对相对的支柱31的下端连接有支柱座311，即支柱座311的数量为3个，每个支柱座311垂直连接两个支柱31，确保支柱31的稳定支撑。
所述的支板32包括上撑板321、前后十字肋板322和左右十字肋板323。所述的上撑板321为实心矩形板，其上端与驱动轴222的前端下侧连接，即上撑板321的位置与驱动柱23同样位于驱动盘22的前侧面；其下端与前后十字肋板322和左右十字肋板323紧密连接。所述的前后十字肋板322和左右十字肋板323均为三角形的平面薄板，二者的尺寸相同，且互相垂直连接，其中前后十字肋板322与驱动盘22相互垂直，左右十字肋板323与驱动盘22相互平行。
所述的柱板连接件33为矩形薄板，分别与连接3个支柱座311和前后十字肋板322垂直连接，其目的为限制驱动环24、被动轴12、被动活塞13、气室14、驱动柱23之间的相对位置，以及本发明工作时装置良好的整体性和稳定性。
另外，本发明的驱动环24、驱动盘22、支板32可由5mm~10mm厚的PE、PVC或PPP材料模压或者焊接制成，也可由1mm~3mm厚的不锈钢板钣金或者焊接制成。被动轴12、气室14、进出气嘴15可由厚度为0.2mm~0.6mm的不锈钢制成，被动活塞13应由PE、PVC或PPP材料制作，以便与气室14保持良好的密封性。驱动环24的高度为10mm~20mm，长度为250mm~350mm；被动轴12的横截面为15mm×15mm~25mm×25mm，长度为250mm~350mm；被动活塞13的横截面为20mm×20mm~40mm×40mm，长度为15mm~25mm；气室14的长度为300mm~400mm。进出气嘴15的长度为40mm~60mm，内径为3mm~8mm；内柄211的直径为40mm~60mm，外套212的直径为45mm~65mm。驱动盘22的直径为350mm~450mm，驱动柱23的直径为10mm~30mm，长度为30mm~50mm。
本发明的工作原理如下所述。
（1）使用场所。本发明可应用于室内外的自然湿地以及人工湿地中，用于采集湿地植物所释放的温室气体，主要用于静态箱采气法的驱动装置。
（2）安装。如图1所示，在本发明安装时，应保证驱动环24、被动轴12、被动活塞13、气室14、驱动柱23之间的相对位置关系，即驱动柱23位于驱动环24的中部时，被动活塞13应位于气室14的最右端，在此情况下，采用柱板连接件33将支柱座311和前后十字肋板322连接固定。
（3）运动方式。转动手动驱动柄21，将带动驱动盘22、驱动柱23做圆周运动，套在驱动柱23上的驱动环24将在驱动柱23的带动下做左右水平方向的往复运动。因此，通过被动轴12带动被动活塞13在气室14中做往复运动。
（4）准备。首先将静态箱放置在选择好的湿地样方上，打开静态箱中的风扇，并做好静态箱与湿地表面的密封。然后将进出气控制阀151打开，转动手动驱动柄21，带动被动活塞13至气室14的左端，将气室14中的原有空气压缩出气室14。将静态箱出气管与进出气嘴15紧密连接，并确保进出气控制阀151打开，保证进出气嘴15与气室14是连通状态。
（5）混合。转动手动驱动柄21，带动被动活塞13在气室14中做往复运动3~6次，确保气体能够在静态箱中得到一定程度的混合。手动驱动柄21停止转动时，要保证被动活塞13位于气室14的最左端。
（6）采气。转动手动驱动柄21，带动被动活塞13向气室14的右端运动，并注意被动轴12表面的容积刻度，当达到要求的采气量时，停止转动手动驱动柄21，同时关闭进出气控制阀151，然后从进出气嘴15拔下静态箱出气管。
（7）封装气样。将进出气嘴15与标记好的气袋连接，打开进出气控制阀151，转动手动驱动柄21，带动被动活塞13向气室14的左端运动，将气室14中采集到的气体压进气袋，关闭进出气控制阀151，断开进出气嘴15与气袋的连接，完成一次采气。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神实质作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
- 上一篇：石墨接头机器人自动装卡簧、装栓机
- 下一篇：一种颗粒物采样装置和颗粒物检测装置
