一种便携式长期连续原位采集气体静态箱

1.本发明涉及土壤气体采集静态箱技术领域，尤其是涉及一种便携式长期连续原位采集气体静态箱。


背景技术：

2.全球温室效应的日益加剧已经引起全球变化生态学研究的普遍关注。“静态箱-气相色谱法”是当前测定生态系统二氧化碳、甲烷和氧化亚氮排放通量的常用方法，其中静态箱是实现采集土壤气体样品的关键设备，其主要由底座和箱体构成，结构简单，操作方便，成本较低，因此实现野外环境土壤排放气体的人工采集，从而也在相关领域被众多研究人员所采用。
3.目前研究工作中所使用的静态箱一般是由化学性质稳定的材料(如不锈钢、有机玻璃)制成的密闭性无底箱体，罩于试验土样上收集气体，采气时大部分均为注射器采样，从而存在一下几点弊端。
4.1、为了方便土壤气体排放通量的换算，静态箱一般都为规则形状，从而导致体积庞大，形状固定，不利于远距离携带，试验多点采集时非常不便于搬运。
5.2、箱体均未设置调节气压装置，当箱体内多次抽取气体后会导致箱内气压降低，迫使土壤孔隙中的气体进入箱内，影响采样的准确性。
6.3、采气时一般采用注射器抽取，且采气管道内未设置逆止阀，已造成采集气体可靠性下降。
7.4、静态箱内均无过滤气体装置，其采集的气体所夹带的水分、油脂和其他杂质会给后续上机分析造成影响，影响试验准确性。
8.5、现有静态箱在采集完一个样点后需挪动箱体继续采集，无法长期且连续的原位监测。
9.所以现在亟需改进和完善现有装置以解决上述问题。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于进一步改进现有装置的问题，提供一种使用便捷、测量准确、对外界环境影响小、原位采集性能好的便携式长期连续原位采集气体静态箱。
11.为实现上述目的，本发明提供了一种便携式长期连续原位采集气体静态箱，包括多种组件构成的静态箱顶盖、用于采集容纳气体的静态箱主箱体和固定于土壤中的静态箱底座，静态箱主箱体的上端与静态箱顶盖连接，静态箱主箱体的下端与静态箱底座的上端连接，静态箱底座的下端设置在土壤中，静态箱顶盖上设置有保护盖和内部构件，保护盖设置在内部构件的上方，内部构件包括小型空气气压调节结构和微型抽气结构。
12.优选的，微型抽气结构包括空气泵，空气泵的一端与采气口的一端连接，空气泵的另一端与伸入静态箱主箱体内部的取气管道连接。
13.优选的，取气管道的末端设置有用于过滤的竹炭，取气管道的中部设置有用于过
滤的ptfe微孔膜。
14.优选的，采气口的另一端与集气袋连接。
15.优选的，小型空气气压调节结构包括变送压力气柱和智能数显压力表，变送压力气柱的底端设置在静态箱主箱体内，变送压力气柱的内部设置有活塞，智能数显压力表的底端设置有用于检测压力的压力探头，压力探头设置在静态箱主箱体的内部。
16.优选的，静态箱主箱体的内部设置用于将气体搅拌均匀的空气搅拌风扇、用于供电的蓄电池、空气温湿度器和土壤温湿度计插槽，静态箱顶盖通过法兰与静态箱主箱体密封连接，静态箱主箱体通过法兰与静态箱底座密封连接。
17.优选的，静态箱主箱体的上端和下端均为敞口，静态箱顶盖、静态箱主箱体、静态箱底座的材质均为有机玻璃。
18.优选的，保护盖的顶端设置有把手，保护盖与静态箱顶盖可拆卸连接。
19.优选的，静态箱底座上设置有顶板，顶板的四个角预留设置有固定孔，固定钉通过固定孔与土壤连接。
20.因此，本发明采用上述结构的便携式长期连续原位采集气体静态箱，具有以下有益效果：
21.1、该采气装置整体采用透明的有机玻璃制成，静态箱主箱体长期放置于田间不影响光照、作物生长和土壤呼吸作用。静态箱主箱体与静态箱底座通过法兰连接，且静态箱底座增设了顶板面积，增加了螺丝钉固定，提高了装置整体的稳定性，为装置在田间长期埋置提供保障。
22.2、当静态箱箱内气体被多次抽取后，静态箱顶盖设置的小型空气气压调节结构可为箱内气体加压，使箱内气压保持稳定，提高采集气样的精度。
23.3、从静态箱箱体内收集气体时将集气袋固定于采气口，打开微型抽气结构即可采集，减小了针筒抽取气体时产生的误差，提高了采集效率。
24.4、静态箱箱内取气管道末端和中部分别布置有竹炭和ptfe微孔膜，可以在采气过程中过滤气体中的水分和其他杂质，为后续上机测定气体浓度提供了优质样品，提高检测结果的准确性。
25.5、静态箱主箱体可长期埋置于田间，多点检测时不必搬运，且静态箱顶盖与静态箱主箱体采用可拆卸法兰连接方式，静态箱顶盖小巧且便于携带，为试验和气体采集提供极大便利。
26.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
27.图1为本发明整体结构示意图；
28.图2为本发明静态箱底座结构示意图；
29.图3为本发明静态箱主箱体结构示意图；
30.图4为本发明静态箱顶盖结构示意图；
31.图5为本发明小型空气气压调节结构示意图；
32.图6为本发明空气泵结构示意图。
33.附图标记
34.1、保护盖；2、把手；3、小型空气气压调节结构；4、空气温湿度计；5、取气管道；6、微型抽气结构；7、静态箱顶盖；8、采气口；9、蓄电池；10、法兰；11、ptfe微孔膜；12、竹炭；13、空气搅拌风扇；14、静态箱主箱体；15、固定孔；16、固定钉；17、土壤温湿度计插槽；18、顶板；19、静态箱底座；20、活塞；21、变送压力气柱；22、智能数显压力表；23、压力探头；24、空气泵；25、吸气口；26、排气口；27、泵壳；28、液环；29、叶轮。
具体实施方式
35.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
36.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
37.实施例
38.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明静态箱底座结构示意图；图3为本发明静态箱主箱体结构示意图；图4为本发明静态箱顶盖结构示意图；图5为本发明小型空气气压调节结构示意图；图6为本发明微型抽气结构示意图。
39.如图所示，本发明所述的一种便携式长期连续原位采集气体静态箱，包括多种组件构成的静态箱顶盖7、用于采集容纳气体的静态箱主箱体14和固定于土壤中的静态箱底座19。静态箱主箱体14的上端和下端均为敞口，静态箱顶盖7通过法兰10与静态箱主箱体14的上端密封连接，静态箱主箱体14的下端通过法兰10与静态箱底座19的上端密封连接，静态箱底座19的下端埋设与农田土壤之中。法兰10均可拆卸，便于装置的拆卸、组装和搬运。静态箱底座19上设置有顶板18，顶板18的四个角预留设置有固定孔15，固定钉16通过固定孔15与农田土壤连接。固定孔15为螺丝孔，固定钉16为螺丝钉，螺丝钉通过螺丝孔楔入农田土壤，加固底座的稳定性。静态箱顶盖7、静态箱主箱体14、静态箱底座19的材质均为有机玻璃。
40.静态箱顶盖7上设置有保护盖1和内部构件，保护盖1设置在内部构件的上方，保护盖1设置在静态箱顶盖7的外围。保护盖1的顶端固定设置有把手2，保护盖1与静态箱顶盖7通过可拆卸的螺纹固定方式连接，便于装置的拆卸、组装和搬运。内部构件包括小型空气气压调节结构3和微型抽气结构6。小型空气气压调节结构3能够调节采气过程中静态箱主箱体14内外气压的差异。小型空气气压调节结构3包括变送压力气柱21和智能数显压力表22，变送压力气柱21的底端设置在静态箱主箱体14内，变送压力气柱21设置为中空，变送压力气柱21的内部设置有活塞20。活塞20与变送压力气柱21滑动密封连接，当静态箱主箱体14内部的气体减少，气压降低，活塞20向下滑动平衡静态箱主箱体14内的气压。智能数显压力表22的底端设置有用于检测压力的压力探头23，压力探头23设置在静态箱主箱体14的内
部。
41.微型抽气结构6包括空气泵24，空气泵24为小型空气泵24。空气泵24的一端与采气口8的一端连接，采气口8的另一端与集气袋连接，集气袋用来采集静态箱主箱体14内部的气体。空气泵24的另一端与伸入静态箱主箱体14内部的取气管道5连接。空气泵24通过螺丝固定在静态箱顶盖7上，空气泵24上设置有泵壳27，泵壳27内设置有液环28和叶轮29。空气泵24上设置有吸气口25和排气口26，吸气口25与取气管道5连接，排气口26通过管道与采气口8连接，此管道的外壁与此管道穿过静态箱顶盖7通孔密封连接。取气管道5的末端设置有用于过滤的竹炭12，取气管道5的中部设置有用于过滤的ptfe微孔膜11，用于过滤气体中的水分和其他杂质。
42.静态箱主箱体14的内部设置用于将气体搅拌均匀的空气搅拌风扇13、用于供电的蓄电池9、空气温湿度计4和土壤温湿度计插槽17。静态箱顶盖7上预留有温湿度计孔，空气温湿度计4插入温湿度计孔内。空气温湿度计4的下端位于静态箱主箱体14的内部，通过空气温湿度计4监测静态箱主箱体14内部气体的温湿度。空气搅拌风扇13能够保证采集气体时静态箱主箱体14内部气体均匀。蓄电池9为锂电池，蓄电池9能够为小型空气气压调节结构3、微型抽气结构6、空气搅拌风扇13提供电源。土壤温湿度计插槽17设置在静态箱主箱体14底端与农田土壤贴合处，土壤温湿度计插槽17用来固定土壤温湿度计。土壤温湿度计插槽17上半部分位于静态箱主箱体14的底端，土壤温湿度计插槽17下半部分埋置于土壤中，土壤温湿度计用于观测土壤的温湿度。空气温湿度计4、取气管道5、空气气压调节结构、空气搅拌风扇13与静态箱主箱体14、静态箱顶盖7连接处的通孔内均采用现有的密封材料保持装置的气密性。
43.使用方法为：将静态箱底座19提前埋入待测农田的小区内，顶板18与农田土壤表面贴合，将螺丝钉穿过预留螺丝孔楔入土壤中，加固静态箱底座19，再将静态箱主箱体14通过法兰10连接固定于埋置好的静态箱底座19上部，至试验结束前不再拆卸，长期埋置于试验小区内；采集气体时携带静态箱顶盖7于试验小区内，将土壤温湿度计插于静态箱主箱体14的土壤温湿度计插槽17内，再将静态箱顶盖7通过法兰10连接密封加固于静态箱主箱体14的顶端，打开小型空气气压调节结构3和空气搅拌风扇13，采气时将集气袋固定于采气口8，打开微型抽气结构6进行取气，取气管道5末端的竹炭12和取气管道5中部的ptfe微孔膜11能够对空气中的水分和其他杂质进行过滤。该点取气结束后只需取下静态箱顶盖7前往下一个埋置点取气即可，无需搬运静态箱主箱体14，省时省力，可实现对待测区域进行长期连续原位采集气体。
44.因此，本发明采用上述结构的便携式长期连续原位采集气体静态箱，能够满足需要长期田间原位采集气体的要求，该气体静态箱原位采集性能好，对土壤扰动和作物生长影响小，携带便捷，操作简单，适合田间多点、长期、连续原位采集气体，实现采集气体的便携化。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。