【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)屬于巖溶碳循環(huán)動(dòng)態(tài)變化和巖溶碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水co2濃度的裝置。
技術(shù)介紹
1、水和co2是碳酸鹽巖風(fēng)化的驅(qū)動(dòng)力，而90%的碳酸鹽巖風(fēng)化都發(fā)生在土壤和巖石交界面。土壤水中co2濃度是土下碳酸鹽巖風(fēng)化的驅(qū)動(dòng)力之一，直接影響碳酸鹽巖風(fēng)化的速率，同時(shí)也是計(jì)算巖溶碳匯量的關(guān)鍵指標(biāo)。同時(shí)土壤水co2濃度受大氣和土壤物理化學(xué)性質(zhì)等指標(biāo)影響。為了探明土壤水中co2濃度與降雨、土壤參數(shù)和碳酸鹽巖風(fēng)化的關(guān)系，準(zhǔn)確計(jì)算巖溶碳匯量，急需建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤多參數(shù)和土壤水co2濃度一體化裝置。
2、目前水中co2濃度都是利用水中ph、溫度和主要陰陽(yáng)離子計(jì)算，與真實(shí)值之間存在一定的誤差。已有監(jiān)測(cè)土壤co2的方法，但土壤水中co2濃度（液態(tài)）不等于土壤co2濃度（氣態(tài)），只有溶解在水中的co2才能對(duì)碳酸鹽巖產(chǎn)生溶蝕，也就是土壤水中的co2。目前還沒(méi)有可以直接測(cè)定土壤水中co2濃度的裝置。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤多參數(shù)和土壤水co2濃度一體化裝置，可研究土壤水co2濃度的動(dòng)態(tài)變化及其影響因素，為巖溶碳循環(huán)動(dòng)態(tài)變化和巖溶碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)提供支撐。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本技術(shù)的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水co2濃度的裝置，該裝置可以在野外條件下實(shí)現(xiàn)高分辨率的降雨、氣溫、空氣濕度、土壤溫度、電導(dǎo)、體積含水量、co2濃度和土壤水co2的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
2、本技術(shù)提供的實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水co2濃度的裝置，包括太陽(yáng)能供電
3、所述的太陽(yáng)能供電裝置包括太陽(yáng)能板，太陽(yáng)能控制器和電池。太陽(yáng)能供電裝置輸出光伏直流電源輸出12v電流，為所有設(shè)備供給穩(wěn)定的電源。
4、所述設(shè)備箱包括箱體、箱內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集器和將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)傳到云端服務(wù)器的網(wǎng)關(guān)（或無(wú)限終端設(shè)備dtu）。
5、所述大氣指標(biāo)監(jiān)測(cè)組包括雨量筒（雨量傳感器）、大氣溫濕度傳感器；
6、所述的土壤三參數(shù)集成探頭為土壤溫度、體積含水量和電導(dǎo)三個(gè)指標(biāo)測(cè)量探頭的集成；
7、所述的土壤co2監(jiān)測(cè)組由土壤co2監(jiān)測(cè)探頭和防水透氣外殼組成，所述外殼由亞克力管、防水透氣膜座、防水透氣膜、防水穿線頭座和防水穿線頭組成；所述防水透氣膜座和防水穿線頭座分別位于亞克力管的兩端，所述防水透氣膜覆蓋在防水透氣膜座上，封閉亞克力管與外界的連通口；所述二氧化碳監(jiān)測(cè)探頭通過(guò)防水穿線頭安裝在防水穿線頭座上，探頭主體置入亞克力管內(nèi)部，并懸空；所述防水透氣膜僅允許氣體透過(guò)進(jìn)入亞力克管中。
8、所述集水盤由濾布層、土壤支撐架、集水盤體和集水管組成；所述濾布層覆蓋在土壤支撐架上，所述土壤支撐架由開設(shè)若干通孔的支撐面和位于支撐面下與支撐面連接的若干支撐腳構(gòu)成，支撐面的形狀與集水盤體大小匹配，支撐腳立于集水盤體中，土壤支撐架和濾布層將土壤與水隔開并使水滲入集水盤中，所述集水管位于積水盤下方與積水盤連通。
9、所述的土壤水co2監(jiān)測(cè)組由土壤水co2監(jiān)測(cè)探頭和儲(chǔ)水罐組成；所述儲(chǔ)水罐由端蓋、罐體和防水穿線頭構(gòu)成；端蓋與罐體頂部開口連接，土壤水co2監(jiān)測(cè)探頭通過(guò)防水穿線頭安裝在端蓋上，并置于罐體內(nèi)部浸沒(méi)于水中；所述罐體上部設(shè)置出水口與取水罐的進(jìn)水口連通，下部設(shè)置進(jìn)水口與集水盤的集水管連通；
10、所述的取水罐由罐體、取水管、通氣管和取水罐端蓋組成；所述取水管一端插入罐體底部并與端蓋固定，保證可以吸取全部的水樣，另一端露出地面；通氣管插入罐體的頂端并與端蓋固定，保證外界空氣的進(jìn)入調(diào)節(jié)罐體的氣壓方便取水；罐體上部設(shè)置有進(jìn)水口與儲(chǔ)水罐的出水口連通；
11、所述的溫濕度傳感器、土壤co2監(jiān)測(cè)探頭、土壤水co2監(jiān)測(cè)探頭和土壤三參數(shù)集成探頭通過(guò)通訊線與設(shè)備箱中的數(shù)據(jù)采集器連接；所述的太陽(yáng)能供電裝置與數(shù)據(jù)采集器相連。
12、進(jìn)一步地，所述防水透氣膜座和防水穿線頭座均與亞克力管螺紋連接，且連接處設(shè)置有密封圈；所述防水穿線頭與防水穿線頭座螺紋連接，且連接處設(shè)置有密封圈；密封設(shè)計(jì)使得在降水量較大導(dǎo)致土壤中積水時(shí)僅co2濃度透過(guò)防水透氣膜，阻擋土壤水進(jìn)入co2探頭，從而延長(zhǎng)二氧化碳監(jiān)測(cè)探頭壽命，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。
13、優(yōu)選地，所述防水穿線頭優(yōu)選為格蘭頭座，所述防水穿線頭優(yōu)選為格蘭頭。通過(guò)所述格蘭頭對(duì)穿過(guò)其的co2監(jiān)測(cè)探頭線進(jìn)行緊固及密封。進(jìn)一步地，所述防水穿線頭通過(guò)螺紋連接在儲(chǔ)水罐端蓋上，儲(chǔ)水罐端蓋通過(guò)螺紋與罐體開口連接，且在連接處均設(shè)置有密封圈。
14、進(jìn)一步地，所述取水管和通氣管為具有抗壓能力的硬質(zhì)塑料管，防止土壤的擠壓導(dǎo)致二者的閉塞。在降雨后可通過(guò)注射器由取水罐抽取取水罐中的水樣測(cè)定所需的陰陽(yáng)離子、重金屬或同位素指標(biāo)。
15、進(jìn)一步地，所述安裝支架包括立桿和底座，桿體分節(jié)，各節(jié)之間用螺紋連接；底座帶固定鋼釬，鋼釬插入土中使底座固定牢固。
16、進(jìn)一步地，所述太陽(yáng)能供電裝置、大氣指標(biāo)監(jiān)測(cè)探頭安裝在安裝支架上，所述安裝支架固定于地面；所述土壤co2監(jiān)測(cè)探頭組、土壤水co2監(jiān)測(cè)探頭組、土壤三參數(shù)集成探頭、取水罐、集水盤均安裝于土壤中。
17、進(jìn)一步地，所述的設(shè)備箱外殼為pp合金箱，具有防水防潮功能。
18、進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集器用于將各探頭的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，優(yōu)選含有脈沖、電壓和電流三種信號(hào)采集功能的數(shù)據(jù)采集器。
19、進(jìn)一步地，所述土壤水co2監(jiān)測(cè)探頭配套設(shè)置有防水透氣外殼，所述防水透氣外殼允許水體中氣體（包括co2）進(jìn)入。
20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有以下有益效果：
21、1.本技術(shù)所述裝置可在野外條件下利用太陽(yáng)能供電，實(shí)時(shí)、高分辨率的監(jiān)測(cè)降雨、氣溫、空氣濕度、土壤溫度、電導(dǎo)、體積含水量、土壤co2濃度、土壤水co2濃度等指標(biāo)，有助于研究土壤水中co2濃度與降雨、土壤參數(shù)和碳酸鹽巖風(fēng)化的關(guān)系，準(zhǔn)確計(jì)算巖溶碳匯量。
22、2.本技術(shù)所述裝置集成了土壤水積水盤、土壤水co2監(jiān)測(cè)組和取水罐，首次實(shí)現(xiàn)了土壤水co2濃度的在線監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的直接測(cè)量溶解在土壤水中的co2濃度，同時(shí)兼有測(cè)量和取樣功能。
23、3.本技術(shù)通過(guò)網(wǎng)關(guān)將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)傳到云端服務(wù)器，可隨時(shí)隨地查看和下載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)可即時(shí)判斷故障，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性。
24、4.本技術(shù)可以集成多套裝置，在土壤的不同層位監(jiān)測(cè)土壤溫度、電導(dǎo)、體積含水量、土壤co2濃度等指標(biāo)，還可擴(kuò)展其他類型探頭。
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1.一種實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水CO2濃度的裝置，其特征在于，包括太陽(yáng)能供電裝置、設(shè)備箱、大氣指標(biāo)監(jiān)測(cè)組、土壤三參數(shù)集成探頭、土壤CO2監(jiān)測(cè)組、集水盤、土壤水CO2監(jiān)測(cè)組、取水罐和安裝支架；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水CO2濃度的裝置，其特征在于，所述防水透氣膜座和防水穿線頭座均與亞克力管螺紋連接，且連接處設(shè)置有密封圈；所述防水穿線頭與防水穿線頭座螺紋連接，且連接處設(shè)置有密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水CO2濃度的裝置，其特征在于，所述防水穿線頭通過(guò)螺紋連接在儲(chǔ)水罐端蓋上，儲(chǔ)水罐端蓋通過(guò)螺紋與罐體開口連接，且在連接處均設(shè)置有密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水CO2濃度的裝置，其特征在于，所述取水管和通氣管為具有抗壓能力的硬質(zhì)塑料管，防止土壤的擠壓導(dǎo)致二者的閉塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水CO2濃度的裝置，其特征在于，所述安裝支架包括立桿和底座，桿體分節(jié)，各節(jié)之間用螺紋連接；底座帶固定鋼釬，鋼釬插入土中使底座固定牢固。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水CO2濃度的裝置，其特征在于，所述太陽(yáng)能供電裝置、大氣指標(biāo)監(jiān)測(cè)探頭安裝在安裝支架上，所述安裝支架固定于地面；所述土壤CO2監(jiān)測(cè)探頭組、土壤水CO2監(jiān)測(cè)探頭組、土壤三參數(shù)集成探頭、取水罐、集水盤均安裝于土壤中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水CO2濃度的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集器選用含有脈沖、電壓和電流三種信號(hào)采集功能的數(shù)據(jù)采集器。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水co2濃度的裝置，其特征在于，包括太陽(yáng)能供電裝置、設(shè)備箱、大氣指標(biāo)監(jiān)測(cè)組、土壤三參數(shù)集成探頭、土壤co2監(jiān)測(cè)組、集水盤、土壤水co2監(jiān)測(cè)組、取水罐和安裝支架；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水co2濃度的裝置，其特征在于，所述防水透氣膜座和防水穿線頭座均與亞克力管螺紋連接，且連接處設(shè)置有密封圈；所述防水穿線頭與防水穿線頭座螺紋連接，且連接處設(shè)置有密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水co2濃度的裝置，其特征在于，所述防水穿線頭通過(guò)螺紋連接在儲(chǔ)水罐端蓋上，儲(chǔ)水罐端蓋通過(guò)螺紋與罐體開口連接，且在連接處均設(shè)置有密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)大氣、土壤和土壤水co2濃度的裝置，其特征在于，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃芬，朱士龍，馬杰，鄭積軍，陳洪杰，孫平安，肖瓊，朱同彬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所，
類型：新型
國(guó)別省市：
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