本發(fā)明涉及土壤空氣成分監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

1、土壤空氣是存在于土壤中氣體的總稱，常以自由態(tài)存在于土壤孔隙、溶解態(tài)存在于土壤水溶液或吸附態(tài)存在于土壤顆粒。土壤空氣是土壤重要組成成分之一，對(duì)于植物生長(zhǎng)和土壤形成有重大意義，是研究土壤學(xué)、農(nóng)學(xué)、地球化學(xué)、環(huán)境科學(xué)和化學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域研究的一個(gè)重要內(nèi)容。同時(shí)，土壤有機(jī)碳庫(kù)是陸生系統(tǒng)中最大的有機(jī)碳庫(kù)，約是大氣碳庫(kù)儲(chǔ)量的2～3倍，土壤與大氣之間碳的年交換量高達(dá)600億～800億噸。土壤碳庫(kù)的每一個(gè)微小變化都會(huì)影響大氣二氧化碳的濃度，甚至引起全球氣候變化。準(zhǔn)確查明土壤中氣體成分及變化趨勢(shì)是開(kāi)展土壤固碳技術(shù)研究的前提，而土壤空氣的采樣方法是土壤空氣研究的一個(gè)重要的基礎(chǔ)。

2、目前土壤中二氧化碳檢測(cè)主要使用密閉式靜態(tài)箱采集土壤空氣樣品，然后使用氣象色譜進(jìn)行檢測(cè)。使用密閉式靜態(tài)箱采集土壤氣體，需要預(yù)先埋設(shè)靜態(tài)箱，并抽取箱中氣體形成真空，土壤氣體才能擴(kuò)散到靜態(tài)箱中。密閉式靜態(tài)箱結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用時(shí)較長(zhǎng)，收集效率低，并且不能確定采集的氣體在土壤中的深度，不利于土壤氣體的快速高效采集。此外密閉式靜態(tài)箱埋設(shè)會(huì)造成表層土壤的一定程度的擾動(dòng)，導(dǎo)致土壤氣體受到大氣的污染，影響土壤中二氧化碳檢測(cè)結(jié)果。因此，亟需一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，解決實(shí)際采樣工作中遇到的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，包括設(shè)備箱以及收納于設(shè)備箱內(nèi)的監(jiān)測(cè)設(shè)備、采集設(shè)備；所述采集設(shè)備包括采樣頭、多個(gè)采樣管，所述采樣頭底部為圓錐頭，頂部設(shè)置采樣頭螺母；所述采樣管包括套接設(shè)置的采樣筒外管、采樣筒內(nèi)管，所述采樣筒內(nèi)管外側(cè)周向設(shè)置有數(shù)個(gè)與采樣筒外管內(nèi)壁連接的采樣筒隔板，所述采樣筒內(nèi)管一端設(shè)置實(shí)心塊，所述實(shí)心塊外設(shè)置與采樣頭螺母尺寸相同的外螺紋，所述采樣筒內(nèi)管另一端設(shè)置有與實(shí)心塊、采樣頭螺母外螺紋配合的內(nèi)螺紋，使得采樣頭可與采樣管通過(guò)螺紋連接，多個(gè)采樣管之間也可以通過(guò)螺紋連接；所述實(shí)心塊中部設(shè)置t型方孔，所述t型方孔包括貫穿實(shí)心塊的垂直方孔，以及連通垂直方孔與采樣筒內(nèi)管外部的半貫穿水平方孔，所述橫向空通過(guò)進(jìn)氣口通道穿出采樣筒外管與外部連通；所述水平方孔與垂直方孔的連通處轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)隔板，使得旋轉(zhuǎn)隔板封閉水平方孔時(shí)垂直方孔連通，或旋轉(zhuǎn)隔板封閉垂直方孔時(shí)水平方孔連通，所述實(shí)心塊上部設(shè)置co2濃度檢測(cè)器；所述采樣管頂部設(shè)置旋轉(zhuǎn)手柄組件，所述旋轉(zhuǎn)手柄組件通過(guò)排氣軟管與監(jiān)測(cè)設(shè)備連接。

2、進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)隔板一角通過(guò)銷軸與水平方孔與垂直方孔的連通處轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述銷軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述實(shí)心塊上設(shè)置有與銷軸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)隔板控制器。

3、進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)手柄組件包括套接設(shè)置的旋轉(zhuǎn)手柄內(nèi)筒、旋轉(zhuǎn)手柄外筒，所述旋轉(zhuǎn)手柄內(nèi)筒頂部設(shè)置于旋轉(zhuǎn)手柄外筒連接的旋轉(zhuǎn)手柄組件隔板，底部設(shè)置與采樣筒內(nèi)管頂部?jī)?nèi)螺紋配合的外螺紋，使得旋轉(zhuǎn)手柄組件通過(guò)螺紋配合與采樣筒連接，所述旋轉(zhuǎn)手柄內(nèi)筒頂部設(shè)置密封蓋，所述密封蓋上設(shè)置與排氣軟管連接的排氣接頭，所述旋轉(zhuǎn)手柄外筒兩側(cè)分別設(shè)置有手柄。

4、進(jìn)一步地，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備包括監(jiān)測(cè)設(shè)備殼體，監(jiān)測(cè)設(shè)備殼體上分布有開(kāi)關(guān)按鈕、進(jìn)氣管、顯示屏、排氣口、若干電源接口和若干信號(hào)接口，內(nèi)部設(shè)置有電源、信號(hào)處理器、控制器和真空泵；所述進(jìn)氣管通過(guò)排氣軟管與采樣筒內(nèi)管連接，所述排氣口與真空泵出氣端連接并延伸至監(jiān)測(cè)設(shè)備殼體外。

5、進(jìn)一步地，所述采樣管中旋轉(zhuǎn)隔板控制器、co2濃度檢測(cè)器的信號(hào)線分別連接信號(hào)處理器上信號(hào)接口，所述采樣管中旋轉(zhuǎn)隔板控制器、co2濃度檢測(cè)器的電源線，分別連接電源上的供電接口，所述電源同樣給信號(hào)處理器、控制器、真空泵及顯示器設(shè)備相連為其供電，所述控制器控制電源、信號(hào)處理器、真空泵、顯示屏、開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)隔板控制器以及co2濃度檢測(cè)器，所述進(jìn)氣管、排氣口與真空泵相連，所述進(jìn)氣管另一端通過(guò)排氣軟管連接旋轉(zhuǎn)手柄組件上的排氣接頭。

6、進(jìn)一步地，所述設(shè)備箱包括通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接并可開(kāi)合設(shè)置的設(shè)備箱體、設(shè)備箱蓋，所述設(shè)備箱體內(nèi)部填充有箱體海綿，所述箱體海綿中有與監(jiān)測(cè)設(shè)備預(yù)留孔、采樣筒預(yù)留孔、采樣頭預(yù)留孔以及旋轉(zhuǎn)手柄組件預(yù)留孔。

7、進(jìn)一步地，所述設(shè)備箱體外部設(shè)置有把手和卡扣凸起，設(shè)備箱蓋外部有與卡扣凸起扣接的卡扣。

8、進(jìn)一步地，所述設(shè)備箱蓋內(nèi)部有箱蓋海綿。

9、進(jìn)一步地，所述設(shè)備箱體和設(shè)備箱蓋上有縱橫交錯(cuò)的突起的箱體加強(qiáng)件。

10、本發(fā)明還公開(kāi)了其監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

11、(1)將監(jiān)測(cè)設(shè)備、采樣頭、若干采樣筒和旋轉(zhuǎn)手柄組件從設(shè)備箱中取出，然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行組裝，具體為：將采樣頭、若干采樣筒和旋轉(zhuǎn)手柄組件通過(guò)螺絲螺母連接起來(lái)，形成采樣設(shè)備；

12、(2)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)手柄組件將采樣設(shè)備緩慢楔入目標(biāo)土壤中，使用排氣軟管將排氣接頭和進(jìn)氣管連接起來(lái)，各個(gè)采樣管中的信號(hào)線和供電線連接監(jiān)測(cè)設(shè)備上的信號(hào)接口和供電接口；

13、(3)打開(kāi)監(jiān)測(cè)設(shè)備開(kāi)關(guān)，控制器給真空泵和旋轉(zhuǎn)隔板控制器發(fā)出信號(hào)，旋轉(zhuǎn)隔板封堵t型孔的水平方孔，真空泵通過(guò)排氣軟管對(duì)采樣設(shè)備進(jìn)行抽真空，然后旋轉(zhuǎn)隔板封堵t型孔的垂直方孔，將土壤空氣吸入各個(gè)采樣筒中，co2濃度檢測(cè)器檢測(cè)氣體中co2濃度，將信號(hào)傳輸給信號(hào)處理器，信號(hào)處理器分析出co2濃度后，將數(shù)據(jù)傳輸給控制器，控制器將該數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上，并進(jìn)行循環(huán)往復(fù)。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

15、(1)本發(fā)明采用可螺紋連接的模塊化采樣管設(shè)計(jì)，通過(guò)增減采樣管數(shù)量實(shí)現(xiàn)不同深度的土壤監(jiān)測(cè)，突破單點(diǎn)監(jiān)測(cè)的局限性，可同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)不同深度的土壤co2濃度；同時(shí)，螺紋連接的采樣頭、采樣管及旋轉(zhuǎn)手柄組件支持快速拆裝，單一部件損壞時(shí)可單獨(dú)更換，降低維護(hù)成本。

16、(2)本發(fā)明采用圓錐頭采樣頭與旋轉(zhuǎn)手柄組件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)人力旋轉(zhuǎn)即可輕松楔入土壤，無(wú)需復(fù)雜動(dòng)力設(shè)備，適用于多種地形，減少對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。

17、(3)本發(fā)明通過(guò)t型方孔與旋轉(zhuǎn)隔板的組合設(shè)計(jì)，可通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)隔板實(shí)現(xiàn)"抽真空-采樣"的自動(dòng)化切換：先封閉水平方孔進(jìn)行抽真空，再封閉垂直方孔吸入土壤空氣，避免氣路污染，提升采樣精度。

18、(4)設(shè)備箱采用海綿填充及加強(qiáng)件結(jié)構(gòu)，可收納全部組件并提供抗震保護(hù)；卡扣式開(kāi)合設(shè)計(jì)便于快速部署，適合野外作業(yè)場(chǎng)景。

19、(5)本發(fā)明監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)置真空泵、信號(hào)處理器、控制器，通過(guò)排氣軟管與采樣管直接連接，實(shí)現(xiàn)"采樣-檢測(cè)-顯示"全流程集成，減少現(xiàn)場(chǎng)接線復(fù)雜度。

技術(shù)特征：

1.一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括設(shè)備箱以及收納于設(shè)備箱內(nèi)的監(jiān)測(cè)設(shè)備、采集設(shè)備；所述采集設(shè)備包括采樣頭、多個(gè)采樣管，所述采樣頭底部為圓錐頭，頂部設(shè)置采樣頭螺母；所述采樣管包括套接設(shè)置的采樣筒外管、采樣筒內(nèi)管，所述采樣筒內(nèi)管外側(cè)周向設(shè)置有數(shù)個(gè)與采樣筒外管內(nèi)壁連接的采樣筒隔板，所述采樣筒內(nèi)管一端設(shè)置實(shí)心塊，所述實(shí)心塊外設(shè)置與采樣頭螺母尺寸相同的外螺紋，所述采樣筒內(nèi)管另一端設(shè)置有與實(shí)心塊、采樣頭螺母外螺紋配合的內(nèi)螺紋，使得采樣頭可與采樣管通過(guò)螺紋連接，多個(gè)采樣管之間也可以通過(guò)螺紋連接；所述實(shí)心塊中部設(shè)置t型方孔，所述t型方孔包括貫穿實(shí)心塊的垂直方孔，以及連通垂直方孔與采樣筒內(nèi)管外部的半貫穿水平方孔，所述橫向空通過(guò)進(jìn)氣口通道穿出采樣筒外管與外部連通；所述水平方孔與垂直方孔的連通處轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)隔板，使得旋轉(zhuǎn)隔板封閉水平方孔時(shí)垂直方孔連通，或旋轉(zhuǎn)隔板封閉垂直方孔時(shí)水平方孔連通，所述實(shí)心塊上部設(shè)置co2濃度檢測(cè)器；所述采樣管頂部設(shè)置旋轉(zhuǎn)手柄組件，所述旋轉(zhuǎn)手柄組件通過(guò)排氣軟管與監(jiān)測(cè)設(shè)備連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)隔板一角通過(guò)銷軸與水平方孔與垂直方孔的連通處轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述銷軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述實(shí)心塊上設(shè)置有與銷軸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的旋轉(zhuǎn)隔板控制器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)手柄組件包括套接設(shè)置的旋轉(zhuǎn)手柄內(nèi)筒、旋轉(zhuǎn)手柄外筒，所述旋轉(zhuǎn)手柄內(nèi)筒頂部設(shè)置于旋轉(zhuǎn)手柄外筒連接的旋轉(zhuǎn)手柄組件隔板，底部設(shè)置與采樣筒內(nèi)管頂部?jī)?nèi)螺紋配合的外螺紋，使得旋轉(zhuǎn)手柄組件通過(guò)螺紋配合與采樣筒連接，所述旋轉(zhuǎn)手柄內(nèi)筒頂部設(shè)置密封蓋，所述密封蓋上設(shè)置與排氣軟管連接的排氣接頭，所述旋轉(zhuǎn)手柄外筒兩側(cè)分別設(shè)置有手柄。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)設(shè)備包括監(jiān)測(cè)設(shè)備殼體，監(jiān)測(cè)設(shè)備殼體上分布有開(kāi)關(guān)按鈕、進(jìn)氣管、顯示屏、排氣口、若干電源接口和若干信號(hào)接口，內(nèi)部設(shè)置有電源、信號(hào)處理器、控制器和真空泵；所述進(jìn)氣管通過(guò)排氣軟管與采樣筒內(nèi)管連接，所述排氣口與真空泵出氣端連接并延伸至監(jiān)測(cè)設(shè)備殼體外。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述采樣管中旋轉(zhuǎn)隔板控制器、co2濃度檢測(cè)器的信號(hào)線分別連接信號(hào)處理器上信號(hào)接口，所述采樣管中旋轉(zhuǎn)隔板控制器、co2濃度檢測(cè)器的電源線，分別連接電源上的供電接口，所述電源同樣給信號(hào)處理器、控制器、真空泵及顯示器設(shè)備相連為其供電，所述控制器控制電源、信號(hào)處理器、真空泵、顯示屏、開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)隔板控制器以及co2濃度檢測(cè)器，所述進(jìn)氣管、排氣口與真空泵相連，所述進(jìn)氣管另一端通過(guò)排氣軟管連接旋轉(zhuǎn)手柄組件上的排氣接頭。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述設(shè)備箱包括通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接并可開(kāi)合設(shè)置的設(shè)備箱體、設(shè)備箱蓋，所述設(shè)備箱體內(nèi)部填充有箱體海綿，所述箱體海綿中有與監(jiān)測(cè)設(shè)備預(yù)留孔、采樣筒預(yù)留孔、采樣頭預(yù)留孔以及旋轉(zhuǎn)手柄組件預(yù)留孔。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述設(shè)備箱體外部設(shè)置有把手和卡扣凸起，設(shè)備箱蓋外部有與卡扣凸起扣接的卡扣。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述設(shè)備箱蓋內(nèi)部有箱蓋海綿。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述設(shè)備箱體和設(shè)備箱蓋上有縱橫交錯(cuò)的突起的箱體加強(qiáng)件。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置，其監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種靈活的中淺層土壤二氧化碳濃度分段監(jiān)測(cè)裝置及方法，包括設(shè)備箱以及收納于設(shè)備箱內(nèi)的監(jiān)測(cè)設(shè)備、采集設(shè)備；采集設(shè)備包括采樣頭、多個(gè)采樣管，采樣頭底部為圓錐頭，頂部設(shè)置采樣頭螺母；采樣管包括套接設(shè)置的采樣筒外管、采樣筒內(nèi)管，采樣筒內(nèi)管外側(cè)周向設(shè)置有數(shù)個(gè)與采樣筒外管內(nèi)壁連接的采樣筒隔板，采樣筒內(nèi)管一端設(shè)置實(shí)心塊，實(shí)心塊外設(shè)置與采樣頭螺母尺寸相同的外螺紋，本發(fā)明采用可螺紋連接的模塊化采樣管設(shè)計(jì)，通過(guò)增減采樣管數(shù)量實(shí)現(xiàn)不同深度的土壤監(jiān)測(cè)，突破單點(diǎn)監(jiān)測(cè)的局限性，可同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)不同深度的土壤CO2濃度；同時(shí)，螺紋連接的采樣頭、采樣管及旋轉(zhuǎn)手柄組件支持快速拆裝，單一部件損壞時(shí)可單獨(dú)更換，降低維護(hù)成本。

技術(shù)研發(fā)人員：曹泊,唐盼,徐輝,張遠(yuǎn)遠(yuǎn),周曉芳,拾沖,張立,秦子航,劉曼晴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計(jì)研究院（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局檢測(cè)中心）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15