[发明专利]具有无线通信功能的大气氮磷干湿沉降采样系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测设备及方法研究领域，特别涉及一种具有无线通信功能的大气氮磷干湿沉降采样系统及其方法。

背景技术

大气沉降是指大气中各种物质的自然沉降，分为干沉降和湿沉降。其中，干沉降指不发生降水时，大气中物质受重力、颗粒物吸附等作用由大气沉降到地面的过程；湿沉降指发生降水事件时，高空雨滴吸收和冲刷大气中物质降到地面的沉降过程。有关大气沉降的研究较早，但长期以来研究的重点主要集中在酸雨和重金属污染方面，其所传输营养物质对生态环境的影响一直被人们忽视。然而，对于演变机制复杂、生态环境敏感的河口、湖泊、水库等地表水环境来说，大气氮磷沉降不仅是维持初级生产力所需营养元素的主要来源，同时也是外在的和新增的污染负荷。近年来，随着有机污染逐步得以控制，近岸海域和重点湖库的富营养化问题日益突显，但化石燃料和现代农业向大气中排放的活性氮还在急剧增加，使得通过大气沉降输入河流、湖库和海洋生态系统的营养负荷也不断加大，并已逐渐成为世界各国水体富营养化问题的重要污染来源之一。

目前，虽然大气氮磷干湿沉降对水生态环境的影响已逐渐受到关注，但在其沉降负荷定量观测方面的研究基础还较为薄弱。一方面，不仅缺乏统一的大气氮磷干湿沉降样品采集与监测分析技术规范，而且现有干湿沉降样品采集系统的稳定性也较差，经常需要及时快速的现场维护与维修，否则难以保证样品采集的质量；另一方面，由于部分氮磷干湿沉降观测站点需要布设在远离城市的野外露天环境，而降雨的不确定性，要求采样人员必须准确掌握观测现场的情况，并及时收集和保存湿沉降样品，否则将会影响检测分析的结果。现有的大气干湿沉降采样设备虽然通过雨量感应器实现了干沉降和湿沉降的自动分离，大大减少了样品采集的工作难度，但仍然难以解决上述两个方面的问题，必须有专门的人员驻守在观测现场才能保证样品采集和检测分析的质量。

申请号为201010104400.9的中国发明专利公开了一种辐射环境干湿沉降自动采样器，该采样器包括箱体，箱体顶上设置有雨水感应器，箱体顶板上设有沉降物收集筒和雨水收集筒，雨水收集筒上设有密封盖，密封盖与升降旋转开闭机构的输出轴连接。但是此发明存在以下不足：1所述控制器是采用单片机进行控制，通过通信总线上传数据。在一些远离城市的野外露天环境进行总线布置成本是非常高的，且很容易受到环境的破坏。2、此采样器没有配置雨量计，也不具备降雨量远程数据传输功能。因此，在一些远离城市的野外露天环境下，难以在降雨停止后立刻收集和保存湿沉降样品，将会影响检测分析的结果，尤其对于氮、磷等非保守物质。3、此采样器不具有设备工作状态远程监视和控制功能，在发生干湿分离故障时难以快速进行设备维护或维修，严重影响样品采集的质量。申请号为201210229259.4的中国发明专利公开了多功能大气干湿沉降自动采样器，该采样器同样具有上述的缺点，仅是一个独立的采样器，不具备无线通信的功能。

因此，提供一种成本低、能在环境恶劣场合应用的，能够实时掌控设备运行状态的大气氮磷干湿沉降采样系统及其方法具有重要研究价值。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有无线通信功能的大气氮磷干湿沉降采样系统，该系统通过远程降雨数据传输和干湿分离状态监控，能够准确掌握沉降观测现场的情况和样品采集设备的工作状态，以使维护和采样人员及时到达观测现场，保证大气干湿沉降样品采集和检测分析的质量。本发明还提供了一种基于上述采样系统的大气氮磷干湿沉降采样方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：具有无线通信功能的大气氮磷干湿沉降采样系统，包括若干个现场采样器和一个远程数据处理器，每一个现场采样器包括箱体、设置在箱体顶部的雨水感应器、翻转盖板、干沉降收集缸、湿沉降收集缸以及置于箱体侧面的雨量计；所述现场采样器还包括控制与传输系统、电机和蓄电池，所述翻转盖板与电机相连，所述控制与传输系统分别与雨水感应器、电机、雨量计相连，蓄电池为上述各器件进行供电；所述远程数据处理器与每一个现场采样器中的控制与传输系统通过无线信号传输方式进行通信。通过无线方式，远程数据处理器可以远程掌握现场采样器的设备工作状态、远程获得现场降雨量数据，并可实现基本的远程控制，从而降低工作人员的工作强度，提高工作稳定性，并节省系统布置成本。

优选的，所述干沉降收集缸和湿沉降收集缸缸口处还设置有若干个用于检测翻转盖板位置的位置传感器，每个位置传感器均分别与控制与传输系统连接。控制与传输系统可根据位置传感器传来的翻转盖板位置信息判断当前翻转盖板是否运行正常。