CN101713710B - 一种池塘养殖水体实时采样方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种池塘养殖水体实时采样方法及系统，由一套数据采集单元对不同池塘、不同采样点的多路进样顺次分别采集：在对第一路进样采样监测结束后，再顺序进行第二路及后续多路进样的采样监测，当此轮采样监测结束后，再从第一路开始，进行下一轮采样监测；数据采集单元将每一轮、每一路采样获得的监测数据实时传送给中央控制系统；所述采样监测的数据包括溶解氧浓度DO，酸碱度pH，盐度Sal，温度Tem。本发明的有益效果在于：投入成本低，经济性好，特别适合于池塘水产养殖；就近采样监测，数据远程传输的监测方式，能充分确保每次采样数据实时反映养殖水体的真实情况；管理人员能够及时掌握实时水质数据、采取相应措施，可减少因养殖水质变化对水产品的危害。

Description

一种池塘养殖水体实时采样方法及系统

技术领域

本发明涉及一种水质实时在线采样方法，尤其涉及池塘养殖水体。

背景技术

水质实时自动监测技术依赖于自动化技术、信息技术和仪表技术的发展，尤其是可以长期、连续在野外条件下工作的在线水化学仪表的发展水平。欧美及日本等国在20世纪70年代已有便携式水质监测仪出售，但属于瞬时测定仪，只能测定水质参数的瞬间值，带有很大的不确定性和偶然性。

连续多参数水质测定仪是在80年代才开始使用的，我国于1988年设立了第一个水质连续自动监测系统，对井或江河湖泊等水质的溶解氧，PH，ORP(氧化还原电位)，温度，电导率，浊度，盐度，总溶解固体，总溶解气体，氨氮，硝酸盐，氯化物，叶绿素，蓝绿藻，光合有效辐射，深度等参数连续自动监测。所用的自动分析仪表多为进口设备，价格昂贵，且运转费用高，主要应用在水利、环境水质等关系国计民生的重大项目中。

从上世纪80年代后期起，国外进口的工厂化养殖车间和水族馆中陆续配备了水质自动监控，主要监测溶解氧、酸碱度和温度等水质参数，并以监测到的参数控制相关设施。但这种在线监测仪器仪表价格也很昂贵，多点连续自动监测投入成本非常高。

我国目前水产养殖现状，80％以上还是以池塘养殖为主，池塘养殖水面大、面积广，工厂化养殖车间和水族馆中使用的水质在线监测系统并不适用于室外池塘养殖，而且过高的监测成本与现有养殖模式的投入与产出水平并不相符，无法在大规模集约化池塘养殖水体监测中推广应用。

我国目前池塘养殖水质的采样、监测方式，还停留在手持试管采集、再送入实验室化验分析的原始阶段，不能对养殖水体进行实时、在线、自动监测，不仅取样化验的过程繁琐，监测数据有一定的延迟性，而且水样经过较远距离运输后，化验数据的准确性不能保证，目前的水质自动监测系统在室外池塘养殖的应用上还处于空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以对池塘养殖水体进行实时、在线、自动采样监测，并且监测成本较低的采样监测方法及系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种池塘养殖水体实时采样方法，其特征在于：所述监测方法由一套数据采集单元对不同池塘、不同采样点的多路进样顺次分别采集：

在对第一路进样采样监测结束后，再顺序进行第二路及后续多路进样的采样监测，当此轮采样监测结束后，再从第一路开始，进行下一轮采样监测；

数据采集单元将每一轮、每一路采样获得的监测数据实时传送给中央控制系统进行数据处理和分析；

所述采样监测的数据包括溶解氧浓度DO，酸碱度PH，盐度Sal，温度Tem。

室外池塘养殖的敏感参数主要包括有溶解氧浓度DO，酸碱度PH，盐度Sal，温度Tem，通过对这些参数的有效监控，就能为池塘养殖提供一个较好的水体环境；由一套数据采集单元对不同池塘、不同采样点的多路进样顺次分别进行水质分析，不必为每一个养殖池塘的每一个采样点配置一个数据采集单元，能有效控制水质监测成本的投入，经济性好。

进一步的，考虑到室外池塘养殖水体的水质特点，水质相对稳定，在通常情况下不会在短时间内发生剧烈变化，因此可以在每两轮采样监测之间暂停3～6小时，在一天的期间内，对每个采样点的水样间隔采样、监测若干次即可。

再进一步，考虑到大规模池塘养殖中池塘的分布特点，所述多路进样优选为3～5路。

再进一步，为使监测到的数据能充分反映当前养殖水体的实时水质情况，对每路进样的采样时间优选为5～15min，避免取样时间过短，数据的偶然性影响真实的水体数据。

再进一步，所述将监测数据实时传送给中央控制系统的数据传输方式可以根据实际情况选择使用包括有线数据传输、无线数据传输、有线和无线相结合数据传输在内的多种数据传送方式。

一种可以实现上述方法的池塘养殖水体实时采样系统，其特征在于：所述系统包括微处理器、数据转换及传送单元、数据采集单元、水样输送单元，其中：

微处理器、数据转换及传送单元、数据采集单元设置在养殖池塘塘埂上，

数据转换及传送单元包括数据转换器和数据传送线路，数据转换器通过数据传送线路与中央控制系统相连，

数据采集单元设置在数据转换及传送单元一侧，包括传感器和设置在传感器下方的数据采集槽，传感器与数据转换器通过信号传送线路连接，传感器的探头伸入数据采集槽中，数据采集槽上设有进水口和出水口，

水样输送单元设置在数据采集单元下方，包括多路水样输送管和一路排水管，所述水样输送管上端与数据采集槽的进水口相连，下端埋入塘埂、伸入养殖池塘中，水样输送管伸入养殖池塘中的那一端端口上设有滤罩，水样输送管上设有取样泵，所述排水管上端与数据采集槽的出水口相连，下端伸入养殖池塘排水沟中，

微处理器设置在数据转换及传送单元下方，通过控制线路与传感器、数据转换器、取样泵相连。

一轮采样监测开始时，微处理器开启数据转换器、传感器和第一路水样输送管上的采样泵，由该采样泵将水样泵入数据采集槽，通过设置在那里的传感器探头采样，获得的采样数据经数据转换及传送单元转换为数据信号、传送给较远处控制室内的中央控制系统进行数据处理和分析，作出相应的后续处理，水样在槽内停留一段时间后，由出水口进入排水管排出；在完成第一路进样的采样监测后，微处理器关闭该路采样泵，该路进样水不再进入数据采集槽，微处理器顺次开启下一路水样泵，进行下一路水样的采样监测，以此类推，直至多路进样采样监测完毕，微处理器关闭数据转换器、传感器，该轮采样监测结束。

水样输送管伸入养殖池塘的下端设有过滤罩，以避免养殖池塘内的养殖体或杂质被泵入取样管路中造成堵塞；监测系统的大部分装置集成设置在养殖池塘塘埂上，便于安装和调试；水样输送管除端口部位外、中间部分埋入塘埂内，无需占用地面铺设管路、不易受损。

进一步的，为保证传感器探头的有效部位能与进样水充分接触，宜将数据采集槽的进水口和出水口设置为相同尺寸，且进水口低于传感器探头，出水口高于传感器探头设置，这样传感器的有效部位能完全浸没入槽内进、出水口之间的进样水体内，确保采样数据的准确性。

再进一步，考虑到数据采集槽位于池塘采样点的上方，且数据采集槽的出水口高于进水口，每一路采样完成后，槽底会残留部分前次水样，可能会污染下次进样，造成采样数据的不能如实反映水样的真实值，一种优选的管路连接方式为：将多路水样输送管的上端通过输送总管与数据采集槽的进水口相连，每路水样输送管均设有单向止回阀，单向止回阀与滤罩之间设有Y型过滤器，以进一步过滤水样中可能含有的颗粒状杂质；输送总管通过电磁阀与排水管相连；输送总管、电磁阀、输送总管与排水管的连接点均低于数据采集槽的进水口设置；数据采集槽的进水口位于数据采集槽的底部最低处；电磁阀通过控制线路与微处理器相连。

每一路采样开始前，微处理器首先开启该路取样泵，然后打开电磁阀，由于数据采集槽的进水口高于输送总管、电磁阀、输送总管与排水管的连接点，且数据采集槽的进水口位于数据采集槽的底部最低处，因此残留在采集槽内的水样会由进水口下落至输送总管，经电磁阀、排水管排出，残留在输送总管内的水样会随取样泵泵入的水样经电磁阀、排水管排出，排水一段时间后，微处理器关闭电磁阀，水样只能沿输送总管上行进入采集槽，此时该路采样开始。

再进一步，考虑到数据采集槽内的水样在采样时是动态流动、并在槽内保持相对稳定的水位，适合的水样流量更有利于传感器的取样，因此可以将输送总管通过流量调节器与数据采集槽的进水口相连，将进入槽内的水样流量控制在3～5cm/s的范围内。

本发明的有益效果在于：

①本系统由一套数据采集单元对不同池塘的多个采样点进行采样监测，投入成本低，经济性好，特别适合于池塘水产养殖；

②多路进样管、输送总管、排水管、数据采集槽进/出水口的高低位置设置，就近采样监测，数据远程传输，能充分确保每次采样数据实时反映养殖水体的真实情况；

③本发明提供了适合我国池塘养殖现状及未来发展方向的水质实时、在线、自动监测的技术方案，填补了池塘养殖水体实时在线监测的空白；

④通过本系统对养殖水质进行连续自动在线监测，管理人员能够及时掌握实时水质数据、采取相应措施，可以减少因养殖水质变化对水产品造成的危害。

附图说明

图1为本池塘养殖水体实时在线监测系统的一种优选结构图

图2为本池塘养殖水体实时在线监测系统一种优选采样方案的流程图

图1～2中：1为传感器，2为数据采集槽，3为进水口，4为流量调节器，5为输送总管，6为单向止回阀，7为水样输送管，8为Y型过滤器，9为取样泵，10为滤罩，11为数据转换器，12为数据传送线路，13为中央控制系统，14为微处理器，15为控制线路，16为排水管，17为出水口，18为电磁阀，19为排水沟，20为养殖池塘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1中，微处理器14、数据转换器11、传感器1、数据采集槽2设置在养殖池塘20的塘埂上，传感器1设置在数据转换器11一侧，传感器1与数据转换器11通过信号传送线路连接；传感器1下方设有数据采集槽2，传感器1的探头伸入数据采集槽2内，数据采集槽2上设有进水口3和出水口17，进水口3位于数据采集槽2的底部最低处，出水口17高于传感器1的探头，多路水样输送管7上端通过输送总管5与数据采集槽2的进水口3相连，输送总管5上设有流量调节器4，每路水样输送管7均带有单向止回阀6，单向止回阀6与滤罩10之间设有Y型过滤器8，水样输送管7伸入养殖池塘20中的那一端端口上设有滤罩10，水样输送管7上设有取样泵9，排水管16上端与数据采集槽2的出水口17相连，下端伸入养殖池塘排水沟19中，输送总管5通过电磁阀18与排水管16相连，输送总管5、电磁阀18、输送总管5与排水管16的连接点均低于数据采集槽2的进水口3设置，微处理器14设置在数据转换器11下方，通过控制线路15与传感器1、数据转换器11、取样泵9、电磁阀18相连。

图2为一种优选控制流程，每一轮取样开始时，微处理器14开启数据转换器11、传感器1和第一路采样泵9，然后打开电磁阀18排空系统内的残留水样，排水一段时间后，微处理器14关闭电磁阀18，此时第一路采样开始：采样泵9将水样泵入数据采集槽2内，通过设置在那里的传感器1探头采样，获得的采样数据传输给较远处的中央控制系统13进行数据处理和分析，并显示给管理人员，在完成第一路进样的采样监测后，微处理器14关闭该路采样泵9，该路进样水不再进入数据采集槽2，微处理器14顺次开启下一路水样泵9和电磁阀18，排空残留水样后进行下一路水样的采样监测，以此类推，直至多路进样采样监测完毕，微处理器14关闭数据转换器11、传感器1，该轮采样监测结束，系统进入暂停期，直至暂停期间结束，进入下一轮采样监测。

Claims (2)

1.一种池塘养殖水体实时采样系统，其特征在于：

所述系统包括微处理器(14)、数据转换及传送单元、数据采集单元和水样输送单元，其中：

微处理器(14)、数据转换及传送单元、数据采集单元设置在养殖池塘(20)塘埂上；

数据转换及传送单元包括数据转换器(11)和数据传送线路(12)，数据转换器(11)通过数据传送线路(12)与中央控制系统(13)相连；

数据采集单元设置在数据转换及传送单元一侧，包括传感器(1)和设置在传感器(1)下方的数据采集槽(2)，传感器(1)与数据转换器(11)通过信号传送线路连接，传感器(1)的探头伸入数据采集槽(2)中，数据采集槽(2)上设有进水口(3)和出水口(17)；

水样输送单元设置在数据采集单元下方，包括多路水样输送管(7)和一路排水管(16)，所述水样输送管(7)上端与数据采集槽(2)的进水口(3)相连，下端埋入塘埂、伸入养殖池塘(20)中，水样输送管(7)伸入养殖池塘(20)中的那一端端口上设有滤罩(10)，水样输送管(7)上设有取样泵(9)，所述排水管(16)上端与数据采集槽(2)的出水口(17)相连，下端伸入养殖池塘排水沟(19)中；

微处理器(14)设置在数据转换及传送单元下方，通过控制线路(15)与传感器(1)、数据转换器(11)、取样泵(9)相连；

所述数据采集槽(2)的进水口(3)低于传感器(1)的探头设置，所述数据采集槽(2)的出水口(17)高于传感器(1)的探头设置，所述多路水样输送管(7)上端通过输送总管(5)与数据采集槽(2)的进水口(3)相连，每路水样输送管(7)均带有单向止回阀(6)，单向止回阀(6)与滤罩(10)之间设有Y型过滤器(8)；

输送总管(5)通过电磁阀(18)与排水管(16)相连，输送总管(5)与排水管(16)的连接点、输送总管(5)和电磁阀(18)均低于数据采集槽(2)的进水口(3)设置，数据采集槽(2)的进水口(3)位于数据采集槽(2)的底部最低处；

电磁阀(18)通过控制线路(15)与微处理器(14)相连；

所述池塘养殖水体实时采样系统能够实现由一套数据采集单元对不同池塘、不同采样点的多路进样顺次分别采集：

在对第一路进样采样监测结束后，再顺序进行第二路及后续多路进样的采样监测，当此轮采样监测结束后，再从第一路开始，进行下一轮采样监测；

数据采集单元将每一轮、每一路采样获得的监测数据实时传送给中央控制系统进行数据处理和分析；

所述监测数据包括溶解氧浓度DO，酸碱度PH，盐度Sal，温度Tem。

2.根据权利要求1所述的池塘养殖水体实时采样系统，其特征在于：所述输送总管(5)通过流量调节器(4)与数据采集槽(2)的进水口(3)相连。

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