CN101943659A - 一种多参数水质综合分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多参数水质综合分析仪，其连接运行管理中心，包括：连接外部电源的电源模块；电路连接电源模块的储能模块；连接电源模块的中央控制模块；连接中央控制模块的传感器模块；以及连接电源模块、中央控制模块和传感器模块的传感器清洗模块。其优点在于：利用光谱分析法、离子分析法等测量技术测量水质参数，任何测量都不使用化学制剂，从而避免了二次污染；另外，数字化传感器传输方式与通讯技术达到多参数测量、灵活配置及智能化自动管理的目的；并且，本发明所提供的多参数水质综合分析仪所具有的储能装置，可以使其在不外接电源的情况下正常工作，方便仪器应用于野外的监测环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种环境监测及分析用仪器，特别涉及一种多参数水质综合分析仪。
背景技术
目前，用于水质监测的在线水质监测仪器大多采用的是化学分析及光谱分析的各类仪表，并配合水泵、阀门、PLC控制电路等设备组成。但存在各个设备分析的参数单一，仪器占地面积大，设备环境适应性差，监控数据不利于实施，使用化学试剂存在二次污染，成本高等诸多缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多参数水质综合分析仪，其利用光谱分析法、离子分析法等测量技术、数字化传感器传输方式与通讯技术形成一个智能化多参数水质综合分析装置。从而达到测量参数多、配置灵活，智能化自动管理、功耗低、无二次污染的目的。
为达上述目的，本发明提供一种多参数水质综合分析仪，其连接运行管理中心，包括：电源模块，其连接外部电源；中央控制模块，其连接所述的电源模块，由所述的电源模块供电并控制所述的电源模块，并连接至运行管理中心以实现数据交换及远程控制；传感器模块，其采用数字通讯连接所述的中央控制模块并由中央控制模块控制，用于参数检测；以及传感器清洗模块，其连接所述的电源模块、中央控制模块和传感器模块，并由中央控制模块控制对传感器模块进行清洗。
还包括储能模块，其电路连接所述的电源模块；该储能模块在电源模块接电时，储存电能，并在电源模块断电时，提供所述的多参数水质综合分析仪的工作电源。
所述的电源模块包括：防雷器，其输入端连接外部电源，用于防止所述的电源模块遭雷击损坏；滤波器，其输入端连接到防雷器的输出端，用于对输入电流滤波；以及整流器，其输入端连接到滤波器的输出端，其输出端连接到所述的中央控制模块及储能模块，所述的整流器的输入端还连接到储能模块的输出端，其用于将交流的输入电压转换成直流的输出电压，并将输入电压变压为所述的多参数水质综合分析仪各模块的运行电压。
所述的中央控制模块包括：主控单元和分别连接到所述主控单元的存储单元、人机界面单元、仪器环境监测单元、传输单元与外部接口单元。
所述的主控单元采用嵌入式高速CPU。
所述的存储单元具有若干常用存储介质接口，用于进行参数及数据的导出和导入。
所述的人机界面单元包括高分辨率的液晶显示器和电阻式触摸屏，其中液晶显示器用于显示传感器模块采集的参数和经过数据处理后产生的统计报表以及仪器各模块的运行状态和告警信息，触摸屏用以实现显示页面的切换和仪器配置信息的输入等操作，现场采集实时数据和历史记录数据。
所述的传输单元用以实现与运行管理中心的通讯，其包括无线传输单元和有线传输单元，实现多通讯制式的信号传输。
所述的外部接口单元包括干节点输入输出单元、模拟量输入输出单元和设备级联单元。
所述的传感器模块包括：不锈钢壳体；设置于不锈钢壳体一端的固定装置和传感器接口；设置于不锈钢壳体另一端的压缩空气输入口及数据采集单元，以及设置于不锈钢壳体内部的连接到数据采集单元的数据转换单元，其中，传感器接口采用数字通讯连接到中央控制模块的主控单元，以保证数据传输过程中的抗扰性，而压缩空气输入口连接到所述的传感器清洗模块。
所述的数据采集单元具有多种传感器，包括：采用光谱测量技术的紫外光谱传感器，用于测量化学需氧量、硝氮、亚硝氮、悬浮微粒总量；荧光传感器，用于测量溶解氧、叶绿素、蓝藻、有色溶解性有机物；和超声波传感器，用于测量流量；以及采用离子测量技术的电极传感器，用于测量PH、电导率、温度、氨氮。
所述的传感器清洗模块包括空气压缩泵，其电路连接中央控制模块并导通传感器模块的压缩空气输入口。该空气压缩泵在中央控制模块的控制下，将压缩空气输送至传感器模块中，对其进行自动清洗。
本发明的优点在于：本发明所提供的多参数水质综合分析仪采用利用光谱分析法、离子分析法等测量技术实现的多类型传感器来进行水质参数测量，任何测量都不使用化学制剂，从而避免了二次污染；另外，数字化传感器传输方式与通讯技术达到传输抗扰性强、参数测量齐全、灵活配置及智能化自动管理的目的；并且，本发明所提供的多参数水质综合分析仪所具有的储能装置，可以使其在不外接电源的情况下正常工作，方便仪器应用于野外的监测环境。
另外，本发明还具有对传感器进行自动清洗的功能，以保证参数采集的精度。同时本发明环境适应性强，其工作温度范围在-5～50℃之间，防护等级达到IP55，传感器防护等级达到IP68，可直接安装在室外，操作简单方便。
附图说明
图1为本发明的各模块结构框图；
图2为本发明中的电源模块的结构框图；
图3为本发明中的中央控制模块的结构框图；
图4为本发明中的传感器模块的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明所提供的多参数水质综合分析仪包括电源模块20、储能模块30、中央控制模块10、传感器模块40以及传感器清洗模块50。中央控制模块10连接到运行管理中心60。运行管理中心60用于与多参数水质综合分析仪进行数据交换，实现远程操作。
其中，电源模块20连接储能模块30、中央控制模块10和传感器清洗模块50，用以连接外部电源并将其转换成各个与电源模块20连接的模块所需电源并向其它模块供电。
储能模块30连接电源模块20，用以向储能模块30充电；并在外部电源断电时向电源模块20供电，实现仪器不间断工作。
中央控制模块10连接电源模块20、储能模块30、传感器模块40和传感器清洗模块50，用以数据处理及各模块的控制。中央控制模块10还具有外部接口16，用以连接外部设备。
传感器模块40采用数字通讯连接到中央控制模块10，其包括各类传感器，用以各类数据的采集及传输。
传感器清洗模块50连接到中央控制模块10、电源模块20和传感器模块40，用于控制传感器的清洗。
所述的电源模块20的结构图如图2所示，其包括防雷器21，防雷器21的输入端连接到外部电源，防雷器21的输出端连接滤波器22的输入端，滤波器22的输出端连接整流器23的输入端，整流器23的输出端连接中央控制模块10及储能模块30。所述的储能模块30的输出端连接到整流器23。整流器23将交流220V的外部电源转换为24V的直流电源。电源模块20还具有自动保护功能与电源管理功能，电源管理功能控制对储能模块30的充放电。
所述的储能模块30连接至电源模块20的整流器23，其可由充电电池或太阳能电池组成。在电源模块20连接外部电源时，此时电源模块20在向分析仪提供工作电源的同时，也向储能模块30充电；当电源模块20断开外部电源时，则由储能模块30向整个分析仪提供工作电源，以保证多参数水质综合分析仪在不连接外部电源时也可在较长一段时间内正常工作。
所述的中央控制模块10的结构框图如图3所示，其包括主控单元11和分别连接到主控单元11的存储单元12、人机界面单元13、仪器环境监测单元14、传输单元15与外部接口单元16；所述的主控单元11分别连接上述的电源模块20、储能模块30、传感器模块40及传感器清洗模块50。
其中，主控单元11采用嵌入式高速CPU，处理能力达到220MIPS，其功能为数据处理，并控制仪器各模块的运行。
存储单元12具有常用的存储介质接口，包括SD卡、U盘和移动硬盘接口。方便进行各种参数和数据的导出和导入。
人机界面单元13包括高分辨率的LCD和电阻式触摸屏。LCD用于显示传感器模块采集的各种实时在线参数和经过数据处理后产生的统计报表以及仪器各模块的运行状态和告警等信息。触摸屏用以实现显示页面的切换和仪器配置信息的输入等操作，可现场采集实时数据和历史记录数据。
仪器环境监测单元14能够实现对水质综合分析仪的环境监控和告警功能，包括门禁，烟感，水浸告警。电源过欠压告警，电源过流告警等，告警信息发送到主控单元11后，由主控单元11将信息通过人机界面13显示或通过传输单元15发送到运行管理中心60。
传输单元15包括无线传输单元151和有线传输单元152，实现多通讯制式的信号传输。其中无线传输单元151支持所有的移动通讯方式，包括第二代移动通讯(如：GSM/GPRS/EDGE，CDMA IS95等)和第三代移动通讯(如CDMA2000-1X，WCDMA，TD-SCDMA等)。有线传输单元152支持10/100Mbps自适应的网口和ADSL两种传输方式。传输单元15的主要功能是实现中央控制模块10的主控单元11与运行管理中心60的通讯方式。
外部接口单元16包括干节点输入输出单元161、模拟量输入输出单元162和设备级联单元163。干节点输入输出单元161支持多路干节点输入输出电路，干节点输入单元161用以接收外部设备的告警信息或者操作指令，干节点输出单元161用以控制外部设备的开关。模拟量输入输出单元162能够实现多路4-20mA模拟量的输入和输出，其精度高，测量准确，方便扩展。设备级联单元163支持多个设备之间的级联，级联的方式可以选择CAN总线、以太网和RS485等多种方式。
所述的传感器模块40的结构如图4所示，其包括不锈钢壳体41，不锈钢壳体41的一端设置有固定装置42和传感器接口43，另一端设置有压缩空气输入口44及数据采集单元45，在不锈钢壳体41内部具有连接到数据采集单元45的数据转换单元46。固定装置42用于将传感器模块40固定于水质检测的区域中，传感器接口43采用数字通讯连接到中央控制模块10的主控单元11，压缩空气输入口44连接到传感器清洗模块50。
传感器模块40中的数据采集单元45具有多种传感器，用于采集水样的各个参数，随后将采集到的参数通过数据转换单元46转换为数字信号，并经过传感器接口43采用数字通信将该数字信号传送到中央控制模块10的主控单元11，以保证数据传输过程中的抗扰性。
传感器模块40具有多种传感器，针对不同参数采用不同类型。包括采用光谱测量技术的紫外光谱传感器，用于测量化学需氧量、硝氮、亚硝氮、悬浮微粒总量等；荧光传感器，用于测量溶解氧、叶绿素、蓝藻、有色溶解性有机物等；以及超声波传感器，用于测量流量。另外，还包括采用离子测量技术的电极传感器，其用于测量PH、电导率、温度、氨氮等。
数据转换单元46将从数据采集单元45接收到的信号转化为相应参数值，并将所得参数值结合传感器状态信息打包上传至中央控制模块10的主控单元11。其打包上传的信息帧中的数据包括传感器类型信息、状态信息、若干参数以及校验码信息等。
所述的传感器清洗模块50包括一空气压缩泵，空气压缩泵电路连接中央控制模块10的主控单元11并导通传感器模块40的压缩空气输入口44。当中央控制模块10中的主控单元11从传感器模块40处获得传感器需要清洗的传感器状态信号后，即向传感器清洗模块50发出清洗指令信号，传感器清洗模块50接收到信号后，将压缩空气通过传感器模块40的压缩空气输入口44传送到传感器模块40，完成对传感器的清洗。从而保证传感器的清洁，进而保证传感器数据采集的精确度。
应用本发明时，可以通过运行管理中心60或中央控制模块10的人机界面单元13控制传感器模块40所需的传感器工作，并将获得的信号传送到中央控制模块10的主控单元11，并将结果传送到运行管理中心60或人机界面单元13。
本发明的优点在于：本发明所提供的多参数水质综合分析仪采用利用光谱分析法、离子分析法等测量技术实现的多类型传感器来进行水质参数测量，任何测量都不使用化学制剂，从而避免了二次污染；另外，数字化传感器传输方式与通讯技术达到传输抗扰性强、参数测量齐全、灵活配置及智能化自动管理的目的；并且，本发明所提供的多参数水质综合分析仪所具有的储能装置，可以使其在不外接电源的情况下正常工作，方便仪器应用于野外的监测环境。
另外，本发明还具有对传感器进行自动清洗的功能，以保证参数采集的精度。同时本发明环境适应性强，其工作温度范围在-5～50℃之间，防护等级达到IP55，传感器防护等级达到IP68，可直接安装在室外，操作简单方便。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种多参数水质综合分析仪，其连接运行管理中心(60)，特征在于，包括：
电源模块(20)，其连接外部电源并提供工作电源；
中央控制模块(10)，其连接所述的电源模块(20)，由所述的电源模块(20)供电并控制所述的电源模块(20)；该中央控制模块(10)并连接运行管理中心(60)，实现数据交换及远程控制；
传感器模块(40)，其采用数字通讯连接所述的中央控制模块(10)并由中央控制模块(10)控制，用于参数检测；以及
传感器清洗模块(50)，其连接所述的电源模块(20)、中央控制模块(10)和传感器模块(40)，并由中央控制模块(10)控制对传感器模块(40)进行清洗。
2.如权利要求1所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，还包括：储能模块(30)，其电路连接所述的电源模块(20)；该储能模块(30)在电源模块(20)接电时，储存电能，并在电源模块(20)断电时，提供所述的多参数水质综合分析仪的工作电源。
3.如权利要求2所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，所述的电源模块包括(20)：
防雷器(21)，其输入端连接外部电源，用于防止所述的电源模块(20)遭雷击损坏；
滤波器(22)，其输入端连接到防雷器(21)的输出端，用于对输入电流滤波；以及
整流器(23)，其输入端连接到滤波器(22)的输出端，其输出端连接到所述的中央控制模块(10)及储能模块(30)，所述的整流器(23)的输入端还连接到储能模块(30)的输出端，其用于将交流的输入电压转换成直流的输出电压，并将输入电压变压为所述的多参数水质综合分析仪各模块的运行电压。
4.如权利要求1、2或3所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，所述的中央控制模块(10)包括：主控单元(11)和分别连接到所述主控单元(11)的存储单元(12)、人机界面单元(13)、仪器环境监测单元(14)、传输单元(15)与外部接口单元(16)。
5.如权利要求4所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，所述的人机界面单元(13)包括高分辨率的液晶显示器和电阻式触摸屏，其中，
所述的液晶显示器用于显示传感器模块(40)采集的参数和经过数据处理后产生的统计报表以及仪器各模块的运行状态和告警信息；
所述的触摸屏用以实现显示页面的切换和仪器配置信息的输入等操作，现场采集实时数据和历史记录数据。
6.如权利要求4所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，所述的传输单元(15)用以实现与运行管理中心(60)的通讯，其包括无线传输单元(151)和有线传输单元(152)，实现多通讯制式的信号传输。
7.如权利要求4所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，所述的外部接口单元(16)包括干节点输入输出单元(161)、模拟量输入输出单元(162)和设备级联单元(163)。
8.如权利要求1所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，所述的传感器模块包括：
壳体(41)；
设置于所述的壳体(41)一端的固定装置(42)和传感器接口(43)；
设置于所述的壳体(41)另一端的压缩空气输入口(44)及数据采集单元(45)，以及
设置于所述的壳体(41)内部的连接到所述的数据采集单元(45)的数据转换单元(46)，
其中，所述的传感器接口(43)采用数字通讯连接到所述的中央控制模块(10)的主控单元(11)，所述的压缩空气输入口(44)连接到所述的传感器清洗模块(50)。
9.如权利要求8所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，所述的数据采集单元(45)包含若干传感器，具体包括：
采用光谱测量技术的紫外光谱传感器，用于测量化学需氧量、硝氮、亚硝氮、悬浮微粒总量；荧光传感器，用于测量溶解氧、叶绿素、蓝藻、有色溶解性有机物；和超声波传感器，用于测量流量；以及
采用离子测量技术的电极传感器，用于测量PH、电导率、温度、氨氮。
10.如权利要求1所述的多参数水质综合分析仪，其特征在于，所述的传感器清洗模块(50)包括空气压缩泵，其电路连接中央控制模块(10)并导通传感器模块(40)的压缩空气输入口(44)，该空气压缩泵在中央控制模块(10)的控制下，将压缩空气输送至传感器模块(40)中，对其进行清洗。
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