CN103149374B

CN103149374B - 带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪

Info

Publication number: CN103149374B
Application number: CN 201310067644
Authority: CN
Inventors: 郭庆; 梁英; 胡鸿志; 徐翠锋; 胡锦泉
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-03-04
Also published as: CN103149374A

Abstract

本发明提供一种带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪。该仪器在原位自动监测仪的外面包裹多层薄的保护膜，设置了用来切割保护膜的钩形刀、使钩形刀完成切割任务的机械部分、以及电器电路部分和控制部分。仪器在水体原位工作时，环境对仪器以及检测的影响得到大大改善，避免了生物腐蚀和化学腐蚀对仪器外表面的破坏以及液体样品吸管的过滤膜堵塞，可以大大提高仪器工作的稳定性和检测精确度，而且在仪器工作一段时间后，自动剥除最外层，清除水体生物附着带来的各种影响，又使仪器恢复到最佳工作状态，在延长仪器使用寿命、提高仪器工作的稳定性和检测精确度等方面，都有很明显的进步，很好地解决了原位自动监测仪应用中仪器外表受生物污染而无法工作的难题。

Description

带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪

技术领域

本发明涉及环境水体监测，特别是环境水体原位自动监测装置，具体是有外部保护装置的环境水体原位自动监测仪。

背景技术

随着工业化进程的加快，湖泊、河流和近岸海域等水体的富营养化现象越来越严重，对水体中富营养化的氮、磷等营养盐的原位监测成为环境监测的热点。原位监测是指在水质污染的现场做实时实地的自动测量。然而由于原位自动监测仪长期置于污染的水体中，原位自动监测仪的表面、流路管道和光学窗口等部位容易附着生物，以及受到水体腐蚀破环，从而导致仪器不能正常运转而瘫痪，这已成为原位自动监测仪应用中的难点之一。

发明内容

本发明提供一种带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪。

本发明的主要设计是基于仿生学原理，模拟蛇脱皮的原理，在原位自动监测仪的外面包裹多层薄的保护膜，每隔一段时间自动将最外的一层薄膜剥去，从而达到自动清洁原位自动监测仪外壳的作用，这样就可以很好的解决原位自动监测仪外壳受生物污染而无法工作的问题。

包括化学分析装置、电源模块、电路部分和壳体的带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪，其化学分析装置、电源模块和电路部分安置在由上下两个半球形壳体和中间的圆柱形壳体形成的密闭胶囊型壳体内，由过滤膜封口的液体样品吸管伸出壳体下半球形外，信号与电源线伸出壳体上半球形外；

密闭胶囊型壳体外表罩着1~6层保护膜，保护膜呈密闭胶囊型壳体外表形状，信号与电源线伸出各层保护膜外，各层保护膜的下部开口由过滤膜封口，液体样品吸管的由过滤膜封口的口部位于各层保护膜内正对着各层保护膜的过滤膜封口；

每层保护膜之内放置二根成一组的钢丝绳，每根钢丝绳放置在一根钢丝绳套管之中，这二根钢丝绳及其套管位于密闭胶囊型壳体的圆周对称位置，每根钢丝绳伸出钢丝绳套管的下部一端拴着钩形刀，钩形刀位于保护膜的下部开口处，刀口朝向其外层的保护膜；

除最外层的各层保护膜的上部预留可以穿过钢丝绳套管的孔，每根钢丝绳套管穿过其内各层保护膜和上半球形壳体，每根钢丝绳的另一端在伸出钢丝绳套管进入上半球形壳体内后，穿过安装在上半球形壳体内的钢丝绳隔离及密封板的排列通孔排列固定在收线轮上；

至少和保护膜层数量相同个数的收线轮呈活动地并列安装在收线轮轴上，收线轮中部是收线齿轮，两侧各有一收线槽，中部的收线齿轮与两侧的收线槽为一个整体，每个收线轮之间由保证每个收线轮可以独立转动的隔离环隔离，驱动齿轮安装在驱动齿动驱动轴上，驱动齿动驱动轴经步进电机连接环与减速步进电机的主轴相连，驱动齿轮拔动滑块的凹形口卡住驱动齿轮的两个截面，驱动齿轮拔动滑块安装在丝杆上，丝杆经另一个步进电机连接环与另一台减速步进电机的主轴相连，收线轮轴、驱动齿动驱动轴和丝杆由左右两边的轴固定支架固定在固定底板上，两个减速步进电机也固定在部件固定底板上，固定底板固定在圆柱形壳体内部，两个减速步进电机经步进电机控制信号线与主控制电路相连；

在钢丝绳外套管与上半球形壳体连接处、与各层保护膜连接处，以及信号与电源线与上半球形壳体连接处、与各层保护膜连接处，液体样品吸管与下半球形壳体连接处均密闭；

设定丝杆逆时针转动，驱动齿轮安装在驱动齿动驱动轴最左端，并且与左边第一个收线齿轮咬合，驱动齿轮拔动滑块安装在丝杆最左端，隔离及密封板的排列通孔的中心连线与收线轮轴的轴线平行，排列通孔的数量、孔距和位置与收线槽相对应，钢丝绳在隔离及密封板的排列通孔及在收线轮上的固定排列次序为：最外层保护膜之内的一组钢丝绳穿过隔离及密封板的左起第一、第二个通孔固定在左边第一个收线轮的两侧收线槽上，次外层之内的一组钢丝绳穿过隔离及密封板的左起第三、第四个通孔固定在左边第二个收线轮的两侧收线槽上，依次类推，或者

设定丝杆顺时针转动，驱动齿轮安装在驱动齿动驱动轴最右端，并且与右边第一个收线齿轮咬合，驱动齿轮拔动滑块安装在丝杆最右端，隔离及密封板的排列通孔的中心连线与收线轮轴的轴线平行，排列通孔的孔距和位置与收线槽相对应，钢丝绳在隔离及密封板的排列通孔及在收线轮上的固定排列次序为：最外层保护膜之内的一组钢丝绳穿过隔离及密封板的右起第一、第二个通孔固定在右边第一个收线轮的两侧收线槽上，次外层之内的一组钢丝绳穿过隔离及密封板的右起第三、第四个通孔固定在右边第二个收线轮的两侧收线槽上，依次类推；

主控制电路中设置时钟电路、控制脉冲电路和控制两个减速步进电机按要求转动或停止的软件。

考虑到仪器的大小和水质检测周期，密闭胶囊型壳体外表最好罩上4~6层保护膜。

保护膜可由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和/或聚酯材料的塑料制成。钢丝绳套管可由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和/或聚酯材料的塑料制成。为了既便于钩形刀切割，又确保一定的强度，保护膜的厚度为0.1~1.0mm，最好为0.5mm，钢丝绳套管的外径为1.0~2.0mm，最好为1.5mm，壁厚为0.2~1.0mm，最好为0.5mm。

本发明的带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪，在已有技术的基础上，增加了自脱式外壳装置，在原位自动监测仪的外面包裹多层薄的保护膜，设置了用来切割保护膜的钩形刀、使钩形刀完成切割任务的机械部分、以及电器电路部分和控制部分，整体设计巧妙，制作简单，充分考虑了实际应用中的各种因素。仪器在水体原位工作时，环境对仪器以及检测的影响就得到大大改善，影响因素减少，就只是水体生物附着带来的重量、体积影响、以及堵塞液体样品吸管的过滤膜，避免了生物腐蚀和化学腐蚀对仪器外表面的破坏，可以大大提高仪器工作的稳定性和检测精确度，而且在仪器工作一段时间后，自动剥除最外层，清除水体生物附着带来的各种影响，又使仪器恢复到最佳工作状态。

因此该带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪，在延长仪器使用寿命、提高仪器工作的稳定性和检测精确度等方面，都有很明显的进步，很好地解决了原位自动监测仪应用中的一道难题。

附图说明

图1是本发明的带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪装置结构示意图；

图2 钢丝绳隔离及密封板的示意图。

具体实施方式

见图1。为了叙述方便，先将图中零部件序号和名称列于下：1：钩形刀 2：过滤膜 3：钢丝绳 4：钢丝绳套管 5：液体样品吸管 6：下半球形壳体 7：圆柱形壳体 8：自动化学分析仪器 9：主控制电路 10：固定底板 11：丝杆 12：驱动齿动驱动轴 13：收线轮 14：收线轮轴 15：右边轴固定支架 16：上半球形壳体 17：收线轮隔离环 18：钢丝绳隔离及密封板 19：信号与电源线 20：左边轴固定支架 21：驱动齿轮 22：轴与步进电机连接环 23：齿轮驱动减速步进电机 24：丝杆驱动减速步进电机 25：步进电机控制信号线 26：步进电机固定支架 27：驱动齿轮拔动滑块 28：控制与信号线 29：电源线 30：电源模块 31：保护膜。

本装置主要由六部分组成，即化学分析部分、电源模块、电路部分、主控制电路部分、壳体部分和外壳脱落部分。

过滤膜2、液体样品吸管5、自动化学分析仪器8组成了化学分析部分。

电源模块为电源模块30。

电路部分由信号与电源线19、步进电机控制信号线25、控制与信号线28和电源线29组成。

主控制电路部分由主控制电路9、信号与电源线19、步进电机控制信号线25、控制与信号线28以及内部设置的时钟电路、控制脉冲电路和控制两个减速步进电机按要求转动或停止的软件组成。

壳体部分由下半球形壳体6、圆柱形壳体7和上半球形壳体16组成。

外壳脱落部分由钩形刀1、过滤膜2、钢丝绳3、钢丝绳套管4、部件固定底板10、丝杆11、驱动齿动驱动轴12、收线轮13、收线轮轴14、收线轮隔离环17、钢丝绳隔离及密封板18、左边轴固定支架20、驱动齿轮21、轴与步进电机连接环22、齿动驱动减速步进电机23、丝杆驱动减速步进电机24、步进电机固定支架26、驱动齿轮拔动滑块27、保护膜31组成。

自动化学分析仪器8、电源模块30和电路部分（信号与电源线19、步进电机控制信号线25、控制与信号线28和电源线29）安置在由下半球形壳体6、中间的圆柱形壳体7和上半球形壳体16形成的密闭胶囊型壳体内，由过滤膜封口2的液体样品吸管5伸出下半球形壳体6外，信号与电源线19伸出上半球形壳体16外；

密闭胶囊型壳体外表罩着6层保护膜31，保护膜31呈密闭胶囊型壳体外表形状，信号与电源线19伸出各层保护膜31外，各层保护膜31的下部开口由过滤膜2封口，液体样品吸管5的由过滤膜2封口的口部位于各层保护膜31内正对着各层保护膜31的过滤膜2封口；

每层保护膜之内放置二根成一组的钢丝绳3，每根钢丝绳3放置在一根钢丝绳套管4之中，这二根钢丝绳3及其套管4位于密闭胶囊型壳体的圆周对称位置，每根钢丝绳3伸出钢丝绳套管4的下部一端拴着钩形刀1，钩形刀1位于保护膜31的下部开口处，刀口朝向其外层的保护膜31；

除最外层的各层保护膜31的上部预留可以穿过钢丝绳套管4的孔，每根钢丝绳套管4穿过其内各层保护膜31和上半球形壳体16，每根钢丝绳3的另一端在伸出钢丝绳套管4进入上半球形壳体内16后，穿过安装在上半球形壳体16内的钢丝绳隔离及密封板18的排列通孔排列固定在收线轮13上；

六个收线轮13呈活动地并列安装在收线轮轴14上，收线轮13中部是收线齿轮，两侧各有一收线槽，中部的收线齿轮与两侧的收线槽为一个整体，每个收线轮13之间由保证每个收线轮13可以独立转动的收线轮隔离环17隔离，驱动齿轮21安装在驱动齿动驱动轴12上，驱动齿动驱动轴12经步进电机连接环22与齿轮驱动减速步进电机23的主轴相连，驱动齿轮拔动滑块27的凹形口卡住驱动齿轮21的两个截面，驱动齿轮拔动滑块27安装在丝杆11上，丝杆11经另一个步进电机连接环22与丝杆驱动减速步进电机24的主轴相连，收线轮轴14、驱动齿动驱动轴12和丝杆11由左右两边的轴固定支架（右边轴固定支架15、左边轴固定支架20）固定在固定底板10上，两个减速步进电机由步进电机固定支架26固定在固定底板10上，固定底板10固定在圆柱形壳体7内部，两个减速步进电机经步进电机控制信号线25与主控制电路9相连；

在钢丝绳外套管4与上半球形壳体16连接处、与各层保护膜31连接处，以及信号与电源线19与上半球形壳体16连接处、与各层保护膜31连接处，液体样品吸管5与下半球形壳体6连接处均密闭；

设置丝杆11逆时针转动，驱动齿轮21安装在驱动齿动驱动轴12最左端，并且与左边第一个收线轮13的收线齿轮咬合，驱动齿轮拔动滑块27安装在丝杆11最左端，隔离及密封板18的排列通孔的中心连线与收线轮轴14的轴线平行，排列通孔的数量为12个（见图2），孔距和位置与收线槽相对应，钢丝绳3在隔离及密封板18的排列通孔及在收线轮13上的固定排列次序为：最外层保护膜31之内的一组钢丝绳3穿过隔离及密封板18的左起第一、第二个通孔固定在左边第一个收线轮13的两侧收线槽上，次外层之内的一组钢丝绳3穿过隔离及密封板18的左起第三、第四个通孔固定在左边第二个收线轮13的两侧收线槽上，依次类推。

主控制电路9中设置时钟电路、控制脉冲电路和控制两个减速步进电机按要求转动或停止的软件。

保护膜31由聚氯乙烯塑料制成。钢丝绳套管4由聚氯乙烯塑料制成。每一层保护膜31的厚度均为0.5mm，每一根钢丝绳套管4的外径为1.5mm，壁厚均为0.5mm。

主控制电路9经两根步进电机控制信号线25分别与齿轮驱动减速步进电机23和丝杆驱动减速步进电机24相连，电源模块30由两根电源线29分别连接自动化学分析仪器8和主控制电路9，信号与电源线19分别连接电源模块30和主控制电路9。

仪器通过液体样品吸管5提取需要分析的原位水体样品，采集的原位水体样品需经过过滤膜2的多层过滤方能进入分析仪器中。电源模块30经电源线29为自动化学分析仪器8提供电能，信号与电源线19负责从外部为电源模块30充电。主控制电路9通过控制与信号线28与自动化学分析仪器8实现双向通信，主控制电路9将自动化学分析仪器8的测量结果经信号与电源线19传送至外部。

本发明的带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪放置到水体测量位置后开始工作，主控制电路9中的时钟电路自动计时，当时间到了主控制电路9中软件设定的脱落时间，主控制电路9经步进电机控制信号线25向齿轮驱动减速步进电机23送出控制脉冲，齿轮驱动减速步进电机23转动，带动驱动齿动驱动轴12转动，驱动轴12转动带动驱动齿轮21转动，驱动齿轮21带动收线轮13转动，收线轮13将最外层保护膜31之内的一组两根钢丝绳3缠绕在两侧的收线槽上，这两根钢丝绳3带动两把钩形刀1移动，两把钩形刀1的移动将割开保护膜31和钢丝绳套管4以及封住保护膜31开口的过滤膜2，当钩形刀1移动到上半球壳体16的顶端时，主控制电路9停止向齿轮驱动减速步进电机23发送控制脉冲，齿轮驱动减速步进电机23停止转动，到此，仪器外壳的最外层保护膜31被切割成两半，最外层保护膜31以及封住保护膜31开口的过滤膜2自动脱落。露出次外层的保护膜31以及封住保护膜31开口的过滤膜2，仪器又可以正常稳定地工作了。

当再次工作一段时间后，又到了主控制电路9中软件设定的脱落时间，主控制电路9经步进电机控制信号线25向丝杆驱动减速步进电机24送出控制脉冲，丝杆驱动减速步进电机24转动，带动丝杆11转动，丝杆11带动驱动齿轮拔动滑块27移动，驱动齿轮拔动滑块27带动驱动齿轮21在驱动齿动驱动轴12上移动，根据软件的设定，将驱动齿轮21移动到第二个收线轮13的收线齿轮上并咬合。主控制电路9停止向丝杆驱动减速步进电机24发送控制脉冲，丝杆驱动减速步进电机24停止转动。

之后主控制电路9经步进电机控制信号线25向齿轮驱动减速步进电机23送出控制脉冲，齿轮驱动减速步进电机23转动，带动驱动齿动驱动轴12转动，驱动轴12转动带动驱动齿轮21转动，驱动齿轮21带动第二个收线轮13转动，该收线轮13将次外层保护膜31之内的一组两根钢丝绳3缠绕在两侧的收线槽上，这两根钢丝绳3带动两把钩形刀1移动，两把钩形刀1的移动将割开次外层保护膜31和钢丝绳套管4以及封住保护膜31开口的过滤膜2，当钩形刀1移动到上半球壳体16的顶端时，主控制电路9停止向齿轮驱动减速步进电机23发送控制脉冲，齿轮驱动减速步进电机23停止转动，到此，仪器外壳的次外层保护膜31被切割成两半，次外层保护膜31以及封住保护膜31开口的过滤膜2自动脱落。露出第三层的保护膜31以及封住保护膜31开口的过滤膜2，仪器又可以正常稳定地工作了。

依次地，直至各层保护膜全部脱落。

Claims

1.带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪，包括化学分析装置、电源模块、电路部分和壳体，其特征在于：化学分析装置、电源模块和电路部分安置在由上下两个半球形壳体和中间的圆柱形壳体形成的密闭胶囊型壳体内，由过滤膜封口的液体样品吸管伸出壳体下半球形外，信号与电源线伸出壳体上半球形外；

至少和保护膜层数量相同个数的收线轮呈活动地并列安装在收线轮轴上，收线轮中部是收线齿轮，两侧各有一收线槽，中部的收线齿轮与两侧的收线槽为一个整体，每个收线轮之间由保证每个收线轮可以独立转动的收线轮隔离环隔离，驱动齿轮安装在驱动齿动驱动轴上，驱动齿动驱动轴经步进电机连接环与齿轮驱动减速步进电机的主轴相连，驱动齿轮拔动滑块的凹形口卡住驱动齿轮的两个截面，驱动齿轮拔动滑块安装在丝杆上，丝杆经另一个步进电机连接环与丝杆驱动减速步进电机的主轴相连，收线轮轴、驱动齿动驱动轴和丝杆由左右两边的轴固定支架固定在固定底板上，两个减速步进电机由步进电机固定支架也固定在固定底板上，固定底板固定在圆柱形壳体内部，两个减速步进电机经步进电机控制信号线与主控制电路相连；

设置丝杆逆时针转动，驱动齿轮安装在驱动齿动驱动轴最左端，并且与左边第一个收线轮的收线齿轮咬合，驱动齿轮拔动滑块安装在丝杆最左端，隔离及密封板的排列通孔的中心连线与收线轮轴的轴线平行，排列通孔的数量、孔距和位置与收线槽相对应，钢丝绳在隔离及密封板的排列通孔及在收线轮上的固定排列次序为：最外层保护膜之内的一组钢丝绳穿过隔离及密封板的左起第一、第二个通孔固定在左边第一个收线轮的两侧收线槽上，次外层之内的一组钢丝绳穿过隔离及密封板的左起第三、第四个通孔固定在左边第二个收线轮的两侧收线槽上，依次类推，或者

设置丝杆顺时针转动，驱动齿轮安装在驱动齿动驱动轴最右端，并且与右边第一个收线轮的收线齿轮咬合，驱动齿轮拔动滑块安装在丝杆最右端，隔离及密封板的排列通孔的中心连线与收线轮轴的轴线平行，排列通孔的孔距和位置与收线槽相对应，钢丝绳在隔离及密封板的排列通孔及在收线轮上的固定排列次序为：最外层保护膜之内的一组钢丝绳穿过隔离及密封板的右起第一、第二个通孔固定在右边第一个收线轮的两侧收线槽上，次外层之内的一组钢丝绳穿过隔离及密封板的右起第三、第四个通孔固定在右边第二个收线轮的两侧收线槽上，依次类推；

主控制电路中设置时钟电路、控制脉冲电路。

2.根据权利要求1的监测仪，其特征在于：密闭胶囊型壳体外表罩着4~6层保护膜。

3.根据权利要求1的监测仪，其特征在于：保护膜由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和/或聚酯材料的塑料制成。

4.根据权利要求1的监测仪，其特征在于：钢丝绳套管由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和/或聚酯材料的塑料制成。

5.根据权利要求1或3的监测仪，其特征在于：保护膜的厚度为0.1~1.0mm。

6.根据权利要求1或4的监测仪，其特征在于：钢丝绳套管的外径为1.0~2.0mm，壁厚为0.2~1.0mm。