CN103197038A - 一种基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统，其包括一本体、一水质检测单元、一水样储存单元、一水样采集单元和一位置控制单元；所述水样储存单元相对于所述本体上下移动；所述水样储存单元的一进水阀和一出水阀分别安装在一进水口和一出水口上；一缓冲腔设置在所述进水阀处；所述水样储存单元的一叶轮单元设置在所述缓冲腔内，所述叶轮单元包括一变距螺旋叶轮组、一定位轴承和一转轴，所述变距螺旋叶轮组的第n个(1≤n≤N)所述变距螺旋叶轮的叶片形状，从所述变距螺旋叶轮靠近所述进水阀的一端至另一端的轨迹方程为：X_i＝r×cos(θ_i+2π×n/N)，Y_i＝r×sin(θ_i+2π×n/N)，Z_i＝(n-1)×(L+a)/N+(θ_i/2π)^m×[L-(N-1)a]/N，所述水样采集单元输送所述缓冲腔的水样；所述位置控制单元使所述水样储存单元上下移动。

Description

一种基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统

技术领域

本发明涉及一种水质检测系统，尤其涉及一种能在水域流动性进行深水采样和现场分析检测功能的水质检测船。

背景技术

水是生命之源，随着社会、经济的飞速发展，人类社会发展对水资源的需求和依赖不断增长，使水资源安全状况面临严峻的压力。基于人类发展对水资源的迫切需求，需要在需要检测水域上进行水质检测，筛选具有代表性的指标，根据水资源安全的内涵构建水资源安全评价指标体系，对检测水域的水资源安全整体状况进行定量、动态研究，可从整体上反映水资源系统的基本状况。

现有的具有深水采样功能的水质检测船，采用较复杂的设备，用于深水采样，在产业园区内使用会占用较大面积，不够灵活且不美观；采样深度也比较小。

中国发明CN200920261183.7公开的水质监测船，使用长机械臂用于深水采样，长机械臂仅能伸长至200m；机械臂使用刚性材料，外露在本体之外，增加了水质监测船的占用面积，容易和周边的物体发生干涉；通过刚性的机械臂的动作实现采样，也会造成船的稳定性较差，安全性也会受到影响。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统，其包括一本体、一水质检测单元、一水样储存单元、一水样采集单元和一位置控制单元；

所述水质检测单元固定在所述本体上，用于检测水质；

所述位置控制单元为一外部具有保护弹簧的钢丝绳或一滚轴丝杠，其一端固定在所述本体上，其另一端连接所述水样储存单元，用于使所述水样储存单元在水域中上下移动；

所述水样储存单元置于所述本体外部，相对于所述本体上下移动，用于潜入水域的不同深度；

所述水样储存单元具有一进水口和一出水口，所述进水口和所述出水口为一通孔，所述的进水口处设置有一进水阀，所述的出水口处设置有一出水阀，分别控制所述水位控制单元中水样的进和出，所述进水阀和所述出水阀均为单向阀，所述进水口和所述出水口处设置一粗滤网，用于过滤水样中的大尺寸杂质；

所述水样储存单元还包括一缓冲腔，设置在所述进水阀处，用以控制水样从所述进水阀流入所述水样储存单元的速度；所述缓冲腔的外壁为一双层分隔板，所述分隔板上具有无数个漏水孔，所述漏水孔为蜂窝状，两个分隔板的所述漏水孔交错布置；

所述水样储存单元还包括一叶轮单元，所述叶轮单元设置在所述缓冲腔内，所述叶轮单元包括一变距螺旋叶轮组、一定位轴承、一转轴和一支架，所述变距螺旋叶轮组围绕所述转轴旋转，所述转轴通过所述定位轴承安装在所述支架上，每组所述变距螺旋叶轮具有固定的相对位置，

所述变距螺旋叶轮组的第n个(1≤n≤N)所述变距螺旋叶轮的叶片形状，从所述变距螺旋叶轮靠近所述进水阀的一端至另一端的轨迹方程为：

X_i＝r×cos(θ_i+2π×n/N)，

Y_i＝r×sin(θ_i+2π×n/N)，

Z_i＝(n-1)×(L+a)/N+(θ_i/2π)^m×[L-(N-1)a]/N，

其中，r为叶轮叶片任一点的半径，X_i、Y_i、Z_i为叶轮叶片任一点的坐标，Z轴为所述变距螺旋叶轮组的所述转轴，原点为第1个所述变距螺旋叶轮在Z轴投影上最靠近所述进水阀的一端的点；θ_i为坐标任一点的螺旋叶片扭转角度；N为叶轮组数，N为大于1的整数；a为叶轮间距，0＜a＜L/(N-1)；m为变距螺旋系数，0＜m＜1；L为所述变距螺旋叶轮组的Z轴投影长；

所述水样采集单元与所述水样储存单元固定，其一端连接到所述缓冲腔的外壁，其另一端连接到所述水质检测单元，用于输送所述缓冲腔的水样到所述水质检测单元。

较佳的，所述水样储存单元按方程所示的速度下降，

当h＜1时，v＝v₀；

当h≥1时，v＝a×ln(h)；

其中，v为所述深水采集单元2下降的速度；h为所述深水采集单元2下降的高度；a为一常数，a＞0。

较佳的，所述水样采集单元具有一水泵，所述水泵抽取水样，并输送到所述水质检测单元。

较佳的，所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统还包括一通讯装置，所述通讯装置连接到所述水样储存单元，用于反馈所述水样储存单元潜入的水域深度和所述水样储存单元中蓄水的深度。

较佳的，所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统还包括一显示控制器，所述显示控制器置于所述本体内部，所述显示控制器通过电路连接到所述通讯装置、所述水质检测单元、所述水样储存单元、所述水样采集单元和所述位置控制单元，用于控制上述部件的运动和显示相关数据。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统使用了变距螺旋叶轮组，变距螺旋叶轮组的旋转起到搅拌作用，将淤泥和腐殖质等微粒化，使缓冲腔的水样成为稳定均衡的悬浊液，保证了水样检测结果的普遍性和真实性；通过变距螺旋叶轮组的旋转，能甩出进入缓冲腔的废弃物，避免废弃物进入水质检测单元。通过方程控制下降速度，使水质分析系统下降越深，下降速度越慢，从而在水深处提高了采样密度，重点检测深处水域的水质。缠绕的缆绳或者丝杠的长度可以伸很长，所以提高了水域采样的深度。工作状态不在本体之外增加使用面积，占用面积小，同时不会干扰到周边物体，灵活性较高；稳定的内部结构和外形使安全性提高。

附图说明

图1为水资源安全性评价体系示意图；

图2为本发明的整体结构主视示意图；

图3为缓冲腔的局部放大示意图；

图4为水质检测单元的基本结构和功能框图；

图5为控制器的基本结构和功能框图；

图6为水域内运动采样分析方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1所示，其为水资源安全性综合评价体系示意图，本发明结合水资源系统动力学模型变量，建立了水资源安全综合评价指标体系。在水资源安全评价方法上，目前研究中采用的方法主要有综合指数法、模糊综合评价法、物元分析法、集对分析法、Vague集评价法、灰色关联法。灰色关联分析法克服了回归分析和随即过程理论的不足；对数据要求低，计算量小，计算结果较为全面、客观、公正等优点，因而在生态环境、社会经济、工程管理、多属性评价等众多领域广泛应用。所述水资源安全性综合评价体系建立步骤如下，

步骤a：在水资源安全性综合评价指标体系的设置中，综合考虑水资源的水量保证能力、水生态环境状态、以及对水资源的综合调控管理能力三方面的指标。

步骤b：指标具体设置涵盖经济发展、社会(从人均水资源占有量指标中反映)、水资源供需平衡、水生态环境、以及水资源利用效率等指标，分为目标层、准则层和指标层3个层次，并采用层次分析法来确定指标体系权重。

步骤c：水资源安全灰色关联综合评价模型的建立如步骤c1-c3所示，

步骤c1：标准化评价矩阵。

设水资源安全综合评价问题为Q＝{S，M，H}，其中S＝{sk}(k＝1，2，...，i)为评价时间集，sk为第k个评价时间；M＝{mr}(r＝1，2，...，n)为水资源安全综合评价指标集；决策矩阵为H＝{Hkr}i×n，Hkr为评价时间sk关于指标mr的属性值。

记水资源安全评价时间集组成的比较序列为Xk＝{X1(r)，X2(r)，Xk(r)...Xi(r)}(k＝1，2，...i)，每一比较序列包括某个时间段n个水资源安全评价指标值。各评价指标的参考数列由不同水域的时间序列上单项指标值的最优值组成，设置为M*＝{M*(1)，M*(2)，M*(r)...M*(n)}。

对比较数列和参考数列组成的矩阵数据采用极差方法进行标准化，消除各个指标量纲影响；

步骤c2：分别计算比较序列和参考序列的灰色关联度；

步骤c3：计算评价时间与参考序列的加权灰色关联度，即水资源安全度。

步骤d：根据灰色关联综合评价模型，计算水资源安全度变化趋势。灰色关联度越大的比较序列，表明其和参考序列越接近，水资源安全状况越好。

采用灰色关联综合评价方法计算得到水资源安全度，用于表示水资源安全状况和理想状况的接近程度，是对水资源安全相对状况的衡量，从而判断水资源安全整体状况的变化趋势和变化情况，对检测水域中不同深度的水质进行安全性评价。

要形成水资源安全性综合评价指标体系，需要对水资源的水质基本指标进行测量，这就需要一种采样、检测、分析系统，采集到整个水资源的不同水位的最真实情况，本发明的基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统就能实现这些基本的不同水位采样后检测并评价功能。

请参阅图2所示，其为本发明的整体结构主视示意图，所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统包括一水质检测单元1、一深水采集单元2、一缓冲腔21、一变距螺旋叶轮组22、一定位轴承23、一叶轮支架24、一转轴25、一通讯通道3、一送样通道4、一位置控制单元5、一取样器6、一气泵60、一输气管道61、一储气筒62、一进水阀7、一出水阀8、一控制器9和一本体10。

本实施例中仅示意最简单的可实现深水采样和水质检测的检测平台，以下介绍如何实现这两项必须功能的。

在所述本体10上可布置动力装置等用于驱动行进的动力装置，可布置转向(图中未示)等用于提升性能的装置。所述本体10大致为一包纳性形状，作为其他结构的安装载体。

所述水质检测单元1固定在所述本体10的内部，所述水质检测单元1根据操作者的需要来决定所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统的检测项目，能分析水样的PH值、色度、浑浊度、有机物含量、余氯、重金属含量等。

所述深水采集单元2放置在所述本体10的外部下方，本实施例中，在所述本体10的最下方设置通孔，所述通孔要做好密封；所述通孔用于穿过所述通讯通道3、所述送样通道4和所述位置控制单元5。

还可以使所述深水采集单元2、所述通讯通道3、所述送样通道4和所述位置控制单元5从所述本体10的侧面边缘处垂直入水，在所述本体10的侧面边缘设置卡槽或滑轮进行限位，避免管道等柔性连接件的滑移。

所述深水采集单元2通过所述位置控制单元5吊装，并能相对于所述本体10上下移动。所述深水采集单元2的内部安装所述进水阀7和所述出水阀8。

所述深水采集单元2大致为一长方体，具有一个入水口和一个出水口，在本实施例中，所述入水口和所述出水口分别设置在所述深水采集单元2的两相对侧面，所述出水口设置在靠下方位置以便于排水。所述进水阀7和所述出水阀8安装在所述深水采集单元2的所述入水口和所述出水口上，通过所述进水阀7和所述出水阀8的开合来控制所述深水采集单元2中积蓄的水量。

在本实施例中，所述缓冲腔21为使用双层分隔板在所述水位控制单元2的所述进水阀7附近分隔出来的一个空间。所述变距螺旋叶轮组22、所述定位轴承23、所述叶轮支架24和所述转轴25均安装在所述缓冲腔21内部。

所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统在工作时，所述深水采集单元2在所述本体10的下方运动，不在本体之外增加使用面积，占用面积小，不会干扰到周边物体，灵活性较高。

所述通讯通道3连接所述深水采集单元2和所述控制器9，所述通讯通道3用于传递所述深水采集单元2下降的深度，传递所述深水采集单元2中蓄水的深度，监控所述进水阀7和所述出水阀8的开合状态。

所述送样通道4连接所述水质检测单元1和所述深水采集单元2，将所述深水采集单元2中稳定的水样输送到所述水质检测单元1的进水口，用于检测水质情况。检测完的水样再通过所述水质检测单元1的出水口，经由所述送样通道4送回到所述深水采集单元2。送样和回样在所述送样通道4中分别使用不同的管道，分别称为输送管道和送回管道。

所述取样器6由水泵驱动，所述取样器6连接在所述送样通道4的下端。在本实施例中，所述取样器6置于所述缓冲腔21的外壁上，将所述缓冲腔21中稳定的水样抽取后，输送到所述送样通道4。这样可以保证被检测水样处于稳定的状态，不会受到水域中涡流的影响；而且可以反复多次测量某一时刻所述缓冲腔21中所蓄水样的水质情况。

所述气泵60可由所述动力装置附带，也可在所述控制器9上附带一个气泵。所述气泵60设置在所述本体10中，用于产生压缩气体，通过所述输气管道61输送到所述深水采集单元2，使所述深水采集单元2中的水通过所述出水阀8迅速排出，避免水遗留影响所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统的相关性能；所述气泵60还可以用于产生一定的负压，在所述进水阀7打开时，在负压作用下，吸入的水流冲击所述变距螺旋叶轮组22的叶片，所述变距螺旋叶轮组22高速旋转，所述深水采集单元2会迅速蓄水。

所述储气筒62设置在所述本体10中，所述储气筒62作为所述气泵60产生压缩气体的来源。所述本体的空间情况和实际检测所需气体量决定所述储气筒62的体积大小。

所述位置控制单元5的上端固定在所述本体10上，下端连接所述深水采集单元2。所述位置控制单元5可以设置为缠绕在滚筒上的缆绳，通过电机实现所述滚筒的转动，使所述缆绳伸长或缩短。缠绕的缆绳长度越长，所述深水采集单元2采样深度越深，所以很简单就提高了水域采样的深度。在所述缆绳的外部可设置保护弹簧，能使较软的缆绳具有一定的刚度，避免缆绳在水中任意摆动，并能在所述缆绳失效时避免所述深水采集单元2发生坠毁。

所述位置控制单元5还可以设置为刚性的滚轴丝杠，通过电机驱动滚轴的转动，导致丝杠不断伸长，使所述深水采集单元2潜入到深水处进行采样。

所述深水采集单元2在所述位置控制单元5的驱动下，按方程所示的速度下降，

当h＜1时，v＝v₀；

当h≥1时，v＝a×ln(h)；

其中，v为所述深水采集单元2下降的速度；h为所述深水采集单元2下降的高度；a为一常数，a＞0。

所述位置控制单元5的所述缆绳伸长或缩短，或者电机驱动滚轴的转动，导致丝杠不断伸长，所述深水采集单元2在所述位置控制单元5的驱动下，开始按照方程所示的速度下降，根据对数函数的特点，越到深处，下降速度越慢，采样检测的深度越集中，达到重点进行深水采样检测的目的。

所述进水阀7和所述出水阀8是所述水质检测单元1与水域直接接触的机构，所述进水阀7和所述出水阀8均为单向阀，在不同类型的水域环境中，可能会有树枝、藻类、人为污染物、动物尸体等大颗粒垃圾，在所述进水阀7和所述出水阀8之外设置粗滤网，用于遮挡水域中的大颗粒垃圾，避免这些较大的垃圾进入到所述深水采集单元2，进而堵塞所述取样器6、所述送样通道4和所述水质检测单元1，产生不必要的维护和修理。所述进水阀7和所述出水阀8使用堵盖密封的结构将所述深水采集单元2上的入水口和出水口密封。

所述进水阀7和所述出水阀8的开合由气缸驱动(图中未示)，所述进水阀7和所述出水阀8通过所述通讯通道3，反馈阀的开合信号到所述控制器9。

所述控制器9为一操作平台，与所述水质检测单元1的总电源、所述取样器6的水泵开关、所述位置控制单元5的电机、所述通讯通道3、所述进水阀7、所述出水阀8、所述本体10的动力装置之间使用电路连接。所述控制器9具有一个显示屏，将所述位置控制单元5下降的高度和所述深水采集单元2的蓄水深度反馈给操作者，并能显示所述本体10的动力装置的运行速度。

请参阅图3所示，其为缓冲腔的局部放大示意图，所述缓冲腔21使用的所述分隔板具有蜂窝状的漏水孔，两个分隔板的所述漏水孔交错布置。这样，从所述进水阀7进来的水在所述缓冲腔21被缓冲，不会对所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统造成冲击。

水样从所述进水阀7进来后，在所述缓冲腔21内经过所述变距螺旋叶轮组22，所述变距螺旋叶轮组22围绕所述转轴25作旋转运动，所述转轴25通过所述定位轴承23安装在所述叶轮支架24上，所述叶轮支架24与所述深水采集单元2固定连接。本实施例中，在所述深水采集单元2中，所述变距螺旋叶轮组22的所述转轴25垂直布置；所述变距螺旋叶轮组22的一端靠近所述进水阀7，另一端正对所述取样器6的采样口。

水样快速进入所述进水阀7，形成的冲击力作用于所述变距螺旋叶轮组22，使所述变距螺旋叶轮组22旋转，所述变距螺旋叶轮组22旋转产生的离心力将水样中的大尺寸垃圾甩出来，将传递到最里部的水样进一步过滤，所述取样器6采样口采集到的水样纯净度提高，避免检测时的水样中含有大尺寸垃圾，提高了检测效率和质量。

所述变距螺旋叶轮组22旋转产生的离心力的作用还能使水样中的淤泥和腐殖质等微粒化，避免淤泥和腐殖质等在缓冲腔内引起所述漏水孔的堵塞，继而引发所述深水采集单元2进水不畅等一系列问题；微粒化还能使水样成为稳定均衡的悬浊液，各种微粒遍布在水样中，提取到所述取样器6的水样代表了所述缓冲腔21中蓄积水样的普遍情况，保证了检测结果的普遍性和真实性。

为了更好地产生离心力，所述变距螺旋叶轮组22的每组所述变距螺旋叶轮具有特定的叶片形状，每组所述变距螺旋叶轮之间具有固定的叶轮间距a和固定的交错角度2π/N，每组所述变距螺旋叶轮均固定在所述叶轮支架24上。

所述变距螺旋叶轮组的第n个(1≤n≤N)所述变距螺旋叶轮的叶片形状，从所述变距螺旋叶轮靠近所述进水阀的一端至另一端的轨迹方程为：

X_i＝r×cos(θ_i+2π×n/N)，

Y_i＝r×sin(θ_i+2π×n/N)，

Z_i＝(n-1)×(L+a)/N+(θ_i/2π)^m×[L-(N-1)a]/N，

其中，r为叶轮叶片任一点的半径，X_i、Y_i、Z_i为叶轮叶片任一点的坐标，Z轴为所述变距螺旋叶轮组的所述转轴，原点为第1个所述变距螺旋叶轮在Z轴投影上最靠近所述进水阀的一端的点；θ_i为坐标任一点的螺旋叶片扭转角度；N为叶轮组数，N为大于1的整数；a为叶轮间距，0＜a＜L/(N-1)；m为变距螺旋系数，0＜m＜1；L为所述变距螺旋叶轮组的Z轴投影长。

当θ_i＝0时，

X_i＝r×cos(2π×n/N)，Y_i＝r×sin(2π×n/N)，Z_i＝(n-1)×(L+a)/N，

当θ_i＝2π时，

X_i＝r×cos(2π+2π×n/N)，Y_i＝r×sin(2π+2π×n/N)，Z_i＝n×(L+a)/N-a，

第1个所述变距螺旋叶轮，取n＝1，从θ_i＝0渐变到θ_i＝2π，X_i、Y_i的取值渐变，完成一个周期2π，Z_i由0渐变到(L+a)/N-a；

第2个所述变距螺旋叶轮，取n＝2，从θ_i＝0渐变到θ_i＝2π，起始点与第1个所述变距螺旋叶轮的起始点相差(2π/N)个相位，X_i、Y_i的取值渐变，完成一个周期2π，Z_i由(L+a)/N渐变到2(L+a)/N-a；

第N个所述变距螺旋叶轮，取n＝N，从θ_i＝0渐变到θ_i＝2π，X_i、Y_i的取值渐变，完成一个周期2π，Z_i由(N-1)×(L+a)/N渐变到L；

由此看出，第1个所述变距螺旋叶轮由Z轴零点开始，第n个所述变距螺旋叶轮终止点和第(n+1)个所述变距螺旋叶轮起始点的间距为a，每一个所述变距螺旋叶轮的Z轴投影长为(L+a)/N-a。

请参阅图4所示，其为水质检测单元的基本结构和功能框图，所述水质检测单元1包括进水口、出水口、检测模块、控制模块、显示模块和水质标准存储模块。

所述进水口和所述出水口通过所述送样通道4中的输送管道和送回管道分别连通到所述取样器6。水样通过所述进水口进入到检测模块，在此模块完成PH值、色度、浑浊度、有机物含量、余氯、重金属含量等的检测，在控制模块，利用水质标准存储模块设定的阈值，完成检测结果和水质标准阈值的比对，产生水质合格与否的检测结果，最后通过显示模块将检测结果显示出来。

检测模块是水质检测的最核心机构，通过一系列的传感器来实现对水样的检测，根据检测结果，凭借如图1所示的水资源安全性评价体系，对水样的安全性进行评价。

请参阅图5所示，其为控制器的基本结构和功能框图，所述控制器9具有如下功能模块：

水质检测单元总开关：控制所述水质检测单元1的总电源，避免长时间的待机闲置；

采样控制模块：控制所述取样器6，使之经由所述送样通道4的输送管道将水样输送到所述水质检测单元1的进水口；

位置控制单元控制模块：控制所述位置控制单元5的潜水运动，以便深入到水下不同高度进行取样；

位置控制单元位置显示模块：显示所述深水采集单元2下降的深度；

进出水控制模块：控制所述进水阀7和所述出水阀8的开合，并读取所述深水采集单元2蓄水的深度；

动力控制模块：控制整个所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统的动力，使之以机动方式行走。

请参阅图6所示，其为水域内运动采样分析方法的流程图，以下结合图2来描述所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统的使用过程。

步骤a：操作者控制所述控制器9的位置控制单元控制模块，通过位置控制单元5的动作，使所述深水采集单元2从初始状态即位置最高的状态，运动到需要检测水质的水域高度，所述控制器9的位置控制单元位置显示模块显示所述深水采集单元2下降的高度，到达目标的位置，控制所述控制器9的位置控制单元控制模块，使所述深水采集单元2悬停；

步骤b：控制所述控制器9的进出水控制模块，打开所述进水阀7，水样进入所述深水采集单元2，所述通讯通道3监控所述深水采集单元2中蓄水的深度，到达理想的蓄水深度，关闭进水阀7；

步骤c：控制所述控制器9的水质检测单元总开关，使所述水质检测单元1进入工作状态；

步骤d：控制所述控制器9的采样控制模块，使所述取样器6的水泵开始工作，所述深水采集单元2中的水样经由所述送样通道4的输送管道，通过所述水质检测单元1的进水口进入所述水质检测单元1；

步骤e：所述水质检测单元1对传输进来的水样进行分析；

步骤f：在完成水质分析，所述控制器9上显示检测结果后，控制所述控制器9的采样控制模块，水样通过所述水质检测单元1的出水口，经由所述送样通道4的送回管道流回所述深水采集单元2；

步骤g：控制所述控制器9的进出水控制模块，打开所述出水阀8，从所述送样通道4输送压缩空气，使所述深水采集单元2中的水样迅速地完全从所述出水阀8排出，所述通讯通道3监控所述深水采集单元2中蓄水的深度，在排水结束时关闭所述出水阀8。

步骤a-b完成潜水的过程。步骤c-d完成取样的过程。在操作所述控制器9的采样控制模块之前，一般需要使所述深水采集单元2静置几分钟，性质稳定，保证传输的水样能代表水样的一般情况。步骤e-f完成水质检测并排出检测装置中水样的过程。步骤g完成检测水从取样装置排出的过程。

此时，操作者完成一次检测，并将水样完全排出时，即执行完步骤g后，可以结束工作，控制所述控制器9的水质检测单元总开关，使所述水质检测单元1进入关闭状态；控制所述控制器9的位置控制单元控制模块，通过位置控制单元5的动作，使所述深水采集单元2回到初始状态即位置最高的状态。

如果操作者完成一次检测，还需要在此水域的更深或更浅位置作检测，执行完步骤g后，控制所述控制器9的位置控制单元控制模块，通过位置控制单元5的动作，运动到需要检测水质的水域高度，所述控制器9的位置控制单元位置显示模块显示所述深水采集单元2所处的高度，到达目标的位置，控制所述控制器9的位置控制单元控制模块，使所述深水采集单元2悬停；以后依次重复步骤b，步骤d-g。

如果操作者完成一次检测，还需要换一片水域做检测，应暂时结束工作，执行完步骤g后，控制所述控制器9的水质检测单元1的总开关，使所述水质检测单元1进入关闭状态；控制所述控制器9的位置控制单元控制模块，通过位置控制单元5的动作，使所述深水采集单元2回到初始状态即位置最高的状态；控制动力控制模块使所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统运动到目标位置，以后依次重复步骤a-g。

所述基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统在工作的全过程中，所有装置都在所述本体10的下方运动，不在所述本体10之外增加使用面积，占用面积小，可以深入到狭窄的水域进行检测，在游览水域中可以即使周边有很多游船，也不会干扰到周边物体，可以在复杂的环境中任意穿梭，灵活性较高，同时，这种稳定的内部结构和外形使检测船的安全性提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统，其包括一本体，其特征在于，其还包括一水质检测单元、一水样储存单元、一水样采集单元和一位置控制单元；

所述水质检测单元固定在所述本体上，用于检测水质；

所述位置控制单元为一外部具有保护弹簧的钢丝绳或一滚轴丝杠，其一端固定在所述本体上，其另一端连接所述水样储存单元，用于使所述水样储存单元在水域中上下移动；

所述水样储存单元置于所述本体外部，相对于所述本体上下移动，用于潜入水域的不同深度；

所述水样储存单元具有一进水口和一出水口，所述进水口和所述出水口为一通孔，所述的进水口处设置有一进水阀，所述的出水口处设置有一出水阀，分别控制所述水位控制单元中水样的进和出，所述进水阀和所述出水阀均为单向阀，所述进水口和所述出水口处设置一粗滤网，用于过滤水样中的大尺寸杂质；

所述水样储存单元还包括一缓冲腔，设置在所述进水阀处，用以控制水样从所述进水阀流入所述水样储存单元的速度；所述缓冲腔的外壁为一双层分隔板，所述分隔板上具有无数个漏水孔，所述漏水孔为蜂窝状，两个分隔板的所述漏水孔交错布置；

所述水样储存单元还包括一叶轮单元，所述叶轮单元设置在所述缓冲腔内，所述叶轮单元包括一变距螺旋叶轮组、一定位轴承、一转轴和一支架，所述变距螺旋叶轮组围绕所述转轴旋转，所述转轴通过所述定位轴承安装在所述支架上，每组所述变距螺旋叶轮具有固定的相对位置，

所述变距螺旋叶轮组的第n个(1≤n≤N)所述变距螺旋叶轮的叶片形状，从所述变距螺旋叶轮靠近所述进水阀的一端至另一端的轨迹方程为：

X_i＝r×cos(θ_i+2π×n/N)，

Y_i＝r×sin(θ_i+2π×n/N)，

Z_i＝(n-1)×(L+a)/N+(θ_i/2π)^m×[L-(N-1)a]/N，

其中，r为叶轮叶片任一点的半径，X_i、Y_i、Z_i为叶轮叶片任一点的坐标，Z轴为所述变距螺旋叶轮组的所述转轴，原点为第1个所述变距螺旋叶轮在Z轴投影上最靠近所述进水阀的一端的点；θ_i为坐标任一点的螺旋叶片扭转角度；N为叶轮组数，N为大于1的整数；a为叶轮间距，0＜a＜L/(N-1)；m为变距螺旋系数，0＜m＜1；L为所述变距螺旋叶轮组的Z轴投影长；

所述水样采集单元与所述水样储存单元固定，其一端连接到所述缓冲腔的外壁，其另一端连接到所述水质检测单元，用于输送所述缓冲腔的水样到所述水质检测单元。

2.根据权利要求1所述的基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统，其特征在于，所述水样储存单元按方程所示的速度下降，

当h＜1时，v＝v₀；

当h≥1时，v＝a×ln(h)；

其中，v为所述深水采集单元2下降的速度；h为所述深水采集单元2下降的高度；a为一常数，a＞0。

3.根据权利要求1所述的基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统，其特征在于，所述水样采集单元具有一水泵，所述水泵抽取水样，并输送到所述水质检测单元。

4.根据权利要求1所述的基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统，其特征在于，其还包括一通讯装置，所述通讯装置连接到所述水样储存单元，用于反馈所述水样储存单元潜入的水域深度和所述水样储存单元中蓄水的深度。

5.根据权利要求1所述的基于在水域内运动采样分析方法的水质分析系统，其特征在于，其还包括一显示控制器，所述显示控制器置于所述本体内部，所述显示控制器通过电路连接到所述通讯装置、所述水质检测单元、所述水样储存单元、所述水样采集单元和所述位置控制单元，用于控制上述部件的运动和显示相关数据。

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