CN105158296A - 一种水质智能监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水质智能监测系统，主要由芯片式集成传感器、传感器外部控制与数据收集器、无线网络传输装置、水质污染智能监控中心等组成。本发明的水质智能监测系统将实时在线监测数据上传至水质污染智能监控中心，通过数据分析生成检测结果，对判定污染的检测结果通过声光报警与信息通讯的方式发出警报，及时发现某块水域出现污染，从而迅速采取应对措施，以免造成更严重的污染事件。
Description
技术领域
本发明涉及一种水质监测系统，尤其涉及一种用于水质污染情况智能在线监测的系统。
背景技术
由于工业的发展，大量含有污染物氨氮、磷以及有机污染物等耗氧物质被排入到水中，从而导致某些江河湖泊富营养化。直接后果就是蓝藻会大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色浮沫，而且会发出腥臭味，称之为水华，可引起水质恶化，严重时蓝藻可耗尽水中的氧气而造成鱼类死亡。污水中需实时监测的参数有：化学需氧量(ChemicalOxygenDemand,COD)、氨氮含量、总磷浓度、重金属含量等。
现有技术中用来检测污染物的方法是用分光光度计法和离子色谱法，这两种方法虽然检测准确，但受限于需要大型实验仪器、测试周期长等因素，并不适用于便携快捷的测量水中磷酸盐的浓度。近年来，电化学传感器可实现对水质中污染物的检测，是一种新型检测装置，检测准确、灵敏度高。但以上三种方法均需提取样本进行检测，而没有实现污水的在线监测。
中国专利CN103645140A公开了一种水质监测系统方法，包括测量装置、控制器、显示器、多个试剂容器、多个备用试剂容器、蒸馏水容器、清洗容器以及废液容器，所述测量装置包括光源、旋转滤光片、水样容器以及监测光接收器；所述旋转滤光片包括至少两个滤光片，可以获得至少两种波长的监测光；所述水质监测系统，可监测不同的污水因子，不需要手动更换滤光片，节省污水监测时间，减少污水监测成本以及所占用的监测空间。但是没有采用在线监测的方式，不能实时监测多个监测点的排污情况。
中国专利CN202471581U公开了一种污水排放在线监测系统，包括采样单元、监测单元和控制单元，其中监测单元设置有紫外线COD检测仪。该污水排放在线监测系统的在线监测周期短、且该污水排放在线监测系统不会造成二次污染、具有长期稳定性。但是该专利监测功能单一，只能监测COD含量，其它氨氮含量、总磷浓度、重金属含量等项目无法全面监测。而且仅具有单一的监测功能，不能及时将数据处理，无法将数据及时传入数据库中进行比对，从而发现污染地点与问题所在。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服传统污水监测系统中不能及时发现某块水域出现污染的问题。针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种水质智能监测系统。
该水质智能监测系统主要包括：1、芯片式集成传感器，2、传感器外部控制与数据收集器，3、无线网络传输装置，4、水质污染智能监控中心。
所述芯片式集成传感器，具有5～9个平行的电极触点，在所述5～9个平行的电极触点的垂直方向另外有与之相对应的5～9个电极触点，平行的5～9个电极触点与垂直的5～9个电极触点，两两组成一个传感器电路，一共组成的5～9个并联的传感器电路，并且连接传感器外部控制与数据收集器。
所述每个电路还包括一个电阻值大小不等的电阻，用以控制电路内的电流值。
所述5～9个并联电路具有一个共同的探头，用以与要检测的水接触，所述探头安装在监测点处，与流动的水保持充分的接触。
所述探头与每个电路具有单独的连接，探头内封装有不同性质的检测电极，分别用于监测污水中的pH值、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、总氮含量、总磷含量、氯离子含量、重金属含量(根据不同情况可调整的监测项目，包括铅、铜、锌、铬、镉、汞等)等项目。根据检测项目的数量，所述电路的数量可在5～9个之间进行调节，优选为7个。
所述芯片式集成传感器经过精密封装。
所述传感器封装的形状可以为长方形、正方形、圆形、规则或不规则的多边形或其它适于安装放置的形状。
所述传感器外部控制与数据收集器包括电源、信号放大器、信号转换器、数据存储器、显示装置、控制装置。
所述电源的工作电压范围为：5～25V。
所述信号放大器将电路中检测到的电流变化放大并传输至信号转换器。
所述信号转换器将接收到的电流变化值转化为波信号或光信号，并在显示装置输出，同时将检测得到的数据输入至数据存储器。
所述数据存储器与无线网络传输装置相连，将接收到的检测数据备份，并发送至无线网络传输装置。
无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别，并发送至终端。终端可以是计算机、数据处理工作站或任何与数据处理有关的系统。
进一步地，所述终端为水质污染智能监控中心，无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别后，发送到水质污染智能监控中心，水质污染智能监控中心将接收到的数据与数据库中的历史数据相对比，如判断出数据异常，则开启声光报警装置。
所述水质污染智能监控中心包括计算机、网络通信设备、显示设备、打印设备、声光报警装置、UPS电源以及电脑附属设备。计算机与打印设备、网络通信设备双向连接，计算机还与显示设备、UPS电源、电脑附属设备连接，网络通信设备通过无线网络传输装置与数据存储器连接。
本发明还提供了一种水质智能监测系统的运行方法。
水质智能监测系统的芯片式集成传感器，安装于水质监测点，每个水质监测点的芯片式集成传感器都赋予一个唯一的ID，所述ID包括所述水质监测点的地址代码、附近可能的排污处代码等信息，与水质污染智能监控中心的数据一一对应。当某处监测点出现污染物超标时，处于在线监测状态的芯片式集成传感器的即时电流变化数据，传送到传感器外部控制与数据收集器，通过其信号放大器将电流信号放大传输至信号转换器，信号转换器将接收到的电流变化值转化为波信号或光信号，并在显示装置输出，同时将检测得到的数据输入至数据存储器，数据存储器与无线网络传输装置相连，将接收到的检测数据备份，并发送至无线网络传输装置。无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别，发送到水质污染智能监控中心，水质污染智能监控中心将接收到的数据与数据库中的历史数据相对比，判断出数据异常，自动开启声光报警装置。
报警后的处理有两种方式：其一，水质污染智能监控中心的管理人员在收到声光报警通知后，及时通知工作人员去排污地点确认，并采取措施。其二，水质污染智能监控中心在判断出某个监测点在排污后，发出报警信息的同时，将以系统通知的方式直接向有关负责人发出短信，以便其及时采取措施。
本发明的污水监测系统通过将实时在线监测数据上传至水质污染智能监控中心，将数据分析生成检测结果，并对产生污染的检测结果通过声光电等形式发出警报，可以及时发现某块水域出现污染，从而迅速采取应对措施，以免造成更严重的污染事件。
本发明不但可实时监测水中COD污染物的变化情况，还可以对水中的氨氮总量、总磷含量、重金属等污染物进行实时监测。本发明在在线监测的终端运用传感器，不需要大型的设备、繁琐的操作，并以此为基础构建一种省时、省力、高效的污水在线监测系统。
具体实施方式
下面通过具体实施例，进一步对本发明的技术方案进行具体说明。应该理解，下面的实施例只是作为具体说明，而不限制本发明的范围，同时本领域的技术人员根据本发明所做的显而易见的改变和修饰也包含在本发明范围之内。
实施例1
一种水质智能监测系统，主要包括：1、芯片式集成传感器，2、传感器外部控制与数据收集器，3、无线网络传输装置，4、水质污染智能监控中心。
所述芯片式集成传感器，上面有6个平行的电极触点，在所述6个平行的电极触点的垂直方向有与之相对应的6个电极触点，平行的6个电极触点与垂直的6个电极触点，两两组成一个电路，一共组成的6个并联电路，并且连接传感器外部控制与数据收集器。
所述每个电路还包括一个电阻值大小不等的电阻，用以控制电路内的电流值。
所述6个并联电路具有一个共同的探头，用以与要检测的水接触，所述探头安装在监测点处，与流动的水保持充分的接触。
所述探头与每个电路具有单独的连接，探头内封装有不同性质的检测电极，分别用于监测污水中的pH值、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、总氮含量、总磷含量、重金属含量(主要监测汞的含量)。因为该河道经常会出现重金属汞超标，所以重金属含量监测以汞为主。
拟实时监测河道全长12公里，共设置40个监测点，每一个监测点赋予一个唯一的ID，所述ID包括所述水质监测点的地址代码、附近可能的排污处代码等信息。每一个监测点均安装至少三个芯片式集成传感器，对应至少三个标准采样点，另外安装相对应的一套传感器外部控制与数据收集器、无线网络传输装置。所述芯片式集成传感器、传感器外部控制与数据收集器、无线网络传输装置采用精密封装的工艺，将其集成于一个整体的盒子内，传感器的探头从盒子内伸出与流动的水接触，所述盒子整体具有防水、防潮、耐日晒等功能。
所述传感器外部控制与数据收集器包括电源、信号放大器、信号转换器、数据存储器、显示装置、控制装置。
所述电源的工作电压范围为：5～25V。
所述信号放大器将电路中检测到的电流变化放大并传输至信号转换器。
所述信号转换器将接收到的电流变化值转化为波信号或光信号，并在显示装置输出，同时将检测得到的数据输入至数据存储器。
所述数据存储器与无线网络传输装置相连，将接收到的检测数据备份，并发送至无线网络传输装置。
无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别，并发送至终端。终端为联网的计算机，相关河段的河长负责定期收集整理数据，以对其所负责河段进行动态监控。
实施例2
一种水质智能监测系统，主要包括：1、芯片式集成传感器，2、传感器外部控制与数据收集器，3、无线网络传输装置，4、水质污染智能监控中心。
所述芯片式集成传感器，上面有7个平行的电极触点，在所述7个平行的电极触点的垂直方向有与之相对应的7个电极触点，平行的7个电极触点与垂直的7个电极触点，两两组成一个电路，一共组成的7个并联电路，并且连接传感器外部控制与数据收集器。所述每个电路还包括一个电阻值大小不等的电阻，用以控制电路内的电流值。
所述7个并联电路具有一个共同的探头，用以与要检测的水接触，所述探头安装在监测点处，与流动的水保持充分的接触。
所述探头与每个电路具有单独的连接，探头内封装有不同性质的检测电极，分别用于监测污水中的pH值、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、总氮含量、总磷含量、氯离子含量、重金属含量(主要监测铅的含量)。
拟实时监测河道全长7公里，由于河流附近制造类企业较多，共设置33个监测点，每一个监测点赋予一个唯一的ID，所述ID包括所述水质监测点的地址代码、附近可能的排污处代码等信息。每一个监测点均安装至少三个芯片式集成传感器，对应至少三个标准采样点，另外安装相对应的一套传感器外部控制与数据收集器、无线网络传输装置。所述芯片式集成传感器、传感器外部控制与数据收集器、无线网络传输装置采用精密封装的工艺，将其集成于一个整体的盒子内，传感器的探头从盒子内伸出与流动的水接触，所述盒子整体具有防水、防潮、耐日晒等功能。
所述传感器外部控制与数据收集器包括电源、信号放大器、信号转换器、数据存储器、显示装置、控制装置。
所述电源的工作电压范围为：5～25V。
所述信号放大器将电路中检测到的电流变化放大并传输至信号转换器。
所述信号转换器将接收到的电流变化值转化为波信号或光信号，并在显示装置输出，同时将检测得到的数据输入至数据存储器。
所述数据存储器与无线网络传输装置相连，将接收到的检测数据备份，并发送至无线网络传输装置。
无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别，并发送至水质污染智能监控中心，无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别后，发送到水质污染智能监控中心，水质污染智能监控中心将接收到的数据与数据库中的历史数据相对比，如判断出数据异常，则开启声光报警装置。
所述水质污染智能监控中心包括计算机、网络通信设备、显示设备、打印设备、声光报警装置、UPS电源以及电脑附属设备。计算机与打印设备、网络通信设备双向连接，计算机还与显示设备、UPS电源、电脑附属设备连接，网络通信设备通过无线网络传输装置与数据存储器连接。
水质智能监测系统的运行方法：水质智能监测系统的芯片式集成传感器，安装于水质监测点，每个水质监测点的芯片式集成传感器都赋予一个唯一的ID，所述ID包括所述水质监测点的地址代码、附近可能的排污处代码等信息，与水质污染智能监控中心的数据一一对应。当某处监测点出现污染物超标时，处于在线监测状态的芯片式集成传感器的即时电流变化数据，传送到传感器外部控制与数据收集器，通过其信号放大器将电流信号放大传输至信号转换器，信号转换器将接收到的电流变化值转化为波信号或光信号，并在显示装置输出，同时将检测得到的数据输入至数据存储器，数据存储器与无线网络传输装置相连，将接收到的检测数据备份，并发送至无线网络传输装置。无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别，发送到水质污染智能监控中心，水质污染智能监控中心将接收到的数据与数据库中的历史数据相对比，判断出数据异常，在判断出某个监测点在排污后，自动开启声光报警装置的同时，以系统通知的方式直接向有关负责人(河长)发出短信，以便其及时采取措施。
Claims (6)
1.一种水质智能监测系统，主要包括：芯片式集成传感器，传感器外部控制与数据收集器，无线网络传输装置，终端；
所述芯片式集成传感器，具有5～9个平行的电极触点，在所述5～9个平行的电极触点的垂直方向另外有与之相对应的5～9个电极触点，平行的5～9个电极触点与垂直的5～9个电极触点，两两组成一个传感器电路，一共组成的5～9个并联的传感器电路，并且连接传感器外部控制与数据收集器；
所述每个传感器电路还包括一个电阻值大小不等的电阻，用以控制电路内的电流值；
所述5～9个并联的传感器电路具有一个共同的探头，用以与要检测的水接触，所述探头安装在监测点处，与流动的水保持充分的接触；
所述探头与每个电路具有单独的连接，探头内封装有不同性质的检测电极，分别用于监测污水中的pH值、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、总氮含量、总磷含量、氯离子含量、重金属含量等项目；
所述芯片式集成传感器经过精密封装；
所述传感器封装的形状可以为长方形、正方形、圆形、规则或不规则的多边形或其它适于安装放置的形状；
所述传感器外部控制与数据收集器包括电源、信号放大器、信号转换器、数据存储器、显示装置、控制装置；
所述电源的工作电压范围为：5～25V；
所述信号放大器将电路中检测到的电流变化放大并传输至信号转换器；
所述信号转换器将接收到的电流变化值转化为波信号或光信号，并在显示装置输出，同时将检测得到的数据输入至数据存储器；
所述数据存储器与无线网络传输装置相连，将接收到的检测数据备份，并发送至无线网络传输装置；
无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别，并发送至终端；
所述终端是计算机、数据处理工作站或任何与数据处理有关的系统。
2.根据权利要求1所述的水质智能监测系统，其特征在于：所述芯片式集成传感器的传感器电路数量为7个。
3.根据权利要求1所述的水质智能监测系统，其特征在于：所述终端为水质污染智能监控中心，无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别后，发送到水质污染智能监控中心，水质污染智能监控中心将接收到的数据与数据库中的历史数据相对比，如判断出数据异常，则开启声光报警装置；
所述水质污染智能监控中心包括计算机、网络通信设备、显示设备、打印设备、声光报警装置、UPS电源以及电脑附属设备；计算机与打印设备、网络通信设备双向连接，计算机还与显示设备、UPS电源、电脑附属设备连接，网络通信设备通过无线网络传输装置与数据存储器连接。
4.一种水质智能监测系统的运行方法，其特征在于：所述运行方法基于权利要求1所述的任一项水质智能监测系统；
水质智能监测系统的芯片式集成传感器，安装于水质监测点，每个水质监测点的芯片式集成传感器都赋予一个唯一的ID，所述ID包括所述水质监测点的地址代码、附近可能的排污处代码等信息，与水质污染智能监控中心的数据一一对应；
当某处监测点出现污染物超标时，处于在线监测状态的芯片式集成传感器的即时电流变化数据，传送到传感器外部控制与数据收集器，通过其信号放大器将电流信号放大传输至信号转换器，信号转换器将接收到的电流变化值转化为波信号或光信号，并在显示装置输出，同时将检测得到的数据输入至数据存储器，数据存储器与无线网络传输装置相连，将接收到的检测数据备份，并发送至无线网络传输装置；
无线网络传输装置将收到的监测数据进行分类与识别，发送到水质污染智能监控中心，水质污染智能监控中心将接收到的数据与数据库中的历史数据相对比，判断出数据异常，自动开启声光报警装置。
5.根据权利要求4所述的水质智能监测系统的运行方法，其特征在于：所述水质污染智能监控中心的管理人员在收到声光报警通知后，及时通知工作人员去排污地点确认，并采取措施。
6.根据权利要求4所述的水质智能监测系统的运行方法，其特征在于：水质污染智能监控中心在判断出某个监测点在排污后，发出报警信息的同时，将以系统通知的方式直接向有关负责人发出短信，以便其及时采取措施。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |