CN105784956A - 一种水体分层取样测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水体分层取样测试装置，包括取样单元，进行不同深度水体的取样，得到水样；水样检测电路，对水样进行采集，形成水样信息；信号处理单电路，将水样信息进行数模转换并经放大作用后传输至上位机；水下检测单元，通过水样性质检测探头将采集到水样性质信息，形成反馈回路；电源控制电路，包括通讯单元与分压单元，所述通讯单元接收上位机的控制信号，通讯单元将所述工作信号送入分压单元，所述工作信号使分压单元进入工作状态，向水样检测电路、信号处理单电路、水下检测单元、取样单元接入工作电压。有益效果为：取样单元结构简单，易于组装和调节，可与其他模块拆分分离，独立使用，利用绳体上的刻度可以方便调节深度，对不同深度的水体进行取样。

Description

一种水体分层取样测试装置

技术领域

本发明涉及水污染监测和水文观测领域，尤其涉及一种水体取样测试装置。

背景技术

水污染监测和水文观测中经常要提取不同水体中水样，尤其是在对水体进行详细研究时需要不同水深时的水体样本。虽然市场已有一些取样装置，但是它们往往受制于取样深度、取样后水样防止干扰等因素，取样深度较浅难以通用于各种水深的水样取样，普遍适用性不强，取样量难以精确控制，不能灵活变换取样位点，以及取样和检测过程分离导致水样性质发生改变等缺陷。

另一方面，考虑到水样采集系统中各个下级系统电路中的数据传输形式不同（例如数字信号或模拟信号），因此各级电路中存在干扰，缺少相应的隔离措施，对水样的采集控制以及量化分析带来巨大的误差，成为本领域技术人员的难题。

发明内容

本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种水体分层取样测试装置，具体有以下技术方案实现：

所述水体分层取样测试装置，与上位机通信连接，包括

取样单元，进行不同深度水体的取样，得到水样；

水样检测电路，对水样进行采集，形成水样信息；

信号处理单电路，将水样信息进行数模转换并经放大作用后传输至上位机；

水下检测单元，通过水样性质检测探头将采集到水样性质信息，并根据水样性质信息控制取样单元的取样量、取样时间以及取样深度，形成反馈回路；

以及电源控制电路，包括通讯单元、分压单元以及微处理芯片，所述微处理芯片通过通讯单元与分压单元通信连接，通讯单元将工作信号送入分压单元，所述工作信号使分压单元进入工作状态，向水样检测电路、信号处理单电路、水下检测单元、取样单元接入工作电压。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，水下检测单元包括探头DDC控制器、若干个水样性质检测探头、AD转换电路以及信号放大电路，上位机通过电源控制电路向DDC控制器传输控制指令，所述水样性质检测探头分别将采样数据依次通过AD转换电路、信号放大电路传输至DDC控制器，并接收DDC控制器发出的控制指令，形成采集支路。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，所述水样性质检测探头为四个，分别为pH检测探头、DO检测探头、ORP测定探头以及浊度测定探头。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，所述通讯单元包括控制支路、第一控制芯片以及自锁电路，所述第一控制芯片分别与所述控制支路以及自锁电路连接。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，所述第一控制芯片的信号输出端依次连接自锁电路及第一控制芯片的控制端，第一控制芯片的控制端通过第一分压电阻接地。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，所述控制支路包括两个相互串接的开关S1、S2以及分压电阻R1、R2，S1一端通过R1连接所述工作电压，另一端接地，所述第一控制芯片的控制端通过R2连接于S1与S2之间的节点，S1接收第一输入信号，所述第一输入信号使所述第一控制芯片进入工作状态，所述S2接收第二输入信号，所述第二输入信号使第一控制芯片处于非工作状态。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，所述分压单元包括启动电路以及第二控制芯片，所述第二控制芯片的控制端通过所述启动电路与第一控制芯片的信号输出端连接，第二控制芯片的输出端分别向水样检测电路、信号处理单电路、水下检测单元、取样单元输送工作电压。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，所述启动电路由二极管与分压电阻R3连接组成，所述二极管的负极与第二控制芯片的控制端连接，二极管的正极连接R3的一端，R3的另一端连接第一控制芯片的输出端。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，所述取样单元包括至少一个深井泵、泵管、水样密封器以及绳体，所述深井泵固定在绳体上，水样密封器通过泵管与深井泵联通，所述绳体上标有刻度。

所述水体分层取样测试装置的进一步设计在于，所述水样检测电路包括COD检测模块、BOD检测模块、总氮检测模块、总磷检测模块、氨氮检测模块、硝酸盐氮检测模块、亚硝酸盐氮检测模块以及溶解性磷酸盐检测模块。

本发明的优点如下：

（1）取样单元结构简单，易于组装和调节，可与其他模块拆分分离，独立使用，独立使用时，利用绳体上的刻度可以方便调节深度，对不同深度的水体进行取样。组装使用时，由DDC控制器控制其取样深度的调节、取样量的大小和取样时间的变化等。

（2）取样单元可由多个深井泵组成，不同深井泵用于取样不同深度不同水体的样本，另外取样系统和水样密封器均可避免不同水体样本间的互相干扰。一次可采集多种深度水样。

（3）水下检测单元对水样各属性进行现场检测，避免了取样过程和检测过程之间的时间差所导致的水样性质变化，从而减少误差。

（4）水下检测单元在DDC控制器的控制下转换检测探头，集检测、储存和控制于一体。

（5）水样密封器可将水样进行良好保存，为后续实验室分析使用，既最大程度地保存水样原有性质，又减少各层水样相互干扰的可能性。

（6）水样检测电路和信号处理单电路的链接，能在检测地点就完成水样性质曲线的绘制、模型建立等过程，该过程由计算机编程控制。

（7）上位机通过电源管理电路对所有下级系统进行自动控制，可操作性强，自动化程度高，取样检测过程更高效；另一方面通讯单元单元通过两个开关分压单元的启动与停止，电路简洁，便于操作；分压单元分别给电路中的模拟器件和数字器件供电，实现了模拟电源和数字电源的隔离，保证了电路的稳定性。

附图说明

图1为本发明水体分层取样检测系统的系统连接图。

图2为本发明水下检测单元的系统控制图。

图3为本发明水体分层取样检测系统取样装置示意图。

图4为电源管理电路的电路图。

图5为电源管理电路的模块示意图。

图中，1-深井泵，2-绳体，3-泵管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方案进行详细说明。

本实施例的水体分层取样测试装置，与上位机通信连接，主要由取样单元、水样检测电路、信号处理单电路、水下检测单元以及电源控制电路组呈。取样单元，进行不同深度水体的取样，得到水样。水样检测电路，对水样进行采集，形成水样信息。信号处理单电路，将水样信息进行数模转换并经放大作用后传输至上位机。水下检测单元，通过水样性质检测探头将采集到水样性质信息，并根据水样性质信息控制取样单元的取样量、取样时间以及取样深度，形成反馈回路。电源控制电路，包括通讯单元、分压单元以及微处理芯片，所述微处理芯片通过通讯单元与分压单元通信连接，通讯单元将工作信号送入分压单元，所述工作信号使分压单元进入工作状态，向水样检测电路、信号处理单电路、水下检测单元、取样单元接入工作电压，参见图1、图2。

如图3所示，本发明的取样单元由若干深井泵1、用于支撑深井泵的重量绳体2和泵管3组成。绳体2上刻有刻度，用于实际操作人员根据刻度调节深井泵1的实际深度。深井泵1上连接有泵管3，一深井泵连接一根绳子，深井泵1最好为小型QJDY2深井泵，该型泵输送水源条件为常温清水，颗粒不大于0.2mm，液体pH值在6.5-8范围内，绳体2和泵管3可以根据水深需要制成不同的长度L，泵管长度为h，以适应不同深度水体的取样，本实施例中的绳体采用麻绳，麻绳具有在水体中不易变形，结实的特点。本实施例中泵管为牛筋水管。

进一步的，也可以采用一根绳子不同位置分别放置一个深井泵。例如，在一根绳体上的三个位置分别设置一个深井泵，每个深井泵上都设有泵管。多个深水泵之间的位置可以根据取样深度调节变动。独立使用该取样装置进行取样时，可以依靠绳体上的刻度方便地深入到不同深度的水体中进行取样，便于调节。组成系统使用时，其取样深度由DDC控制器控制。

取出的水样一部分经过水下检测单元，如图2所示，首先进行pH值测定，由DDC控制器7控制pH检测探头，将探头深入水样中进行检测，其值直接传到DDC控制器内储存中。然后DO检测探头、ORP测定探头、浊度测定探头依次进行检测，过程同上。DDC控制器储存的数据随后形成反馈信号形成相应的控制指令作用于各探头形成负反馈，如图2所示。

取出的水样另一部分进入到水样密封器，如图2所示，不同水域、不同深度的水样分别储存在不同的水样密封器，等待取样检测过程结束后送回实验室进行进一步水样分析和其他实验使用。

水样在流经水样密封器后，由水样检测电路对水样进行信息采集。该水样检测电路分为9个子模块，分别为COD检测模块、BOD检测模块、总氮检测模块、总磷检测模块、氨氮检测模块、硝酸盐氮检测模块、亚硝酸盐氮检测模块以及溶解性磷酸盐检测模块。在该密封器中，DDC控制器储存的数据和水样检测电路的进一步检测数据被综合分析，完成水样性质曲线的绘制、模型建立等过程，该过程由上位机控制，分析结果由上位机储存。

上位机通过电源管理电路再经DDC控制器向取样单元发出指令，以控制取样量、取样时间、取样深度等，指令信号经过集成电路、驱动电路到达取样装置，控制绳子的上升或下降等。反之，测试探头探测到的浊度等信号，通过检测传感和信号放大，经过A/D转换，可被DDC控制器接受并被计算机系统分析和储存。

整个装置由上位机系统控制，由电源管理持续提供电能并控制各下级电路工作。通讯单元包括使能开关S1，截止开关S2以及第一控制芯片。本实施例中，第一控制芯片选用输出电压为3.2V的S-T111B33，后文简称作ST33。ST33的控制端通过分压电阻R27接地，输入端接Vin。S1与S2串接形成控制支路。优选地，控制支路还包括一分压电阻R22，S1、R22、S2依此串接。控制支路相对于S1一端接工作电压Vin，另一端接地。ST33的控制端Vk通过R23连接于S1与S2之间。S1接收第一输入信号，第一输入信号使ST33进入工作状态。S2接收第二输入信号，第二输入信号使ST33处于非工作状态。

本实施例的分压单元包括两个工作块，即第一、第二工作块。每个工作块包括启动电路以及控制芯片，控制芯片分别为第二、第三控制芯片。本实施例分别采用S-T111B33及S-T111B50，后文分别简称作ST33A及ST50。ST33A的控制端Vk通过R46接模拟地，ST50的控制端Vk通过R45接数字地。ST33A、ST50的控制端Vk再通过启动电路与ST33的输出端Vout连接。启动电路由二极管与分压电阻连接组成。第二、第三控制芯片的控制端分别与二极管D4、D3的负极对应连接。二极管D4、D3的正极分别对应连接分压电阻R40、R25的一端，分压电阻R40、R25的另一端分别连接ST33的输出端Vout。

本实施例提供的电源控制电路进入工作状态：接通电源，接通S1后，输入电压经R22、R23、和R27串联分压，将启动电压加到ST33的开关控制端VK上，ST33工作，其输出端Vout输出3.3V电压，该电压又分别被送到三个控制芯片的控制端。此时，即使松开按钮S1，ST33输出的V3，即3.3V电压，通过R26和D2加到ST33的开关控制端，形成了自锁，使ST33保持输出；同时ST50、ST33A控制端也得到由V3提供的启动电压后开始工作，为后级电路工作提供V5，即5V电压和AV3，即3.3V电压。

本实施例提供的电源控制电路进入非工作状态：在电源工作时，按下S2，ST33的控制端通过R23电阻接地，ST33的开关控制端被拉为低电平，ST33停止工作，输出端Vout无电压输出，即V3变为0V，ST50、ST33A的开关控制端变为低电平，ST50、ST33A也停止工作，后级电路断电。

本实施例中，Vin经过S-T111B33分别输出V3、AV3两路3.3V的电压，分别提供给该水样采集装置的各下级电路中的模拟器件和数字器件使用，实现了模拟电源和数字电源的隔离，保证了系统的稳定性。

以下提供本发明的取样装置实例：

根据水体环境制成的一定规格的取样装置：水深取样分3层,位置分别为5m、10m、15m，需要在绳体上3个位置各连接一个深井泵。三个个深井泵电源统一控制,即可同时取到3层不同水深位置的水体的同时采样。取样单元的具体参数为：三个深井泵：扬程为43米，流量2.0m3/h，功率0.37KW，电压220V。绳体：采用麻绳，绳粗18mm，绳长L=50m,绳体每0.2m刻有标记，3股。三根泵管：直径外28mm、内22mm，对应水深，水下长度分别为5m、10m、15m，总长度h分别为15m、20m、25m。

Claims (10)

1.一种水体分层取样测试装置，与上位机通信连接，其特征在于包括

取样单元，进行不同深度水体的取样，得到水样；

水样检测电路，对水样进行采集，形成水样信息；

信号处理单电路，将水样信息进行数模转换并经放大作用后传输至上位机；

水下检测单元，通过水样性质检测探头将采集到水样性质信息，并根据水样性质信息控制取样单元的取样量、取样时间以及取样深度，形成反馈回路；

以及电源控制电路，包括通讯单元与分压单元，所述通讯单元接收上位机的控制信号，并形成相应的工作信号，通讯单元将所述工作信号送入分压单元，所述工作信号使分压单元进入工作状态，向水样检测电路、信号处理单电路、水下检测单元、取样单元接入工作电压。

2.根据权利要求1所述的水体分层取样测试装置，其特征在于水下检测单元包括探头DDC控制器、若干个水样性质检测探头、AD转换电路以及信号放大电路，上位机通过电源控制电路向DDC控制器传输控制指令，所述水样性质检测探头分别将采样数据依次通过AD转换电路、信号放大电路传输至DDC控制器，并接收DDC控制器发出的控制指令，形成采集支路。

3.根据权利要求2所述的水体分层取样测试装置，其特征在于所述水样性质检测探头为四个，分别为pH检测探头、DO检测探头、ORP测定探头以及浊度测定探头。

4.根据权利要求1所述的水体分层取样测试装置，其特征在于所述通讯单元包括控制支路、第一控制芯片以及自锁电路，所述第一控制芯片分别与所述控制支路以及自锁电路连接。

5.根据权利要求4所述的水体分层取样测试装置，其特征在于所述第一控制芯片的信号输出端依次连接自锁电路及第一控制芯片的控制端，第一控制芯片的控制端通过第一分压电阻接地。

6.根据权利要求5所述的水体分层取样测试装置，其特征在于所述控制支路包括两个相互串接的开关S1、S2以及分压电阻R1、R2，S1一端通过R1连接所述工作电压，另一端接地，所述第一控制芯片的控制端通过R2连接于S1与S2之间的节点，S1接收第一输入信号，所述第一输入信号使所述第一控制芯片进入工作状态，所述S2接收第二输入信号，所述第二输入信号使第一控制芯片处于非工作状态。

7.根据权利要求1所述的水体分层取样测试装置，其特征在于所述分压单元包括启动电路以及第二控制芯片，所述第二控制芯片的控制端通过所述启动电路与第一控制芯片的信号输出端连接，第二控制芯片的输出端分别向水样检测电路、信号处理单电路、水下检测单元、取样单元输送工作电压。

8.根据权利要求7所述的水体分层取样测试装置，其特征在于所述启动电路由二极管与分压电阻R3连接组成，所述二极管的负极与第二控制芯片的控制端连接，二极管的正极连接R3的一端，R3的另一端连接第一控制芯片的输出端。

9.根据权利要求1所述的水体分层取样测试装置，其特征在于所述取样单元包括至少一个深井泵、泵管、水样密封器以及绳体，所述深井泵固定在绳体上，水样密封器通过泵管与深井泵联通，所述绳体上标有刻度。

10.根据权利要求9所述的水体分层取样测试装置，其特征在于所述水样检测电路包括COD检测模块、BOD检测模块、总氮检测模块、总磷检测模块、氨氮检测模块、硝酸盐氮检测模块、亚硝酸盐氮检测模块以及溶解性磷酸盐检测模块，用于检测水样密封器中的水样。