CN106841554B - 一种水生态环境参数采集系统 - Google Patents

Abstract

一种水生态环境参数采集系统，包括若干传感器、监控测量中心、固定架、除泡沉淀装置、连接管路、清洗装置和若干控制阀；该除泡沉淀装置、连接管路和清洗装置安装于固定架上；该连接管路设有进液口和出液口；该除泡沉淀装置包括筒体和进液泵，该筒体设有进水管和排水管，该进液泵输出管与进液口连通以，该排水管与出液口连通；该若干传感器安装于连接管路上；该清洗装置与进水管相连；该若干控制阀安装于连接管路上；该监控测量中心与进液泵、若干传感器、清洗装置相连。本发明的系统采用分布式、多点数据采集，方便移动且能实现检测流路、清洗流路和反清洗流路的切换；通过清洗和反清洗可有效防止防生物附着，保证长时间测量的准确性。

Description

一种水生态环境参数采集系统

技术领域

本发明属于水生态环境监测领域，特别是涉及一种水生态环境参数数据采集系统。

背景技术

水质与生态参数是海水、淡水环境监测与科学研究的重要内容，目前已具有多种商业化仪器与设计，主要包括有三类，第一类是便携式多参数水质参数仪，能够满足现场短时间的快速测量，缺点是缺少有效的自动清洗装置与反生物附着设计，也难以实时将数据上传到服务器，因此无法长时间自动连续工作；第二类是基于浮标或潜标的浸没式水质生态环境监测系统，通过内置电池或太阳能电池实现水环境原位长时间工作，缺点在于系统与传感器维护困难、维护成本高，缺乏统一的自动清洗或反生物附着设计，仅部分传感器自带反生物附着或机械清洗功能，同时由于电源限制，所能支持的传感器种类与采样频率均有很大限制，难以支持高频率、高耗能的生态环境传感器或监测仪器；第三类是在线式水质参数监测系统，其优点是可以在多种平台上使用，如船载走航平台、固定观测点平台等，可以支持更多类型的传感器与监测仪器，实现高频率的实时监测与数据传输；主要问题在于难以保证监测长时间运行的稳定性，包括进样泵所产生的气泡对传感器数据的影响、泥沙等沉淀对流路的影响、生物附着对传感器稳定性的影响等。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种机械结构紧凑、具有自动清洗功能与防生物附着，采用在线式、分布式、多点数据采集的一种生态环境参数采集系统。

本发明采用如下技术方案：

一种水生态环境参数采集系统，包括若干传感器和监控测量中心，其特征在于：还包括有固定架、除泡沉淀装置、连接管路、清洗装置和若干控制阀；该除泡沉淀装置、连接管路和清洗装置安装于固定架上；该连接管路设有进液口和出液口；该除泡沉淀装置包括筒体和进液泵，该筒体设有进水管和排水管且其顶部开口，该进液泵位于筒体内且其输出管与进液口连通以输送检测水和清洗水，该排水管与出液口连通以排出检测水和清洗水；该若干传感器安装于连接管路上以检测水生态环境参数；该清洗装置与进水管相连以提供清洗水；该若干控制阀安装于连接管路上以切换检测流路、清洗流路和反清洗流路；该监控测量中心与进液泵、若干传感器、清洗装置相连。

优选的，所述连接管路包括至少两检测管，每个检测管上设有若干安装槽以安装传感器，每个检测管一端设有弯管以抬高水位，其中第一检测管连接有进液管，第二检测管连接有出液管，相邻两检测管之间通过支管相连通；所述若干控制阀包括进液控制阀、出液控制阀和支管控制阀，该进液控制阀安装于进液管上以控制进水通断，该出液控制阀安装于出液管上以控制排水通断，该支管控制阀安装于支管上以控制支管通断。

优选的，包括有两进液管，一进液管一端与另一进液管一端相连且设有所述进液口，两进液管另一端分别与所述第一检测管两端相连；还包括有分别安装于两进液管上的第一进液控制阀和第二进液控制阀。

优选的，所述两进液管的连接端设有排气装置。

优选的，包括有两出液管，两出液管一端相连且设有所述出液口，两出液管另一端分别与所述第二检测管两端相连；还包括有分别安装于两出液管上的第一出液控制阀和第二出液控制阀。

优选的，所述除泡沉淀装置还设有液位变送器，该液位变送器位于所述筒体内且与所述监控测量中心相连。

优选的，所述清洗装置包括清洗液储存箱和隔膜液泵，该隔膜液泵的入口与所述清洗液储存箱相连，出口与所述进水管相连通。

优选的，所述若干传感器包括有藻类在线分析仪、CDOM传感器、叶绿素传感器、溶解氧传感器、pH传感器、浊度传感器和电导率传感器。

优选的，所述筒体还设有溢水管，该溢水管出水端与所述排水管连通。

优选的，所述监控测量中心包括有工业电脑、数据采集卡、继电器模块和GPS模块；该数据采集卡、GPS模块与工业电脑相连；该继电器模块与数据采集卡相连；所述若干传感器、所述进液泵、所述清洗装置与工业电脑相连。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的系统，设置有除泡沉淀装置，气泡能从除泡沉淀装置的顶部逸出，泥沙等无机颗粒物从底部排水口排出，采用监控测量中心集中控制，可以同时采集多个水生态环境参数。

2、本发明的系统，其传感器通过安装槽安装于连接管路上，采用该防水快拆方式，更换方便，既不会阻碍样品的流动，又能与样品充分接触，还方便设备的后期维护。

3、本发明系统的连接管路，设有清洗装置，配合连接管路和控制阀，通过改变控制阀的状态，实现切换检测流路、清洗流路和反清洗流路，通过清洗和反清洗可有效防止防生物附着，保证长时间测量的准确性。

4、本发明的连接管路上有排气装置，可以避免气泡对测量结果的影响。

5、本发明系统采用固定架固定连接管路、清洗装置、除泡沉淀装置等，机械结构紧凑、体积适中，既可以用于定点观测，也可用于走航观测。

6、本发明的监控测量中心能够为自动采样器提供突发采样信号，实现自动化突发采样；还能实现数据现场备份和异地实时备份，将数据发送到web服务器。

附图说明

图1为本发明系统的主视图；

图2为本发明系统传感器和连接管路的立体结构示意图；

图3为本发明系统传感器和连接管路的主视图；

图4为本发明系统的正视图；

图5为本发明系统的电路模块图；

其中：10、固定架，20、传感器，21、藻类在线分析仪，22、CDOM传感器，23、叶绿素传感器，24、溶解氧传感器，25、pH传感器，26、浊度传感器，27、电导率传感器，30、除泡沉淀装置，31、筒体，32、进液泵，33、进水管，34、溢水管，35、排水管，36、输出管，40、连接管路，40a、安装槽，41、第一检测管，42、第二检测管，43、进液管，44、出液管，45、弯管，46、支管，47、进液口，48、出液口，49、排气装置，51、清洗液储存箱，52、隔膜液泵，61、第一进液控制阀，62、第二进液控制阀，63、第一出液控制阀，64、第二出液控制阀，65、第一支管控制阀，66、第二支管控制阀，71、工业电脑，72、数据采集卡，73、继电器模块，74、电源模块，75、GPS模块。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图1至图5，一种水生态环境参数采集系统，包括固定架10、若干传感器20、除泡沉淀装置30、连接管路40、清洗装置、若干控制阀和监控测量中心。该固定架10为铝型材框架结构，铝型材之间采用角阀连接。该固定架10利用铝型材的凹槽，将有机玻璃夹于铝型材中作为隔板，分隔出多个功能区，包括监控测量中心区、除泡沉淀装置区、流路管道区和清洗装置区等，分别用于安装监控测量中心、除泡沉淀装置30、连接管路40和清洗装置。另外，通过在有机玻璃打孔，用于安装导线的快拆防水接头或用于供管道穿过。固定架10上还安装卡扣，用于固定连接管路40。

该除泡沉淀装置30包括筒体31、进液泵32和液位变送器，该筒体31为柱体和椎体的组合体，其顶部开口，靠近顶部设有进水管33和溢水管34，底部连接有排水管35，该溢水管34出水端与排水管35相连。该进液泵32位于筒体31内，其输入管与筒体31内部连通，输出管36与进液口47连通以将筒体31内的检测水和清洗水抽送至连接管路40。该排水管35与出液口48连通以排出检测水和清洗水，且排水管35上设置有水阀以控制排出速率。该液位变送器安装于筒体31内且与监控测量中心相连，用于监测筒体31内的液位，并将液位信息发送至监控测量中心。

该连接管路40设有第一检测管41、第二检测管42、两进液管43，两出液管44和两支管46。每个检测管上设有若干安装槽40a以安装传感器20，每个检测管一端设有弯管45以抬高水位。其中，一进液管43一端与另一进液管43一端相连且设有进液口47，两进液管43另一端分别与第一检测管41两端相连，第一检测管41两端还与两支管46一端一一对应相连，两支管46另一端与第二检测管42两端分别相连。两第二检测管42两端还与两出液管44一端相连，两出液管44另一端相连且设有出液口48。两进液管43的连接端还设有排气装置49，用于排出连接管路40内的气体。

若干控制阀包括第一进液控制阀61、第二进液控制阀62，第一出液控制阀63、第二出液控制阀64、第一支管控制阀65和第二支管控制阀66，该控制阀为可为球阀等手动控制阀，也可采用电磁阀，该电磁阀由监控测量中心的工业电脑控制。该第一进液控制阀61和第二进液控制阀62分别安装于两进液管43上以控制进水通断，该第一出液控制阀63和第二出液控制阀64分别安装于出液管44上以控制排水通断，该第一支管控制阀65和第二支管控制阀66安装于两支管46上以控制支管46通断。

该若干传感器20安装于第一检测管41和第二检测管42上以检测水生态环境参数，包括有藻类在线分析仪21、CDOM传感器22、叶绿素传感器23、溶解氧传感器24、pH传感器25、浊度传感器26和电导率传感器27，可用于检测藻类的类群组成、CDOM、叶绿素、藻红素、藻蓝素、溶氧量、pH值、浊度和电导率等。其中藻类在线分析仪21可通过软管与连接管路40相连。

清洗装置包括清洗液储存箱51和隔膜液泵。该清洗液储存箱51用于提供清洗水。该隔膜液泵的入口通过软管与清洗液储存箱51相连，出口与进水管33相连通(图中未示出)，用于将清洗水抽送至除泡沉淀装置30的筒体31内。

该监控测量中心与上述的进液泵32、各个传感器20、隔膜液泵相连用于控制各个部件动作，实现采集生态环境参数，切换检测流路、清洗流路和反清洗流路等。具体的，该监控测量中心包括有工业电脑71、数据采集卡72、继电器模块73，电源模块74和GPS模块75。上述的CDOM传感器22与数据采集卡72相连，数据采集卡72与工业电脑71的USB接口相连，该CDOM传感器22用于采集有色可溶性有机物信息。该继电器模块73与数据采集卡72、藻类在线分析仪21、叶绿素传感器23、溶解氧传感器24、pH传感器25、浊度传感器26和电导率传感器27等的电源端相连。该GPS模块75与工业电脑71的RS232接口相连，用于实现定位和授时。该藻类在线分析仪21和叶绿素传感器23与工业电脑71的RS232接口相连。上述的溶解氧传感器24、pH传感器25、浊度传感器26和电导率传感器27接到工业电脑71的RS485总线上，使用标准的Modbus RTU协议进行通信，该数据采集卡72、GPS模块75与工业电脑71相连。电源模块74与各个模块相连以供电。本发明的工业电脑71能与web服务器使用TCP/IP协议进行通信。网络的连接方式可以是有线的LAN，也可以是无线的WIFI，还可以扩展使用无线上网卡。本发明的工业电脑71输出突发采样信号，与自动采样器组合，可实现突发自动采样。其还能够进行数据本地记录和异地实时备份。

本发明的工作原理如下：

检测时，检测水从除泡沉淀装置30的进水管33进入筒体31，气泡从除泡沉淀装置30的顶部逸出，泥沙等无机颗粒物从底部的排水管35排出，通过控制除泡沉淀装置30下面的水阀，可以控制水流的流出速率。当除泡沉淀装置30里面的水位到达溢出管位置时，部分水样从溢出管流出。除泡沉淀装置30内部的潜水泵，把检测水送往连接管路40的进液口47。控制第一进液控制阀61、第二支管控制阀66、第一出液控制阀63接通对应的管路；控制第二进液控制阀62、第一支管控制阀65、第二出液控制阀64关闭对应的管路，则检测水依次经过每个传感器，然后经出液口48、排水管35排出。

清洗时，控制隔膜液泵把清洗水输送到除泡沉淀装置30，除泡沉淀装置30内部的潜水泵，把清洗水送往连接管路40的进液口47。控制第一进液控制阀61、第二支管控制阀66、第一出液控制阀63接通对应的管路，第二进液控制阀62、第一支管控制阀65、第二出液控制阀64关闭对应的管路，则清洗水依次经过每个传感器，然后经出液口48、排水管35排出。

反冲洗时，控制隔膜液泵把清洗水输送到除泡沉淀装置30，除泡沉淀装置30内部的潜水泵，把清洗水送往连接管路40的进液口47。控制第二进液控制阀62、第一支管控制阀65、第二出液控制阀64接通对应的管路，第一进液控制阀61、第二支管控制阀66、第一出液控制阀63关闭对应的管路，则清洗水依次经过每个传感器，然后经出液口48、排水管35排出。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (9)

1.一种水生态环境参数采集系统，包括若干传感器和监控测量中心，其特征在于：还包括有固定架、除泡沉淀装置、连接管路、清洗装置和若干控制阀；该除泡沉淀装置、连接管路和清洗装置安装于固定架上；该连接管路设有进液口和出液口；该除泡沉淀装置包括筒体和进液泵，该筒体设有进水管和排水管且其顶部开口，该进液泵位于筒体内且其输出管与进液口连通以输送检测水和清洗水，该排水管与出液口连通以排出检测水和清洗水；该若干传感器安装于连接管路上以检测水生态环境参数；该清洗装置与进水管相连以提供清洗水；该若干控制阀安装于连接管路上以切换检测流路、清洗流路和反清洗流路；该监控测量中心与进液泵、若干传感器、清洗装置相连；

所述连接管路包括至少两检测管，每个检测管上设有若干安装槽以安装传感器，每个检测管一端设有弯管以抬高水位，其中第一检测管连接有进液管，第二检测管连接有出液管，相邻两检测管之间通过支管相连通；所述若干控制阀包括进液控制阀、出液控制阀和支管控制阀，该进液控制阀安装于进液管上以控制进水通断，该出液控制阀安装于出液管上以控制排水通断，该支管控制阀安装于支管上以控制支管通断。

2.如权利要求1所述的一种水生态环境参数采集系统，其特征在于：包括有两进液管，一进液管一端与另一进液管一端相连且设有所述进液口，两进液管另一端分别与所述第一检测管两端相连；还包括有分别安装于两进液管上的第一进液控制阀和第二进液控制阀。

3.如权利要求2所述的一种水生态环境参数采集系统，其特征在于：所述两进液管的连接端设有排气装置。

4.如权利要求1所述的一种水生态环境参数采集系统，其特征在于：包括有两出液管，两出液管一端相连且设有所述出液口，两出液管另一端分别与所述第二检测管两端相连；还包括有分别安装于两出液管上的第一出液控制阀和第二出液控制阀。

5.如权利要求1所述的一种水生态环境参数采集系统，其特征在于：所述除泡沉淀装置还设有液位变送器，该液位变送器位于所述筒体内且与所述监控测量中心相连。

6.如权利要求1所述的一种水生态环境参数采集系统，其特征在于:所述清洗装置包括清洗液储存箱和隔膜液泵，该隔膜液泵的入口与所述清洗液储存箱相连，出口与所述进水管相连通。

7.如权利要求1所述的一种水生态环境参数采集系统，其特征在于：所述若干传感器包括有藻类在线分析仪、CDOM传感器、叶绿素传感器、溶解氧传感器、pH传感器、浊度传感器和电导率传感器。

8.如权利要求1所述的一种水生态环境参数采集系统，其特征在于：所述筒体还设有溢水管，该溢水管出水端与所述排水管连通。

9.如权利要求1所述的一种水生态环境参数采集系统，其特征在于：所述监控测量中心包括有工业电脑、数据采集卡、继电器模块和GPS模块；该数据采集卡、GPS模块与工业电脑相连；该继电器模块与数据采集卡相连；所述若干传感器、所述进液泵、所述清洗装置与工业电脑相连。