CN108124829A - 一种智能化全自动多通道浮游生物采样系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能化全自动多通道浮游生物采样系统及方法，系统包括电动三通阀连接水泵，水泵通过分水器连接多路采样单元，控制器连接电动三通阀、电磁阀、水泵和电机，对其进行控制；控制器连接流量计和液位传感器，采集流量计的流量体积信号和液位传感器的液位高度信号；GPS连接控制器，采集系统当前位置信息，对系统进行定位；触摸屏连接控制器，对系统进行命令输入，并且接收控制器反馈的信息；方法包括海水样品采集过程和浮游生物网冲洗过程。本发明实现取样水样的精确定量与样品多通道采集，设定定体积、定时间、定地点的样品的自动采样与冲洗，实现无人值守自动采样，大大减轻工作人员的劳动强度，极大地提高样品采集的精确度。

Description

一种智能化全自动多通道浮游生物采样系统及方法

技术领域

本发明涉及海洋生物研究领域，具体地说是一种智能化全自动多通道浮游生物采样系统及方法。

背景技术

浮游生物数量多、分布广，是海洋食物链中最基本的一环，是海洋生产力的基础，也是海洋生态系统中能量流动和物质循环最主要的环节。海洋浮游生物种类组成、数量分布、物种多样性及群落结构等生态学特征的研究，对了解海洋环境质量状况和海洋科学基础理论有非常重要的意义，能够为渔业生产提供科学依据，同时为深入了解浮游生物对环境的响应机制以及建立某海域健康生态环境的管理提供基础资料。

目前浮游生物采集常用拖网的方式，即将浮游生物网固定于绞车上垂直拖网，网具易出现倾斜，且网具易破损，导致生物逃逸至拖网出现误差。常用的浮游生物网长度多数大于100cm，尺寸较大，样品易附着于网衣或筛绢上，易导致冲洗不净，样品残留较严重，直接影响样品的定量分析与鉴定，且网口流量计准确性较差，导致结果存在一定误差。且针对不同的浮游生物，需要更换不同网孔的网具多次拖网，费时费力，且会造成不同孔径样品间的关联性较差，对于生态系统的综合分析产生误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种智能化全自动多通道浮游生物采样系统及方法，实现取样水样的精确定量与样品多通道采集，可以设定定体积、定时间、定地点的样品的自动采样与冲洗，使仪器真正实现无人值守自动采样，大大减轻工作人员的劳动强度，极大地提高样品采集的精确度。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种智能化全自动多通道浮游生物采样系统，包括电动三通阀连接水泵，水泵通过分水器连接多路采样单元，其中每路采样单元包括流量计、电磁阀、液位传感器、采样桶和电机；控制器连接电动三通阀、电磁阀、水泵和电机，对其进行控制；控制器连接流量计和液位传感器，采集流量计的流量体积信号和液位传感器的液位高度信号；GPS连接控制器，采集系统当前位置信息，对系统进行定位；触摸屏连接控制器，对系统进行命令输入，并且接收控制器反馈的信息。

所述每路采样单元中，电磁阀具有三个接口，其中第一接口连通进水口，且在第一接口与进水口之间设置流量计；第二接口通过U型取样管路连通设置于采样桶顶盖中部的采样桶的进水口，第三接口通过冲刷管路连通采样桶侧壁上部，且冲刷管路末端的喷射口伸入采样桶内部；采样桶顶盖通过锁扣固定于采样桶顶部，且液位传感器设置于采样桶顶盖，测量采样桶内部液位高度信息；在采样桶底部设置采样桶底盖，在采样桶底盖上设置采样桶出水口，电机设置于采样桶底盖；在采样桶内部设置浮游生物网具，电机通过设置磁铁与浮游生物网具底部磁铁吸合，带动浮游生物网具与电机共同旋转。

在所述U型取样管路的两端分别设置第一管路转接头和第二管路转接头，用于连接电磁阀的第二接口和采样桶进水口，此设计方便于采样桶顶盖的拆卸。

所述浮游生物网具包括浮游生物网、浮游生物网托环、浮游生物网支架和样品收集器，其中浮游生物网设置于浮游生物网支架内，形成倒锥体，广口端通过浮游生物网托环固定于采样浮游生物网支架，锥口端设置样品收集器。

所述样品收集器由塑料球阀、塑料球阀开关、卡箍、样品收集器底盖组成；所述浮游生物网的下部与塑料球阀的上部管路采用卡箍卡紧固定，塑料球阀通过塑料球阀开关控制，塑料球阀的下部管路与样品收集器底盖采用螺纹拧紧固定。

所述样品收集器底盖采用磁铁材质制作。

所述冲刷管路末端的喷射口为网状喷射口。

所述分水器带有手动开关，每条分路可单独关闭或开启，且可多个分水器可连接，叠加使用。

一种智能化全自动多通道浮游生物采样方法，包括以下步骤：

步骤1：通过海水样品采集过程对海水样品进行采集，如果流量计到达设定采样体积的读数，则水泵停止，并执行步骤2，否则继续执行步骤1；

步骤2：通过浮游生物网冲洗过程对浮游生物进行收集，如果流量计达到设定冲洗体积的读数，水泵停止，电机停止。

样品采集过程包括：

控制器控制电动三通阀中第二接口与第三接口相通，电磁阀中第一接口与第二接口相通，水泵开启；

海水样品在水泵的抽取下，流入电动三通阀的第二接口，从电动三通阀的第三接口流出，经过水泵、分水器、流量计后，进入电磁阀的第一接口，从电磁阀的第二接口流出，进入U型取样管路，并经采样桶顶盖的进水口进入采样桶，进入采样桶中的海水样品流过浮游生物网，浮游生物样品便被截留于浮游生物网的网壁；

浮游生物网冲洗过程包括：

控制器控制电动三通阀中第一接口与第三接口相通，电磁阀中第一接口与第三接口相通，水泵开启，电机开启；

清洗水在水泵的抽取下，流入电动三通阀的第一接口，从电动三通阀的第三接口流出，经过水泵、分水器、流量计后，进入电磁阀的第一接口，从电磁阀的第三接口流出，进入冲刷管路，并经冲刷管路末端的喷射口进入采样桶，进入采样桶中的清洗水流为喷射状态；智能控制器控制电机匀速转动，浮游生物网在电机的带动下匀速转动，喷射状水样均匀喷洒在旋转的浮游生物网上，使浮游生物网得到均匀冲刷，使截留在浮游生物网内壁的样品被冲刷到浮游生物网底部的样品收集器。

在样品采集过程之前通过流路润洗过程对流路进行润洗，包括：

控制器控制电动三通阀中第二接口与第三接口相通；电磁阀中第一接口与第三接口相通；水泵开启；海水样品在水泵的抽取下，流入电动三通阀的第二接口，从电动三通阀的第三接口流出，经过水泵、分水器、流量计后，进入电磁阀的第一接口，从电磁阀的第三接口流出，进入冲刷管路，并经冲刷管路末端的喷射口进入采样桶，进入采样桶中的海水样品不经过浮游生物网，直接由采样桶的出水口流出；如果流量计到达设定润洗体积的读数，水泵P停止。

本发明具有以下有益效果及优点：

本发明通过间接取水的方式获取浮游生物样品，并可根据实际需求安装或设定采样通道数，实现水体浮游生物的精确定量采集，可以设定定体积、定时间、定地点的样品的自动采样与生物网的自动冲洗，达到样品自动采集与收集的目的。

附图说明

图1是以三通道为例的多通道浮游生物采样系统流路图；

图2是以第一采样单元为例的单个采样单元组成图；

图3是浮游生物网具组成图；

其中，V–电动三通阀；P–水泵；W–分水器；F1、F2、F3–流量计；V1、V2、V3–电磁阀；S1、S2、S3–采样桶；L1、L2、L3–液位传感器；M1、M2、M3–电机；W–废液；L1–液位传感器；1-电磁阀V1的第一接口；2-电磁阀V1的第二接口；3-电磁阀V1的第三接口；4-第一管路转接头、5-第二管路转接头；6-采样桶顶盖；7-采样桶底盖；8、9-锁扣；10-浮游生物网支架；11、12-磁铁；13-网状喷射口；14-采样单元进水口；15-采样桶出水口；16-U型取样管路、17-采样桶进水口；18-冲刷管路；19-浮游生物网；20-浮游生物网托环；21-样品收集器；22-塑料球阀；23-塑料球阀开关；24-卡箍；25-样品收集器底盖。

具体实施方式

下面结合图1～图3进一步说明本系统的实施例的结构及浮游生物全自动取样过程。其中图1是多通道浮游生物全自动采样系统流路图，以三通道浮游生物采样流路为例。图2是多通道采样单元中的第一采样单元结构组成图。图3是浮游生物网具的组成图。

如图1所示，三通道浮游生物全自动采样系统由电动三通阀V、水泵P、分水器W、流量计F1～F3、电磁阀V1～V3、采样桶S1～S3、液位传感器L1～L3、电机M1～M3、智能控制器、触摸屏、GPS、浮游生物网、塑料管路及管件等组成。其中流量计F1、电磁阀V1、采样桶S1、液位传感器L1、电机M1组成一个采样单元，本专利中称第一采样单元。流量计F2、电磁阀V2、采样桶S2、液位传感器L2、电机M2组成第二采样单元。流量计F3、电磁阀V3、采样桶S3、液位传感器L3、电机M3组成第三采样单元。

如图1～图2所示，电动三通阀V设有接口(1)～(3)，电磁阀V1、V2、V3分别设有接口(1)～(3)。电动三通阀V接口(1)为清洗水进口，电动三通阀V接口(2)为海水样品进口，电动三通阀V接口(3)与水泵P相连。以第一采样单元为例，电磁阀V1接口(1)与流量计F1相连，即第一采样单元进水口；电磁阀V1接口(2)与U型取样管路16相连，并最终与采样桶S1的顶盖6相连，即样品采集进水口17；电磁阀V1接口(3)与采样桶S1的冲刷管路18相连，进入冲刷管路18的水最终由采样桶S1外壁的网状喷射口13喷出，即冲刷水进水口。

如图2～图3所示，浮游生物网具中浮游生物网托环20的直径、浮游生物网19的椎体高度及样品收集器21的高度等尺寸根据采样网支架10的尺寸进行设计。其中样品收集器21由塑料球阀22、塑料球阀开关23、卡箍24、底盖25组成。浮游生物网19的下部与塑料球阀22的上部管路采用卡箍24卡紧固定。样品收集器21的底盖25采用磁铁材质制作，与塑料球阀22的下部管路采用螺纹拧紧固定。

如图2～图3所示，所述的浮游生物网19可方便与采样网支架10进行安装。将浮游生物网19放入采样网支架10，样品收集器21的底盖25与采样网支架10底部的磁铁11互相吸附，浮游生物网托环20卡在采样网支架10的上部，即完成了浮游生物网19的安装。

如图2所示，所述取样管路16与采样桶进水口17之间由管路转接头进行分割，当进行浮游生物网的更换与安装时，将管路转接头5拧开，将管路转接头4拧松，即可将取样管路16从采样桶S1的上部旋转到采样桶S1的外部，打开采样桶顶盖6与采样桶S1之间的锁扣8和锁扣9，即可将采样桶顶盖6取下，可方便地取出采样网支架10。

如图2～图3所示，待浮游生物网19更换或安装于采样网支架10后，将采样网支架10放入采样桶S1中，采样网支架10底部的磁铁11与采样桶底盖7上部的磁铁12互相吸附，将采样桶顶盖6卡在采样桶S1的上部，并将锁扣8与锁扣9闭合锁紧，将管路转接头4与管路转接头5拧紧，即完成了浮游生物网具的更换与安装。

如图2～图3所示，所述的采样桶的冲刷进水网状喷射口13为网状喷射设计，可保证冲刷进水为喷射状态。当电机M1启动后，带动与电机M1连接的磁铁12一起转动，继而带动与磁铁12吸附的磁铁11转动，磁铁11的转动带动采样网支架10转动，并带动浮游生物网19的底盖25转动，最终采样网支架10与浮游生物网19一起转动，因此，当网状喷射头13处进水且M1启动后，便可均匀冲刷浮游生物网19，截留在浮游生物网19上的样品便被冲刷至样品收集器21中。

如图3所示，浮游生物样品被冲刷至样品收集器21后，可将浮游生物网具从采样桶S1中取出，拧开样品收集器21的底盖25，并旋开塑料球阀开关23，收集的样品便可流入采样瓶中，完成样品的采集。

本系统可实现全自动运行，通过智能控制器来控制各部件的动作、接收反馈信号并作出操作指令。通过触摸屏可进行采样方式的选择，可选择即时采样、定时采样、定地点采样等操作，也可针对每个采样单元进行采样的方式的设定。下面是以单独启动第一采样单元为例来详述浮游生物样品自动采集与清洗过程的具体步骤：

流路润洗过程

电动三通阀V中接口(2)与(3)相通；电磁阀V1中接口(1)与(3)相通；水泵P开启。海水样品在水泵P的抽取下，流入电动三通阀V的接口(2)，从电动三通阀V的接口(3)流出，经过水泵P、分水器W、流量计F1，进入电磁阀V1的接口(1)，从电磁阀V1的接口(3)流出，进入管路18，并经采样桶S1外壁的网状喷射口13进入采样桶S1，进入采样桶S1中的水样不经过浮游生物网19，直接由采样桶S1的出水口15流出。当流量计F1到达设定润洗体积的读数后，水泵P停止。

样品采集过程

电动三通阀V状态不变；电磁阀V1中接口(1)与(2)相通；水泵P开启。海水样品在水泵P的抽取下，流入电动三通阀V的接口(2)，从电动三通阀V的接口(3)流出，经过水泵P、分水器W、流量计F1，进入电磁阀V1的接口(1)，从电磁阀V1的接口(2)流出，进入管路16与17，并经采样桶S1顶盖的进水口进入采样桶S1，进入采样桶S1中的海水样品流过浮游生物网19，浮游生物样品便被截留于浮游生物网19的网壁。当流量计F1到达设定采样体积的读数后，水泵P停止。

生物网冲洗过程

电动三通阀V中接口(1)与(3)相通；电磁阀V1中接口(1)与(3)相通；水泵P开启，电机M1开启。清洗水在水泵P的抽取下，流入电动三通阀V的接口(1)，从电动三通阀V的接口(3)流出，经过水泵P、分水器W、流量计F1，进入电磁阀V1的接口(1)，从电磁阀V1的接口(3)流出，进入管路18，并经采样桶S1外壁的网状喷射口13进入采样桶S1，进入采样桶S1中的清洗水流为喷射状态，浮游生物网19在电机M1的带动下匀速转动，因此喷射状水样均匀喷洒在旋转的浮游生物网19上，使浮游生物网19得到均匀冲刷，使截留在浮游生物网19内壁的样品被冲刷到浮游生物网19底部的样品收集器。当流量计F1到达设定冲洗体积的读数后，水泵P停止，电机M1停止。

第一采样单元中的液位传感器L1，用途是当发生浮游生物网19堵塞而导致液位过满时，液位传感器L1将信号反馈给智能控制器，致使系统自动停止工作。

第二、第三采样单元的全自动采样与清洗过程同第一采样单元，通过流路润洗过程、样品采集过程、生物网冲洗过程实现了样品的全自动采集与自动冲洗收集，并通过流路润洗过程避免了样品的交叉污染，保证了样品定量的有效性。所有采样单元共用一个智能控制器、一个触摸屏、一个电动三通阀V、一个水泵P、一个分水器W，因此采样单元间的自动控制可以同时运行，即一次完成多通道的样品采集；也可按照设定时间或设定地点逐次运行，但应保证在逐次运行的设定中，一个采样单元全自动采样及清洗过程全部完成后，再启动另一个采样单元的自动采集及清洗过程。

Claims (10)

1.一种智能化全自动多通道浮游生物采样系统，其特征在于：包括电动三通阀连接水泵，水泵通过分水器连接多路采样单元，其中每路采样单元包括流量计、电磁阀、液位传感器、采样桶和电机；控制器连接电动三通阀、电磁阀、水泵和电机，对其进行控制；控制器连接流量计和液位传感器，采集流量计的流量体积信号和液位传感器的液位高度信号；GPS连接控制器，采集系统当前位置信息，对系统进行定位；触摸屏连接控制器，对系统进行命令输入，并且接收控制器反馈的信息。

2.根据权利要求1所述的智能化全自动多通道浮游生物采样系统，其特征在于：所述每路采样单元中，电磁阀具有三个接口，其中第一接口连通进水口，且在第一接口与进水口之间设置流量计；第二接口通过U型取样管路连通设置于采样桶顶盖中部的采样桶的进水口，第三接口通过冲刷管路连通采样桶侧壁上部，且冲刷管路末端的喷射口伸入采样桶内部；采样桶顶盖通过锁扣固定于采样桶顶部，且液位传感器设置于采样桶顶盖，测量采样桶内部液位高度信息；在采样桶底部设置采样桶底盖，在采样桶底盖上设置采样桶出水口，电机设置于采样桶底盖；在采样桶内部设置浮游生物网具，电机通过设置磁铁与浮游生物网具底部磁铁吸合，带动浮游生物网具与电机共同旋转。

3.根据权利要求2所述的智能化全自动多通道浮游生物采样系统，其特征在于：在所述U型取样管路的两端分别设置第一管路转接头和第二管路转接头，用于连接电磁阀的第二接口和采样桶进水口。

4.根据权利要求2所述的智能化全自动多通道浮游生物采样系统，其特征在于：所述浮游生物网具包括浮游生物网、浮游生物网托环、浮游生物网支架和样品收集器，其中浮游生物网设置于浮游生物网支架内，形成倒锥体，广口端通过浮游生物网托环固定于采样浮游生物网支架，锥口端设置样品收集器。

5.根据权利要求4所述的智能化全自动多通道浮游生物采样系统，其特征在于：所述样品收集器由塑料球阀、塑料球阀开关、卡箍、样品收集器底盖组成；所述浮游生物网的下部与塑料球阀的上部管路采用卡箍卡紧固定，塑料球阀通过塑料球阀开关控制，塑料球阀的下部管路与样品收集器底盖采用螺纹拧紧固定。

6.根据权利要求5所述的智能化全自动多通道浮游生物采样系统，其特征在于：所述样品收集器底盖采用磁铁材质制作。

7.根据权利要求2所述的智能化全自动多通道浮游生物采样系统，其特征在于：所述冲刷管路末端的喷射口为网状喷射口。

8.根据权利要求1所述的智能化全自动多通道浮游生物采样系统，其特征在于：所述分水器带有手动开关，每条分路可单独关闭或开启，且可多个分水器可连接，叠加使用。

9.根据权利要求1～8任一项所述系统的智能化全自动多通道浮游生物采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过海水样品采集过程对海水样品进行采集，如果流量计到达设定采样体积的读数，则水泵停止，并执行步骤2，否则继续执行步骤1；

步骤2：通过浮游生物网冲洗过程对浮游生物进行收集，如果流量计达到设定冲洗体积的读数，水泵停止，电机停止。

样品采集过程包括：

控制器控制电动三通阀中第二接口与第三接口相通，电磁阀中第一接口与第二接口相通，水泵开启；

海水样品在水泵的抽取下，流入电动三通阀的第二接口，从电动三通阀的第三接口流出，经过水泵、分水器、流量计后，进入电磁阀的第一接口，从电磁阀的第二接口流出，进入U型取样管路，并经采样桶顶盖的进水口进入采样桶，进入采样桶中的海水样品流过浮游生物网，浮游生物样品便被截留于浮游生物网的网壁；

浮游生物网冲洗过程包括：

控制器控制电动三通阀中第一接口与第三接口相通，电磁阀中第一接口与第三接口相通，水泵开启，电机开启；

清洗水在水泵的抽取下，流入电动三通阀的第一接口，从电动三通阀的第三接口流出，经过水泵、分水器、流量计后，进入电磁阀的第一接口，从电磁阀的第三接口流出，进入冲刷管路，并经冲刷管路末端的喷射口进入采样桶，进入采样桶中的清洗水流为喷射状态；智能控制器控制电机匀速转动，浮游生物网在电机的带动下匀速转动，喷射状水样均匀喷洒在旋转的浮游生物网上，使浮游生物网得到均匀冲刷，使截留在浮游生物网内壁的样品被冲刷到浮游生物网底部的样品收集器。

10.根据权利要求9所述的智能化全自动多通道浮游生物采样方法，其特征在于，在样品采集过程之前通过流路润洗过程对流路进行润洗，包括：

控制器控制电动三通阀中第二接口与第三接口相通；电磁阀中第一接口与第三接口相通；水泵开启；海水样品在水泵的抽取下，流入电动三通阀的第二接口，从电动三通阀的第三接口流出，经过水泵、分水器、流量计后，进入电磁阀的第一接口，从电磁阀的第三接口流出，进入冲刷管路，并经冲刷管路末端的喷射口进入采样桶，进入采样桶中的海水样品不经过浮游生物网，直接由采样桶的出水口流出；如果流量计到达设定润洗体积的读数，水泵P停止。