CN108362845B - 一种检测水中pops类物质的智能化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测水中POPS类物质的智能化系统，包括环境数据采集单元、自动采样单元、POPS类物质检测单元、数据存储单元、数据分析处理单元、智能预警单元、主控制单元。所述的环境数据采集单元包括对水的参数的采集，所述的自动采样单元包括自动采样器和样品预处理装置，所述的POPS类物质检测单元包括定性检测和定量检测，所述的数据存储单元包括每个样品的检测数据及外源输入数据，所述的数据分析处理单元对数据进行分析处理，所述的智能预警单元根据数据分析处理结果做出预警提示，本发明系统操作方便，功能性强，检测迅速，结果精确，对于水中POPS类物质检测具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，具体涉及一种检测水中POPS类物质的智能化系统。
背景技术
近年来，影响我国水质安全的水污染事件屡有发生，而水环境的污染，不但会影响人民群众的正常生活和身体健康，还会造成较大经济损失，因此，需要一种水质监测系统，用于监测水质中是否含有污染物，以保证水质的安全。
现有技术中的水质监测系统，有两种表现形式，其中一种是建立在水域周围的水质监测站，其中配置有水质监测设备，以实现水质监测。但是，水质监测站只能实现对周围水质的监测，若要实现对大规模水域的监测，必须要建设多个水质监测站，从而需要较高的成本。因此，一种移动监测系统应运而生。所述移动监测系统包括移动载体，并且内部配置有多参数监测仪，在对水质进行监测时，由工作人员从待监测水域中采集水样，并依靠所述多参数监测仪，实现对水质的检测，并将检测结果用以化学需氧量或总有机碳表示。
POPS是一类具有长期残留性、生物累积性、半挥发性和高毒性，并通过各种环境介质(大气、水、生物等)能够长距离迁移对人类健康和环境具有严重危害的天然的或人工合成的有机污染物，而且生物体摄入后不易分解，能沿着食物链浓缩放大，最终影响到人类的健康。随着世界工业水平的发展，POPS的污染问题也越来越突出，沙漠、海洋、南北极地区都有其踪迹，近年来在人类母乳中也有广泛检出，因此提供一种能有效地检测POPS类物质的系统极为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效的检测水中POPS类物质的检测系统。
为解决上述问题，本发明提出的技术方案为：一种检测水中POPS类物质的智能化系统，包括环境数据采集单元、自动采样单元、POPS类物质检测单元、数据存储单元、数据分析处理单元、智能预警单元、主控制单元。所述的环境数据采集单元包括对水的温度、PH、溶解氧量、浊度、电导率的数据采集，所述的自动采样单元包括自动采样器和样品预处理装置，所述的样品预处理装置包括样品的提取浓缩及纯化，所述的POPS类物质检测单元包括定性检测和定量检测，所述的数据存储单元与POPS类物质检测单元及环境数据采集单元连接，所述的数据存储单元包括每个样品的检测数据及外源输入数据，所述的外源输入数据包括标准样品检测数据及历史样品检测数据，所述的数据分析处理单元与数据存储单元连接，所述的数据分析处理单元对数据存储单元的数据进行分析后确定水中有机物的种类和含量，并通过色谱分析仪产生相应的图谱信息，并提出相应的处理意见，所述的智能预警单元与数据分析处理单元连接，所述的智能预警单元根据数据分析处理单元的数据与标准数据的对比做出预警提示，所述的主控制单元内置有多个数据模块，所述的主控制单元由控制电路和核心处理器构成。
进一步地，所述的样品的提取浓缩采用的方法为萃取法、超声波提取法、热提取法中的任意一种；样品的纯化采用的方法为硅胶柱层析法。
进一步地，所述的POPS类物质检测单元通过设置生物检测抗体、激光发射器，依据生物检测法、激光检测法定性定量的测定水中POPS类物质的性质和含量，并与色谱分析仪连接，形成对应的色谱图。
进一步地，所述的POPS类物质检测单元中设置有生物检测仪和红外激光发射器对水中的POPS类物质进行定性定量检测。
进一步地，所述的数据分析处理单元包括数据转化程序、数据对比程序、数据描述程序，所述的数据分析处理单元将通过环境数据采集单元和POPS类物质检测单元接收到的基带信号通过数据转化程序转化成原始数字信号，然后通过数据对比程序与外源输入信号进行对比，并将对比结果和原始数据信号通过数据转化程序转化为可接收的基带信号，然后通过数据描述程序进行数据表达。
进一步地，所述的智能预警单元内预设有水中POPS类物质正常含量的数值范围，所述的智能预警单元为语音播报预警器，当样品中POPS类物质含量超过正常范围，智能预警器会通过语音提示检测者。
进一步地，所述的自动采样器包括采样瓶、采样连接头、卷扬机、采样管、保温槽、抽水泵、过滤头、配重器、控制器和电源，所述采样连接头共1-10个，采样连接头内部设有缓存腔，采样连接头的左下方设有进水口，采样连接头的右上方设有出水口，相邻两个采样连接头的进水口和出水口通过直导管相连，所述采样管缠绕在所述卷扬机的卷轴上，采样管的上端与首端采样连接头的所述进水口相连，所述过滤头设置在采样管的下端，所述配重器连接在过滤头的下方，配重器内设有位置传感器，所述抽水泵的进水管与末端采样连接头的所述出水口相连，所述进水管的对侧设有排水管，所述采样瓶通过电磁比例计量阀一一对应连接在采样连接头的下方，采样瓶的瓶身位于所述保温槽内，所述控制器分别通过导线与卷扬机、抽水泵、位置传感器相连，所述电源分别与抽水泵和卷扬机电性连接。
更进一步地，所述保温槽内竖直方向设有呈阶梯状的1-10个隔室，从第二个所述隔室开始依次设有垫座，所述垫座的高度差等于同一个所述采样连接头上所述进水口与出水口的高度差，可保证直导管保持水平状态，减少泵抽阻力。
更进一步地，所述过滤头为圆柱状，由外到内依次是栅格层、大孔树脂层、玻璃纤维膜层和中空腔，所述栅格层阻挡大型杂物，如石头、植物、垃圾等；所述大孔树脂层用于阻隔小型杂物，如泥沙等；所述玻璃纤维膜层用于过滤微小杂物，可保证水样杂质较少，干扰小；所述中空腔用于预存一部分过滤水样，保证抽吸的连续性。
更进一步地，所述自动采样器的工作方法包括以下步骤：
S1:将所述采样瓶依次通过所述电磁比例计量阀连接在所述采样连接头下方，并对采样瓶与采样连接头一一对应编号，再将采样瓶放置到所述保温槽对应位置；通过所述直导管连接相邻的采样连接头的所述进水口、出水口，所述采样管的上端与首端采样连接头的所述进水口相连，所述抽水泵的进水管与末端采样连接头的所述出水口相连；
S2:通过所述控制器控制所述卷扬机转动，使得采样管下端没入水中，通过所述位置传感器反馈确定到达指定位置，开启所述抽水泵，将水源利用所述抽水泵从所述过滤头抽入，直至抽水泵的所述排水管有连续水流流出，用于排出采样管内部空气；
S3:通过控制器控制第一个所述采样连接头下方的所述电磁比例计量阀打开，第一个水样流入第一个所述采样瓶内，达到指定容积时第一个电磁比例计量阀关闭；
S4:换下一个采样点，先利用抽水泵直接泵抽，并从排水管排出连续水流1-3min，排空采样管内原有水样，打开第二个所述电磁比例计量阀，第二个水样流入第二个所述采样瓶内，依次类推，直至所有采样瓶装满。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明的智能检测系统能进行自动采样，避免了采样的困难，通过本发明的自动采样器可进行多次分批采样，其中，多个采样瓶通过采样连接头串联，通过电磁比例计量阀控制进水及进水量，在更换采样点后，可抽水泵直抽排空采样管内残留液体，保证了水样的纯度及采样的普遍性；本发明还同时能定性定量的检测样品中的POPS类物质，并将检测数据与标准样品进行对比，减少了误差，保证了检测结果的准确性，同时设置有智能预警单元，能及时将检测结果通报给检测者。本发明系统操作方便，功能性强，检测迅速，结果精确，对于水中POPS类物质检测具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的系统流程图；
图2是本发明的自动采样器的结构原理示意图。
其中，1-采样瓶、2-采样连接头、21-缓存腔、22-进水口、23-出水口、3-卷扬机、4-采样管、5-保温槽、51-隔室、52-垫座、6-抽水泵、61-进水管、62-排水管、7-过滤头、71-栅格层、72-大孔树脂层、73-玻璃纤维膜层、74-中空腔、8-配重器、81-位置传感器、9-控制器、10-电源、11-直导管、12-电磁比例计量阀。
具体实施方式
现结合图1-2对本发明的智能化系统进一步说明：
如图1所示，本实施例提供一种检测水中POPS类物质的智能化系统，的智能化系统包括环境数据采集单元、自动采样单元、POPS类物质检测单元、数据存储单元、数据分析处理单元、智能预警单元、主控制单元。的环境数据采集单元包括对水的温度、PH、溶解氧量、浊度、电导率的数据采集，的的自动采样单元包括自动采样器和样品预处理装置，的样品预处理装置包括样品的提取浓缩及纯化，的样品的提取浓缩采用的方法为萃取法、超声波提取法、热提取法中的任意一种；样品的纯化采用的方法为硅胶柱层析法，的POPS类物质检测单元包括定性检测和定量检测，的POPS类物质检测单元通过设置生物检测抗体、激光发射器，依据生物检测法、激光检测法定性定量的测定水中POPS类物质的性质和含量，并与色谱分析仪连接，形成对应的色谱图，的POPS类物质检测单元通过设置生物检测抗体、激光发射器，依据生物检测法、激光检测法定性定量的测定水中POPS类物质的性质和含量，并与色谱分析仪连接，形成对应的色谱图，的数据存储单元与POPS类物质检测单元及环境数据采集单元连接，的数据存储单元包括每个样品的检测数据及外源输入数据，的外源输入数据包括标准样品检测数据及历史样品检测数据，的数据分析处理单元与数据存储单元连接，的数据分析处理单元对数据存储单元的数据进行分析后确定水中有机物的种类和含量，并通过色谱分析仪产生相应的图谱信息，并提出相应的处理意见，的数据分析处理单元包括数据转化程序、数据对比程序、数据描述程序，的数据分析处理单元将通过环境数据采集单元和POPS类物质检测单元接收到的基带信号通过数据转化程序转化成原始数字信号，然后通过数据对比程序与外源输入信号进行对比，并将对比结果和原始数据信号通过数据转化程序转化为可接收的基带信号，然后通过数据描述程序进行数据表达，的智能预警单元与数据分析处理单元连接，的智能预警单元根据数据分析处理单元的数据与标准数据的对比做出预警提示，的智能预警单元内预设有水中POPS类物质正常含量的数值范围，的智能预警单元为语音播报预警器，当样品中POPS类物质含量超过正常范围，智能预警器会通过语音提示检测者，的主控制单元内置有多个数据模块，的主控制单元由控制电路和核心处理器构成。
如图2所示，的自动采样器包括采样瓶1、采样连接头2、卷扬机3、采样管4、保温槽5、抽水泵6、过滤头7、配重器8、控制器9和电源10，采样连接头2共4个，采样连接头2内部设有缓存腔21，采样连接头2的左下方设有进水口22，采样连接头2的右上方设有出水口23，相邻两个采样连接头2的进水口22和出水口23通过直导管11相连，采样管4缠绕在卷扬机3的卷轴上，采样管4的上端与首端采样连接头2的进水口22相连，过滤头7设置在采样管4的下端，其中，过滤头7为圆柱状，由外到内依次是栅格层71、大孔树脂层72、玻璃纤维膜层73和中空腔74，栅格层71阻挡大型杂物，如石头、植物、垃圾等；大孔树脂层72用于阻隔小型杂物，如泥沙等；玻璃纤维膜层73用于过滤微小杂物，可保证水样杂质较少，干扰小；中空腔74用于预存一部分过滤水样，保证抽吸的连续性。配重器8连接在过滤头7的下方，配重器8内设有位置传感器81，抽水泵6的进水管61与末端采样连接头2的出水口23相连，进水管61的对侧设有排水管62，采样瓶1通过电磁比例计量阀12一一对应连接在采样连接头2的下方，采样瓶1的瓶身位于保温槽5内，其中，保温槽5内竖直方向设有呈阶梯状的4个隔室51，从第二个隔室51开始依次设有垫座52，垫座52的高度差等于同一个采样连接头2上进水口22与出水口23的高度差，可保证直导管保持水平状态，减少泵抽阻力。控制器9分别通过导线与卷扬机3、抽水泵6、位置传感器81相连，电源10分别与抽水泵6和卷扬机3电性连接。
本实施例的自动采样器的工作方法包括以下步骤：
S1:将采样瓶1依次通过电磁比例计量阀12连接在采样连接头2下方，并对采样瓶1与采样连接头2一一对应编号，再将采样瓶1放置到保温槽5对应位置；通过直导管11连接相邻的采样连接头2的进水口22、出水口23，采样管4的上端与首端采样连接头2的进水口22相连，抽水泵6的进水管61与末端采样连接头2的出水口23相连；
S2:通过控制器9控制卷扬机3转动，使得采样管4下端没入水中，通过位置传感器81反馈确定到达指定位置，开启抽水泵6，将水源利用抽水泵6从过滤头7抽入，直至抽水泵6的排水管62有连续水流流出，用于排出采样管4内部空气；
S3:通过控制器9控制第一个采样连接头2下方的电磁比例计量阀12打开，第一个水样流入第一个采样瓶1内，达到指定容积时第一个电磁比例计量阀12关闭；
S4:换下一个采样点，先利用抽水泵6直接泵抽，并从排水管62排出连续水流1min，排空采样管4内原有水样，打开第二个电磁比例计量阀12，第二个水样流入第二个采样瓶1内，依次类推，直至所有采样瓶1装满。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种检测水中POPS类物质的智能化系统，其特征在于，所述的智能化系统包括环境数据采集单元、自动采样单元、POPS类物质检测单元、数据存储单元、数据分析处理单元、智能预警单元、主控制单元；所述的环境数据采集单元包括对水的温度、PH、溶解氧量、浊度、电导率的数据采集，所述的自动采样单元包括自动采样器和样品预处理装置，所述的样品预处理装置包括样品的提取浓缩及纯化，所述的POPS类物质检测单元包括定性检测和定量检测，所述的数据存储单元与POPS类物质检测单元及环境数据采集单元连接，所述的数据存储单元包括每个样品的检测数据及外源输入数据，所述的外源输入数据包括标准样品检测数据及历史样品检测数据，所述的数据分析处理单元与数据存储单元连接，所述的数据分析处理单元对数据存储单元的数据进行分析后确定水中有机物的种类和含量，并通过色谱分析仪产生相应的图谱信息，并提出相应的处理意见，所述的智能预警单元与数据分析处理单元连接，所述的智能预警单元根据数据分析处理单元的数据与标准数据的对比做出预警提示，所述的主控制单元内置有多个数据模块，所述的主控制单元由控制电路和核心处理器构成；
所述的样品的提取浓缩采用的方法为萃取法、超声波提取法、热提取法中的任意一种；样品的纯化采用的方法为硅胶柱层析法；
所述的智能预警单元内预设有水中POPS类物质正常含量的数值范围，所述的智能预警单元为语音播报预警器；
所述的POPS类物质检测单元通过设置生物检测抗体、激光发射器，依据生物检测法、激光检测法定性定量的测定水中POPS类物质的性质和含量，并与色谱分析仪连接，形成对应的色谱图；
所述的数据分析处理单元包括数据转化程序、数据对比程序、数据描述程序，所述的数据分析处理单元将通过环境数据采集单元和POPS类物质检测单元接收到的基带信号通过数据转化程序转化成原始数字信号，然后通过数据对比程序与外源输入信号进行对比，并将对比结果和原始数据信号通过数据转化程序转化为可接收的基带信号，然后通过数据描述程序进行数据表达；
所述的智能预警单元内预设有水中POPS类物质正常含量的数值范围，所述的智能预警单元为语音播报预警器，当样品中POPS类物质含量超过正常范围，智能预警器会通过语音提示检测者；
所述的自动采样器包括采样瓶(1)、采样连接头(2)、卷扬机(3)、采样管(4)、保温槽(5)、抽水泵(6)、过滤头(7)、配重器(8)、控制器(9)和电源(10)，所述采样连接头(2)共1-10个，采样连接头(2)内部设有缓存腔(21)，采样连接头(2)的左下方设有进水口(22)，采样连接头(2)的右上方设有出水口(23)，相邻两个采样连接头(2)的进水口(22)和出水口(23)通过直导管(11)相连，所述采样管(4)缠绕在所述卷扬机(3)的卷轴上，采样管(4)的上端与首端采样连接头(2)的所述进水口(22)相连，所述过滤头(7)设置在采样管(4)的下端，所述配重器(8)连接在过滤头(7)的下方，配重器(8)内设有位置传感器(81)，所述抽水泵(6)的进水管(61)与末端采样连接头(2)的所述出水口(23)相连，所述进水管(61)的对侧设有排水管(62)，所述采样瓶(1)通过电磁比例计量阀(12)一一对应连接在采样连接头(2)的下方，采样瓶(1)的瓶身位于所述保温槽(5)内，所述控制器(9)分别通过导线与卷扬机(3)、抽水泵(6)、位置传感器(81)相连，所述电源(10)分别与抽水泵(6)和卷扬机(3)电性连接；
所述保温槽(5)内竖直方向设有呈阶梯状的1-10个隔室(51)，从第二个所述隔室(51)开始依次设有垫座(52)；
所述过滤头(7)为圆柱状，由外到内依次是栅格层(71)、大孔树脂层(72)、玻璃纤维膜层(73)和中空腔(74)；
自动采样器的工作方法包括以下步骤：
S1:将采样瓶( 1) 依次通过电磁比例计量阀(12)连接在采样连接头(2)下方，并对采样瓶(1)与采样连接头(2)一一对应编号，再将采样瓶(1)放置到保温槽(5)对应位置；通过直导管(11)连接相邻的采样连接头(2)的进水口(22)、出水口(23)，采样管(4)的上端与首端采样连接头(2)的进水口(22)相连，抽水泵(6)的进水管(61)与末端采样连接头(2)的出水口(23)相连；
S2:通过控制器(9)控制卷扬机(3)转动，使得采样管(4)下端没入水中，通过位置传感器(81)反馈确定到达指定位置，开启抽水泵(6)，将水源利用抽水泵(6)从过滤头(7)抽入，直至抽水泵(6)的排水管(62)有连续水流流出，用于排出采样管(4)内部空气；
S3:通过控制器(9)控制第一个采样连接头(2)下方的电磁比例计量阀(12)打开，第一个水样流入第一个采样瓶(1)内，达到指定容积时第一个电磁比例计量阀(12)关闭；
S4:换下一个采样点，先利用抽水泵(6)直接泵抽，并从排水管(62)排出连续水流1min，排空采样管(4)内原有水样，打开第二个电磁比例计量阀(12)，第二个水样流入第二个采样瓶(1)内，依次类推，直至所有采样瓶(1)装满。
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