CN109323889A - 一种多参数可编程数字式水质取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多参数可编程数字式水质取样装置。所述水质取样装置包括水泵、进水滤网和多参数传感系统。将所述水质取样装置浸入到待测现场的地表水或地下水中，通过所述多参数传感系统实时采集待测现场地表水或地下水的水质参数，为可编程定制取样提供硬件条件，改变了当前机械式取样器的单一取样功能。本发明水质取样装置中的水泵与所述进水滤网配合，实现取样过程中传感器探头的自动清洗，能够防止污物附着在传感器上影响传感器的测量结果。所述多参数传感系统与外部上位机连接，可实现污染现场的定水深、定时或触发取样，具有多参数的灵活定义触发和可编程采样的功能，能够满足环保行业的多样化应用需求。

Description

一种多参数可编程数字式水质取样装置

技术领域

本发明涉及环境检测装置技术领域，特别是涉及一种多参数可编程数字式水质取样装置。

背景技术

改革开放以来，我国科技、经济、文化等得到了巨大的发展，国内工业生产能力迅速提升，规模巨大，人们的生活水平也得到了跨越式的提高，但是国内的环境问题也日益严重，过度的自然资源开发和强大的工业制造以及人们生活排放，造成了严重的污染问题，其中水质的污染最为典型。我国大比例的地表水污染十分严重，地下水也遭到了污染物前所未有的入侵，我国的环境保护和恢复工作面临着巨大的压力。虽然我国已经有命令禁止非达标废水的排放，但是一些小作坊甚至企业，仍旧有暗地排放的现状，给环保部门的监测造成困难。

当前，对于环境水质的检测主要通过现场取样来实现样品提取，对于取出的水样经过保存设备，进行仪器分析，得出水质样品的污染程度以及污染成分组成，因此现场取样对于地表水和地下水污染情况的监测具有重要意义。然而，我国环保人员主要利用较为简易和便携的取样设备对现场的待检水质进行样品提取，如取样瓶、杆状支撑的取样装置、潜水泵等，通过将取样瓶置入现场的水中，然后打开瓶盖进行取水，对于浅地表水，往往通过工作人员徒手操作进行地表水取样；在较深的地表水和地下水的取样过程需要利用支撑杆将取样瓶送入到水下进行取样，或者通过取样潜水泵进行水样抽取。取样全程需要人工操作，而且在定水深采样方面方法也比较原始，尤其在夜间就更加困难；同时，当前的取样技术不能实现定制取样，如温度、电导率、溶解氧、有机参数等的触发，而污水排放的泄放点往往比较隐秘，尤其在排放时机方面，排放有反侦察特点，比较灵活，更加不易捕捉，当前的取样设备没有能够迅速捕捉和反应的能力，简单的检测和监测手段设备不能满足环保行业的应用需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种多参数可编程数字式水质取样装置，以解决传统的水质现场取样装置无法实现可编程或定制取样，无法满足环保行业应用需求的问题。

为实现所述目的，本发明提供了如下方案：

一种多参数可编程数字式水质取样装置，所述水质取样装置包括：水泵、进水滤网和多参数传感系统；所述水泵的上方设置水管接口和电缆接口；所述水泵的下方与所述进水滤网连接；所述多参数传感系统固定在所述进水滤网内部。

可选的，所述进水滤网的上方通过螺纹或者卡扣与所述水泵下方的水泵入水口连接。

可选的，所述进水滤网的主体为圆桶式结构，所述进水滤网的网身具有多条横开的窄条纹窗口；多条所述窄条纹窗口将所述进水滤网的网身分隔为多条滤缝。

可选的，每条所述滤缝内设有旋齿。

可选的，所述多参数传感系统包括温度传感器、压强传感器、电导率电极以及控制电路；所述温度传感器、所述压强传感器以及所述电导率电极分别与所述控制电路连接。

可选的，所述控制电路包括信号滤波调理电路、模数转换器、嵌入式处理器、RS485通信电路、数模转换器、电导率电极激励电路和水泵控制继电器；所述温度传感器依次经过所述信号滤波调理电路和所述模数转换器与所述嵌入式处理器连接；所述压强传感器依次经过所述信号滤波调理电路和所述模数转换器与所述嵌入式处理器连接；所述嵌入式处理器通过所述RS485通信电路与外部的上位机连接；所述嵌入式处理器通过所述水泵控制继电器与所述水泵连接；所述嵌入式处理器依次通过所述数模转换器和所述电导率电极激励电路与所述电导率电极连接。

可选的，所述电导率电极由平行板电极构成。

可选的，所述电导率电极的材料为不锈钢、石墨或金属铂。

可选的，所述水泵通过所述水管接口与外部的水管连接；所述水管与样品瓶连接。

可选的，所述水质取样装置通过所述电缆接口与外部的电缆连接；所述电缆与电源及上位机系统连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种多参数可编程数字式水质取样装置，所述水质取样装置包括：水泵、进水滤网和多参数传感系统；所述水泵的上方设置水管接口和电缆接口；所述水泵的下方与所述进水滤网连接；所述多参数传感系统固定在所述进水滤网内部。将所述水质取样装置浸入到待测现场的地表水或地下水中，通过所述多参数传感系统实时采集待测现场地表水或地下水的水质参数，为可编程定制取样提供硬件条件，改变了当前机械式取样器的单一取样功能。本发明水质取样装置中的水泵与所述多参数传感系统及所述进水滤网配合，实现取样过程中传感器探头的自动清洗，能够防止污物附着在传感器上从而影响传感器的测量结果。所述多参数传感系统与外部上位机连接，可实现污染现场的定水深、定时或触发取样，具有多参数的灵活定义触发和可编程采样的功能，能够满足环保行业的多样化应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的多参数可编程数字式水质取样装置的结构分解示意图；

图2为本发明提供的多参数可编程数字式水质取样装置与外部设备连接的结构示意图；

图3为本发明提供的进水滤网的结构示意图；

图4为本发明提供的进水滤网的俯视图；

图5为本发明提供的多参数传感系统的结构示意图；

图6为本发明提供的多参数传感系统的电路连接示意图；

图7为本发明提供的多参数可编程数字式水质取样装置的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明涉及一种多参数可编程数字式水质取样装置，涉及取样泵的多参数在线检测功能和水质连续取样功能，可应用于环境检测、水质调查等相关领域的野外地下水、地表水等现场样品的提取，支持原位取样和可编程取样等功能。本发明公开的在线式多参数数字式水质取样装置为由多参数检测探头和水泵构成的一体式数字控制取样泵，能够实现在线水质检测和参数触发的取样功能，适用于野外现场取样中高质量的取样作业，能够解决传统的水质现场取样装置无法实现可编程或定制取样，无法满足环保行业应用需求的问题。

为使本发明的所述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的多参数可编程数字式水质取样装置的结构分解示意图。参见图1，本发明提供的多参数可编程数字式水质取样装置包括：水泵101、进水滤网102和多参数传感系统103。所述水泵101的上方设置水管接口104和电缆接口105。所述水泵101的下方与所述进水滤网102连接。所述多参数传感系统103固定在所述进水滤网102内部。

如图1所示，本发明提供的所述水质取样装置的整体结构为一棒状结构。所述水质取样装置顶部为内部水泵101的出水口，所述出水口位置设置水管接口104。

图2为本发明提供的多参数可编程数字式水质取样装置与外部设备连接的结构示意图。如图2所示，所述水泵101的出水口通过所述水管接口104与外部的水管201连接。所述水管201与样品瓶202连接。同时所述水质取样装置200通过顶部设置的所述电缆接口105与外部的电缆203连接。所述电缆203与电源及上位机系统204连接。所述电缆203具体包括供电电缆和通信电缆，所述供电电缆与所述电源及上位机系统204中的电源连接。所述通信电缆与所述电源及上位机系统204中的上位机连接。

本发明提供的所述水质取样装置200用来浸入到待测现场的地表水或地下水中，通过水管201连接到取样瓶202中，同时电缆203连接到电源及上位机系统204的电源接口和通信接口。操作人员通过上位机将系统指令传输到所述水质取样装置200，所述水质取样装置200根据工作指令进行取样工作，利用所述多参数传感系统103中的多个传感器实时检测所在水域的温度、压强、电导率参数，并控制水泵101的启停从而进行抽水，将水样送至取样瓶202中，完成取样操作。

具体的，如图1所示，本发明水质取样装置主体的上部为水泵101，根据现场需求可以采用多级串联的水泵构成。所述水泵101通过外部圆柱状机壳来进行固定、串联和密封。在发明水质取样装置中，所述水泵101的下方为进水口部分，该进水口部分被进水滤网102罩住。所述进水滤网102外观呈圆桶形，所述进水滤网102通过网身上方的螺纹或者卡扣连接到装置主体。所述进水滤网102内部放置了多参数传感系统103，所述多参数传感系统103通过底部的卡扣固定在所述进水滤网103的底部。

本发明水质取样装置中，水泵101实现对水样的抽取，同时使得取样位置的水进行流动，有利于保持传感器位置的水样新鲜度，另外可以在水流的作用下冲洗传感器防止其被泥沙等覆盖。与所述水泵101相连的是进水滤网102，多参数传感系统103固定于进水滤网102内部，进水滤网102经过螺纹或卡扣连接到水泵101入水口。

图3为本发明提供的进水滤网的结构示意图。如图3所示，为了增强水流的冲洗效果，所述进水滤网102主体为圆桶式结构，网身具有多条横开的窄条纹窗口301，能够防止较大颗粒的泥沙进入。多条所述窄条纹窗口301将所述进水滤网的网身分隔为多条滤缝302。

图4为本发明提供的进水滤网的俯视图。如图4所示，所述进水滤网102的每条滤缝302内设有旋齿401。由于旋齿401的设置，在水泵101的吸力下，流水进入到水泵中心进水口前，会按照旋转方式流入，有利于清洗进水滤网内部的多参数传感系统结构，包括多个传感器探头。

图5为本发明提供的多参数传感系统的结构示意图。参见图5，本发明提供的多参数传感系统103包括温度传感器501、压强传感器502、电导率电极503以及控制电路504。所述温度传感器501、所述压强传感器502以及所述电导率电极503分别与所述控制电路504连接。

其中，多参数传感器系统103的上部分为电导率电极503部分，所述电导率电极503由两片平行板电极构成。所述电导率电极503的材料为不锈钢、石墨或金属铂。采用塑料工装为两个电极片提供支撑和固定，同时工装的下方经过螺纹与控制电路504所在的圆柱外壳连接。传感器引线505是绝缘导线，经过控制电路504所在圆柱外壳的开孔进入并连接到控制电路504，该开孔经过环保胶进行密封。所述电导率电极工装下方连接的控制电路圆柱外壳的轴心位置放置压强传感器502，通过圆柱外壳轴心的孔将外部液体与压强传感器502的缓冲室连通，压强传感器502在密封条件下压紧固定于缓冲室内。所述压强传感器502下部为信号引出线，该信号引出线连接到控制电路504上。所述温度传感器501固定于多参数传感器系统103的外壳上，并通过密封螺栓进行固定。所述控制电路504所在的圆柱外壳位于多参数传感系统103的底部，所述圆柱外壳的底盖经螺纹与圆柱外壳的壳体压紧密封，同时底盖下方为连接卡扣，用于与进水滤网102内侧底部进行固定。

图6为本发明提供的多参数传感系统的电路连接示意图。如图6所示，所述控制电路504包括信号滤波调理电路601、模数转换器602、嵌入式处理器603、RS485通信电路604、数模转换器605、电导率电极激励电路606和水泵控制继电器607。所述温度传感器501依次经过所述信号滤波调理电路601和所述模数转换器602与所述嵌入式处理器603连接。所述压强传感器502依次经过所述信号滤波调理电路601和所述模数转换器602与所述嵌入式处理器603连接。所述嵌入式处理器603通过所述RS485通信电路604、通信线、以及信号电缆与外部的上位机连接。所述嵌入式处理器603通过所述水泵控制继电器607、水泵驱动线与所述水泵101连接。所述嵌入式处理器603依次通过所述数模转换器605和所述电导率电极激励电路606与所述电导率电极503连接。

由传感器(温度传感器、压强传感器或电导率电极)输出的模拟信号经过所述控制电路504进行信号转换，提取温度、压强、水深和电导率信息。通过所设计的多参数传感器系统103来实现水质取样装置对待测水质的温度、水深和电导率信息的实时提取。其中，对水质温度的检测是基于所述温度传感器501实现的，所述温度传感器501优选采用温敏电阻，如PT100等精密热电阻，来实现温度信号的提取；利用桥式放大电路将温度传感器501的信号进行放大，经过信号滤波调理电路601进入模数转换器602。对水压强的检测基于所述压强传感器502实现，所述压强传感器502优选采用硅压阻式传感器；利用硅压阻式传感器直接输出压强模拟信号，经过信号滤波调理电路601送入到模数转换器602。对于电导率的提取基于所示电导率电极503实现，通过在金属电极(不锈钢、石墨或铂片等材料)上施加小幅的交流电压，对回路电流进行检测，经过信号滤波调理电路601将模拟信号送入到模数转换器602。模数转换器602将各模拟量进行数字转换后由嵌入式处理器603(如ARM处理器、DSP、单片机、FPGA等)进行数据处理，如图6所示。

对温度信号进行数据查表得出温度数值，对压强信号进行比例计算得出压强数据；对于电导率电极的电流信号，在嵌入式处理器603中计算出电流的有功分量和无功分量，同时根据激励电压的幅值，计算出极板的等效电阻，进而根据校正的电阻与电导率曲线进行查表，得出电导率数值。同时嵌入式处理器603通过RS485通信获得上位机取样指令，并根据对现场水数据进行处理得到的信息，确定水质取样装置的工作状态，并发出水泵控制指令，通过水泵控制继电器607控制水泵101的启停和抽水时间，利用水泵101进行抽水，实现现场水样的提取，并利用水管201和取样瓶202将采集的水样进行存储。

本发明水质取样装置的工作原理为：通过控制电路504的通信接口，对水质取样装置的工作方式进行编程设定；控制电路504存储上位机设定的工作方式；将水质取样装置下放到待测水中，控制电路504通过多参数传感电路进行温度、压强和电导率的实时采样，并通过RS485与上位机通信，确定采样时机，或者进行参数触发模式的自动取样控制；当取样指令或者取样参数触发后，嵌入式处理器驱动水泵，水泵开始抽水，对当前的水样进行抽取，通过水管装入到取样瓶中；在上位机控制指令下或取样器取样时间周期完成后，控制器停止驱动取样泵，完成单次取样过程。

图7为本发明提供的多参数可编程数字式水质取样装置的工作流程图。如图7所示，本发明多参数可编程数字式水质取样装置工作流程为：

所述水质取样装置上电后进行自检，对通信、水泵、传感器进行基本信号的测试，当反馈的信息不正常时进行报警，在自检反馈正常的情况下，根据上位机指令确定是否进行清洗的操作，如果在清洗模式下，嵌入式处理器启动水泵对取样的整个输水通道进行清洗；如果不是清洗模式，则进行水质取样装置工作模式设定，等待上位机的工作指令输入，在上位机工作模式和参数的设定下，选择定深取样、定时取样还是参数触发取样。其中在定深取样模式下，嵌入式处理器根据压强传感器实时反馈的压强值计算出水深度，在到达指定深度后进行取样操作；在定时取样模式下，根据上位机指令进行计时，当到达取样时间窗口时，启动水泵进行取样；在参数触发取样模式下，根据上位机设定的参数(如温度、电导率)到达指定数值后，触发取样动作，启动水泵进行抽水取样。在取样完成后，进行系统复位，并根据上位机指令，判断系统是否需要进行清洗，如果有清洗指令，则执行清洗操作，如果无清洗指令，则结束取样工作，等待后续指令。

本发明提供的多参数可编程数字式水质取样装置，为现场水质取样提供了一种高品质的取样方法。与传统取样装置相比，本发明水质取样装置通过多传感器参数的实时采集实现取样器的信息化；与多传感器探头配合，实现取样过程传感器探头的自动清洗，有效防止污物附着传感器；可实现污染现场原位的定水深、定时取样，还能够进行参数定制取样，具有多参数的灵活定义触发和可编程采样的功能，能够满足环保行业水质监测的多样化应用需求。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多参数可编程数字式水质取样装置，其特征在于，所述水质取样装置包括：水泵、进水滤网和多参数传感系统；所述水泵的上方设置水管接口和电缆接口；所述水泵的下方与所述进水滤网连接；所述多参数传感系统固定在所述进水滤网内部。

2.根据权利要求1所述的水质取样装置，其特征在于，所述进水滤网的上方通过螺纹或者卡扣与所述水泵下方的水泵入水口连接。

3.根据权利要求1所述的水质取样装置，其特征在于，所述进水滤网的主体为圆桶式结构，所述进水滤网的网身具有多条横开的窄条纹窗口；多条所述窄条纹窗口将所述进水滤网的网身分隔为多条滤缝。

4.根据权利要求3所述的水质取样装置，其特征在于，每条所述滤缝内设有旋齿。

5.根据权利要求1所述的水质取样装置，其特征在于，所述多参数传感系统包括温度传感器、压强传感器、电导率电极以及控制电路；所述温度传感器、所述压强传感器以及所述电导率电极分别与所述控制电路连接。

6.根据权利要求5所述的水质取样装置，其特征在于，所述控制电路包括信号滤波调理电路、模数转换器、嵌入式处理器、RS485通信电路、数模转换器、电导率电极激励电路和水泵控制继电器；所述温度传感器依次经过所述信号滤波调理电路和所述模数转换器与所述嵌入式处理器连接；所述压强传感器依次经过所述信号滤波调理电路和所述模数转换器与所述嵌入式处理器连接；所述嵌入式处理器通过所述RS485通信电路与外部的上位机连接；所述嵌入式处理器通过所述水泵控制继电器与所述水泵连接；所述嵌入式处理器依次通过所述数模转换器和所述电导率电极激励电路与所述电导率电极连接。

7.根据权利要求5所述的水质取样装置，其特征在于，所述电导率电极由平行板电极构成。

8.根据权利要求5所述的水质取样装置，其特征在于，所述电导率电极的材料为不锈钢、石墨或金属铂。

9.根据权利要求1所述的水质取样装置，其特征在于，所述水泵通过所述水管接口与外部的水管连接；所述水管与样品瓶连接。

10.根据权利要求1所述的水质取样装置，其特征在于，所述水质取样装置通过所述电缆接口与外部的电缆连接；所述电缆与电源及上位机系统连接。