CN109342121A - 野外上覆水体多深度取样的实验装置和实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种野外上覆水体多深度取样的实验装置和实验方法，实验装置包括箱体、固定在箱体内的取样系统、与取样系统连接的微处理系统；取样系统包括固定在箱体内的注射器和与注射器连接的电磁阀；微处理系统通过控制取样系统中的注射器，采集不同深度水样。通过实验装置，实现了野外上覆水体样品的采集，采集过程全部实现自动化，实现样品采集的精准操作；一次投放过程可将采样器投放到不同深度，蓝牙对各采样注射器实施精准操控，达到一次投放、多深度水样同时收集的目的；为河流、湖泊等上覆水体中污染物的时空变化的生态过程提供一定的技术支持和参考。且实验装置携带方便，操作简单，适应性强。

Description

野外上覆水体多深度取样的实验装置和实验方法

技术领域

本发明涉及环境保护装置，尤其涉及野外上覆水体多深度取样的实验装置和实验方法。

背景技术

随着经济的快速发展，河流、湖泊等水生环境越来越多的受到污染，近年来河流保护已成为普遍被关注的热点问题，河流的生态健康对周边人类的生存以及河流生物群落的多样化保持具有重要的意义。为了监测上覆水体中污染物的时空分布及变化，并及时采取治理措施，对水体的取样手段并进行实时监测变得尤为关键。

目前，野外水样采集装置难以实现精准操作，自动化程度不高，采样受到人为操作的影响较为严重，同时操作繁琐，需要不停地重复劳动。因此，迫切需要一种智能化程度高、操作简单、便于携带、适应性强及高效快捷的野外水样采集装置。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种野外上覆水体多深度取样的实验装置和实验方法，以实现采集不同深度多个水样的要求，为河流、湖泊等上覆水体中污染物的时空变化的生态过程提供技术支持。

技术方案：野外上覆水体多深度取样的实验装置，包括：密闭箱体、取样系统、电动微处理系统、水体压力传感器，以及底部过滤装置。

密闭箱体由密闭性良好的不锈钢圆筒及上部金属盖子和底部的PVC圆形板组成。

取样系统包括不同类型的可替换注射器、电磁阀、连接管及固定二者的PVC支撑装置组成。其中10根不同类型的可替换注射器分布在圆形板外径周围，每个注射器的活塞拉伸的空间配有可压缩的弹簧并在注射器前端连接管处设有一一对应的电磁阀，连接管穿过PVC支撑装置上的圆孔后通过鲁尔接头与注射器连接，注射器可直接从鲁尔接头中拆除更换，注射器尺寸可根据需求改变。

水体压力传感器固定于PVC支撑装置底部；PVC支撑装置，和底部的PVC圆形板通过四根长螺栓固定成为一个整体。

电动微处理系统由10根电磁驱动晶体管构成的微处理器经导线耦合到取样系统的10个电磁阀上，并由一个12V的电池进行供电，微处理器由一个实时时钟控制，并带有睡眠功能，亦可接收蓝牙信号。

过滤装置包括尼龙滤网和金属底板，其中金属底板含透水孔。

装置底部通过卡锁将底板与不锈钢圆筒连接，同时底板与不锈钢圆筒之间垫有O型圈，以保证装置的气密性。

支撑装置中开设有安装电池盒和电动微处理器的固定孔，同时开设有圆孔，以便连接管穿过该圆孔后通过鲁尔接头与注射器连接。

野外上覆水体多深度取样的实验装置的实验方法，包括以下步骤：

(1)打开装置上部盖子，将与电磁阀通过鲁尔接头连接并固定在实验装置内，手动排除注射器内的空气，并关闭相应的电磁阀，保证固定好的注射器内为真空；

(2)盖上装置上部盖子，检查装置的气密性，检验密封部件的有效性，确保装置内不进水，遥控打开电动微处理器开关；

(3)系好投放绳，并将装置投放到待取样地的水中，通过压力传感器反馈的示数乘以水深压力系数得到相应的水深，将装置依次下降到不同水深；

(4)在自动模式下，电动微处理器根据预定的时间依次打开各电磁阀，抽水过程持续1分钟，电磁阀自动关闭，进而完成不同深度水样采集；

(5)在手动模式下，电动微处理器根据蓝牙指令依次打开各电磁阀，持续1分钟后，电磁阀自动关闭，将装置下降至下一深度，再次利用蓝牙指令打开对应的电磁阀，持续1分钟后，电磁阀自动关闭，如此反复，完成不同深度水样采集；

(6)将整个装置从水中取出，打开上盖，取下完成水样收集的注射器，将水样取出保存，更换新的注射器，以备下次采集。

步骤(3)中，水深由水压传感器反馈的示数乘以水深压力系数得到。即h＝P/γ，式中h为水深，P为水压力，γ为水的容重。

步骤(4)中，在注射器内的真空及弹簧的作用下，注射器活塞顶起，水样被抽入注射器内。

步骤(4)和步骤(5)中，抽水持续设定时间后，电磁阀自动关闭，并将装置下降至下一深度。

工作原理：本发明以注射器为容器，利用真空和弹簧驱动注射器采集水样，并结合电磁阀的有效开闭，达到自动采集水样的目的。同时利用微处理系统控制电磁阀，通过一次投放采样设备，同时采用定时模式或外部控制模式依次控制各电磁阀的开闭，实现了一次投放采集不同深度、不同位置多个样品的目的，有效的节约了实验时间；其中的过滤装置阻止杂物堵塞注射器，提高了取样效率的同时不受环境制约，即使在深水高压情况下，仍能正常工作。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)通过电动微处理系统和电磁阀，能够有效而又精准的进行野外水体样本的采集，实验装置能够根据不同采样深度、采样密度自由切换控制模式，装置轻便，操作方便，采样效果好；(2)利用微处理系统操控电磁阀，能够实现一次投放采集不同深度水体，节约了实验时间；(4)注射器与电磁阀之间采用鲁尔锁连接，拆卸方便；(5)本发明采用的O型圈、卡锁等结构有效的保证了装置的气密性，拆卸方便，为设备的维护检查提供便利；(6)受环境制约小，即使在深水高压情况下，仍能正常工作；(7)本发明利用过滤装置，能够有效的阻止杂物堵塞取样器，提高了取样效率；(8)本发明利用压力传感器，能够有效而又精准的控制采样点水深，使得水深控制不受水流流速的影响；(9)本发明采用合理的布置，使得装置重心位于底部，在不需要额外增加配重的情况下，在多数流速条件下能够保持相对稳定。

附图说明

图1为实验装置整体结构示意图；

图2为电动微处理系统示意图；

图3为过滤装置示意图；

图4为卡锁结构示意图；

图5为支撑装置俯视图。

具体实施方式

如图1所示，实验装置包括密闭箱体1、取样系统2、电动微处理系统3、水体压力传感器4，以及底部过滤装置5。其中密闭箱体1由密闭性良好的不锈钢圆筒1-1及上部金属盖子1-2和底部的PVC圆形板1-3组成。

取样系统2包括不同类型的可替换注射器2-1、电磁阀2-2、连接管2-3及固定二者的PVC支撑装置2-4组成。其中10根不同类型的可替换注射器2-1分布在圆形板外径周围，每个注射器的活塞2-1-1拉伸的空间配有可压缩的弹簧2-1-2并在注射器前端连接管2-3处设有一一对应的电磁阀2-2，连接管2-3穿过PVC支撑装置上的圆孔后通过鲁尔接头2-5与注射器2-1连接，注射器2-1可直接从鲁尔接头2-5中拆除更换，注射器2-1尺寸可根据需求改变。

水体压力传感器4固定于PVC支撑装置2-4底部；PVC支撑装置2-4，和底部的PVC圆形板1-3通过四根长螺栓2-4-2固定成为一个整体。

如图2所示，电动微处理系统3由10根电磁驱动晶体管构成的微处理器3-1经导线3-2耦合到取样系统2的10个电磁阀2-2上，并由一个12V的电池3-3进行供电，微处理器3-1由一个实时时钟控制，并带有睡眠功能，亦可接收蓝牙信号。

如图3所示，过滤装置5包括尼龙滤网5-1和金属底板5-2，其中金属底板含透水孔。

如图4所示，装置底部通过卡锁1-4将底板1-3与不锈钢圆筒1-1连接，同时底板1-3与不锈钢圆筒1-1之间垫有O型圈1-5，以保证装置的气密性。

如图5所示，支撑装置2-4中开设有安装电池盒3-3和电动微处理器3-1的固定孔，同时开设有圆孔2-4-1，以便连接管2-3穿过该圆孔后通过鲁尔接头2-5与注射器2-1连接。

野外上覆水体多深度取样的实验方法，包括以下操作步骤：

(1)打开装置上部盖子(1-2)，将与电磁阀(2-2)通过鲁尔接头(2-5)连接并固定在实验装置内，手动排除注射器(2-1)内的空气，并关闭相应的电磁阀(2-2)，保证固定好的注射器(2-1)内为真空；

(2)盖上装置上部盖子(1-2)，检查装置的气密性，检验密封部件的有效性，确保装置内不进水，遥控打开电动微处理器(3-1)开关；

(3)系好投放绳，并将装置投放到待取样地的水中，通过压力传感器(4)反馈的示数乘以水深压力系数得到相应的水深，即h＝P/γ，式中h为水深，P为水压力，γ为水的容重。将装置依次下降；

(4)在自动模式下，电动微处理器(3-1)根据预定的时间依次打开各电磁阀(2-2)，在注射器(2-1)内真空及弹簧(2-1-2)的共同作用下，注射器活塞(2-1-1)顶起，水样被抽入注射器(2-1)内，抽水过程持续1分钟，电磁阀(2-2)自动关闭，进而完成不同深度水样采集；

(5)在手动模式下，电动微处理器(3-1)根据蓝牙指令依次打开各电磁阀(2-2)，持续1分钟后，电磁阀(2-2)自动关闭，将装置下降至下一深度，再次利用蓝牙指令打开对应的电磁阀(2-2)，持续1分钟后，电磁阀(2-2)自动关闭，如此反复，完成不同深度水样采集；

(6)将整个装置从水中取出，打开上盖(1-2)，取下完成水样收集的注射器(2-1)，将水样取出保存，更换新的注射器(2-1)，以备下次采集。

Claims (7)

1.一种野外上覆水体多深度取样的实验装置，其特征在于：包括：密闭箱体(1)、取样系统(2)、电动微处理系统(3)、水体压力传感器(4)，以及底部过滤装置(5)；

密闭箱体(1)由密闭性良好的不锈钢圆筒(1-1)及上部金属盖子(1-2)和底部的PVC圆形板(1-3)组成；

取样系统(2)由不同类型的可替换注射器(2-1)、电磁阀(2-2)、连接管(2-3)及固定二者的PVC支撑装置(2-4)组成；其中10根不同类型的可替换注射器(2-1)分布在圆形板外径周围，每个注射器的活塞(2-1-1)拉伸的空间配有可压缩的弹簧(2-1-2)并在注射器前端连接管(2-3)处设有一一对应的电磁阀(2-2)，连接管(2-3)穿过PVC支撑装置上的圆孔后通过鲁尔接头(2-5)与注射器(2-1)连接，注射器(2-1)可直接从鲁尔接头(2-5)中拆除更换，注射器(2-1)尺寸可根据需求改变；

水体压力传感器(4)固定于PVC支撑装置(2-4)底部；PVC支撑装置(2-4)，和底部的PVC圆形板(1-3)通过四根长螺栓(2-4-2)固定成为一个整体；

电动微处理系统(3)由10根电磁驱动晶体管构成的微处理器(3-1)经导线(3-2)耦合到取样系统(2)的10个电磁阀(2-2)上，并由一个12V的电池(3-3)进行供电，微处理器(3-1)由一个实时时钟控制，并带有睡眠功能，亦可接收蓝牙信号；

过滤装置(5)包括尼龙滤网(5-1)和金属底板(5-2)，其中金属底板含透水孔；

装置底部通过卡锁(1-4)将底板(1-3)与不锈钢圆筒(1-1)连接，同时底板(1-3)与不锈钢圆筒(1-1)之间垫有O型圈(1-5)，以保证装置的气密性；

支撑装置(2-4)中开设有安装电池盒(3-3)和电动微处理器(3-1)的固定孔，同时开设有圆孔(2-4-1)，以便连接管(2-3)穿过该圆孔后通过鲁尔接头(2-5)与注射器(2-1)连接。

2.根据权利要求1所述的野外上覆水体多深度取样的实验装置，其特征在于：所述注射器(2-1)包括活塞(2-1-1)和与活塞连接的弹簧(2-1-2)。

3.根据权利要求1所述的野外上覆水体多深度取样的实验装置，其特征在于：所述微处理系统(3)采用定时和外部控制模式，所述定时模式根据预设的时间完成电磁阀(2-2)的开闭，所述外部控制模式利用蓝牙控制电磁阀(2-2)。

4.一种采用如权利要求1所述的野外上覆水体多深度取样的实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)打开装置上部盖子(1-2)，将与电磁阀(2-2)通过鲁尔接头(2-5)连接并固定在实验装置内，手动排除注射器(2-1)内的空气，并关闭相应的电磁阀(2-2)，保证固定好的注射器(2-1)内为真空；

(2)盖上装置上部盖子(1-2)，检查装置的气密性，检验密封部件的有效性，确保装置内不进水，遥控打开电动微处理器(3-1)开关；

(3)系好投放绳，并将装置投放到待取样地的水中，通过压力传感器(4)反馈的示数乘以水深压力系数得到相应的水深，将装置依次下降到不同水深；

(4)在自动模式下，电动微处理器(3-1)根据预定的时间依次打开各电磁阀(2-2)，在注射器(2-1)内真空及弹簧(2-1-2)的共同作用下，注射器活塞(2-1-1)顶起，水样被抽入注射器(2-1)内，抽水过程持续1分钟，电磁阀(2-2)自动关闭，进而完成不同深度水样采集；

(5)在手动模式下，电动微处理器(3-1)根据蓝牙指令依次打开各电磁阀(2-2)，持续1分钟后，电磁阀(2-2)自动关闭，将装置下降至下一深度，再次利用蓝牙指令打开对应的电磁阀(2-2)，持续1分钟后，电磁阀(2-2)自动关闭，如此反复，完成不同深度水样采集；

(6)将整个装置从水中取出，打开上盖(1-2)，取下完成水样收集的注射器(2-1)，将水样取出保存，更换新的注射器(2-1)，以备下次采集。

5.根据权利要求4所述的野外上覆水体多深度取样的实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(3)中，水深由水压传感器(4)反馈的示数乘以水深压力系数得到，即h＝P/γ，式中h为水深，P为水压力，γ为水的容重。

6.根据权利要求4所述的野外上覆水体多深度取样的实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(4)中，在注射器(2-1)内的真空及弹簧(2-1-2)的作用下，注射器活塞(2-1-1)顶起，水样被抽入注射器(2-1)内。

7.根据权利要求4所述的采用野外上覆水体多深度取样的实验装置的实验方法，其特征在于：步骤(4)和步骤(5)中，抽水持续设定时间后，电磁阀(2-2)自动关闭，并将装置下降至下一深度。