CN109839291A - 一种水质自动监测数据采集装置 - Google Patents

Abstract

一种水质自动监测数据采集装置，本发明涉及水质监测技术领域，包括浮台，所述浮台的底部设置有浮筒，所述浮台的顶部设置有保护箱，所述保护箱的内部设置有第一电机、水箱和气泵，所述水箱位于第一电机与气泵之间，所述第一电机的一端通过转轴转动连接有收卷轮，所述收卷轮的外壁上绕设有拉绳，所述拉绳的一端设置有升降座，本发明通过将水负压吸引至取样管中，保证了取样时的稳定性，避免残留的水样在取样管中造成后续取样时水质混杂造成数据不精确的问题，采取一套集成智能化水质采集控制系统实现了对深水区或者浅水区水质参数的采集、分析、存储、监管、预警以及显示功能，极大的提高了水质采集装置的集成智能化程度以及水质参数采集的精准性。

Description

一种水质自动监测数据采集装置

技术领域

本发明属于水质监测技术领域，具体涉及一种水质自动监测数据采集装置。

背景技术

随着社会经济发展、科学进步和人民生活水平的提高，人们对生活饮用水的水质要求不断提高，饮用水水质标准也相应地不断发展和完善，水质的检测也就格外的重要。

但是，目前在水质检测时大多采用人工取样采集，一方面费时费力，取样采集效率低，另一方面一些恶劣环境也不便于检测人员亲身去取样采集，取样范围有效，另外，现在的一些水面机器人取样虽然可以代替人工取样，但是取样时需要来回往返，效率低，取样采集的样本数量有限，在换区域取样时，取样管内残留上次的取样水质容易污染下一次取样样本的精度，从而导致检测数据不精确，而且现有的水质采集装置集成智能程度低，对水质监测不到位，使得对监测结果具有局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水质自动监测数据采集装置，以解决现有的水质采集时费时费力、效率低、取样数量有限和取样样本精度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水质自动监测数据采集装置，包括浮台，所述浮台的底部设置有浮筒，所述浮台的顶部设置有保护箱，所述保护箱的内部设置有第一电机、水箱和气泵，所述水箱位于第一电机与气泵之间，所述第一电机的一端通过转轴转动连接有收卷轮，所述收卷轮的外壁上绕设有拉绳，所述拉绳的一端设置有升降座，所述升降座的内部底部设置有第二支撑架，所述第二支撑架的底部通过螺栓固定连接有第四电机，所述第四电机的一端通过转轴转动连接有转盘，所述转盘的顶部嵌入有储水管和储样管，所述储水管位于储样管的一侧，所述升降座的一侧外壁上设置有活塞管，所述活塞管的顶部设置有支撑架，所述支撑架的顶端通过螺栓固定连接有气缸，所述气缸的一端通过伸缩杆连接有活塞杆，所述活塞杆的底端设置有活塞，所述活塞管的一侧外壁上设置有取样管，所述升降座的底部设置有水质监测模块。

优选的，所述水箱的一侧外壁上通过螺栓固定连接有水泵，所述活塞管和取样管均与水泵通过水管连接，所述升降座的底部靠近水质监测模块的一侧位置处设置有第三电机，所述第三电机的一端通过转轴转动连接有转杆，所述转杆的一侧外壁上设置有切割刀片，所述水泵和第三电机均与中央控制系统电性连接。

优选的，所述浮台的顶部靠近保护箱的一侧位置处设置有电控箱，所述电控箱的内部设置有蓄电池、无线信号收发器、中央控制系统以及GPS定位传感器，所述蓄电池、无线信号收发器、第一电机、水泵、气泵、第三电机、第四电机、GPS定位传感器以及水质监测模块均与中央控制系统电性连接。

优选的，所述采集系统还包括后台监管终端、显示终端以及预警终端，所述后台监管终端通过无线信号收发器与中央控制系统无线连接，所述显示终端与预警终端均与后台监管终端无线连接。

优选的，所述中央控制系统包括控制模块、水质信息分析模块以及数据存储模块。

优选的，所述水质监测模块采用液位传感器、PH传感器、浊度传感器和TOC传感器中的一种或多种。

优选的，所述升降座的顶部通过铰链转动连接有盖门，所述盖门的一侧外壁上设置有密封圈。

优选的，所述升降座的一侧外壁上设置有配重块，所述浮台的底部靠近浮台的一侧位置处设置有第二电机，所述第二电机的一端通过转轴转动连接有叶轮，所述第二电机与中央控制系统电性连接。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明设置了一套集成智能化水质采集控制系统，包括无线信号收发器、中央控制系统，GPS定位传感器、水质监管模块、后台监管终端、显示终端以及预警终端，实现了对深水区或者浅水区水质参数的采集、分析、存储、监管、预警以及显示功能，极大的提高了水质采集装置的集成智能化程度，进一步提高了水质参数采集的精准性。

(2)本发明设置了气缸、活塞杆、活塞管、取样管、活塞、储样管和转盘，在使用时，通过将水负压吸引至取样管中，保证了取样时的稳定性，避免残留的水样在取样管中造成后续取样时水质混杂造成数据不精确的问题，另外，通过将多个取样管固定在转盘上，便于单趟多次取样，从而避免来回往返降低取样效率的问题，提高采集取样的效率，节约时间。

(3)本发明设置了水箱、水泵、水管、储水管、拉绳、收卷轮和第一电机，在使用时，通过将取样管内壁上残留的水样进行清洗，有效的避免水样残留造成后续采样样本污染的问题，进一步的提高采集水样数据的精度，另外，通过拉绳和收卷轮便于进行不同深度水样的采集，提高采集的范围。

(4)本发明设置了第三电机、转杆和切割刀片，在使用时，通过高速转动的切割刀片便于将采集装置下降路径上的水草和杂物清理干净，避免下降过程中受到阻挡和缠绕，造成后续无法移动的问题，保证采集装置的移动性。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为本发明的转盘俯视图；

图3为本发明的侧视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明的活塞管正视图；

图6为本发明的电路功能模块图；

图7为本发明中央控制系统功能模块图。

图中：1-蓄电池、2-电控箱、3-无线信号收发器、4-中央控制系统、5-拉绳、6-保护箱、7-收卷轮、8-第一电机、9-水箱、10-水泵、11-气泵、12-浮台、13-叶轮、14-第二电机、15-浮筒、16-气缸、17-支撑架、18-水管、19-活塞杆、20-活塞管、21-取样管、22-活塞、23-储水管、24-储样管、25-第三电机、26-转杆、27-切割刀片、28-第四电机、29-水质监测模块、30-第二支撑架、31-转盘、32-配重块、33-升降座、34-盖门、35-GPS定位传感器、36-后台监管终端、37-显示终端、38-预警终端、41-控制模块、42-水质信息分析模块、43-数据存储模块。

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。

请参阅图1-图6所示，本发明提供如下技术方案：一种水质自动监测数据采集装置，包括浮台12，浮台12的底部设置有浮筒15，便于将浮台12浮在水面上，浮台12的顶部设置有保护箱6，保护箱6的内部设置有第一电机8、水箱9和气泵11，水箱9位于第一电机8与气泵11之间，第一电机8的一端通过转轴转动连接有收卷轮7，便于调节升降座33的位置，从而取样不同水深的样本，收卷轮7的外壁上绕设有拉绳5，拉绳5的一端设置有升降座33，升降座33的内部底部设置有第二支撑架30，第二支撑架30的底部通过螺栓固定连接有第四电机28，第四电机28的一端通过转轴转动连接有转盘31，转盘31的顶部嵌入有储水管23和储样管24，便于将清洗的水和取样的样本分开放置，保证水质数据的精度，储水管23位于储样管24的一侧，升降座33的一侧外壁上设置有活塞管20，活塞管20的顶部设置有支撑架17，支撑架17的顶端通过螺栓固定连接有气缸16，气缸16的一端通过伸缩杆连接有活塞杆19，活塞杆19的底端设置有活塞22，便于将水抽入活塞管20，活塞管20的一侧外壁上设置有取样管21，便于采集后的水样进入储样管24，升降座33的底部设置有水质监测模块29。

为了便于将取样后的活塞管20和取样管21清洗，保证后续取样数据的精度，本实施例中，优选的，水箱9的一侧外壁上通过螺栓固定连接有水泵10，活塞管20和取样管21均与水泵10通过水管18连接，升降座33的底部靠近水质监测模块29的一侧位置处设置有第三电机25，第三电机25的一端通过转轴转动连接有转杆26，转杆26的一侧外壁上设置有切割刀片27，水泵10和第三电机25均与中央控制系统4电性连接，第三电机25采用Y90L-2驱动电机，额定电压：380V，额定频率为：50Hz，额定功率：3KW。

为了便于进行远程控制，本实施例中，优选的，浮台12的顶部靠近保护箱6的一侧位置处设置有电控箱2，电控箱2的内部设置有蓄电池1、无线信号收发器3、中央控制系统4以及GPS定位传感器35，其中，GPS定位传感器35在图1中未标识出来，GPS定位传感器35用于确定水域可用水质采集装置所在水域的位置，并将定位信号传递给中央控制系统4，中央控制系统4对定位信号进行处理，生成位置信息，并将位置信息通过无线信号收发器3无线传输给后台监管终端36。所述蓄电池1、无线信号收发器3、第一电机8、水泵10、气泵11、第三电机25、第四电机28、GPS定位传感器35以及水质监测模块29均与中央控制系统4电性连接。所述蓄电池1为整个控制系统提供电源，无线信号收发器3用于将中央控制系统4处理分析过的水质信息无线传输给后台监管终端36，中央控制系统4控制第一电机8进而控制收卷轮7，最终实现对升降座33位置的控制。中央控制系统4控制第三电机25进而控制转杆26，最终实现将采集装置下降路径上的水草和杂物清理干净，避免下降过程中受到阻挡和缠绕，造成后续无法移动的问题，保证采集装置的移动性。中央控制系统4控制第四电机28，进而控制转盘31的旋转，最终实现将取样管21中的水质存储到储样管24内。在本实施例中，第一电机8采用Y180M-2三相驱动电机，额定电压：380V，转速：1400RPM，额定功率：0.7-200KW，第四电机28采用42HBS40BJ4-TR0两相混合式步进电机，机身高40MM，扭矩0.41N.m，电流0.44A，轴径Φ5MM，圆轴，轴长25MM，中央控制系统4采用型号为MSP430的单片机。

为了实现该采集装置的集成智能化，该采集装置还增设了后台监管终端36、显示终端37以及预警终端38，所述后台监管终端36通过无线信号收发器3与中央控制系统4无线连接，所述显示终端37与预警终端38均与后台监管终端36无线连接。水质监测模块29用于把定性监测到的水质信息传输给中央处理器处理4，中央处理器处理4对采集到的水质信息进行分析处理以及存储，并将分析处理过的水质信息通过无线信号收发器3无线传输给后台监管终端36,在在实施例中，后台监管终端36采用计算机，后台监管终端36对接收到的水质信息进行监管，并可通过显示终端37将水质信息显示，如出现异常，并通过预警终端38发出预警，提醒工作人员紧急处理，在本实施例中，显示终端37采用液晶显示屏，预警终端38采用报警器。

为了进一步提升该采集装置的集成智能化，中央控制系统具有三大功能模块，即包括控制模块41、水质信息分析模块42以及数据存储模块43，其中控制模块41实现对蓄电池1、无线信号收发器3、GPS定位传感器35、第一电机8、水泵10、气泵11、第二电机14、第三电机25、第四电机28以及水质监测模块29的控制。水质信息分析模块42实现了对水质监测模块29采集的水质信息加以整理、分析以及处理。数据存储模块43用于存储水质信息。

为了达到精准的采集水质信息，水质监测模块29根据实际监测需要(如水域的温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量和生化需氧量、有毒物质和有机农药等水质信息)进行采集，水质监测模块29采用液位传感器、PH传感器、浊度传感器和TOC传感器中的一种或多种。优选的，在本实施例中，水质监测模块29采用PH传感器，PH传感器采用型号为GUY5的PH传感器，工作电压：DC 9V～24V，工作电流：≤60mA。

为了保证升降座33的密封性，本实施例中，优选的，升降座33的顶部通过铰链转动连接有盖门34，盖门34的一侧外壁上设置有密封圈。

为了保证升降座33升降的稳定，本实施例中，优选的，升降座33的一侧外壁上设置有配重块32，浮台12的底部靠近浮台12的一侧位置处设置有第二电机14，第二电机14的一端通过转轴转动连接有叶轮13，第二电机14与中央控制系统4电性连接，第二电机14采用Y90L-2驱动电机，额定电压：380V，额定频率为：50Hz，额定功率：3KW。

请参阅图1-图6所示，本发明提供另一种技术方案：切割刀片27的一侧开设有切刃，当采集装置需要采样不同深度的水样时，第一电机8转动使拉绳5松弛，升降座33在重力作用下在水中下降，由于水中环境的复杂，水中的水草和一些杂物容易将升降座33缠住，影响升降座33的下降，第三电机25通过转轴带动转杆26转动，转杆26带动切割刀片27高速转动，切割刀片27将升降座33下降路径中的水草和杂物切断，根据水质监测模块29检测到的液位信息来判断升降座33在水中的深度，当达到取样深度后，静置一端时间，保证水流的流动将之前搅混的水质冲走，从而便于后续取样时水质的准确度。

本发明的工作原理及使用流程：该发明在使用时，将浮台12放在水面上，通过无线信号收发器3和中央控制系统4进行远程控制，通过第二电机14带动叶轮13转动来推动浮台12移动，当移动到所需的采样位置后，第一电机8转动，收卷轮7转动，升降座33在重力作用下下降，当下降到所需采样深度后，中央控制系统4控制气泵11停止工作，气缸16通过伸缩杆拉动活塞杆19上移，活塞22在活塞管20内上升，由于活塞22上升产生的负压吸引力使水进入活塞管20，当活塞22移动到活塞管20内部顶部时，水流通过取样管21进入储样管24，完成取样后，气泵1作用，活塞22在活塞管20内下降，第四电机28转动使储水管23移动到取样管21的下方，水泵10将水箱9中的水通过水管18压入取样管21内，水将取样管21内壁上残留的水样本冲洗并流入储水管23中，完成一次取样，当需要再次取样时，通过将浮台12移动到另外的取样点或者升降座33升降到不同的水深处，当气泵11再次工作时，中央控制系统4控制第四电机28再次工作，从而使带动转盘31转动使下一个储样管24转动到取样管21的下方，实现多次取样。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种水质自动监测数据采集装置，包括浮台(12)，所述浮台(12)的底部设置有浮筒(15)，其特征在于：所述浮台(12)的顶部设置有保护箱(6)，所述保护箱(6)的内部设置有第一电机(8)、水箱(9)和气泵(11)，所述水箱(9)位于第一电机(8)与气泵(11)之间，所述第一电机(8)的一端通过转轴转动连接有收卷轮(7)，所述收卷轮(7)的外壁上绕设有拉绳(5)，所述拉绳(5)的一端设置有升降座(33)，所述升降座(33)的内部底部设置有第二支撑架(30)，所述第二支撑架(30)的底部通过螺栓固定连接有第四电机(28)，所述第四电机(28)的一端通过转轴转动连接有转盘(31)，所述转盘(31)的顶部嵌入有储水管(23)和储样管(24)，所述储水管(23)位于储样管(24)的一侧，所述升降座(33)的一侧外壁上设置有活塞管(20)，所述活塞管(20)的顶部设置有支撑架(17)，所述支撑架(17)的顶端通过螺栓固定连接有气缸(16)，所述气缸(16)的一端通过伸缩杆连接有活塞杆(19)，所述活塞杆(19)的底端设置有活塞(22)，所述活塞管(20)的一侧外壁上设置有取样管(21)，所述升降座(33)的底部设置有水质监测模块(29)。

2.根据权利要求1所述的一种水质自动监测数据采集装置，其特征在于：所述水箱(9)的一侧外壁上通过螺栓固定连接有水泵(10)，所述活塞管(20)和取样管(21)均与水泵(10)通过水管(18)连接，所述升降座(33)的底部靠近水质监测模块(29)的一侧位置处设置有第三电机(25)，所述第三电机(25)的一端通过转轴转动连接有转杆(26)，所述转杆(26)的一侧外壁上设置有切割刀片(27)，所述水泵(10)和第三电机(25)均与中央控制系统(4)电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种水质自动监测数据采集装置，其特征在于：所述浮台(12)的顶部靠近保护箱(6)的一侧位置处设置有电控箱(2)，所述电控箱(2)的内部设置有蓄电池(1)、无线信号收发器(3)、中央控制系统(4)以及GPS定位传感器(35)，所述蓄电池(1)、无线信号收发器(3)、第一电机(8)、水泵(10)、气泵(11)、第三电机(25)、第四电机(28)、GPS定位传感器(35)以及水质监测模块(29)均与中央控制系统(4)电性连接。

4.根据权利要求2所述的一种水质自动监测数据采集装置，其特征在于：所述采集装置还包括后台监管终端(36)、显示终端(37)以及预警终端(38)，所述后台监管终端(36)通过无线信号收发器(3)与中央控制系统(4)无线连接，所述显示终端(37)与预警终端(38)均与后台监管终端(36)无线连接。

5.根据权利要求3所述的一种水质自动监测数据采集装置，其特征在于：所述中央控制系统(4)包括控制模块(41)、水质信息分析模块(42)以及数据存储模块(43)。

6.根据权利要求4所述的一种水质自动监测数据采集装置，其特征在于：水质监测模块(29)采用液位传感器、PH传感器、浊度传感器和TOC传感器中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的一种水质自动监测数据采集装置，其特征在于：所述升降座(33)的顶部通过铰链转动连接有盖门(34)，所述盖门(34)的一侧外壁上设置有密封圈。

8.根据权利要求6所述的一种水质自动监测数据采集装置，其特征在于：所述升降座(33)的一侧外壁上设置有配重块(32)，所述浮台(12)的底部靠近浮台(12)的一侧位置处设置有第二电机(14)，所述第二电机(14)的一端通过转轴转动连接有叶轮(13)，所述第二电机(14)与中央控制系统(4)电性连接。