CN111474310A - 一种多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,该装置包括数据处理及远程传输定位单元、能量供给单元、电极耦合单元、底泥滤水平衡单元以及防护支撑单元。一套装置包括两个以上的电极耦合单元用于测定上覆水的水质指标;底泥滤水平衡单元内部安装一个电极耦合单元,并在电极耦合单元外侧增设金属橡胶过滤网和微滤膜,用于测定表层沉积物间隙水中的水质指标。本发明可以实现上覆水与表层底泥间隙水水质指标的野外原位同步检测,还可实现多个水环境指标分层同步检测,且以无线远程终端实现远程控制,安装管理方便,可实现对观测区域的上覆水和表层底泥间隙水水质指标的实时查询,保障了检测数据的真实性和科学性。
Description
技术领域
本发明属于水环境检测技术领域,具体为多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪。
背景技术
我国水环境检测行业发展水平落后于国际,故检测技术发展不够完善,近年来虽然已有大量研究和创新,但检测仪器功能不足以满足对各种水环境的检测的要求。水质监测仪一般利用水深电极、温度电极、DO电极、pH电极、Eh电极监测水深、温度、溶氧、PH、EH等水质指标。
现有技术公开多种技术,如中国专利申请201620313001.6提出了“水资源检测器”、中国专利申请201910092713.8提出了“一种水质在线检测仪”、中国专利申请201811330439.5提出了“一种水质检测仪”、中国专利申请201810651662.3提出了“一种河流水质检测仪”、中国专利申请201821539463.5提出了“一种手持式水质检测仪”、中国专利申请201820728933.6提出了“水质检测仪器”、中国专利申请201810788307.0提出了“一种水质检测装置”。这些的检测器其中一类为直接插入式单参数探头检测器,即使用时将检测器插进水中,不仅所检测的参数少而且检测水位受到仪器长度限制,使用起来非常不方便。另外一类是实验室内检测仪,需要检测人员在特定区域的水中采集水样,然后带入实验室利用水质分析设备进行分析,最终获得受测指标数据。
这两种方法成本较高、工作效率偏低,不能同时检测不同水位,如覆水与表层底泥间隙水(上覆水与表层底泥间隙水是因为两个地方的水质不一样,水质指标也不一样)的相关数据,另外完成的工作量大,无法有效、迅速地获得水质检测数据等问题。
本发明提供实现上覆水、表层底泥间隙水与不同水位的水质指标分层同步检测仪,且能够远程控制是本技术所解决的关键问题。
发明内容
本发明需要解决的问题是:
本发明针对上述现状,旨在提出一种多参数分层同步检测的实时水质检测器,以期解决现存水质检测器功能单一、反复取样检测、无法实现上覆水、表层底泥间隙水、不同水深的水质同步检测的缺点。
本发明是通过采用下述技术方案实现的:
水质多参数多点位同步检测仪,其特征在于包括数据处理及远程传输定位单元、能量供给单元、电极耦合单元、底泥滤水平衡单元、防护支撑单元;自上到下依次为数据处理及远程传输定位单元、能量供给单元、电极耦合单元、底泥滤水平衡单元;防护支撑单元位于数据处理及远程传输定位单元、能量供给单元、电极耦合单元、底泥滤水平衡单元的外部;其中电极耦合单元发出检测信号通过数据线传输到数据处理及远程传输定位单元;能量供给单元给数据处理及远程传输定位单元、电极耦合单元和底泥滤水平衡单元提供能量。
数据处理及远程传输定位单元包括定位装置、无线传输装置、数据分析装置、操作手柄、显示屏、操作盘、无线远程终端、示警灯;能量供给单元包括太阳能电池板、蓄电池装置;电极耦合单元包括水深电极、温度电极、DO电极、pH电极、Eh电极、显示灯、透水孔;底泥滤水平衡单元包括金属橡胶过滤网、微滤膜、底泥电极耦合单元;
所述数据处理及远程传输定位单元无线传输装置能实现将数据实时传输进入操作手柄;无线远程终端可广泛应用于水文水利行业,用于检视、控制与数据采集。既能远程检测、亦可远程控制,集数据采集、控制、传输功能于一体,采用低功耗设计,适用于工业及太阳能供电的野外现场;
所述数据处理及远程传输定位单元中示警灯通过数据线与无限远程终端相连,当电极耦合单元中电极损坏或分段电极耦合单元连接不良时,无限远程终端无法接收到损坏电极的检测数据,随即控制示警灯亮起示警;
所述能量供给单元太阳能电池板镶嵌于密封盖顶端,可以在天气情况较好的情况下储存电能,实现长时间续航;
所述电极耦合单元显示灯采用LED水下灯,设置于透水孔上侧,可以在水质混浊的情况下帮助测试人员确定仪器大略位置,并且可以确定仪器分段是否出现故障;
所述底泥滤水平衡单元中金属橡胶过滤网是采用不锈钢丝制成的。其原材料是不锈钢丝,不含有任何天然橡胶,但却具有毛细疏松结构,特别适合于解决高低温及腐蚀等环境下的液体过滤。在清洗的时候,容易恢复其原有的密度,方便清洗;底泥电极耦合单元与电极耦合单元组成一样,即包括水深电极、温度电极、DO电极、pH电极、Eh电极、显示灯、透水孔。其与极耦合单元区别在于底泥电极耦合单元外部设有金属橡胶过滤网和微滤膜,目的检测底泥中水质的各种指标。
所述防护支撑单元中地钻螺旋钻头,钻头材质采用硬质合金,硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的高硬度及耐磨性使得钻头易于插入水体底泥;相邻的螺纹套筒可由螺纹连接,可实现分段安装管理方便。
具体说明如下:
(1)数据处理及远程传输定位单元。定位装置采用北斗卫星导航系统,定位精度高且成本较低,观测者可采用定位系统所传输的定位信息查询到所处水域地理环境与水环境资料;无线传输装置采用CMDA,与电极耦合单元中电极相连,可将电极采集的温度、水位液位、pH值、溶氧数据转换为数字量进入无限远程终端,供电方式同时适应电池供电及太阳能供电;数据分析装置可实现多个传感器检测数据的同时处理,并将数据传递至无线传输装置;用隔板将定位装置、无线传输装置、数据分析装置与能量供给单元分隔为两层,定位装置、无线传输装置、数据分析装置放置于上层,蓄电池装置放置于下层。
(2)能量供给单元。在密封盖顶端嵌入太阳能电池板,此处电池板采用薄膜太阳能电池板,可以使用价格较低的石墨、陶瓷等材料制作,设备成本不高,这种电池板弱光效应较好,即便在阳光照射强度较小的情况下也可持续发电。薄膜太阳能电池与隔板下层的蓄电池装置相连,可随时为蓄电池装置供电;蓄电池装置与用电构件连接提供电能,同时在有光时,将薄膜太阳能电池所转化的电能储存起来,该蓄电池装置采用铅酸免维护蓄电池。该种蓄电池具有免维护的特性,并且对环境污染程度较少,适用于所采用的薄膜太阳能电池。
(3)电极耦合单元。电极耦合单元设置多个透水孔,透水孔贯穿仪器体身,将水深电极、温度电极、DO电极、pH电极、Eh电极布置于两侧透水孔中部。此种设置方式与传感器暴露于外侧不同,可避免因碰撞造成的仪器损坏;显示灯采用LED水下灯,设置于透水孔上侧,可以在水质混浊的情况下帮助测试人员确定仪器大略位置,并且可以确定仪器分段是否出现故障。
(4)底泥滤水平衡单元。在底泥滤水平衡单元布置一个底泥电极耦合单元在透水孔外部加设过滤网、过滤膜以隔绝外部干扰物质,过滤网膜皆可拆卸以供清洗。其中过滤网采用金属橡胶过滤网,采用不锈钢丝制成。其原材料是不锈钢丝,不含有任何天然橡胶,但却具有毛细疏松结构,特别适合于解决高低温及腐蚀等环境下的液体过滤。在清洗的时候,容易恢复其原有的密度,方便清洗;过滤膜采用微滤膜中的有机高分子中空纤维膜,其分离机理主要是筛分截留,可以让大分子颗粒和溶解性固体(无机盐)等通过,但会截留大分子胶体、固体悬浮物、细菌等物质。微孔滤膜孔径比较均一,因而微滤膜的过滤可靠性高、精度高,并且有机高分子纤维膜是均匀的连续体,过滤时不会有介质脱落,不会干扰传感器检测结果。
(5)防护支撑单元。底泥滤水平衡单元中密封盖两侧安装有把手,把手材质使用不锈钢,满足对酸碱水体的检测要求,其主要作用是在放置检测仪时利用它将螺旋钻头钻入水体底泥以便固定体身;地钻螺旋钻头,包括连接杆、螺旋叶片、支撑杆和钻尖,所述连接杆、螺旋叶片、支撑杆、钻尖连为一体。所述螺旋钻头易于钻入所测水体底泥,并且考虑到仪器在水中稳定性问题,钻头设有的螺旋叶片受压面积较大,可较严密地嵌入底泥中,借由泥土对螺旋叶片的压力可极大的增加检测仪的稳定性。地钻螺旋钻头采用锰钢合成,更具坚硬性和耐磨性。
本发明的检测原理
是通过不同电极头(水深电极、温度电极、DO电极、pH电极、Eh电极)检测不同水位的水质指标,然后将监测数据通过无线技术发送出去。
有益效果
1、解决现存水质检测器功能单一、反复取样检测、无法实现不同水深同步检测的缺点。本发明不仅可实现同一检测点实时分层同步分析,而且设置为可分段安装,便于携带且可适用于不同深度水体。同时与信息化技术接轨,在操作设施内设置无限远程终端实现远程检控,方便检测人员在不同气象环境下工作。
2、特别适合有泥水环境检测,通过钻入泥中,同时检测底泥间隙水和上覆水的水质指标,并且根据深度安装一系列的电极耦合单元,来分析不同深度水质指标。
附图说明
图1为水质多参数多点位同步检测仪的剖面图;
图2为水质多参数多点位同步检测仪立体示意图;
图3为水质多参数多点位同步检测仪控制装置示意图;
图中标记:数据处理及远程传输定位单元1、能量供给单元2、电极耦合单元3、底泥滤水平衡单元4、防护支撑单元5、定位装置6、无线传输装置7、数据分析装置8、操作手柄9、显示屏10、操作盘11、无线远程终端12、示警灯13、太阳能电池板14、蓄电池装置15、水深电极16、温度电极17、DO电极18、pH电极19、Eh电极20、显示灯21、透水孔22、金属橡胶过滤网23、微滤膜24、底泥电极耦合单元25、密封盖26、把手27、螺纹套筒28、地钻螺旋钻头29、连接杆30、螺旋叶片31、支撑杆32、钻尖33。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作详细说明,但本发明的实施方式并不受实施例的限制。
结合附图,本发明提出的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪其特征在于装置包括数据处理及远程传输定位单元1、能量供给单元2、电极耦合单元3、底泥滤水平衡单元4以及防护支撑单元5;其中数据处理及远程传输定位单元1由定位装置6、无线传输装置7、数据分析装置8、操作手柄9、显示屏10、操作盘11、无线远程终端12、示警灯13组成;能量供给单元2由太阳能电池板14、蓄电池装置15组成;电极耦合单元3由水深电极16、温度电极17、DO电极18、pH电极19、Eh电极20、显示灯21、透水孔22组成;底泥滤水平衡单元4由金属橡胶过滤网23、微滤膜24、底泥电极耦合单元25组成;防护支撑单元5由密封盖26、把手27、螺纹套筒28、地钻螺旋钻头29、连接杆30、螺旋叶片31、支撑杆32、钻尖33组成。
所述的数据处理及远程传输定位单元1由定位装置6、无线传输装置7、数据分析装置8、操作手柄9、显示屏10、操作盘11、无线远程终端12、示警灯13组成,数据分析装置8通过数据线接收来自下部电极耦合单元3中电极所产生的信号并进行分析。数据分析装置8、定位装置6通过数据线连接无线传输装置7连接,无线传输装置7同时接收定位装置6所产生的定位信息与经过数据分析装置8处理的测量数据,然后通过无线广域网传输至操作手柄9中的无线远程终端。操作手柄9由显示屏10、操作盘11、无线远程终端12、示警灯13组成,显示屏10、操作盘11全部与无线远程终端12相连,经无线远程终端12处理过后的数据会在显示屏上显示。示警灯13通过数据线与无限远程终端相连,当电极耦合单元3中电极损坏或分段电极耦合单元连接不良时,无限远程终端12无法接收到损坏电极的检测数据,随即控制示警灯13亮起示警。
所述的能量供给单元2由太阳能电池板14、蓄电池装置15组成。薄膜太阳能电池板14与隔板下层的蓄电池装置15相连,在有光照时将转换的电能储存于蓄电池中。蓄电池装置15与用电构件(数据处理及远程传输定位单元1中的定位装置6、无线传输装置7、数据分析装置8。电极耦合单元3中的水深电极16、温度电极17、DO电极18、pH电极19、Eh电极20、显示灯21)相连,为其提供工作时所需电能。
所述的电极耦合单元3由水深电极16、温度电极17、DO电极18、pH电极19、Eh电极20、显示灯21、透水孔22组成。透水孔22贯穿仪器体身,将水深电极16、温度电极17、DO电极18、pH电极19、Eh电极20布置于两侧透水孔的体身中部,检测仪插入水中时,水流通过两侧透水孔进入由电极进行检测,此种设置方式与传感器暴露于外侧不同,可避免因碰撞造成的仪器损坏。
所述的底泥滤水平衡单元4由金属橡胶过滤网23、微滤膜24、底泥电极耦合单元25组成。底泥电极耦合单元25专门用于测定表层底泥间隙水中的水质指标。底泥电极耦合单元25中的透水孔外部都覆盖有金属橡胶过滤网23和微滤膜24以过滤水体中的干扰物,水流进入时先经过外层金属橡胶过滤网23滤掉过大颗粒干扰物,再经过内层微滤膜24过滤掉小颗粒干扰物,过滤网和微滤膜皆可拆卸,经清洗后可反复使用。
所述的防护支撑单元5由密封盖26、把手27、螺纹套筒28、地钻螺旋钻头29、连接杆30、螺旋叶片31、支撑杆32、钻尖33组成。地钻螺旋钻头29包括连接杆30、螺旋叶片31、支撑杆32、钻尖33,螺旋叶片31由连接杆30开始向下环绕延伸并伸出支撑杆32外。当检测人员使用仪器检测时,可双手握住密封盖26两侧的把手27施加一个外力偶矩,即可较省力的将地钻螺旋钻头29插入底泥中,利用螺旋叶片31与底泥之间的挤压力来固定体身。
以下结合图1、图2和图3,进一步说明本发明的具体操作步骤:
本发明所提出的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,它包括数据处理及远程传输定位单元1、能量供给单元2、电极耦合单元3、底泥滤水平衡单元4、防护支撑单元5。
步骤一:测量前,根据需要安装电极耦合单元3中电极的类型与个数,并据河流深度选择所需连接的电极耦合单元3的个数,用螺纹套筒28通过螺纹将仪器分段连接起来。由连接杆30将地钻螺旋钻头29通过螺纹拼接至仪器的最下部。
步骤二:安装完成后,打开仪器开关进行调试,检查各分段的电极耦合单元3中的显示灯21是否亮起,若显示灯亮起,表示各段的电极耦合单元3连接良好,调试完成。
步骤三:检测开始,检测人员双手握住密封盖26两侧的把手27施加一个外力偶矩,将地钻螺旋钻头29插入河流中固定,并确保底泥滤水平衡单元4浸入底泥中,此时打开检测仪开关。水流通过透水孔22进入仪器体身,电极耦合单元3中的水深电极16、温度电极17、DO电极18、pH电极19、Eh电极20开始检测。不同水位的多个水质指标的检测数据由数据线经电极传输至数据分析装置8,此时数据处理及远程传输定位单元1内部的定位装置6所产生的定位信息连同检测不同水位的多个水质指标的检测数据由数据线汇集至无线传输装置7,然后所述线传输装置7通过无线广域网传输至操作手柄9中的无线远程终端。
步骤四:操作手柄9中显示屏10、操作盘11、示警灯13全部由数据线和无线远程终端12联通。所述无线远程终端12将讯息处理后在显示屏上显示出来,检测人员通过点击操作盘11查看并记录下检测数据,此时检测过程完成。
步骤五:检测仪运行的同时,密封盖26顶部的太阳能电池板14会持续的将太阳能转化为电能并储存至蓄电池装置中备用。每次检测完成后,可以通过调整防护支撑单元5中的地钻螺旋钻头29下钻深度或增减电极耦合单元3来改变检测水深。
以上所述为本发明主要特点及实施实例,本行业技术人员应理解本发明在不脱离原理和精神的情况下,还会有各种变化和改进,并不受上述实施例的限制,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于包括数据处理及远程传输定位单元、能量供给单元、电极耦合单元、底泥滤水平衡单元、防护支撑单元;自上到下依次为数据处理及远程传输定位单元、能量供给单元、电极耦合单元、底泥滤水平衡单元;防护支撑单元包裹于远程传输定位单元、能量供给单元、电极耦合单元、底泥滤水平衡单元外部,形成整体;
数据处理及远程传输定位单元包括定位装置、无线传输装置、数据分析装置、操作手柄、显示屏、操作盘、无线远程终端、示警灯;能量供给单元包括太阳能电池板、蓄电池装置;所述电极耦合单元包括水深电极、温度电极、DO电极、pH电极、Eh电极、显示灯、透水孔;底泥滤水平衡单元包括金属橡胶过滤网、微滤膜、底泥电极耦合单元;防护支撑单元包括密封盖、把手、螺纹套筒、地钻螺旋钻头、连接杆、螺旋叶片、支撑杆、钻尖;
其中电极耦合单元发出检测信号通过数据线传输到数据处理及远程传输定位单元;能量供给单元给数据处理及远程传输定位单元、电极耦合单元和底泥滤水平衡单元通过电源线提供能量;底泥电极耦合单元与电极耦合单元组成一样。
2.根据权利要求1所述的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于所述的数据处理及远程传输定位单元中的无线传输装置与无线远程终端通过无线广域网连接;所述的数据处理及远程传输定位单元中的无线传输装置与定位装置、数据分析装置相连固定在隔板上;所述的数据处理及远程传输定位单元中操作手柄外侧安装显示屏、操作盘、示警灯,内部设置无线远程终端。
3.根据权利要求1所述的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于所述的数据处理及远程传输定位单元与能量供给单元由隔板分成上下两层,能量供给单元位于数据处理及远程传输定位单元下层。
4.根据权利要求1所述的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于所述的电极耦合单元中的水深电极、温度电极、DO电极、pH电极、Eh电极全部设于透水孔内侧通过数据线与数据分析装置连接,并可以根据水深确定个数。
5.根据权利要求1所述的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于所述的底泥滤水平衡单元中设置一个底泥电极耦合单元,专门用于检测底泥间隙水质指标。
6.根据权利要求1所述的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于所述的底泥滤水平衡单元中底泥电极耦合单元所设置的透水孔外侧增设金属橡胶过滤网和微滤膜,过滤网位于外层,微滤膜位于内层。
7.根据权利要求1所述的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于所述的防护支撑单元中设有贯通圆孔与电极耦合单元中透水孔相通;地钻螺旋钻头通过连接杆固定在检测仪下部,连接杆下方设置支撑杆,在支撑杆周身和下部分别焊接上螺旋叶片与钻尖。
8.根据权利要求1所述的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于所述的防护支撑单元中螺旋叶片表面积较大,嵌入底泥时利于保持仪器稳定。
9.根据权利要求1所述的多参数多点位上覆水与间隙水同步检测仪,其特征在于所述的防护支撑单元中螺纹套筒利用螺纹连接相邻的电极耦合单元,根据不同水深安装成不同长度,所述的电极耦合单元至少一个。
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