CN113238015A - 生化池溶解氧采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了生化池溶解氧采集系统及方法，系统包括无人船和中央控制器，所述无人船船体上分别设置溶解氧传感器、无线数传模块和总控制器，总控制器内设有采集路径规划单元，所述采集路径规划单元基于生化池的水面区域和当前采样点的溶解氧含量制定采集策略，并基于所述采集策略控制无人船定向采集。通过在无人船上设置溶解氧传感器，并结合无线数传、激光定位灵活控制无人船的采集路径，实现对生化池的全方位采集，以及特殊情况下的重点采集等多种采集方式，提高采集精度，降低采集成本，且能够适应多种采集场景。

Description

生化池溶解氧采集系统及方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其是生化池溶解氧采集系统及方法。

背景技术

生化池是污水处理系统的曝气去除有机物这一工艺流程中所处的环境。此工艺中需要在线监测污水的溶解氧含量，根据获取的在线数据及时调整风机的转速继而改变进气量的大小，来实现污水的溶解氧含量的控制。

目前溶解氧传感器的布局大多为固定位置安装，此种布局如果传感器数量少，则分布密度不够，采集密度比较小，获取的溶解氧数据有限，只能检测某一点的数据，无法对整个生化池的溶解氧进行全方位的检测，精准度降低；如果传感器数量足够多，密度虽然达到了，但是因为需要的传感器数量过多，外部的安装硬件也多，导致安装和维护成本急剧上升。

发明内容

本发明提供了生化池溶解氧采集系统及方法，用于解决现有溶解氧采集精度低、采集成本高的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了生化池溶解氧采集系统，包括无人船和中央控制器，所述无人船船体上分别设置溶解氧传感器、无线数传模块和总控制器，所述溶解氧传感器采集生化池内的溶解氧含量，经总控制器处理后，通过所述无线数传模块发送给所述中央控制器，所述总控制器内设有采集路径规划单元，所述采集路径规划单元基于生化池的水面区域和当前采样点的溶解氧含量制定采集策略，并基于所述采集策略控制无人船定向采集。

进一步地，所述系统还包括设置在船体上的激光传感器和设置在生化池内壁的激光反射板，所述激光传感器与所述总控制器连接，所述总控制器基于激光传感器的数据进行船体定位。

进一步地，所述生化池为长方体状，所述反射板设置在生化池的竖直棱上。

进一步地，所述船体上还设置与所述总控制器连接的运动控制器，所述运动控制器分别连接前进电机和转向舵机，所述电机连接前进螺旋桨，所述转向舵机连接转向桨叶。

进一步地，所述采集系统还包括无线充电模块，所述总控制器内设有电量监测单元，所述电量监测电源用于实时检测锂离子蓄电池的电量，并在电量低于阈值时，控制无人船进行无线充电。

进一步地，所述无人船的船坞内装有无线充电发射端，所述无线充电发射端的充电线圈垂直安装于充电港壁。

本发明第二方面提供了一种生化池溶解氧采集方法，基于所述的采集系统，所述方法包括以下步骤：

获取生化池的水面区域分布情况；

基于所述水面区域的分布情况以及溶解氧传感器的采集范围设定采集路径和采样点；

响应于所述中央控制器的采集指令，根据所述设定的采集路径和采样点进行定向采集。

进一步地，所述采集路径包括固定采集路径和实时采集路径，所述固定采集路径用于对生化池溶解氧含量的全面均匀采集，所述实时采集路径用于对生化池溶解氧含量的部分分层级采集，所述固定采集路径与实时采集路径按条件切换。

进一步地，所述采用固定采集路径的采集过程为：

从设定的起始点开始，无人船按照设定的固定采集路径前进，并在设定的固定采集点处进行含氧量采集，至设定的终止点停止。

进一步地，所述实时采集路径在生化池某区域的含氧量出现异常时或多个采集点数据相近时启动，具体采集过程为：

在使用固定路径采集过程中，对采集点的数据进行实时分析；

若多个采集数据相近，则减少采集点的数量；

若当前采集点数据与先前采集数据的差值超过第一设定阈值，则在两个采集点处及周边区域多次采集；

若当前采集点数据超过第二设定阈值，则在当前采集点周边进行多次采集。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、本发明通过在无人船上设置溶解氧传感器，并结合无线数传、激光定位灵活控制无人船的采集路径，实现对生化池的全方位采集，以及特殊情况下的重点采集等多种采集方式，提高采集精度，降低采集成本，且能够适应多种采集场景。

2、本发明对无人船上的锂离子蓄电池采用无线充电，且船坞上无线充电发射端的充电线圈垂直安装于充电港壁，保证在不同水深情况下，均能使无人船上的接收端线圈与发射端线圈充分耦合，保证充电效率。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述无人船的结构示意图；

图2是本发明所述无人船充电线圈布置图原理图；

图3是本发明所述船坞充电线圈布置示意图；

图4是无线充电原理示意图；

图5是无线充电线圈耦合示意图；

图6是本发明激光反射板的布置示意图；

图7是本发明所述方法的流程示意图；

图8是本发明所述固定采集路径示意图；

图中，1无人船船体、2溶解氧变送器、3溶解氧传感器、4激光传感器、5锂离子蓄电池、6总控制器、7无线数传模块、8无线数传模块天线、9运动控制器、10前进电机、11前进螺旋桨、12转向舵机、13转向桨叶、14无线充电接收线圈、15无线充电模块、16船坞、17无线充电发送线圈、18船坞电源和船坞信号接收器、19生化池、20激光反射板。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，生化池溶解氧采集系统，包括无人船和中央控制器，无人船船体1上分别设置溶解氧变送器2、溶解氧传感器3、激光传感器4、锂离子蓄电池5、总控制器6、无线数传模块7、无线数传模块天线8、运动控制器9、前进电机10、前进螺旋桨11、转向舵机12、转向桨叶13、无线充电接收线圈14和无线充电模块15。

溶解氧传感器3采集生化池内的溶解氧含量，经溶解氧变送器2、总控制/6处理，将模拟量信号接入无线数传发射端，无线数传发射端采集并转变为数字信号，通过所述无线数传模块天线8发送给所述中央控制器。所述总控制器6内设有采集路径规划单元，所述采集路径规划单元基于生化池的水面区域和当前采样点的溶解氧含量制定采集策略，并基于所述采集策略控制无人船定向采集。

如图2-5所示，所述采集系统还包括无线充电模块，所述总控制器6内设有电量监测单元，所述电量监测电源用于实时检测锂离子蓄电池5的电量，并在电量低于阈值时，控制无人船驶入船坞16，并控制船坞电源和船坞无信号接收器18工作，为无线充电发送线圈17供电。

锂离子蓄电池5、无线充电模块15和电量检测单元依次连接，无线充电模块还连接无线充电接收线圈14。所述无人船的船坞内装有无线充电发射端，所述无线充电发射端的充电线圈垂直安装于充电港壁。此种安装方式可以保证在不同水深情况下均可使无线充电接收线圈14与无线充电发送线圈17充分耦合，保证充电效率。

生化池水位通常变化范围不大，对于水位变化较大的场合通过加长发射线圈的长度也可以适应这种场合。无线充电的特性只有在发射和接收线圈的耦合区才有能量的传输，在非耦合区仅仅存在少量的漏磁，因此将无线充电发射端的充电线圈垂直安装于充电港壁，增大耦合区。

无线充电主要能量靠感应线圈来传输，线圈可以通过灌胶密封等方式做到防水，只要在耦合区内无金属或者导磁材料则不影响传输。

无线充电的拓扑架构如图4所示采用LCC-LCC电流型结构，发射端收到启动信号后保持恒定电压输出，接收端采用可控整流来实现恒流、恒压、涓流三段式充电。拓扑架构，发射端由直流电源、逆变器、补偿网络、发射线圈组成，接收端由接收线圈、补偿网络、可控整流组成。

所述系统还包括设置在船体上的激光传感器4和设置在生化池内壁的激光反射板20，所述激光传感器4与所述总控制器6连接，所述总控制器6基于激光传感器4的数据进行船体定位。

如图6所示，所述生化池19为长方体状，所述激光反射板20设置在生化池的竖直棱上。

无人船下水后，通过激光传感器4不断向周围发射激光信号，并通过安置在生化池19四周的激光反射板20反射激光，反射的激光进入激光传感器4中，激光传感器4将发射与发射的时间差信号发给总控制器6，总控制器6计算出当前位置。

无人船在第一次下水后会通过搭载的激光传感器对生化池池体水面区域进行扫描绘图，并将水面区域图保存。根据溶解氧传感器的采集距离及生化池的水面区域，设定的采集路径，路径间隔距离及仪表采集区域自动计算路径，如图8所示。

无人船根据路线规划计算出运动指令，发给前进电机10、转向舵机12。前进电机10可带动前进螺旋桨11正传及反转以推动无人船前进及后退，转向舵机12可控制转向桨叶13偏转以实现无人船转向，从而实现无人船的自动按规划路线运行。

当无人船根据规划路线到达设定位置后，总控制器6向溶解氧变送器2发出采集信号指令，通过溶解氧传感器3采集到溶解氧及温度信号后，溶解氧变送器2向总控制器发出采集得到的结果信号及采集完成信号，总控制器控制无人船向下一采集点运动。

总控制器6在收到采集的信号后，由无线数传发射端采集并转变为数字信号进行无线modbus RTU转发至船坞16固定设置的无线数传接收端18，无线数传接收端再将接收到的数据通过数字信号通讯传输至污水处理系统中央控制器。

如图7所示，本发明提供的生化池溶解氧采集方法，基于上述采集系统，该方法包括以下步骤：

获取生化池的水面区域分布情况，该步骤在无人船第一次下水后，通过激光传感器及激光反射板获取数据，经总控制器计算可得。

基于所述水面区域的分布情况以及溶解氧传感器的采集范围设定采集路径和采样点。

响应于所述中央控制器的采集指令，根据所述设定的采集路径和采样点进行定向采集。

所述采集路径包括固定采集路径和实时采集路径，所述固定采集路径用于对生化池溶解氧含量的全面均匀采集，所述实时采集路径用于对生化池溶解氧含量的部分分层级采集，所述固定采集路径与实时采集路径按条件切换。

所述采用固定采集路径的采集过程为：从设定的起始点开始，无人船按照设定的固定采集路径前进，并在设定的固定采集点处进行含氧量采集，至设定的终止点停止。

所述实时采集路径在生化池某区域的含氧量出现异常时或多个采集点数据相近时启动，具体采集过程为：在使用固定路径采集过程中，对采集点的数据进行实时分析；若多个采集数据相近，则减少采集点的数量；若当前采集点数据与先前采集数据的差值超过第一设定阈值，则在两个采集点处及周边区域多次采集；若当前采集点数据超过第二设定阈值，则在当前采集点周边进行多次采集。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.生化池溶解氧采集系统，包括无人船和中央控制器，所述无人船船体上分别设置溶解氧传感器、无线数传模块和总控制器，所述溶解氧传感器采集生化池内的溶解氧含量，经总控制器处理后，通过所述无线数传模块发送给所述中央控制器，其特征是，所述总控制器内设有采集路径规划单元，所述采集路径规划单元基于生化池的水面区域和当前采样点的溶解氧含量制定采集策略，并基于所述采集策略控制无人船定向采集。

2.根据权利要求1所述生化池溶解氧采集系统，其特征是，所述系统还包括设置在船体上的激光传感器和设置在生化池内壁的激光反射板，所述激光传感器与所述总控制器连接，所述总控制器基于激光传感器的数据进行船体定位。

3.根据权利要求2所述生化池溶解氧采集系统，其特征是，所述生化池为长方体状，所述反射板设置在生化池的竖直棱上。

4.根据权利要求1所述生化池溶解氧采集系统，其特征是，所述船体上还设置与所述总控制器连接的运动控制器，所述运动控制器分别连接前进电机和转向舵机，所述电机连接前进螺旋桨，所述转向舵机连接转向桨叶。

5.根据权利要求1所述生化池溶解氧采集系统，其特征是，所述采集系统还包括无线充电模块，所述总控制器内设有电量监测单元，所述电量监测电源用于实时检测锂离子蓄电池的电量，并在电量低于阈值时，控制无人船进行无线充电。

6.根据权利要求5所述生化池溶解氧采集系统，其特征是，所述无人船的船坞内装有无线充电发射端，所述无线充电发射端的充电线圈垂直安装于充电港壁。

7.生化池溶解氧采集方法，基于权利要求1-6任一项所述的采集系统，其特征是，所述方法包括以下步骤：

获取生化池的水面区域分布情况；

基于所述水面区域的分布情况以及溶解氧传感器的采集范围设定采集路径和采样点；

响应于所述中央控制器的采集指令，根据所述设定的采集路径和采样点进行定向采集。

8.根据权利要求7所述生化池溶解氧采集方法，其特征是，所述采集路径包括固定采集路径和实时采集路径，所述固定采集路径用于对生化池溶解氧含量的全面均匀采集，所述实时采集路径用于对生化池溶解氧含量的部分分层级采集，所述固定采集路径与实时采集路径按条件切换。

9.根据权利要求8所述生化池溶解氧采集方法，其特征是，采用固定采集路径的采集过程为：

从设定的起始点开始，无人船按照设定的固定采集路径前进，并在设定的固定采集点处进行含氧量采集，至设定的终止点停止。

10.根据权利要求8所述生化池溶解氧采集方法，其特征是，所述实时采集路径在生化池某区域的含氧量出现异常时或多个采集点数据相近时启动，具体采集过程为：

在使用固定路径采集过程中，对采集点的数据进行实时分析；

若多个采集数据相近，则减少采集点的数量；

若当前采集点数据与先前采集数据的差值超过第一设定阈值，则在两个采集点处及周边区域多次采集；

若当前采集点数据超过第二设定阈值，则在当前采集点周边进行多次采集。

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