CN114965404B - 测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，包括：环形槽；水流模拟机构，水流模拟机构包括流速调节部和波浪模拟部，流速调节部和波浪模拟部均固接在环形槽上，且波浪模拟部设置在流速调节部的出水侧；监测机构，监测机构包括可调安装部和探头，可调安装部可拆卸连接在环形槽上，可调安装部设置在波浪模拟部的出水侧，探头设置有若干个，若干探头均可拆卸连接在可调安装部上；送料部，送料部固接在环形槽上，送料部位于可调安装部和波浪模拟部之间；控制记录部，流速调节部、波浪模拟部、探头和送料部均与控制记录部电性连接。本发明能够模拟微塑料在不同水流条件下的运动规律，为研究微塑料在水体中的运动规律提供支持。

Description

测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置

技术领域

本发明涉及水体中微塑料运动模拟装置技术领域，特别是涉及测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置。

背景技术

微塑料污染已成为全球高度关注的环境问题，微塑料作为一种不溶于水的颗粒污染物，在输移过程对水文情势的变化十分敏感，在一些流量变化程度较大的河流中，水文条件很大程度上决定了河流中微塑料的积累和迁移。为定量化地研究和模拟微塑料在水体中的输移过程，研究人员根据微塑料的行为特征和水文水动力条件构建了不同模型，以测得微塑料在水体中的运动参数。

目前的模拟装置普遍采用荧光染色法观察微塑料在水体中运动的特性，在荧光染色法的观察过程中需要使用荧光探头检测不同位置水中荧光的强度，但是由于现有的模拟装置对探头位置的调节十分不方便，在调节若干探头的位置时十分繁琐。

因此，亟需设计测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，包括：

环形槽；

水流模拟机构，所述水流模拟机构包括流速调节部和波浪模拟部，所述流速调节部和所述波浪模拟部均固接在所述环形槽上，且所述波浪模拟部设置在所述流速调节部的出水侧；

监测机构，所述监测机构包括可调安装部和探头，所述可调安装部可拆卸连接在所述环形槽上，所述可调安装部设置在所述波浪模拟部的出水侧，所述探头设置有若干个，若干所述探头均可拆卸连接在所述可调安装部上；

送料部，所述送料部固接在所述环形槽上，所述送料部位于所述可调安装部和所述波浪模拟部之间；

控制记录部，所述流速调节部、所述波浪模拟部、所述探头和所述送料部均与所述控制记录部电性连接。

优选的，所述可调安装部包括两滑轨，两所述滑轨均与所述环形槽可拆卸连接，两所述滑轨之间设置有若干滑杆，若干所述滑杆两端分别与两所述滑轨限位滑接，所述滑杆上限位滑接有若干夹持组件，所述探头与所述夹持组件可拆卸连接。

优选的，所述夹持组件包括限位滑接在所述滑杆上的固定块，所述固定块内开设有空腔，所述空腔内转动连接有齿轮，所述齿轮的两侧设置有第三滑块，两所述第三滑块均与所述空腔底端内壁滑接，所述第三滑块靠近所述齿轮的一侧设置有齿条，所述齿条与所述齿轮相啮合，两所述第三滑块顶端均固接有夹持块，所述夹持块的末端伸出所述固定块，两所述夹持块用于夹持所述探头，所述固定块上安装有传动件，所述传动件与所述齿轮螺接。

优选的，所述传动件包括螺纹杆，所述螺纹杆贯穿所述齿轮并与所述齿轮螺接，所述螺纹杆顶端伸出所述固定块并固接有按钮，所述空腔下方开设有滑道，所述滑道内限位滑接有滑板，所述螺纹杆底端伸入所述滑道与所述滑板固接，所述滑板底端固接有弹簧，所述弹簧末端与所述滑道内壁固接。

优选的，：两所述夹持块相对的一侧均固接有柔性块。

优选的，所述流速调节部包括位于所述环形槽内的第二安装架，所述第二安装架与所述环形槽顶端固接，所述第二安装架内转动连接有转轴，所述转轴上固接有若干叶片，所述转轴上固定套设有第二蜗轮，所述第二蜗轮的一侧设置有第二蜗杆，所述第二蜗杆与所述第二安装架转动连接，所述第二蜗轮与所述第二蜗杆相啮合，所述第二安装架顶端固接有第二电机，所述第二电机的输出轴与所述第二蜗杆同轴固接，所述第二电机与所述控制记录部电性连接。

优选的，所述波浪模拟部包括位于所述环形槽内的第一安装架，所述第一安装架与所述环形槽顶端固接，所述第一安装架内转动连接有若干挡板，所述第一安装架上转动连接有若干第一蜗轮，若干所述第一蜗轮分别与若干所述挡板同轴固接，所述第一蜗轮一侧设置有第一蜗杆，所述第一蜗轮与所述第二蜗杆相啮合，若干所述第一蜗杆同轴固接，且若干所述蜗杆均与所述第一安装架转动连接，所述第一安装架顶端固接有第一电机，若干所述第一蜗杆均与所述第一电机的输出轴同轴固接，所述第一电机与所述控制记录部电性连接。

优选的，所述送料部包括固接在所述环形槽顶端的第三安装架，所述第三安装架顶端固接有储料斗，所述第三安装架底端固接有出料管，所述出料管与所述储料斗连通，且所述出料管上固接有电磁阀，所述电磁阀与所述控制记录部连通。

优选的，所述控制记录部包括控制器和数据记录仪，所述第一电机、第二电机和所述电磁阀均与所述控制器电性连接，所述探头与所述数据记录仪电性连接。

优选的，所述环形槽内可拆卸连接有两拦截网，所述滑轨和所述第三安装架均位于两所述拦截网之间。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明通过流速调节部和波浪模拟部能够模拟外界水体的条件，保障测定水体中微塑料运动速率的准确性。

2、本发明通过设置可调安装部，并将若干探头安装在可调安装部上，能够更加方便的根据实验需要对探头进行调节，以便更好的检测不同深度和不同间距之间的水体中的荧光强度，保障测定结果的精确性。

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为本发明测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置的结构示意图；

图2为固定架与滑轨的连接示意图；

图3为滑轨与滑杆的连接示意图；

图4为滑杆与夹持组件的连接示意图；

图5为夹持组件的结构示意图；

图6为传动件的结构示意图；

图7为图6中A的放大图；

图8为波浪模拟部的结构示意图；

图9为流速调节部的结构示意图；

图10为送料部的结构示意图；

其中，1、环形槽；2、固定架；3、螺杆；4、旋钮；5、连接板；6、第一橡胶块；7、第二橡胶块；8、滑轨；9、刻度；10、连接杆；11、第一螺钉；12、第一滑块；13、第二滑块；14、第二螺钉；15、滑杆；16、按钮；17、固定块；18、夹持块；19、柔性块；20、探头；21、齿轮；22、螺纹杆；23、第三滑块；24、齿条；25、滑槽；26、弹簧；27、滑板；28、限位块；29、限位槽；30、拦截网；31、第一安装架；32、第一电机；33、挡板；34、第一蜗轮；35、第一蜗杆；36、第二电机；37、第二安装架；38、转轴；39、叶片；40、第二蜗轮；41、第二蜗杆；42、控制器；43、流量计；44、第三安装架；45、储料斗；46、电磁阀；47、出料管；48、数据记录仪。

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。

为使本发明的上述目的、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。

参照图1-10，本发明提供测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，包括：

环形槽1；

水流模拟机构，水流模拟机构包括流速调节部和波浪模拟部，流速调节部和波浪模拟部均固接在环形槽1上，且波浪模拟部设置在流速调节部的出水侧；

监测机构，监测机构包括可调安装部和探头20，可调安装部可拆卸连接在环形槽1上，可调安装部设置在波浪模拟部的出水侧，探头20设置有若干个，若干探头20均可拆卸连接在可调安装部上；

送料部，送料部固接在环形槽1上，送料部位于可调安装部和波浪模拟部之间；

控制记录部，流速调节部、波浪模拟部、探头20和送料部均与控制记录部电性连接。

进一步的，环形槽1为玻璃材质。

进一步的，可调安装部包括两滑轨8，两滑轨8均与环形槽1可拆卸连接，两滑轨8之间设置有若干滑杆15，若干滑杆15两端分别与两滑轨8限位滑接，滑杆15上限位滑接有若干夹持组件，探头20与夹持组件可拆卸连接。

进一步的，滑轨8靠近环形槽1的一侧固接有固定架2，两固定架2通过连接杆10固接，滑轨8通过固定架2与环形槽1可拆卸连接，滑杆15两端均固接有第一滑块12，第一滑块12分别与两滑轨8滑接，第一滑块12远离滑杆15的一侧设置有第一螺钉11，第一螺钉11与第一滑块12螺接，当将滑杆15调节至合适位置后拧动第一螺钉11，使第一螺钉11的末端顶住滑轨8，则滑杆15在滑轨8上的相对位置固定，当需要调节滑杆15的位置时，拧动第一螺钉11使第一螺钉11不再顶住滑轨8即可进行调节。

进一步的，固定架2由一短竖板、一横板和一长竖板组成，滑轨8与长竖板固接，横板固接在长竖板的顶端，短竖板固接在横板远离长竖板的一端，短竖板上贯穿设置有螺杆3，螺杆3与短竖板螺接，螺杆3靠近长竖板的一端转动连接有连接板5，连接板5远离螺杆3的一侧固接有第一橡胶块6，螺杆3远离长竖板的一端固接有旋钮4，长竖板靠近短竖板的一侧固接第二橡胶块7，将固定架2扣在环形槽1的外壁上使长竖板和连接板5分别位于环形槽1外壁的两侧，转动螺杆3使连接板5与长竖板之间的间距变小，直至连接板5与长竖板夹持住环形槽1的外壁，将固定架2固定在环形槽1上，第一橡胶块6和第二橡胶块7能够防止在夹持过程中导致环形槽1损坏，同时能够增大固定架2与环形槽1之间的摩擦力。

进一步的，夹持组件包括限位滑接在滑杆15上的固定块17，固定块17内开设有空腔，空腔内转动连接有齿轮21，齿轮21的两侧设置有第三滑块23，两第三滑块23均与空腔底端内壁滑接，第三滑块23靠近齿轮21的一侧设置有齿条24，齿条24与齿轮21相啮合，两第三滑块23顶端均固接有夹持块18，夹持块18的末端伸出固定块17，两夹持块18用于夹持探头20，固定块17上安装有传动件，传动件与齿轮21螺接。

进一步的，空腔底端内壁开设有滑槽25，第三滑块23与滑槽25滑接。

进一步的，滑杆15上滑动套设有第二滑块13，第二滑块13的顶端设置有第二螺钉14，第二螺钉14与第二滑块13螺接，固定块17固接在第二滑块13上，当将第二滑块13调节至合适位置后，转动第二螺钉14使第二螺钉14顶住滑杆15则第二滑块13在滑杆15上的位置固定，当需要调节第二滑块13的位置时，拧动第二螺钉14使第二螺钉14不再顶住滑杆15即可。

进一步的，滑轨8和滑杆15上刻有刻度9，通过设置刻度9便能够更加直观便捷的观察第一滑块12和第二滑块13所处的位置，方便后期计算微塑料的运动速率。

通过调节滑杆15在滑轨8上的位置便能够使探头20对不同深度的水体内经过染色的微塑料进行检测，通过调节第二滑块13在滑杆15上的位置便能够使探头20对不同长度间隔的水体内经过染色的微塑料进行检测，本发明能够方便的调节探头20的位置，以便更好的测量微塑料在水体内的运动速率。

进一步的，传动件包括螺纹杆22，螺纹杆22贯穿齿轮21并与齿轮21螺接，螺纹杆22顶端伸出固定块17并固接有按钮16，空腔下方开设有滑道，滑道内限位滑接有滑板27，螺纹杆22底端伸入滑道与滑板27固接，滑板27底端固接有弹簧26，弹簧26末端与滑道内壁固接。

进一步的，螺纹杆22外壁固接有螺旋状凸起，齿轮21上贯穿开设有通孔，通孔内壁开设有与螺旋状凸起相适配的螺旋槽，螺旋凸起与螺旋槽滑接。

夹持组件在正常状态如图6所示滑板27位于滑道的最上方，此时两夹持块18之间的间距最小，当需要夹持探头20时，按动按钮16，此时螺纹杆22向下运动，由于螺纹杆22与齿轮21螺接，齿轮21又转动连接在空腔内，因此螺纹杆22向下运动时会带动齿轮21转动，由于齿轮21两侧的第三滑块23均通过齿条24与齿轮21啮合，因此两第三滑块23运动方向相反，也就是两夹持块18之间的间距变大，将探头20放置在两夹持块18之间，松开按钮16，在弹簧26弹力的作用下螺纹杆22恢复原位，此过程会带动齿轮21反向运动，也就是两夹持块18之间的间距会变小，因此便能夹持住探头20。

进一步的，滑道侧壁开设有限位槽29，限位槽29内滑接有限位块28，限位槽29与限位块28滑接。

进一步的，为了更好的对探头20进行夹持，并防止夹坏探头20，两夹持块18相对的一侧均固接有柔性块19。

进一步的，流速调节部包括位于环形槽1内的第二安装架37，第二安装架37与环形槽1顶端固接，第二安装架37内转动连接有转轴38，转轴38上固接有若干叶片39，转轴38上固定套设有第二蜗轮40，第二蜗轮40的一侧设置有第二蜗杆41，第二蜗杆41与第二安装架37转动连接，第二蜗轮40与第二蜗杆41相啮合，第二安装架37顶端固接有第二电机36，第二电机36的输出轴与第二蜗杆41同轴固接，第二电机36与控制记录部电性连接。

第二电机36转动带动第二蜗杆41转动，第二蜗杆41带动与之啮合的第二蜗轮40转动，第二蜗轮40带动与之固接的转轴38转动，进而带动叶片39运动，通过叶片39的运动带动水流朝一个方向移动，通过控制第二电机36转动的速度控制水流移动的速度。

进一步的，波浪模拟部包括位于环形槽1内的第一安装架31，第一安装架31与环形槽1顶端固接，第一安装架31内转动连接有若干挡板33，第一安装架31上转动连接有若干第一蜗轮34，若干第一蜗轮34分别与若干挡板33同轴固接，第一蜗轮34一侧设置有第一蜗杆35，第一蜗轮34与第二蜗杆41相啮合，若干第一蜗杆35同轴固接，且若干蜗杆均与第一安装架31转动连接，第一安装架31顶端固接有第一电机32，若干第一蜗杆35均与第一电机32的输出轴同轴固接，第一电机32与控制记录部电性连接。

第一电机32转动带动与之同轴固接的第一蜗杆35转动，第一蜗杆35转动带动与之啮合的第一蜗轮34转动，第一蜗轮34带动挡板33转动，当流动的水流撞击至挡板33时会产生波浪，通过控制挡板33与水流流动方向所呈的夹角便能控制波浪的大小，更好的模拟河流等水体的运动过程，以便更准确的测得微塑料在这些水体内的运动规律。

进一步的，送料部包括固接在环形槽1顶端的第三安装架44，第三安装架44顶端固接有储料斗45，第三安装架44底端固接有出料管47，出料管47与储料斗45连通，且出料管47上固接有电磁阀46，电磁阀46与控制记录部连通。

进一步的，储料斗45内储存有经过荧光染色的微塑料。

进一步的，第二安装架37位于第一安装架31和第二安装架37之间，滑轨8位于第三安装架44远离第二安装架37的一侧。

进一步的，控制记录部包括控制器42和数据记录仪48，第一电机32、第二电机36和电磁阀46均与控制器42电性连接，探头20与数据记录仪48电性连接。

进一步的，控制器42为KYL-808系列工业无线测控终端。

进一步的，数据记录仪48为OHR-XH700系列48路彩色数据采集无纸记录仪，数据记录仪48能够记录时间、荧光强度等计算水体中微塑料运动速率所需的数据。

进一步的，环形槽1内壁固接有流量计43，流量计43与控制器42电性连接，流量计43位于第一安装架31和第二安装架37之间。

进一步的，环形槽1内可拆卸连接有两拦截网30，滑轨8和第三安装架44均位于两拦截网30之间。通过设置两个拦截网30，位于第三安装架44靠近第二安装架37一侧的拦截网30能够防止从出料管47进入环形槽1的微塑料向第一安装架31的一侧移动，位于第三安装架44远离第二安装架37一侧的拦截网30能够对实验完成后的微塑料进行捕集。

工作过程：向环形槽1内注入适当深度的清水，调节各个探头20的位置，打开电磁阀46，储料斗45内经过染色的微塑料落至水体，启动第二电机36，环形槽1内的水体初始速度为零，经由叶片39的运动逐步变快，探头20发射与荧光染料相对应波长的光，检测在不同时间段、不同水流速度下、不同深度、不同长度的水体内的荧光强度并记录在数据记录仪48上，实验完成后通过数据记录仪48上记录的数据，对不同情况下水体中微塑料的运动速率进行计算。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，其特征在于，包括：

环形槽（1）；

水流模拟机构，所述水流模拟机构包括流速调节部和波浪模拟部，所述流速调节部和所述波浪模拟部均固接在所述环形槽（1）上，且所述波浪模拟部设置在所述流速调节部的出水侧；

监测机构，所述监测机构包括可调安装部和探头（20），所述可调安装部可拆卸连接在所述环形槽（1）上，所述可调安装部设置在所述波浪模拟部的出水侧，所述探头（20）设置有若干个，若干所述探头（20）均可拆卸连接在所述可调安装部上；

送料部，所述送料部固接在所述环形槽（1）上，所述送料部位于所述可调安装部和所述波浪模拟部之间；

控制记录部，所述流速调节部、所述波浪模拟部、所述探头（20）和所述送料部均与所述控制记录部电性连接；

所述可调安装部包括两滑轨（8），两所述滑轨（8）均与所述环形槽（1）可拆卸连接，两所述滑轨（8）之间设置有若干滑杆（15），若干所述滑杆（15）两端分别与两所述滑轨（8）限位滑接，所述滑杆（15）上限位滑接有若干夹持组件，所述探头（20）与所述夹持组件可拆卸连接；

所述夹持组件包括限位滑接在所述滑杆（15）上的固定块（17），所述固定块（17）内开设有空腔，所述空腔内转动连接有齿轮（21），所述齿轮（21）的两侧设置有第三滑块（23），两所述第三滑块（23）均与所述空腔底端内壁滑接，所述第三滑块（23）靠近所述齿轮（21）的一侧设置有齿条（24），所述齿条（24）与所述齿轮（21）相啮合，两所述第三滑块（23）顶端均固接有夹持块（18），所述夹持块（18）的末端伸出所述固定块（17），两所述夹持块（18）用于夹持所述探头（20），所述固定块（17）上安装有传动件，所述传动件与所述齿轮（21）螺接；

所述传动件包括螺纹杆（22），所述螺纹杆（22）贯穿所述齿轮（21）并与所述齿轮（21）螺接，所述螺纹杆（22）顶端伸出所述固定块（17）并固接有按钮（16），所述空腔下方开设有滑道，所述滑道内限位滑接有滑板（27），所述螺纹杆（22）底端伸入所述滑道与所述滑板（27）固接，所述滑板（27）底端固接有弹簧（26），所述弹簧（26）末端与所述滑道内壁固接。

2.根据权利要求1所述的测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，其特征在于：两所述夹持块（18）相对的一侧均固接有柔性块（19）。

3.根据权利要求1所述的测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，其特征在于：所述流速调节部包括位于所述环形槽（1）内的第二安装架（37），所述第二安装架（37）与所述环形槽（1）顶端固接，所述第二安装架（37）内转动连接有转轴（38），所述转轴（38）上固接有若干叶片（39），所述转轴（38）上固定套设有第二蜗轮（40），所述第二蜗轮（40）的一侧设置有第二蜗杆（41），所述第二蜗杆（41）与所述第二安装架（37）转动连接，所述第二蜗轮（40）与所述第二蜗杆（41）相啮合，所述第二安装架（37）顶端固接有第二电机（36），所述第二电机（36）的输出轴与所述第二蜗杆（41）同轴固接，所述第二电机（36）与所述控制记录部电性连接。

4.根据权利要求3所述的测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，其特征在于：所述波浪模拟部包括位于所述环形槽（1）内的第一安装架（31），所述第一安装架（31）与所述环形槽（1）顶端固接，所述第一安装架（31）内转动连接有若干挡板（33），所述第一安装架（31）上转动连接有若干第一蜗轮（34），若干所述第一蜗轮（34）分别与若干所述挡板（33）同轴固接，所述第一蜗轮（34）一侧设置有第一蜗杆（35），所述第一蜗轮（34）与所述第一蜗杆（35）相啮合，若干所述第一蜗杆（35）同轴固接，且若干所述第一蜗杆（35）均与所述第一安装架（31）转动连接，所述第一安装架（31）顶端固接有第一电机（32），若干所述第一蜗杆（35）均与所述第一电机（32）的输出轴同轴固接，所述第一电机（32）与所述控制记录部电性连接。

5.根据权利要求4所述的测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，其特征在于：所述送料部包括固接在所述环形槽（1）顶端的第三安装架（44），所述第三安装架（44）顶端固接有储料斗（45），所述第三安装架（44）底端固接有出料管（47），所述出料管（47）与所述储料斗（45）连通，且所述出料管（47）上固接有电磁阀（46），所述电磁阀（46）与所述控制记录部连通。

6.根据权利要求5所述的测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，其特征在于：所述控制记录部包括控制器（42）和数据记录仪（48），所述第一电机（32）、第二电机（36）和所述电磁阀（46）均与所述控制器（42）电性连接，所述探头（20）与所述数据记录仪（48）电性连接。

7.根据权利要求5所述的测定水体中微塑料运动速率的室内模拟装置，其特征在于：所述环形槽（1）内可拆卸连接有两拦截网（30），所述滑轨（8）和所述第三安装架（44）均位于两所述拦截网（30）之间。

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