CN114965927B - 一种便携式水质观测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水质检测技术领域，公开了一种便携式水质观测设备及其使用方法，包括浮力调节装置、水样采集装置、动力检验装置、图像检验装置，所述浮力调节装置包括浮体材料和控制器，所述控制器中充气泵控制调节水质观测设备的浮力，所述水样采集装置包括取样开关与水箱，所述动力检验装置滑动连接水箱，所述图像检验装置包括图像传感器和阻尼，所述数据收集器收集处理数据求出未知变量比照参照值判断水质情况，一种基于物理机械振动实验模型对水体测速方法在保证测量数据准确性的前提下，能更加快捷有效地观测水质情况，本发明结构简便、实时有效处理数据，大大提高了水质观测速率，为水环境保护工作与水污染防治工作带来极大的便利。
Description
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，具体是一种便携式水质观测设备。
背景技术
水是人类生活不可或缺的自然资源，但当前全球水资源、地表水和地下水环境均已经受到不同程度污染，引发了全球水资源危机，加强水资源的监测和预警，改善水环境、保障水资源可持续利用迫在眉睫。
水资源的开发与保护一个重要步骤就是水质观测，传统意义上水质观测工作以实验室仪器分析为主，等待结果时间长，不能够及时有效地发现水质异常情况，目前，在线水质观测工具对于水质观测存在设备面积大，监测数据不够及时有效的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式水质观测设备及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种便携式水质观测设备，包括浮力调节装置、水样采集装置、动力检验装置、图像检验装置、中空壳体，所述浮力调节装置包括浮体材料和控制器，所述水样采集装置包括水箱和取样开关，所述取样开关位于所述水箱一侧，所述水箱与所述中空壳体内部滑动连接，所述动力检验装置包括吸附装置、传感器发射器、弹簧、传感器接收器和数据收集器，所述传感器发射器与所述水箱固定连接，所述水箱上方固定连接有所述弹簧，所述弹簧上方固定连接有所述传感器接收器，所述传感器接收器用于接收所述水箱运动位移信号，所述传感器接收器通过有线连接方式将数据信号传输至所述数据收集器，所述数据收集器对传感器所获数据进行收集处理，所述图像检验装置包括若干均匀分布的图像传感器和阻尼，所述图像传感器用于接收所述水箱运动画面。
作为本发明再进一步的方案：所述浮力调节装置中所述控制器包括充气泵，通过所述控制器内部的充气泵控制浮体材料的膨胀与压缩来调节整个水质观测设备的浮力。
作为本发明再进一步的方案：所述水样采集装置内部装置清洁单元连接在所述水箱内部远离取样开关的一侧，所述清洁装置包括超声波发生器，利用超声波对液体和杂质直接、间接的作用，使水箱内杂质被分散剥离而达到清洗目的，在水质观测结束时通过所述清洁装置中所述超声波发生器对水箱内壁进行清洁，防止对下一次观测数据造成影响。
作为本发明再进一步的方案：所述吸附装置内部装置电磁吸盘，所述电磁吸盘通过使内部线圈通电产生磁力将接触在面板表面的所述传感器发射器紧紧吸住，通过线圈断电，磁力消失实现退磁释放所述传感器发射器。
作为本发明再进一步的方案：所述图像采集装置中所述阻尼与所述图像传感器处于同一横截面。
作为本发明再进一步的方案：所述中空壳体底部装置有若干均匀分布的重力块，用以防止水质观测设备在水下发生晃动对采集数据产生影响。
作为本发明再进一步的方案，一种便携式水质观测设备的使用方法，包括如下情况的使用方法：
A：首先在水质观测设备放至水中之前，打开所述电磁吸盘电源，将所述传感器发射器吸附所述电磁吸盘面板上，因所述水样采集装置与所述动力检验装置中所述传感器发射器固定连接，所以所述水箱与所述传感器发射器运动状态保持一致，然后将整个水质观测设备投放至水中，打开控制器电源，通过控制器内的充气泵对浮体材料充气，使浮体材料膨胀来达到整个水质观测设备的所需浮力，待整个水质观测设备到达指定采样区域，打开所述水样采集装置中取样开关采集水样，所述水箱内装置有水位传感器，通过所述水位传感器判断所述水箱是否充满水样；
B：待所述水箱充满水样，断开所述水样采集装置中取样开关以及所述吸附装置中所述电磁吸盘的电源，同时开启数据收集器电源和传感器发射器部分的电源，所述水箱会被瞬时释放，因所述水箱通过弹簧与所述传感器接收器固定连接，所以所述水箱在所述弹簧的拉力作用下向上运动，被赋予一个加速度，待所述水箱运动至所述图像传感器所在位置时，所述水箱会受到来自所述阻尼的摩擦作用，以此对所述水箱造成减速放慢作用，同时所述图像传感器拍摄所述水箱中水样画面，若干所述图像传感器拍摄记录画面，通过分区域记录画面对水质大致扫描以进一步对实验样本进行修正，确保采集的水样中不存在对观测干扰较大的物质；
C：待所述水箱通过所述图像检验装置区域后，所述水箱继续向上运动，直至所述水箱到达最大位移处，所述数据收集器收集所述传感器发射器与所述传感器接收器数据，此间所述弹簧刚度一定，运动位移一定，根据、/>运动方程可求出相关变量，系统设定纯净水的运动试验结果作为设定参照值，根据变量的变化值对比设定参照值判断水质情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
相对于传统水质观测方法，采用基于物理机械运动实验模型水体测速方法在保证测量数据准确性的前提下，能更加快捷有效地进行水质观测，本发明结构简便、实时有效处理数据，大大提高了水质观测速率，为水环境保护工作与水污染防治工作带来极大的便利。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，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为一种便携式水质观测设备的结构示意图；
图2为一种便携式水质观测设备的水样采集装置中浮力调节装置内部结构示意图；
图3为一种便携式水质观测设备的水样采集装置中水箱结构示意图；
图4为一种便携式水质观测设备的水样采集装置中水箱运动的状态示意图；
图5为一种便携式水质观测设备的水样采集装置中水箱位置固定的状态示意图；
图6为一种便携式水质观测设备的水样采集装置中浮体材料充气的状态示意图；
图中：1、浮力调节装置；11、控制器；111、充气泵；12、浮体材料；2、水样采集装置；21、水箱；211、清洁装置；2111、超声波发生器；212、水位传感器；22、取样开关；3、动力检验装置；31、吸附装置；311、电磁吸盘；32、传感器发射器；33、弹簧；34、传感器接收器；35、数据收集器；4、图像检验装置；41、阻尼；42、图像传感器；5、中空壳体；51、重力块。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1-6，一种便携式水质观测设备，包括浮力调节装置（1）、水样采集装置（2）、动力检验装置（3）、图像检验装置（4）、中空壳体（5），浮力调节装置（1）包括浮体材料（12）和控制器（11），水样采集装置（2）包括水箱（21）和取样开关（22），取样开关（22）位于水箱（21）一侧，水箱（21）与中空壳体内部滑动连接，动力检验装置（3）包括吸附装置（31）、传感器发射器（32）、弹簧（33）、传感器接收器（34），弹簧（33）上方固定连接有传感器接收器（34），弹簧（33）下方与水箱（21）固定连接，图像检验装置（4）包括若干均匀分布的图像传感器（42）和阻尼（41），图像传感器（42）用于接收水箱（21）运动画面，传感器接收器（34）用于接收水箱（21）运动位移信号，数据收集器（35）收集传感器所获数据。
一种便携式水质观测设备的使用方法，包括如下情况的使用方法：
A:在水质观测设备放至水中之前，因水箱（21）与动力检验装置（3）中传感器发射器（32）固定连接，所以水箱（21）与传感器发射器（32）的运动状态在检测过程中保持一致，在打开电磁吸盘（311）电源时，电磁吸盘（311）会因内部线圈通电产生磁力将接触在面板表面的传感器发射器（32）紧紧吸住，使水箱（21）与取样开关（22）处于同一水平线上，可以保证水样的顺利采集同时保证每次水箱（21）运动的初始位置相同，然后将整个水质观测设备投放至水中，打开控制器（11）电源，使控制器（11）内的充气泵（111）对浮体材料（12）充气，使浮体材料（12）膨胀来达到整个水质观测设备的所需浮力，其中浮力调节装置（1）中浮体材料（12）为可膨胀可压缩材料，用来保证充气泵（111）能够灵活地对浮体材料（12）进行压缩与膨胀来调节整个水质观测设备的浮力，待整个水质观测设备到达指定采样区域，水质观测设备整体在重力块（51）的作用下可保持平稳状态，不发生晃动，以免水质观测设备晃动幅度过大对水样采集产生不利影响，此时打开水样采集装置（2）中取样开关（22）采集水样，由于水箱（21）内压强与外部水压存在差值，在取样开关（22）打开时水体在压强差作用下流入水箱（21），水箱（21）内装置有水位传感器（212），水位传感器（212）用来感应水箱（21）内水样的水位，通过水位传感器（212）记录的水位来判断水箱（21）是否充满水样；
B：待水箱（21）充满水样，断开水样采集装置（2）中取样开关（22）以及吸附装置（31）中电磁吸盘（311）的电源，同时开启数据收集器（35）电源和传感器发射器（32）的电源，弹簧（33）上方固定连接有传感器接收器（34），弹簧（33）下方与水箱（21）固定连接，通过线圈断电，磁力消失实现退磁释放传感器发射器（32），传感器发射器（32）与水箱（21）同时运动，水箱（21）在弹簧（33）的拉力作用下向上运动，被赋予一个加速度，待水箱（21）运动至图像传感器（42）所在位置时，水箱（21）会受到来自阻尼（41）的摩擦作用，以此对水箱（21）造成减速放慢作用，图像检验装置（4）中阻尼（41）与图像传感器（42）处于同一横截面，水箱（21）运动速度在放慢的同时图像传感器（42）可以拍摄水箱（21）中水样画面，若干图像传感器（42）拍摄记录画面，通过分区域记录画面对水质大致扫描以进一步对实验样本进行修正，确保采集的水样中不存在对观测干扰较大的物质，若传感画面中存在有较大的物质需重新采样进行测定；
C：待水箱（21）通过图像检验装置（4）区域后，水箱（21）继续向上运动，直至水箱（21）到达最大位移处，数据收集器（35）收集传感器发射器（32）与传感器接收器（34）数据，此间弹簧（33）刚度一定，运动位移一定，根据、/>运动方程可求出相关变量t，系统设定纯净水的运动试验结果作为初始参照值，同时将水质分为5级，不同等级的水质有不同的变量t范围，根据变量t的数值对比参照范围判断水质情况；
D:待数据处理完成后，需对水箱（21）进行清洁工作，水样采集装置（2）内部装置清洁装置（211）固定连接在水箱（21）内部远离取样开关（22）的一侧，清洁装置（211）内置超声波发生器（2111），利用超声波对液体和杂质进行清洁，在水质观测结束时可通过清洁装置（211）中超声波发生器（2111）对水箱（21）内壁进行清洁，防止对下一次观测数据造成影响。
以上的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种便携式水质观测设备，其特征在于，包括浮力调节装置（1）、水样采集装置（2）、动力检验装置（3）、图像检验装置（4）、中空壳体（5），所述浮力调节装置（1）包括浮体材料（12）和控制器（11），所述水样采集装置（2）包括水箱（21）和取样开关（22），所述取样开关（22）位于所述水箱（21）一侧，所述水箱（21）与所述中空壳体（5）内部滑动连接，所述动力检验装置（3）包括吸附装置（31）、传感器发射器（32）、弹簧（33）、传感器接收器（34）、数据收集器（35），所述弹簧（33）上方固定连接有所述传感器接收器（34），所述弹簧（33）下方与所述水箱（21）固定连接，所述图像检验装置（4）包括若干均匀分布的图像传感器（42）和阻尼（41），所述图像传感器（42）用于接收所述水箱（21）运动画面，所述传感器接收器（34）用于接收所述水箱（21）运动位移信号，所述数据收集器（35）收集传感器所获数据；
所述浮力调节装置（1）中所述控制器（11）包括充气泵（111），通过所述控制器（11）内部的充气泵（111）控制浮体材料（12）的膨胀与压缩来调节整个水质观测设备的浮力；
所述水样采集装置（2）内部装置清洁装置（211）连接在所述水箱（21）内部远离取样开关（22）的一侧，所述清洁装置（211）包括超声波发生器（2111），在水质观测结束时通过所述清洁装置（211）中所述超声波发生器（2111）对水箱（21）内壁进行清洁，防止对下一次观测数据造成影响，利用超声波对液体和污物直接、间接的作用达到对所述水箱（21）的清洁目的；
所述吸附装置（31）内部装置电磁吸盘（311），所述电磁吸盘（311）通过使内部线圈通电产生磁力将接触在面板表面的所述传感器发射器（32）紧紧吸住，通过线圈断电，磁力消失实现退磁释放所述水箱（21）；
所述图像检验装置（4）中所述阻尼（41）与所述图像传感器（42）处于同一横截面；
所述中空壳体（5）底部装置有若干均匀分布的重力块（51），用以防止水质观测设备在水下发生晃动对采集数据产生影响。
2.如权利要求1所述的一种便携式水质观测设备的使用方法，其特征在于，包括如下情况的使用方法：
A：首先在水质观测设备放至水中之前，打开所述电磁吸盘（311）电源，将所述传感器发射器（32）吸附所述电磁吸盘（311）面板上，因所述水样采集装置（2）与所述动力检验装置（3）中所述传感器发射器（32）固定连接，所以所述水箱（21）与所述传感器发射器（32）运动状态保持一致，然后将整个水质观测设备投放至水中，打开控制器（11）电源，通过控制器（11）内的充气泵（111）对浮体材料（12）充气，使浮体材料（12）膨胀来达到整个水质观测设备的所需浮力，待整个水质观测设备到达指定采样区域，打开所述水样采集装置（2）中取样开关（22）采集水样，所述水箱（21）内装置有水位传感器（212），通过所述水位传感器（212）判断所述水箱（21）是否充满水样；
B：待所述水箱（21）充满水样，断开所述水样采集装置（2）中取样开关（22）以及所述吸附装置（31）中所述电磁吸盘（311）的电源，同时开启数据收集器（35）电源和传感器发射器（32）部分的电源，所述水箱（21）会被瞬时释放，因所述水箱（21）通过弹簧（33）与所述传感器接收器（34）固定连接，所以所述水箱（21）在所述弹簧（33）的拉力作用下向上运动，被赋予一个加速度，待所述水箱（21）运动至所述图像传感器（42）所在位置时，所述水箱（21）会受到来自所述阻尼（41）的摩擦作用，以此对所述水箱（21）造成减速放慢作用，同时所述图像传感器（42）拍摄所述水箱（21）中水样画面，若干所述图像传感器（42）拍摄纪录画面，通过分区域记录画面对水质扫描以进一步对实验样本进行修正，确保采集的水样中不存在对观测干扰较大的物质；
C：待所述水箱（21）通过所述图像检验装置（4）区域后，所述水箱（21）继续向上运动，直至所述水箱（21）到达最大位移处，所述数据收集器（35）收集所述传感器发射器（32）与所述传感器接收器（34）数据，此间所述弹簧（33）刚度一定，运动位移一定，根据 运动方程可求出相关变量，系统设定纯净水的运动试验结果作为设定参照值，根据变量的变化值对比设定参照值判断水质情况；
D:待数据处理完成后，需对所述水箱（21）进行清洁工作，所述水样采集装置（2）内部装置清洁装置（211）固定连接在所述水箱（21）内部远离所述取样开关（22）的一侧，所述清洁装置（211）内置超声波发生器（2111），利用超声波对液体和杂质直接、间接的作用，使所述水箱（21）内杂质分离出去而达到清洗目的，在水质观测结束时可通过所述清洁装置（211）中所述超声波发生器（2111）对所述水箱（21）内壁进行清洁，防止对下一次观测数据造成不利影响。
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