CN115880726A - 一种剑水蚤实时监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剑水蚤实时监测装置，涉及水质检测技术领域；该装置包括采样水泵、样品池、蓄水箱以及图像采样组件；所述采样水泵的一端连接出厂水主管道，另一端连接在样品池的进水口上，样品池的出水口与蓄水箱相连通；所述的样品池包括封闭的腔室，腔室内部设置有呈竖向的筛网，该筛网将腔室分为样品薄膜形成仓和反向冲洗仓，所述的进水口设置在样品薄膜形成仓的顶部，所述的出水口设置在反向冲洗仓的顶部；所述的图像采样组件位于样品池的样品薄膜形成仓的一侧，通过图像采样组件对积累在筛网上的剑水蚤进行图像的拍摄；本发明的有益效果是：对自来水厂出厂水中的剑水蚤生物量进行监测，整个装置结构简单，稳定性和操作性比较高。

Description

一种剑水蚤实时监测装置及方法

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，更具体的说，本发明涉及一种剑水蚤实时监测装置及方法。

背景技术

近年来智能监测设备被广乏应用于各个领域，结合先进的图像识别技术和强大的计算机运算能力，智能监测终端正逐步代替传统人工监测的工作。人工监测具有极强的局限性，例如实效性差，主观性强、一致性低、专业性高等。智能监测设备不仅没有监测的时间死角，而且监测结果更为可观准确，节省大量劳动力的同时加强了监测工作的效率。

剑水蚤是一种常见的浮游动物，经常存在于自来水厂的出厂水中，对市民的饮用水安全造成巨大威胁。虽有众多拦截和控制手段，但是仍不能及时控制剑水蚤在水厂中暴发。主要原因是缺少对剑水蚤及时监测的手段，一方面是因为剑水蚤的个体太小，只能依赖人工镜检手段，专业性较强；另一方面浮游动物的暴发具有极强的随机性和快速性，人工镜检不可能实时监测，难免有所遗漏，导致水厂不能对剑水蚤暴发事件做出快速响应。

目前针对剑水蚤等浮游动物暴发灾害监测设备主要依赖于原位成像技术，例如背景成像原理、全息成像和薄层成像等，但是这些设备往往应用生物量较高的自然水体中，且采样量小，随机性强，不能满足自来水厂的监测生物质污染灾害的需求。因此，亟待寻找一种定量、准确且高效的剑水蚤监测的方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种剑水蚤实时监测装置及方法，通过装置和方法对自来水厂出厂水中的剑水蚤生物量进行监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种剑水蚤实时监测装置，其改进之处在于，包括采样水泵、样品池、蓄水箱以及图像采样组件；所述采样水泵的一端连接出厂水主管道，另一端连接在样品池的进水口上，样品池的出水口与蓄水箱相连通；所述的样品池包括封闭的腔室，腔室内部设置有呈竖向的筛网，该筛网将腔室分为样品薄膜形成仓和反向冲洗仓，所述的进水口设置在样品薄膜形成仓的顶部，所述的出水口设置在反向冲洗仓的顶部；所述的图像采样组件位于样品池的样品薄膜形成仓的一侧，通过图像采样组件对积累在筛网上的剑水蚤进行图像的拍摄。

在上述的结构中，所述的样品薄膜形成仓的上方预留有气泡堆积区，气泡堆积区的上方为样品池的进水口。

在上述的结构中，所述气泡堆积区的纵截面为等腰梯形，气泡堆积区底部的宽度与样品薄膜形成仓的宽度相同。

在上述的结构中，所述的图像采样组件包括显微镜头和与之相连接的高清相机，所述的高清相机位于样品池的样品薄膜形成仓的一侧；且气泡堆积区的底端位于高清相机所拍摄区域的上方。

在上述的结构中，所述剑水蚤实时监测装置还包括工程机，该工程机通过接收来自高清相机拍摄的图片，对筛网上的剑水蚤进行分析和统计。

在上述的结构中，所述剑水蚤实时监测装置还包括反冲洗水泵、电磁阀以及废液池；所述样品池的进水口与废液池通过反冲洗水泵相连通，蓄水箱和电磁阀依次设置在样品池的出水口与反冲洗水泵的出水口之间；所述电磁阀的开关设置在蓄水箱出水口处，通过电磁阀对反冲洗时管路的通断进行控制。

本发明还提供了一种剑水蚤实时监测方法，其改进之处在于，该方法包括以下的步骤：S10、反向冲洗，启动反冲洗水泵，水从样品池的反向冲洗仓进入样品薄膜形成仓中，并排出至废液池内，此时部分剑水蚤样品粘附在筛网上，不能被反向冲洗掉；S20、图像拍摄与识别计数，高清相机对筛网进行拍摄，工程机对图像的筛网上的剑水蚤进行分析和统计，并以统计出的剑水蚤的值作为基础值；S30、正向取水与样品薄层的形成，启动采样水泵，将采集的水由样品池的样品薄膜形成仓进入反向冲洗仓，并从样品池的出水口排出至蓄水箱内；剑水蚤在筛网上累积形成样品薄膜；S40、图像拍摄与识别计数，高清相机对筛网进行拍摄，工程机对图像的筛网上的剑水蚤进行分析和统计，获得的统计值包括步骤S20中的基础值和步骤S30中获得的新的剑水蚤；S50、作差并判断，将步骤S40中的统计值减去步骤S20中的基础值，得到本次采样获得的剑水蚤数量，将该剑水蚤的数量与设定的阈值进行比较，并判断是否发出警报，若是则通过工程机控制警报装置发出警报信号，若否则进入步骤S60；S60、重复步骤S10至步骤S50。

进一步的，所述步骤S30中，当携带剑水蚤和气泡的水体进入样品薄膜形成仓内，透过筛网进入反向冲洗仓，将剑水蚤样品留在筛网上；

在进行步骤S40之前，包括以下的步骤：

将采样水泵停机，水体停止流动，在样品薄膜形成区的气泡由于浮力向上浮起，堆积到气泡堆积区。

本发明的有益效果是：本发明的目的在于监测自来水厂中剑水蚤生物量的实时变化，避免了现有技术中的开放体系收集剑水蚤生物量较小、以及镜检人工成本较高的问题；在实地取样时本装置可多点取样且操作方便；整个装置结构简单，稳定性和操作性比较高。

附图说明

图1为本发明的一种剑水蚤实时监测装置的结构示意图。

图2为本发明的主要部件连接示意图。

图3为本发明中样品池结构的示意图。

图4为本发明中样品池的侧视结构示意图。

图5为本本发明的一种剑水蚤实时监测的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1所示，本发明提供了一种剑水蚤实时监测装置，本实施例中，该装置包括采样水泵4、样品池6、蓄水箱7以及图像采样组件；所述采样水泵4的一端连接出厂水主管道，另一端连接在样品池6的进水口上，样品池6的出水口与蓄水箱7相连通，通过采样水泵4，将自来水水厂的出厂水主管道中的水通过进水管路9，在经过样品池6后，注入蓄水箱7内。

对于样品池6的具体结构，参照图3、图4所示，本发明提供了一具体实施例，样品池6包括封闭的腔室，样品池6的进水口601和出水口602均连通至腔室中，本实施例中，进水口601和出水口602均位于样品池6的顶部。样品池6的腔室内部设置有呈竖向的筛网605，该筛网605将腔室分为样品薄膜形成仓603和反向冲洗仓604，所述的进水口601设置在样品薄膜形成仓603的顶部，所述的出水口602设置在反向冲洗仓604的顶部；因此可以理解的是，水从进水口601进入样品薄膜形成仓603，经过筛网605后，进入反向冲洗仓604内，随着水的增多，从出水口602处排出。

进一步的，结合图4所示，所述的样品薄膜形成仓603的上方预留有气泡堆积区606，气泡堆积区606的上方为样品池6的进水口601。本实施例中，气泡堆积区606的纵截面为等腰梯形，气泡堆积区606底部的宽度与样品薄膜形成仓603的宽度相同。因此，携带剑水蚤和气泡的水体沿进水口进入样品薄膜形成仓603，经过气泡堆积区606，在样品薄膜形成区透过筛网605，将剑水蚤样品留在筛网605上，滤液进入反向冲洗仓604，沿出水口流出样品池6。

在上述的结构中，参照图2、图3所示，所述的图像采样组件位于样品池6的样品薄膜形成仓603的一侧，通过图像采样组件对积累在筛网605上的剑水蚤进行图像的拍摄。本实施例中，图像采样组件包括显微镜头2和与之相连接的高清相机1，所述的高清相机1位于样品池6的样品薄膜形成仓603的一侧；且气泡堆积区606的底端位于高清相机1所拍摄区域的上方，通过这种方式，将气泡堆积区606排除在高清相机1的拍摄区域，高清相机1只对筛网605进行拍摄。

另外，所述剑水蚤实时监测装置还包括工程机3、反冲洗水泵5、电磁阀8以及废液池，结合图2所示，所述样品池6的进水口与废液池通过反冲洗水泵5相连通，蓄水箱7和电磁阀8依次设置在样品池6的出水口与反冲洗水泵5的出水口之间；所述电磁阀8的开关设置在蓄水箱7出水口处，通过电磁阀对反冲洗时管路的通断进行控制。所述的工程机3通过接收来自高清相机1拍摄的图片，对筛网605上的剑水蚤进行分析和统计。

自动形成的样品薄膜是整个仪器设备运转的第一步，其质量决定了相机拍摄照片的效果，如果样品薄膜存在气泡，图像识别的准确率会直线下降，影响设备报警的准确性。由于采样管道的进水口和出水口是开放的，设备运行过程中气泡是避免不了的，只能通过样品池6的设计，使得气泡不影响样品薄层成像的效果。

而在本发明中，在拍摄前，水体流动停止，此时在样品薄膜形成区的气泡会由于浮力向上浮起，堆积到气泡堆积区606，此时样品薄膜形成区不再存在气泡，工程机3控制相机拍摄照片，对照片进行识别和统计，报警装置根据统计结果判断是否需要发出生物灾害的警报信息。当不需要发出警报信息时，控制反向冲洗泵运转，滤液反向流动，从样品池6的出水口流入，经过反向冲洗仓604，冲洗筛网605，样品残渣经过薄膜形成仓，从样品池6进水口流出样品池6，完成冲洗过程。

结合图5所示，本发明还提供了一种剑水蚤实时监测方法，本实施例中，该方法包括以下的步骤：S10、反向冲洗，启动反冲洗水泵5，水从样品池6的反向冲洗仓604进入样品薄膜形成仓603中，并排出至废液池内，此时部分剑水蚤样品粘附在筛网605上，不能被反向冲洗掉；S20、图像拍摄与识别计数，高清相机1对筛网605进行拍摄，工程机3对图像的筛网605上的剑水蚤进行分析和统计，并以统计出的剑水蚤的值作为基础值；S30、正向取水与样品薄层的形成，启动采样水泵4，将采集的水由样品池6的样品薄膜形成仓603进入反向冲洗仓604，并从样品池6的出水口排出至蓄水箱7内；剑水蚤在筛网605上累积形成样品薄膜；S40、图像拍摄与识别计数，高清相机1对筛网605进行拍摄，工程机3对图像的筛网605上的剑水蚤进行分析和统计，获得的统计值包括步骤S20中的基础值和步骤S30中获得的新的剑水蚤；S50、作差并判断，将步骤S40中的统计值减去步骤S20中的基础值，得到本次采样获得的剑水蚤数量，将该剑水蚤的数量与设定的阈值进行比较，并判断是否发出警报，若是则通过工程机3控制警报装置发出警报信号，若否则进入步骤S60；S60、重复步骤S10至步骤S50。

在上述的实施例中，所述步骤S30中，当携带剑水蚤和气泡的水体进入样品薄膜形成仓603内，透过筛网605进入反向冲洗仓604，将剑水蚤样品留在筛网605上。

在进行步骤S40之前，包括以下的步骤：将采样水泵4停机，水体停止流动，在样品薄膜形成区的气泡由于浮力向上浮起，堆积到气泡堆积区606。

需要说明的是，工程机3对图片上的剑水蚤进行分析和统计，采用现有技术中成熟的技术，因此本实施例中并未对此部分进行详细的说明。同时，工程机3对报警装置的控制，也属于现有技术中非常成熟的技术方案，本实施例中不再赘述。

通过本发明的一种剑水蚤实时监测装置及方法，避免了现有技术中的开放体系收集剑水蚤生物量较小、以及镜检人工成本较高的问题；在实地取样时本装置可多点取样且操作方便。整个装置结构简单，稳定性和操作性比较高。除了剑水蚤之外，可以通过调整滤网的孔径和放大的倍数对其他浮游动物或者浮游藻类进行采集和成像，具有极强的移植性，达到监测饮用水安全的目的。

并且，样品池6的设计不仅取代了人工制片过程，同时实现了人工制片不能实现的富集功能。样品池6的功能主要是形成样品薄层，保证显微成像过程中生物的轮廓特征清晰可见，便于后续的图像识别步骤。这一步骤通常是人工完成，且相对繁琐且耗时，而且人工制片的样品体积过小，不利于整个水厂的自动化运行。

基于此，本发明的目的在于监测自来水厂中剑水蚤生物量的实时变化，如若剑水蚤生物量出现激增等灾害情况，设备会自动推送警报信息，通知管理者采取应对行动，及时应对生物灾害情况，保证水质达到行业标准要求。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种剑水蚤实时监测装置，其特征在于，包括采样水泵、样品池、蓄水箱以及图像采样组件；所述采样水泵的一端连接出厂水主管道，另一端连接在样品池的进水口上，样品池的出水口与蓄水箱相连通；所述的样品池包括封闭的腔室，腔室内部设置有呈竖向的筛网，该筛网将腔室分为样品薄膜形成仓和反向冲洗仓，所述的进水口设置在样品薄膜形成仓的顶部，所述的出水口设置在反向冲洗仓的顶部；所述的图像采样组件位于样品池的样品薄膜形成仓的一侧，通过图像采样组件对积累在筛网上的剑水蚤进行图像的拍摄。

2.根据权利要求1所述的一种剑水蚤实时监测装置，其特征在于，所述的样品薄膜形成仓的上方预留有气泡堆积区，气泡堆积区的上方为样品池的进水口。

3.根据权利要求2所述的一种剑水蚤实时监测装置，其特征在于，所述气泡堆积区的纵截面为等腰梯形，气泡堆积区底部的宽度与样品薄膜形成仓的宽度相同。

4.根据权利要求2所述的一种剑水蚤实时监测装置，其特征在于，所述的图像采样组件包括显微镜头和与之相连接的高清相机，所述的高清相机位于样品池的样品薄膜形成仓的一侧；且气泡堆积区的底端位于高清相机所拍摄区域的上方。

5.根据权利要求4所述的一种剑水蚤实时监测装置，其特征在于，所述剑水蚤实时监测装置还包括工程机，该工程机通过接收来自高清相机拍摄的图片，对筛网上的剑水蚤进行分析和统计。

6.根据权利要求1所述的一种剑水蚤实时监测装置，其特征在于，所述剑水蚤实时监测装置还包括反冲洗水泵、电磁阀以及废液池；所述样品池的进水口与废液池通过反冲洗水泵相连通，蓄水箱和电磁阀依次设置在样品池的出水口与反冲洗水泵的出水口之间；所述电磁阀的开关设置在蓄水箱出水口处，通过电磁阀对反冲洗时管路的通断进行控制。

7.一种剑水蚤实时监测方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

S10、反向冲洗，启动反冲洗水泵，水从样品池的反向冲洗仓进入样品薄膜形成仓中，并排出至废液池内，此时部分剑水蚤样品粘附在筛网上，不能被反向冲洗掉；

S20、图像拍摄与识别计数，高清相机对筛网进行拍摄，工程机对图像的筛网上的剑水蚤进行分析和统计，并以统计出的剑水蚤的值作为基础值；

S30、正向取水与样品薄层的形成，启动采样水泵，将采集的水由样品池的样品薄膜形成仓进入反向冲洗仓，并从样品池的出水口排出至蓄水箱内；剑水蚤在筛网上累积形成样品薄膜；

S40、图像拍摄与识别计数，高清相机对筛网进行拍摄，工程机对图像的筛网上的剑水蚤进行分析和统计，获得的统计值包括步骤S20中的基础值和步骤S30中获得的新的剑水蚤；

S50、作差并判断，将步骤S40中的统计值减去步骤S20中的基础值，得到本次采样获得的剑水蚤数量，将该剑水蚤的数量与设定的阈值进行比较，并判断是否发出警报，若是则通过工程机控制警报装置发出警报信号，若否则进入步骤S60；

S60、重复步骤S10至步骤S50。

8.根据权利要求7所述的一种剑水蚤实时监测方法，其特征在于，所述步骤S30中，当携带剑水蚤和气泡的水体进入样品薄膜形成仓内，透过筛网进入反向冲洗仓，将剑水蚤样品留在筛网上；

在进行步骤S40之前，包括以下的步骤：

将采样水泵停机，水体停止流动，在样品薄膜形成区的气泡由于浮力向上浮起，堆积到气泡堆积区。

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