CN116678878B - 一种重金属离子在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种重金属离子在线监测装置，涉及重金属监测的领域，其包括进样单元、检测单元和控制单元，所述检测单元包括：第一检测箱，与进样单元输出端连接；荧光传感器，设置于第一检测箱内部并与控制单元电连接；第二检测箱，与第一检测箱的输出端之间通过出水管连通，所述出水管连接有电动阀，所述第二检测箱内部设置有滤网；排水管，与第二检测箱的底部连接并用于将水排回水体；储罐，用于存放重金属螯合剂；泵机，用于将重金属螯合剂送入第二检测箱。本申请先后两次对水样进行检测，可核实水样重金属是否超标，并能够及时对水体进行预处理，降低经济损失，有利于智慧农业发展。
Description
技术领域
本申请涉及重金属监测的领域，尤其是涉及一种重金属离子在线监测装置。
背景技术
智慧农业是指是将物联网技术运用到传统农业中，运用传感器和软件对农业生产进行控制，从而实现无人化、自动化、智能化管理。各式传感器为智慧农业的重要组成部分，以便于远程监控现场状况。现有的智能农用传感器有50多款，覆盖农业土壤、水质、气体、气象四大系列。
重金属离子传感器在智慧农业中，用于在线实时检测土壤、水的镉、铜、铅等重金属离子指标。常规的重金属监测方法有原子吸收法、原子荧光法、紫外比色法、电化学法等，其中大部分方法都需要使用大型分析设备，不适用于现场检测。相比之下，荧光分光光度法具有操作简便、检测灵敏度高、检测时间短，适用于现场检测分析。
相关技术中，公开号为CN113218921A的中国专利公开了一种检测重金属的荧光比率传感器，公告号为CN214224946U的中国专利公开了一种基于荧光法的废水重金属快速监测系统。以上两个方案公开了采用荧光法以实现在线监测水的重金属含量，适用于智慧农业，但是仍存在有以下缺陷：若重金属含量超标，无法提前预处理，降低水质中的重金属含量，一般需要操作人员到现场核实后再进行相应处理，期间因重金属含量超标导致的经济损失无法及时弥补。
发明内容
为了及时对重金属超标的水质进行处理，本申请提供一种重金属离子在线监测装置。
本申请提供的一种重金属离子在线监测装置采用如下的技术方案：
一种重金属离子在线监测装置，包括用于采集水样的进样单元、用于检测水样的检测单元和用于分析水样重金属含量的控制单元，所述检测单元包括：
第一检测箱，与进样单元输出端连接；
荧光传感器，设置于第一检测箱内部并与控制单元电连接；
第二检测箱，与第一检测箱的输出端之间通过出水管连通，所述出水管连接有电动阀，所述第二检测箱内部设置有滤网；
排水管，与第二检测箱的底部连接并用于将水排回水体；
储罐，用于存放重金属螯合剂；
泵机，用于将重金属螯合剂送入第二检测箱，所述泵机的输出端与第二检测箱顶部连接、输入端与储罐连接。
通过采用上述技术方案，水样进入检测单元后，先后两次对水样进行检测，第一检测箱采用荧光法进行检测，并通过信号反馈至控制单元，进行定量分析，确定重金属含量；第二检测箱利用重金属螯合剂进行核实，若水体与重金属螯合剂混合后出现较多絮凝物，则说明重金属含量超标，以供工作人员核实情况。此外，当重金属含量超标时，打开排水管，将重金属螯合剂排放至水体，可以对水体进行预处理，适当降低重金属含量，以便于后续工作人员花时间找寻重金属含量超标的原因，降低经济损失，进而有利于智慧农业发展。
可选的，所述滤网包括固定网和测重网，所述固定网与第二检测箱固定连接，所述测重网位于固定网一侧且下侧设置有重量传感器，所述重量传感器安装于第二检测箱内底壁，所述固定网处设置有用于将絮凝物刮向测重网的刮渣机构。
通过采用上述技术方案，每一批水样进入第二检测箱检测后，先将水样排空，使絮凝物留在滤网上表面，再利用刮渣机构将絮凝物刮向测重网，通过重量传感器检测絮凝物的重量，以判断重金属含量是否超标。
可选的，所述刮渣机构包括贴合于固定网上表面的刮条，所述刮条两端连接有滑杆，两个所述滑杆下端穿过固定网且之间连接有连接条，所述第二检测箱外侧安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接有驱动丝杆，所述驱动丝杆伸入第二检测箱并与连接条螺纹连接。
通过采用上述技术方案，启动驱动电机，驱动丝杆转动，便能带动滑杆和连接条往复移动，进而顺利将固定网上表面的絮凝物刮向测重网。
可选的，所述固定网倾斜设置，所述固定网远离测重网的一端高于朝向测重网的一端，所述滑杆沿竖向滑动穿设于刮条。
通过采用上述技术方案，便于絮凝物刮向测重网。
可选的，所述刮条两端均连接有导向杆，所述第二检测箱内壁设置有供导向杆插入并滑移的长条槽。
通过采用上述技术方案，使得刮条往复移动过程中始终贴合固定网，保证刮渣效果。
可选的，两个所述滑杆之间连接有封闭板，所述封闭板贴合于第二检测箱内底壁，所述排水管与第二检测箱的连通处正对于固定网远离测重网的一端。
通过采用上述技术方案，刮条和封闭条一同移动，当水样与重金属螯合剂混合充分一段时间后，絮凝物出现，先行移动刮条一小段距离，使得排水管打开，排空水样，再继续移动刮条，将絮凝物刮向测重网。单个电机便能实现刮渣功能和排水管启闭功能，有利于降低成本。
可选的，所述重量传感器外侧设置有防水座，所述防水座与第二检测箱固定连接。
通过采用上述技术方案，保障重量传感器正常工作。
可选的，所述第二检测箱靠近测重网的侧壁设置有排渣孔，所述排渣孔处设置有封堵板，所述封堵板与测重网固定连接，所述封堵板下端与第二检测箱铰接，所述第二检测箱外侧设置有用于驱动封堵板转动的驱动件。
通过采用上述技术方案，重量传感器称重完成后，驱动封堵板转动，使得测重网转动至排渣孔处，测重网上侧的絮凝物便能排出第二检测箱，不影响后续水样检测。
可选的，所述驱动件为电动推杆，所述第二检测箱底部一侧连接有延伸板，所述电动推杆铰接于延伸板和封堵板之间。
可选的，所述封堵板外沿连接有抵紧第二检测箱的密封条。
通过采用上述技术方案，有利于提高排渣孔处的密封性，防止水样或重金属螯合剂从排渣孔处漏出。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：通过第一检测箱和第二检测箱的设置，先后两次对水样进行检测，确定水样的重金属含量是否超标，以供工作人员核实情况，若重金属含量超标，可将重金属螯合剂排放至水体，对水体进行预处理，适当降低重金属含量，尽可能降低经济损失，进而有利于智慧农业发展。
附图说明
图1是本申请实施例的重金属离子在线监测装置的结构框图；
图2是本申请实施例的检测单元的结构示意图；
图3是本申请实施例的第二检测箱的剖视示意图；
图4是本申请实施例的刮条的结构示意图；
图5是本申请实施例的第二检测箱的结构示意图。
附图标记说明：1、进样单元；2、检测单元；21、第一检测箱；22、荧光传感器；23、第二检测箱；231、重量传感器；232、长条槽；233、防水座；234、排渣孔；235、封堵板；236、延伸板；24、出水管；25、电动阀；26、滤网；261、固定网；262、测重网；27、排水管；28、储罐；29、泵机；3、控制单元；4、刮渣机构；41、刮条；42、滑杆；43、连接条；44、驱动电机；45、驱动丝杆；46、导向杆；47、封闭板；5、驱动件；6、密封条。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种重金属离子在线监测装置。
参照图1，一种重金属离子在线监测装置，包括进样单元1、检测单元2和控制单元3。进样单元1用于定期采集水体样本并送向检测单元2，检测单元2用于接收进样单元1输出的水样并进行重金属检测，控制单元3用于接收检测单元2的检测结果并进行分析，得到具体的重金属含量结果。需要说明的是，进样单元1和控制单元3的具体结构以及其余单元的配套设置和具体结构均属于现有技术，在此不再赘述，以下主要针对检测单元2的结构进行说明。
参照图2，检测单元2包括第一检测箱21和第二检测箱23，第一检测箱21与进样单元1输出端连接，用于接收水样。第一检测箱21顶部固定安装有荧光传感器22，荧光传感器22与控制单元3电连接，能够将水样的检测结果信号反馈给控制单元3，以便于控制单元3分析重金属含量结果。需要说明的是，荧光法检测重金属离子含量属于现有技术，具体原理和结构在此不再赘述。
参照图2，第二检测箱23位于第一检测箱21下方，第一检测箱21输出端位于底部且连接有出水管24，出水管24下端连接于第二检测箱23顶部盖板处，出水管24中部连接有电动阀25，电动阀25与控制单元3电连接。待第一检测箱21内检测完成后，控制电动阀25打开，第一检测箱21内的水样便能流入第二检测箱23。
参照图2，第二检测箱23一侧设置有用于存放重金属螯合剂的储罐28，储罐28与第二检测箱23之间设置有泵机29，泵机29的进口端与储罐28通过管路连接且该管路连接有流量计，泵机29的出口端与第二检测箱23顶部通过管路连接。流量计和泵机29均与控制单元3电连接，待水样进入第二检测箱23后，启动泵机29，将储罐28内的重金属螯合剂抽入第二检测箱23。
第二检测箱23用于将重金属螯合剂和水样混合，出现较多絮凝物，则说明重金属含量超标，以供工作人员核实情况，避免荧光传感器22检测不准确的情况，提高容错率。
参照图2、图3，为了定量确定絮凝物是否过多以判断重金属离子含量情况，第二检测箱23内部设置有滤网26，第二检测箱23底部固定连接有排水管27，排水管27远离第二检测箱23的一端延伸至待测水体内。滤网26将第二检测箱23内腔空间分为上下两部分，因此进入第二检测箱23的水样沿排水管27排空后，絮凝物会留在滤网26上表面，通过对絮凝物进行称重便能确定其具体含量。
参照图3，滤网26包括固定网261和测重网262，水样能够通过固定网261和测重网262而絮凝物大部分难以通过。固定网261与第二检测箱23的内壁固定连接，测重网262位于固定网261的一侧且贴合于第二检测箱23的内壁。测重网262下侧设置有防水型重量传感器231，重量传感器231固定安装于第二检测箱23内底壁，重量传感器231外侧套有防水座233，防水座233与第二检测箱23固定连接。重量传感器231与控制单元3电连接，用于感应絮凝物重量并反馈给控制单元3。
参照图3、图4，固定网261倾斜设置，且固定网261远离测重网262的一端高于朝向测重网262的一端。固定网261处设置有用于将絮凝物刮向测重网262的刮渣机构4，刮渣机构4包括刮条41，刮条41贴合于固定网261上表面且为橡胶制成，刮条41两端均固定连接有导向杆46，第二检测箱23内壁设置有供导向杆46插入并滑移的长条槽232。长条槽232的长度方向与固定网261的长度方向相平行，以便于刮条41滑移过程中始终贴合固定网261。将刮条41靠近测重网262推移，便能将絮凝物推向测重网262。
参照图3、图4，刮条41两端均沿竖向滑动穿设有滑杆42，固定网261设置有供滑杆42穿过的长条孔，滑杆42能够沿长条孔朝向或远离测重网262移动，进而带动刮条41移动。长条孔内壁连接有橡胶挡片，以阻挡絮凝物从长条孔处落下，且不影响滑杆42移动。两个滑杆42下端穿过固定网261的一端之间固定连接有连接条43，第二检测箱23外侧壁固定安装有驱动电机44，驱动电机44的输出轴固定连接有沿水平方向设置的驱动丝杆45，驱动丝杆45伸入第二检测箱23并与防水座233转动连接，驱动丝杆45与连接条43螺纹连接。驱动电机44为伺服电机且与控制单元3电连接，启动驱动电机44，驱动丝杆45转动，便能带动滑杆42和连接条43往复移动，进而顺利将固定网261上表面的絮凝物刮向测重网262。
参照图3，两个滑杆42下端之间固定连接有封闭板47，封闭板47贴合于第二检测箱23内底壁，排水管27与第二检测箱23的连通处正对于固定网261远离测重网262的一端。水样进入第二检测箱23前，刮条41处于起始位置，即刮条41位于固定网261远离测重网262的一端，且此时封闭板47封堵排水管27，使得进入第二检测箱23的水样不会沿排水管27流走。当水样与重金属螯合剂混合充分一段时间后，絮凝物出现，先行移动刮条41一小段距离，使得排水管27打开，排空水样，再继续移动刮条41，将絮凝物刮向测重网262。
参照图3、图5，第二检测箱23靠近测重网262的侧壁设置有排渣孔234，排渣孔234处设置有封堵板235，封堵板235下端与测重网262固定连接，且封堵板235下端与第二检测箱23铰接。当封堵板235转动至排渣孔234内时，测重网262落在重量传感器231上，当封堵板235往外转动至超过90度，便能将测重网262上的絮凝物顺利倒出。为了接收絮凝物，可预先在第二检测箱23一侧放置回收盒。封堵板235外沿固定连接有抵紧第二检测箱23外壁的密封条6，有利于提高排渣孔234处的密封性，防止水样或重金属螯合剂从排渣孔234处漏出。
参照图3、图5，为了便于带动封堵板235转动，第二检测箱23外侧设置有用于驱动封堵板235转动的驱动件5，驱动件5为电动推杆且与控制单元3电连接。第二检测箱23底部一侧固定连接有延伸板236，电动推杆铰接于延伸板236和封堵板235之间。电动推杆伸长，便能带动封堵板235转入排渣孔234，电动推杆收缩，便能带动封堵板235转出。
为了保证重量传感器231顺利检测絮凝物重量，固定网261为不锈钢制成，测重网262包括框体以及滑动连接于框体内侧的不锈钢网，其中，框体与封堵板235固定连接，不锈钢网放置于重量传感器231上，绝大部分的絮凝物会落在不锈钢网上。当封堵板235位于排渣孔234内时，不锈钢网相对框体能够小幅上下移动，进而保证重量传感器231能够对絮凝物的重量进行检测。
本申请实施例的一种重金属离子在线监测装置的实施原理为：
第一步，水样先进入第一检测箱21，荧光传感器22检测完成后将信号反馈至控制单元3，控制单元3分析具体的重金属含量；
第二步，待第一检测箱21检测完成后，打开电动阀25，水样进入第二检测箱23，再打开泵机29，按照所需量的重金属螯合剂至第二检测箱23内，静置一段时间，待重金属离子反应生成不溶的絮状沉淀；
第三步，启动驱动电机44直至排水管27部分打开即可，水样沿排水管27排回水体后，再继续启动驱动电机44，将絮凝物刮向测重网262，重量传感器231测定絮凝物重量后反馈给控制单元3，控制单元3分析絮凝物重量并判断重金属含量范围是否与第一检测箱21的结果基本一致；
第四步，若第一检测箱21和第二检测箱23的结果显示均超标，则继续启动泵机29，将重金属螯合剂沿排水管27排放至水体，对水体进行预处理，适当降低重金属含量，以便于后续工作人员花时间找寻重金属含量超标的原因。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种重金属离子在线监测装置，包括用于采集水样的进样单元(1)、用于检测水样的检测单元(2)和用于分析水样重金属含量的控制单元(3)，其特征在于：所述检测单元(2)包括：
第一检测箱(21)，与进样单元(1)输出端连接；
荧光传感器(22)，设置于第一检测箱(21)内部并与控制单元(3)电连接；
第二检测箱(23)，与第一检测箱(21)的输出端之间通过出水管(24)连通，所述出水管(24)连接有电动阀(25)，所述第二检测箱(23)内部设置有滤网(26)；
排水管(27)，与第二检测箱(23)的底部连接并用于将水排回水体；
储罐(28)，用于存放重金属螯合剂；
泵机(29)，用于将重金属螯合剂送入第二检测箱(23)，所述泵机(29)的输出端与第二检测箱(23)顶部连接、输入端与储罐(28)连接；
所述滤网(26)包括固定网(261)和测重网(262)，所述固定网(261)与第二检测箱(23)固定连接，所述测重网(262)位于固定网(261)一侧且下侧设置有重量传感器(231)，所述重量传感器(231)安装于第二检测箱(23)内底壁，所述固定网(261)处设置有用于将絮凝物刮向测重网(262)的刮渣机构(4)；
所述刮渣机构(4)包括贴合于固定网(261)上表面的刮条(41)，所述刮条(41)两端连接有滑杆(42)，两个所述滑杆(42)下端穿过固定网(261)且之间连接有连接条(43)，所述第二检测箱(23)外侧安装有驱动电机(44)，所述驱动电机(44)的输出轴连接有驱动丝杆(45)，所述驱动丝杆(45)伸入第二检测箱(23)并与连接条(43)螺纹连接；
所述固定网(261)倾斜设置，所述固定网(261)远离测重网(262)的一端高于朝向测重网(262)的一端，所述滑杆(42)沿竖向滑动穿设于刮条(41)，所述刮条(41)两端均连接有导向杆(46)，所述第二检测箱(23)内壁设置有供导向杆(46)插入并滑移的长条槽(232)；
两个所述滑杆(42)之间连接有封闭板(47)，所述封闭板(47)贴合于第二检测箱(23)内底壁，所述排水管(27)与第二检测箱(23)的连通处正对于固定网(261)远离测重网(262)的一端。
2.根据权利要求1所述的一种重金属离子在线监测装置，其特征在于：所述重量传感器(231)外侧设置有防水座(233)，所述防水座(233)与第二检测箱(23)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种重金属离子在线监测装置，其特征在于：所述第二检测箱(23)靠近测重网(262)的侧壁设置有排渣孔(234)，所述排渣孔(234)处设置有封堵板(235)，所述封堵板(235)与测重网(262)固定连接，所述封堵板(235)下端与第二检测箱(23)铰接，所述第二检测箱(23)外侧设置有用于驱动封堵板(235)转动的驱动件(5)。
4.根据权利要求3所述的一种重金属离子在线监测装置，其特征在于：所述驱动件(5)为电动推杆，所述第二检测箱(23)底部一侧连接有延伸板(236)，所述电动推杆铰接于延伸板(236)和封堵板(235)之间。
5.根据权利要求3所述的一种重金属离子在线监测装置，其特征在于：所述封堵板(235)外沿连接有抵紧第二检测箱(23)的密封条(6)。
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2023
- 2023-06-09 CN CN202310686951.8A patent/CN116678878B/zh active Active
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