CN202110169U - 一种用于水质安全综合监测系统的生物行为传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于水质安全综合监测系统的生物行为传感器，包括透明圆柱管，在透明圆柱管内壁上安装至少一组电极，透明圆柱管的两端设有封口用的尼龙网，特点是，在透明圆柱管两端各设有一个圆盖，底部的圆盖上连通有水管接头，上部的圆盖上设有开放式溢流口，在开放式溢流口上设有溢流出水口，尼龙网位于圆盖与透明圆柱管之间，本实用新型由于其上部设有开放式溢流口，使本生物传感器为开放式传感器，通过开放性水路系统，仅仅依靠水体自身压力，来实现水体水质突发性变化的综合监测系统水路的正常运转，克服了以往类似传感器需要外加压力驱动水体而导致水路不稳的问题，能够实现在线生物安全预警系统的稳定运行。

Description

一种用于水质安全综合监测系统的生物行为传感器

技术领域

本实用新型涉及一种新型生物传感器，具体地说是一种用于水质安全综合监测系统的生物行为传感器，属于环境监测技术领域。

背景技术

对水环境质量实时监测，实现水质的早期安全预警，对于预防突发性化学品环境污染，保证人类饮用水的安全具有非常重要的意义。目前，针对水体突发性污染事故在线监测与预警的需要，本申请人已经申请了一种能够应用于高浊度、低温度水体水质突发性变化的综合监测技术与系统，通过四极阻抗技术获得生物行为变化，实现水质变化的综合毒性分析，并实现各系统数据之间的交换和整体系统本身的远程控制和数据传输，实现水体未知污染物预警。鉴于受试生物运动行为的规律性以及其本身具有的对外界环境压力的回避本能，需要有与之配套的、合适的新型生物行为传感器，防止监测过程中水体对系统的堵塞而导致的水路异常，保证监测系统的正常运行。

目前已有的生物传感器只能静态使用，需要外加压力来驱动水体，此种结构易导致水路不稳，不利于系统的稳定运行。

发明内容

本实用新型的目的在于克服已有技术存在的缺陷，提供一种能够在开放性水路系统中使用的用于水质安全综合监测系统的生物行为传感器。

本实用新型的技术方案是：一种用于水质安全综合监测系统的生物行为传感器，包括透明圆柱管，在透明圆柱管内壁上安装至少一组电极，每组电极由相对设置的两对电极组成，每组电极的结构一致，其中一对为信号发射电极，另一对为信号接收电极，两对电极分别与水质突发性变化的综合监测系统连接；透明圆柱管的两端设有封口用的尼龙网，特点是，在透明圆柱管两端各设有一个圆盖，底部的圆盖上连通有水管接头，上部的圆盖上设有开放式溢流口，在开放式溢流口上设有溢流出水口，尼龙网位于圆盖与透明圆柱管之间，该网的网眼由受试生物大小决定。

本实用新型可配套用于高浊度、低温度水体水质突发性变化的综合监测系统，由于其上部设有开放式溢流口，使本生物传感器为开放式传感器，通过开放性水路系统，仅仅依靠水体自身压力，来实现水体水质突发性变化的综合监测系统水路的正常运转，该生物传感器克服了以往类似传感器需要外加压力驱动水体而导致水路不稳的问题，能够实现在线生物安全预警系统的稳定运行，同时在线采集受试生物的运动行为变化，结合生物运动行为的规律性以及其本身具有的对外界环境压力的回避本能，对受试生物的行为变化进行分析、评价，并以此对水质进行在线评估。

下面结合附图及实施例对本实用新型做详细地解释说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的应用示意图；

图3是通过本生物行为传感器监测日本鲭鳉和大型蚤在正常水体内的行为周期性变化-生物钟(Biological Clock)现象，(a)为日本鲭鳉，(b)为大型蚤；

图中横坐标为暴露时间，纵坐标为行为变化强度。

附图图面说明：

1透明圆柱管，2电极，3尼龙网，4水管接头，5开放式溢流口，6溢流出水口，7电极接头，8圆盖，9水体溢流装置，10信号采集系统，11信号分析系统，12水体平均分配系统。

具体实施方式

参见图1，该生物行为传感器包括一个透明圆柱管1，在透明圆柱管1内壁上安装至少一组电极2(图1所示的是4组电极)，每组电极由相对设置的两对电极组成，每组电极的结构一致，其中一对为信号发射电极，另一对为信号接收电极，电极接头7设置在透明圆柱管1的管壁上，透明圆柱管1的两端先用与受试生物大小相适应的尼龙网3封口，该网的网眼大小由受试生物大小决定，然后，再在透明圆柱管1的两端各固定安装一个圆盖8(可以采用螺纹连接方式)，底部的圆盖8上连通有水管接头4，上部的圆盖8上设有开放式溢流口5，在开放式溢流口5上还设有溢流出水口6。

该生物行为传感器可以安装在水质安全综合监测预警系统中使用，如图2所示，水管接头4与监测系统中的外部水管——水体平均分配系统12连接，外部水管的进水管上可以安装有流量计，以便通过流量计控制进水和出水；溢流出水口6与监测系统中的水体溢流装置9连接，电极2通过电极接头7与监测系统中的信号采集系统10(信号分析系统11)连接。该生物行为传感器安装在水质安全综合监测预警系统中，因为开放式溢流口5的作用，使整个水路不承压，为开放式水路。

在上述的技术方案中，所述的透明圆柱管的管材，可以根据被监测水体的性质进行选择，例如可以为玻璃材料、PVC材料或ABS材料等。

在上述的技术方案中，所述的电极为不锈钢材料制成，其大小根据受试生物个体大小进行选择。

本开放式生物行为传感器的信号发射电极通过与综合监测系统连接，在生物行为传感器内形成一个正旋低压交流电场，当受试生物在传感器的运动导致低压电场发生变化以后，信号接收电极能够感应电场的变化，然后通过信号接收电极接收传感器内由信号发射电极形成的电信号变化，并经水质在线安全预警系统处理以后，对受试生物的运动行为变化进行分析，并依据生物行为分析结果，对水质变化进行在线评估。

本实用新型适用于各种水质突发性变化的综合监测系统中，对动态的流水中进行测量，克服现有传感器只能静态使用的缺陷，通过以多点监测获得的电信号方式显示受试生物的行为变化信号，并经过对电信号的分析评估，实现了原位(In situ)、在线(On line)和实时(Real time)的在线生物监测，并且可以对水体的未知污染物进行预警，对于研究环境污染，尤其是突发性、剧烈的事故性变化具有非常重要的指示作用。此外，本实用新型进行水质预警的投入很少，不需要专业人员进行操作，占用有限的人力、物力，水质预警期间的维护费用极低。

以实验例具体说明。

参考图1，制作一用于水质安全预警系统的生物行为传感器，该生物行为传感器由有机玻璃制作的透明圆柱管，透明圆柱管的内径为

2Cm×外径3Cm(对大型蚤)，对日本鲭鳉进行监测时，透明圆柱管的内径为

4Cm×外径5Cm。在透明圆柱管内壁上安装由2对不锈钢片制作的电极，其电极的大小由受试生物个体大小决定，对大型蚤电极选择为1.2×3Cm的，对日本鲭鳉进行监测时，电极选择为2.4×5Cm的，两对电极通过不锈钢螺丝(电极接头)与水质突发性变化的综合监测系统连接。

利用制作的生物行为传感器进行监测日本鲭鳉和大型蚤(48小时左右开始监测)在正常水体内的行为周期性变化，具体监测试验如下：

试验进行的温度控制在20±2℃，光照周期为16H：8D。流水暴露试验维持4天。在试验过程中，流水速率控制在1升/小时，食物通过流水系统投喂。利用生物行为传感器监测日本鲭鳉和大型蚤(48小时左右开始监测)在正常水体内的行为周期性变化图如图3所示。在4天流水试验过程中，日本鲭鳉的行为学变化表现出明显的昼夜变化。在光照条件下，不同频率的运动行为变化基本处于从上到下的过程(低频的行为，强度高)，而在黑暗条件下，不同频率的行为变化出现明显的不同：有些频率的行为突然增大(1.5Hz和2.0Hz)，有些频率的行为降低(0.5Hz和1.0Hz)。日本鲭鳉的这种变化表现出明显的昼夜交替现象，为日本鲭鳉的行为变化生物钟(Biological Clock)现象(图3-a)。大型蚤在4天流水试验过程中，不同频率的行为在昼夜交替过程也出现明显的变化，在光照条件下，不同频率的运动行为变化基本处于从上到下的过程(低频的行为，强度高)，而在黑暗条件下，不同频率的行为变化出现明显的不同，表现出行为变化生物钟(Biological Clock)现象(图3-b)。

Claims (1)

1.一种用于水质安全综合监测系统的生物行为传感器，包括透明圆柱管(1)，在透明圆柱管(1)内壁上安装至少一组电极(2)，透明圆柱管(1)的两端设有封口用的尼龙网(3)，其特征是，在透明圆柱管(1)两端各设有一个圆盖(8)，底部的圆盖(8)上连通有水管接头(4)，上部的圆盖(8)上设有开放式溢流口(5)，在开放式溢流口(5)上设有溢流出水口(6)，尼龙网(3)位于圆盖(8)与透明圆柱管(1)之间。

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