CN207248733U - 一种地下水多参数在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下水多参数在线检测装置。包括现场测量仪器，现场测量仪器包括地下水水质多参数检测装置与地下水水样抽取清洗装置，地下水水质多参数检测装置包括滑轨平台以及安装在滑轨平台上的氘灯光源、石英平凸透镜、可控旋转滤光片六轮环模块、入射光强度检测模块和遮光盒；地下水水样抽取清洗装置包括待测液水箱、石英比色皿液位水箱、清水水箱、四通接口、三个液位检测传感器、三个常闭电磁阀及两个微型真空自吸式水泵。本实用新型可对地下水水质中物质进行检测，摆脱了传统的化学检测对环境二次污染的弊端，缩短了地下水水质检测的周期，简化了地下水水质检测的流程，满足了快速有效的检测需求。

Description

一种地下水多参数在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种参数检测装置，尤其是涉及一种地下水多参数在线检测装置。

背景技术

随着经济的高速发展和城市化进程的加快，地下水水质污染事件频发，如何快速有效的检测与评判地下水受污染的状况成为解决这问题的关键，其中地下水水质检测技术是解决这一问题保障。目前，我国在地下水水质检测领域，多以人工现场采样、实验室仪器分析为主要方式，存在采样误差大、检测周期长、操作繁杂、不能及时反映水体受污染变化状况等缺陷，难以满足快速有效的检测与评判地下水受污染的状况的需求。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种地下水多参数在线检测装置，能实现地下水水质在线化学需氧量(COD)、硝酸根离子、铬离子及浑浊度多参数检测，满足快速有效的检测与评判地下水受污染的状况的需求。

本实用新型采用的技术方案是：

装置包括现场测量仪器，现场测量仪器包括地下水水质多参数检测装置与地下水水样抽取清洗装置，地下水水质多参数检测装置包括滑轨平台以及安装在滑轨平台上的氘灯光源、石英平凸透镜、可控旋转滤光片六轮环模块、入射光强度检测模块和遮光盒；第一滑轨和第二滑轨前后布置在滑轨平台上，氘灯光源安装在滑块上，滑块安装在第一滑轨上，石英平凸透镜、可控旋转滤光片六轮环模块、入射光强度检测模块和遮光盒均通过各自的滑块安装在第二滑轨上，石英平凸透镜、可控旋转滤光片六轮环模块、入射光强度检测模块和遮光盒沿氘灯光源的出射光方向依次布置；遮光盒内沿氘灯光源的出射光方向依次置有所述地下水水样抽取清洗装置的双通石英比色皿和透射光强度检测模块，双通石英比色皿内盛有待测地下水，待测地下水由地下水水样抽取清洗装置灌入双通石英比色皿并清洗。

本实用新型的滑块和滑轨之间构成移动副，使得滑块沿滑轨水平移动，进而带动滑块上的部件也水平移动调整部件沿光轴的布置位置。

所述的地下水水样抽取清洗装置包括待测液水箱、石英比色皿液位水箱、清水水箱、四通接口、三个液位检测传感器、三个常闭电磁阀及两个微型真空自吸式水泵；待测液水箱、石英比色皿液位水箱和清水水箱布置在同一高度，待测液水箱、石英比色皿液位水箱和清水水箱顶部均开有各自的通气孔，待测液水箱、石英比色皿液位水箱和清水水箱内均设有液位检测传感器；

待测液微型真空自吸式水泵的输入口和待测液入口连接相通，待测液微型真空自吸式水泵的输出口和待测液水箱底部连接相通，待测液水箱底部经第一常闭电磁阀后与四通接口的一端口连接；

清水微型真空自吸式水泵的输入口和清水入口连接相通，清水微型真空自吸式水泵的输出口和清水水箱的底部连接相通，清水水箱底部经第三常闭电磁阀后与四通接口的一端口连接；

石英比色皿液位水箱底部经双通石英比色皿连接到四通接口的一端口，四通接口最后一个端口经第二常闭电磁阀与废液出口连接相通。

待测液入口、清水入口分别用于输入待测液和清水，废液出口用于输出废液、待测液和清水。

所述的可控旋转滤光片六轮环模块主要由步进电机、六轮滤光片环、第一遮光棒和一个U型限位光电开关组成，步进电机的输出轴和六轮滤光片环轴心同轴固定连接，通过控制步进电机旋转的角度调整六轮滤光片环的旋转角度位置进而选择六轮滤光片环上经过光路所需波长的滤光片，六轮滤光片环的侧旁设有U型限位光电开关，六轮滤光片环径向固定插装有用于在六轮滤光片环旋转中遮挡U型限位光电开关的第一遮光棒，第一遮光棒用于遮光限位光电开关来确定六轮滤光片环的旋转角度位置，六轮滤光片环旋转一周过程中第一遮光棒会经过U型限位光电开关的凹槽使得U型限位光电开关检测到六轮滤光片环的旋转一周。

所述的入射光强度检测模块主要由步进电机、导轨底座、光电二极管、两个U型限位光电开关组成，导轨底座安装在第二滑轨上，滑轨滑块嵌装在导轨底座的导轨槽中，步进电机输出轴水平布置且与丝杠同轴连接，丝杠穿过滑轨滑块底部的水平通孔，丝杠和滑轨滑块的水平通孔之间通过螺纹连接形成丝杠螺母副；

光电二极管装在滑轨滑块上，导轨底座的导轨槽、步进电机输出轴和丝杠均垂直于氘灯光源的出射光方向，使得步进电机运行带动丝杠旋转进而带动滑轨滑块和光电二极管沿垂直于氘灯光源出射光方向水平来回移动；导轨底座侧旁沿导轨槽前后各设有U型限位光电开关，沿滑轨滑块侧部固定有用于在滑轨滑块移动中遮挡U型限位光电开关的第二遮光棒。

所述的透射光强度检测模块采用光电二极管，通过光电二极管检测经过的光强度。

本实用新型特殊设计了地下水水质多参数检测装置与地下水水样抽取清洗装置，通过地下水水样抽取清洗装置抽取待测地下水，通过地下水水质多参数检测装置对待测地下水进行检测，两者结合实现了地下水多参数在线检测。

本实用新型用紫外—可见分光光度根据地下水中物质分子对波长为 200nm-760nm这一范围的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。通过选用波长范围在200nm-700nm之间的光源作为发射光，经过由石英平凸透镜、滤光片、双通石英比色皿及光电二极管所构成的检测光路，完成地下水水质检测光电转换工作，再运用朗伯比尔定律对转换后的数据进行计算与分析，最后得出被检测参数的值，完成地下水水质检测的工作。

本实用新型是综合应用运用紫外-分光光度法与朗伯比尔定律光学机理，利用地下水中物质分子在特定紫外光波长处有强吸收的特性，建立物质分子在紫外光光谱区的吸光度与物质分子浓度之间的关系，直接测定地下水中物质分子浓度，并设计了地下水水样抽取清洗装置，实现水样的自动抽取与石英比色皿自动清洗的功能。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型可以对地下水水质中化学需氧量(COD)、硝酸根离子、铬离子及浑浊度等地下水的物质进行自动检测，摆脱了传统的化学检测对环境二次污染的弊端，缩短了地下水水质检测的周期，简化了地下水水质检测的流程，满足了快速有效的检测与评判地下水受污染的状况的需求。

附图说明

图1是本实用新型地下水水质多参数检测装置组成图；

图2(a)是可控旋转滤光片六轮环模块的侧视图；

图2(b)是可控旋转滤光片六轮环模块端面的结构示意图；

图3(a)是入射光强度检测模块的侧视图；

图3(b)是入射光强度检测模块的俯视图；

图4是地下水水样抽取清洗装置组成图；

图5是实施例获得的硝酸根离子浓度与吸光强度的关系图；

图6是实施例获得的化学需氧量与吸光强度的关系图；

图7是实施例获得的铬离子浓度与吸光强度的关系图。

图中：1、10滑轨，2滑块，3氘灯，4石英平凸透镜，5可控旋转滤光片六轮环模块，6入射光强度检测模块，7遮光盒，8透射光强度检测模块，9双通石英比色皿，11滑轨平台，12六轮滤光片环，13第一遮光棒，19第二遮光棒， 14，18步进电机，15光电二极管，16滑轨滑块，17导轨底座，20、21、22液位检测传感器，23待测液水箱，24石英比色皿液位水箱，25清水水箱，26、27 微型真空自吸式水泵，29、30、33常闭电磁阀，31四通接口，32待测液入口， 34清洗入口，35废液出口，36塑料水管，37、38、39通气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型具体实施是包括包括现场测量仪器，现场测量仪器包括地下水水质多参数检测装置与地下水水样抽取清洗装置。

如图1所示，地下水水质多参数检测装置包括滑轨平台11以及安装在滑轨平台11上的氘灯光源3、石英平凸透镜4、可控旋转滤光片六轮环模块5、入射光强度检测模块6和遮光盒7；第一滑轨1和第二滑轨10前后布置在滑轨平台 11上，氘灯光源3安装在滑块2上，滑块2安装在第一滑轨1上，石英平凸透镜4、可控旋转滤光片六轮环模块5、入射光强度检测模块6和遮光盒7均通过各自的滑块安装在第二滑轨10上，石英平凸透镜4、可控旋转滤光片六轮环模块5、入射光强度检测模块6和遮光盒7沿氘灯光源3的出射光方向依次布置；遮光盒7内沿氘灯光源3的出射光方向依次置有地下水水样抽取清洗装置的双通石英比色皿9和透射光强度检测模块8，双通石英比色皿9内盛有待测地下水，待测地下水由地下水水样抽取清洗装置灌入双通石英比色皿9并清洗。

如图2(a)和图2(b)所示，可控旋转滤光片六轮环模块5主要由步进电机14、六轮滤光片环12、第一遮光棒13和一个U型限位光电开关组成，步进电机14 的输出轴和六轮滤光片环12轴心同轴固定连接，通过控制步进电机旋转的角度调整六轮滤光片环12的旋转角度位置进而选择六轮滤光片环12上经过光路所需波长的滤光片，六轮滤光片环12的侧旁设有U型限位光电开关，六轮滤光片环12径向固定插装有用于在六轮滤光片环12旋转中遮挡U型限位光电开关的第一遮光棒13。

具体实施中是在六轮滤光片环的1号轮外有一个第一遮光棒13，用于遮光限位光电开关，确定滤光片环旋转的位置。每次切换滤光片之前都先旋转至1 号滤光片，在进行滤光片的切换动作。

六轮滤光片环12上安装的滤光片为不同波长的单波长滤光片，和物质的特征峰波长相匹配，使得过滤后的光波长和物质的特征峰波长相同，进而在后续透过待测地下水时检测其中对应的物质浓度。带有物质特征峰波长的滤光片可以是带有化学需氧量COD、硝酸根离子、铬离子或者浑浊度等物质对应特征峰波长的滤光片，滤光片装在可控旋转滤光片六轮环模块5上。

如图3(a)和图3(b)所示，入射光强度检测模块6主要由步进电机14、导轨底座17、光电二极管15、两个U型限位光电开关组成，导轨底座17安装在第二滑轨10上，滑轨滑块16嵌装在导轨底座17的导轨槽中，步进电机14输出轴水平布置且与丝杠同轴连接，丝杠穿过滑轨滑块16底部的水平通孔，丝杠和滑轨滑块16的水平通孔之间通过螺纹连接形成丝杠螺母副；光电二极管15装在滑轨滑块16上，导轨底座17的导轨槽、步进电机14输出轴和丝杠均垂直于氘灯光源3的出射光方向，使得步进电机14运行带动丝杠旋转进而带动滑轨滑块16和光电二极管15沿垂直于氘灯光源3出射光方向水平来回移动，用于采集入射光强度和采集后移开让入射光通过；导轨底座17侧旁沿导轨槽前后各设有U型限位光电开关，沿滑轨滑块16侧部固定有用于在滑轨滑块16移动中遮挡U型限位光电开关的第二遮光棒19。每需要进行一次入射光强度检测时，电机带动滑轨滑块水平来回滑动一次，来回滑动的位置用两个U型限位光电开关控制。

如图4所示，地下水水样抽取清洗装置包括待测液水箱23、石英比色皿液位水箱24、清水水箱25、四通接口、三个液位检测传感器、三个常闭电磁阀及两个微型真空自吸式水泵；待测液水箱23、石英比色皿液位水箱24和清水水箱 25布置在同一高度，待测液水箱23、石英比色皿液位水箱24和清水水箱25顶部均开有各自的通气孔37、38、39，待测液水箱23、石英比色皿液位水箱24 和清水水箱25内均设有液位检测传感器20、21、22，石英比色皿液位水箱24 中的液位检测传感器布置高度低于待测液水箱23和清水水箱25中的液位检测传感器布置高度；待测液微型真空自吸式水泵26的输入口经塑料水管36和待测液入口32连接相通，待测液微型真空自吸式水泵26的输出口和待测液水箱 23底部连接相通，待测液水箱23底部经塑料水管36和第一常闭电磁阀29后与四通接口31的一端口连接；清水微型真空自吸式水泵27的输入口经塑料水管 36和清水入口34连接相通，清水微型真空自吸式水泵27的输出口和清水水箱 25的底部连接相通，清水水箱25底部经塑料水管36和第三常闭电磁阀30后与四通接口31的一端口连接；石英比色皿液位水箱24底部经双通石英比色皿9 连接到四通接口31的一端口，四通接口31最后一个端口经塑料水管36和第二常闭电磁阀33与废液出口35连接相通。

具体实施中还可包括远方控制仪器，现场测量仪器和远方控制仪器通过无线通讯连接，远方控制仪器主要由远程接收发送装置、PC上位机组成，远程接收发送装置的输入端与接收天线连接，远程接收发送装置的输出端与PC上位机连接。由地下水水质多参数检测装置对待测地下水进行检测，检测数据经MCU 计算后通过GSM通信发送回远方控制仪器，最后再由地下水水样抽取清洗装置清洗自身内部的水样通道，以进行下一次待测地下水检测，由此实现远程地下水多参数在线检测。

并且在现场测量仪器的地下水水质多参数检测装置中设置地下水多参数处理模块，地下水多参数处理模块包括MCU电路、可控旋转滤光片六轮环模块电机驱动电路、步进电机滑轨驱动电路、入射光强度光电转换电路、透射光强度光电转换电路、入射光强度A/D转换电路和透射光强度A/D转换电路；MCU 电路与可控旋转滤光片六轮环模块电机驱动电路相连，MCU电路与步进电机滑轨驱动电路相连，可控旋转滤光片六轮环模块5的U型限位光电开关和入射光强度检测模块6的U型限位光电开关的信号输出端分别与MCU电路的信号接收接口相连；入射光强度检测模块6的光电二极管15经入射光强度光电转换电路输出端与入射光强度A/D转换电路输入端相连，入射光强度A/D转换电路输出端与MCU固定接口相连；透射光强度检测模块8经透射光强度光电转换电路输出端与透射光强度A/D转换电路输入端相连，透射光强度A/D转换电路输出端与MCU固定接口相连；将入射光强度检测模块6输出端与透射光强度检测模块8输出端通过双绞线与地下水多参数处理模块的输入端相连接，地下水多参数处理模块的输出端与发射天线连接，发射天线和接收天线无线通信。

本实用新型实施例的实施过程过程如下：

1、地下水水质多参数检测

先控制滤光片六轮环模块5旋转到所需滤光片位置。氘灯光源3发出紫外光，经石英平凸透镜4聚光后入射到可控旋转滤光片六轮环模块5，经可控旋转滤光片六轮环模块5滤光后的单波长光入射至入射光强度检测模块5检测入射光强值。入射光强检测时，入射光强度检测模块5中，步进电机14控制滑轨滑块16及其上的光电二极管15移到光路的光轴经过位置，用光电二极管15来检测。

接着照射至双通石英比色皿9被皿内待测地下水中的物质吸收一部分光，透过的另一部分光照射至透射光强度检测模块8检测透射光强值。透射光强检测时，入射光强度检测模块5中，步进电机14控制滑轨滑块16及其上的光电二极管15移开光路的光轴经过位置，用透射光强度检测模块8的光电二极管来检测。

然后将透射光强值与入射光强值在地下水多参数处理模块中进行计算，求得透射光强值与入射光强值之比，最后再带入朗伯比尔公式进行运算，求得被待测地下水的物质溶液浓度。

2、地下水水质多抽取清洗

如图4所示，具体过程是：

开始工作，地下水水样抽取清洗装置为抽取水样模式：启动待测液微型真空自吸式水泵26，待测地下水从待测液入口32流入，向待测液水箱23注水，待测液水箱液面上升。当液面上升至与液位检测传感器23接触时，关闭待测液微型真空自吸式水泵26并打开第一常闭电磁水阀29。

由于待测液水箱23水压高于双通石英比色皿9与石英比色皿液位水箱24，故打开第一常闭电磁水阀29后待测液水箱23会自然向双通石英比色皿9与石英比色皿液位水箱24注水。当石英比色皿液位水箱24内的液位检测传感器21 接触到液面时，说明双通石英比色皿9内待测地下水已装满，抽取待测水样完成，由地下水水质多参数检测装置进行水质多参数检测。

在水质多参数检测后，地下水水样抽取清洗装置进入清洗模式：控制第一、第二常闭电磁水阀29、33打开，将水质多参数检测后的待测地下水作为废液从废液出口35流出，废液流尽后，将第二常闭电磁水阀33关闭且打开常第三闭电磁水阀30，即保持第一、第三常闭电磁水阀29、30打开。然后，清水微型真空自吸式水泵27工作从清水入口34吸取清水，清水进入清水水箱25并从清水水箱25流入待测液水箱23与石英比色皿液位水箱24，和水箱中原有的待测地下水液体混合形成清洗废液。若抽取清水过快，则可能导致清水水箱25内的液位检测传感器22触发，则关闭清水微型真空自吸式水泵2，等清水水箱25内的液面与液位检测传感器22没有接触时，再打开清水微型真空自吸式水泵2。

当石英比色皿液位水箱24内的液面接触到液位检测传感器21时，关闭清水微型真空自吸式水泵2与第三常闭电磁水阀30，打开第二常闭电磁水阀2，保持第一、第二常闭电磁水阀29、33打开，将待测液水箱23和石英比色皿液位水箱24中的清洗废液流出。最终重复清洗模式三次，便完成了清洗工作。

实施例硝酸根离子，化学需氧量及铬离子浓度与吸光度的关系曲线如图5、 6、7所示，通过测量入射光强度与透射光强度，经朗伯比尔定律公式计算后便可求得所需三种物质的浓度。

由此可见，本实用新型能实现地下水的物质进行实时检测，并且能进一步地自动远程地完成水体的抽取和清洗更换，摆脱了传统技术二次污染的弊端，大大缩短了地下水水质检测的周期，满足了快速有效检测需求，技术效果显著突出。

Claims (4)

1.一种地下水多参数在线检测装置，其特征在于：包括现场测量仪器，所述的现场测量仪器包括地下水水质多参数检测装置与地下水水样抽取清洗装置，地下水水质多参数检测装置包括滑轨平台(11)以及安装在滑轨平台(11)上的氘灯光源(3)、石英平凸透镜(4)、可控旋转滤光片六轮环模块(5)、入射光强度检测模块(6)和遮光盒(7)；第一滑轨(1)和第二滑轨(10)前后布置在滑轨平台(11)上，氘灯光源(3)安装在滑块(2)上，滑块(2)安装在第一滑轨(1)上，石英平凸透镜(4)、可控旋转滤光片六轮环模块(5)、入射光强度检测模块(6)和遮光盒(7)均通过各自的滑块安装在第二滑轨(10)上，石英平凸透镜(4)、可控旋转滤光片六轮环模块(5)、入射光强度检测模块(6)和遮光盒(7)沿氘灯光源(3)的出射光方向依次布置；遮光盒(7)内沿氘灯光源(3)的出射光方向依次置有所述地下水水样抽取清洗装置的双通石英比色皿(9)和透射光强度检测模块(8)，双通石英比色皿(9)内盛有待测地下水，待测地下水由地下水水样抽取清洗装置灌入双通石英比色皿(9)并清洗。

2.根据权利要求1所述的一种地下水多参数在线检测装置，其特征在于：所述的地下水水样抽取清洗装置包括待测液水箱(23)、石英比色皿液位水箱(24)、清水水箱(25)、四通接口、三个液位检测传感器、三个常闭电磁阀及两个微型真空自吸式水泵；待测液水箱(23)、石英比色皿液位水箱(24)和清水水箱(25)布置在同一高度，待测液水箱(23)、石英比色皿液位水箱(24)和清水水箱(25)顶部均开有各自的通气孔(37、38、39)，待测液水箱(23)、石英比色皿液位水箱(24)和清水水箱(25)内均设有液位检测传感器(20、21、22)；待测液微型真空自吸式水泵(26)的输入口和待测液入口(32)连接相通，待测液微型真空自吸式水泵(26)的输出口和待测液水箱(23)底部连接相通，待测液水箱(23)底部经第一常闭电磁阀(29)后与四通接口(31)的一端口连接；清水微型真空自吸式水泵(27)的输入口和清水入口(34)连接相通，清水微型真空自吸式水泵(27)的输出口和清水水箱(25)的底部连接相通，清水水箱(25)底部经第三常闭电磁阀(30)后与四通接口(31)的一端口连接；石英比色皿液位水箱(24)底部经双通石英比色皿(9)连接到四通接口(31)的一端口，四通接口(31)最后一个端口经第二常闭电磁阀(33)与废液出口(35)连接相通。

3.根据权利要求1所述的一种地下水多参数在线检测装置，其特征在于：所述的可控旋转滤光片六轮环模块(5)主要由步进电机(14)、六轮滤光片环(12)、第一遮光棒(13)和一个U型限位光电开关组成，步进电机(14)的输出轴和六轮滤光片环(12)轴心同轴固定连接，通过控制步进电机旋转的角度调整六轮滤光片环(12)的旋转角度位置进而选择六轮滤光片环(12)上经过光路所需波长的滤光片，六轮滤光片环(12)的侧旁设有U型限位光电开关，六轮滤光片环(12)径向固定插装有用于在六轮滤光片环(12)旋转中遮挡U型限位光电开关的第一遮光棒(13)。

4.根据权利要求1所述的一种地下水多参数在线检测装置，其特征在于：所述的入射光强度检测模块(6)主要由步进电机(14)、导轨底座(17)、光电二极管(15)、两个U型限位光电开关组成，导轨底座(17)安装在第二滑轨(10)上，滑轨滑块(16)嵌装在导轨底座(17)的导轨槽中，步进电机(14)输出轴水平布置且与丝杠同轴连接，丝杠穿过滑轨滑块(16)底部的水平通孔，丝杠和滑轨滑块(16)的水平通孔之间通过螺纹连接形成丝杠螺母副；光电二极管(15)装在滑轨滑块(16)上，导轨底座(17)的导轨槽、步进电机(14)输出轴和丝杠均垂直于氘灯光源(3)的出射光方向，使得步进电机(14)运行带动丝杠旋转进而带动滑轨滑块(16)和光电二极管(15)沿垂直于氘灯光源(3)出射光方向水平来回移动；导轨底座(17)侧旁沿导轨槽前后各设有U型限位光电开关，沿滑轨滑块(16)侧部固定有用于在滑轨滑块(16)移动中遮挡U型限位光电开关的第二遮光棒(19)。