本發(fā)明屬于環(huán)保監(jiān)測技術領域，尤其涉及基于TDLAS技術的連續(xù)激光檢測技術，具體為水質(zhì)監(jiān)測裝置及檢測方法。

背景技術：

現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測，一般都是將水樣品用容器打撈上來后帶到實驗室進行檢測，存在時效性差、數(shù)據(jù)可靠性差的問題：

首先，在實踐中，處于不同水層的雜質(zhì)密度與種類是不相同的，將取樣點處的水打撈上來的過程成，存在樣品被污染、稀釋的風險；

其次，打撈上來的水樣品在氧氣、日照等因素的影響下，會發(fā)生揮發(fā)、變質(zhì)、彌散等問題；

再次，從樣本點取樣，也存在樣本容量偏小，測量、統(tǒng)計容易出現(xiàn)誤差的問題，缺少累積形成的歸納分析，即存在以點概面的缺憾；

最后，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測是離散的、間斷的檢測方法。雖然有將設備裝載的車輛或船只上，但這樣做成本高、耗費的人力物力資源多，不適合連續(xù)的檢測。

TDLAS技術，是采用激光對待檢測介質(zhì)的無損、實時采樣與檢測技術。已從早期由軍工領域的引入、應用，逐步推廣大氣環(huán)境、井下安全、危險場所監(jiān)控等技術領域。目前現(xiàn)有在水下采用TDLAS技術的報道與應用。如果能夠改進現(xiàn)有水下檢測設備進行適當?shù)母倪M，把TDLAS技術與之結(jié)合，將有可能對現(xiàn)有的水質(zhì)環(huán)境檢測、監(jiān)測起到積極的作用。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測的不足，本發(fā)明提供一種水質(zhì)監(jiān)測裝置及檢測方法，具體如下：

一種水質(zhì)監(jiān)測裝置，包括殼體、前蓋板和后蓋板；

殼體為圓柱體；在殼體長度方向一端的外表面設有牽引支架；在殼體長度方向另一端的外表面設有平衡尾翼；

在殼體長度方向的兩個端面之間設有6個中空腔體；6個中空腔體相互平行，且均貫穿殼體；6個中空腔體分別稱為：設備艙、左側(cè)樣品艙、右側(cè)樣品艙、左側(cè)檢測艙、右側(cè)檢測艙和底部檢測艙；

其中，

在設有牽引支架一側(cè)的殼體端部配有前蓋板；在前蓋板上設有5個前蓋板通孔，分別與左側(cè)樣品艙、右側(cè)樣品艙、左側(cè)檢測艙、右側(cè)檢測艙和底部檢測艙的前側(cè)開口相對應；在前蓋板通孔外側(cè)的前蓋板上配有前蓋板磁控閥；

在設有平衡尾翼一側(cè)的殼體端部配有后蓋板；在后蓋板上設有3個后蓋板通孔，分別與左側(cè)檢測艙、右側(cè)檢測艙和底部檢測艙的后側(cè)開口相對應；在后蓋板通孔外側(cè)的后蓋板上配有后蓋板磁控閥；

在左側(cè)樣品艙和右側(cè)樣品艙內(nèi)分別配有一根絲杠；在絲杠上配有螺母和防水電機；通過防水電機帶動螺母沿著絲杠長度方向前后移動；螺母的外徑與左側(cè)樣品艙、右側(cè)樣品艙的內(nèi)徑相匹配；

在左側(cè)檢測艙和右側(cè)檢測艙內(nèi)分別配有一根激光檢測支架；激光檢測支架為圓管；在激光檢測支架的兩端分別設有激光發(fā)射模塊和激光接收模塊；

設備艙內(nèi)設有單片機和電源，單片機與電源相連并取電；設備艙與左側(cè)樣品艙、右側(cè)樣品艙、左側(cè)檢測艙、右側(cè)檢測艙之間均設有殼體通孔，在每個殼體通孔上配有隔水轉(zhuǎn)接頭；左側(cè)檢測艙內(nèi)的激光發(fā)射模塊和激光接收模塊、右側(cè)檢測艙內(nèi)的激光發(fā)射模塊和激光接收模塊、左側(cè)樣品艙內(nèi)的防水電機、右側(cè)樣品艙內(nèi)的防水電機(分別通過導線經(jīng)隔水轉(zhuǎn)接頭與設備艙內(nèi)的單片機、電源相連接。

水質(zhì)監(jiān)測裝置的檢測方法，按如下步驟進行：

步驟1：由單片機檢測并控制前蓋板磁控閥、后蓋板磁控閥處于開啟的狀態(tài)，激光發(fā)射模塊不工作、防水電機帶動螺母移動至靠近前蓋板一側(cè)的絲杠端部；

步驟2：人工向單片機錄入檢測工作參數(shù)；

步驟3：將繩索與牽引支架相連，將水質(zhì)監(jiān)測裝置投入待檢測水域；將繩索投入水中，直至水質(zhì)監(jiān)測裝置到達擬檢測的水位；

步驟4：由單片機驅(qū)動激光發(fā)射模塊按人工設定的參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射激光束；由單片機驅(qū)動激光發(fā)射模塊按人工設定的參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射激光束；激光束穿過激光檢測支架內(nèi)的液體后，被對應的激光接收模塊接受并反饋至單片機，由單片機進行、采樣、放大、過濾及成分分析與儲存；

步驟5：由單片機按人工設定的參數(shù)驅(qū)動防水電機旋轉(zhuǎn)，帶動螺母移動至靠近后蓋板一側(cè)的絲杠端部，將檢測區(qū)域的液體樣本抽入左側(cè)樣品艙和/或右側(cè)樣品艙；隨后，由單片機控制與左側(cè)樣品艙和/或右側(cè)樣品艙對應的前蓋板磁控閥關閉，獲取液體樣品；

步驟6：由單片機通過導線和隔水轉(zhuǎn)接頭向水面上的工控機通信，傳遞數(shù)據(jù)，并根據(jù)人工指令進行檢測；

步驟7：結(jié)束檢測后，由單片機控制激光發(fā)射模塊停止工作；通過繩索和卷揚機將水質(zhì)監(jiān)測裝置吊起。

有益的技術效果

1)本發(fā)明具有左側(cè)樣品艙和右側(cè)樣品艙，能夠把由左側(cè)檢測艙或/和右側(cè)檢測艙檢測到的成分異常的水樣品，進行抽取和密封保存，不但避免水樣品在打撈的過程中被污染、稀釋，還能精確地獲取需要進一步檢測的水樣品；

2)本發(fā)明直接在水下進行檢測，僅把數(shù)據(jù)結(jié)果通過導線傳輸上來，避免樣品在氧氣、日照等因素的影響下而發(fā)生的變質(zhì)等問題；

3)本發(fā)明是沉在待檢測水域?qū)崟r、連續(xù)地取樣檢測，能夠積累長時期間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)，樣本容量大，測量、統(tǒng)計出來的結(jié)果誤差較小，是累積形成的歸納分析，數(shù)據(jù)資料的代表性強、可靠性高；

4)本發(fā)明是連續(xù)的檢測。且采用的激光發(fā)射模塊、激光接收模塊、單片機和電源均為市場上現(xiàn)有的、成熟的、微小型化的可靠產(chǎn)品，成本低、易維護、耗費的人力物力資源少，適合連續(xù)多點的檢測。

5)本發(fā)明具有左側(cè)檢測艙和右側(cè)檢測艙，可同時進行檢測，相互驗證檢測結(jié)果的可靠性，也可分別使用，增強設備的耐用性。

6)本發(fā)明的左側(cè)檢測艙和右側(cè)檢測艙配有不同波長、功率的激光發(fā)射模塊，能夠進行多種介質(zhì)成分的檢測。

7)本發(fā)明的左側(cè)檢測艙和右側(cè)檢測艙配有蓋板磁控閥、后蓋板磁控閥，既能夠動態(tài)地進行實施檢測，也可以鎖定介質(zhì)，進行不同激光條件下的檢測。

8)本發(fā)明的左側(cè)檢測艙和右側(cè)檢測艙配有潛水泵，能夠配合蓋板磁控閥、后蓋板磁控閥對流過的液體進行不同流速的檢測，檢測的方式豐富。此外，還能夠?qū)崿F(xiàn)“沖洗”，通過產(chǎn)生單一方向的水流，確保左側(cè)檢測艙和右側(cè)檢測艙不會被雜質(zhì)堵塞或沉積所造成的誤判斷。

9)本發(fā)明采用絲杠、螺母和防水電機，形成類似針筒的負壓采樣機構，結(jié)構簡單，保存樣品方便。

10)本發(fā)明將TDLAS技術成功應用到水下，實現(xiàn)低成本、多監(jiān)控點、連續(xù)線性的持續(xù)監(jiān)測，無需人員值守，特別適合水文、水質(zhì)監(jiān)測的長期性、連續(xù)性、突變性的特點，將有可能對現(xiàn)有的水質(zhì)環(huán)境檢測、監(jiān)測起到積極的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體示意圖；

圖2是圖1的主視圖；

圖3是圖2的A-A剖視圖；

圖4是圖1的后視圖；

圖5是圖1移去后蓋板3后的后視圖；

圖6是圖5的B-B剖視圖；

圖7是激光檢測支架17的結(jié)構簡視圖；

圖8是圖1中殼體1的另一角度立體示意圖；

圖9是是激光檢測支架17的立體示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合說明書附圖，詳細說明本發(fā)明的結(jié)構特點。

參見圖1，水質(zhì)監(jiān)測裝置，包括殼體1、前蓋板2和后蓋板3。

參見圖1、5、6和8，殼體1為圓柱體。在殼體1長度方向一端的外表面設有牽引支架4。在殼體1長度方向另一端的外表面設有平衡尾翼5。

在殼體1長度方向的兩個端面之間設有6個中空腔體。6個中空腔體相互平行，且均貫穿殼體1。6個中空腔體分別稱為：設備艙6、左側(cè)樣品艙7、右側(cè)樣品艙8、左側(cè)檢測艙9、右側(cè)檢測艙10和底部檢測艙11。其中，

參見圖1、2和3，在設有牽引支架4一側(cè)的殼體1端部配有前蓋板2。在前蓋板2上設有5個前蓋板通孔，分別與左側(cè)樣品艙7、右側(cè)樣品艙8、左側(cè)檢測艙9、右側(cè)檢測艙10和底部檢測艙11的前側(cè)開口相對應。在前蓋板通孔外側(cè)的前蓋板2上配有前蓋板磁控閥12。

參見圖1、3和4，在設有平衡尾翼5一側(cè)的殼體1端部配有后蓋板3。在后蓋板3上設有3個后蓋板通孔，分別與左側(cè)檢測艙9、右側(cè)檢測艙10和底部檢測艙11的后側(cè)開口相對應。在后蓋板通孔外側(cè)的后蓋板3上配有后蓋板磁控閥13。

參見圖3，在左側(cè)樣品艙7和右側(cè)樣品艙8內(nèi)分別配有一根絲杠14。在絲杠14上配有螺母15和防水電機16。通過防水電機16帶動螺母15沿著絲杠14長度方向前后移動。螺母15的外徑與左側(cè)樣品艙7、右側(cè)樣品艙8的內(nèi)徑相匹配。

參見圖2、4、7和9，在左側(cè)檢測艙9和右側(cè)檢測艙10內(nèi)分別配有一根激光檢測支架17。激光檢測支架17為圓管。在激光檢測支架17的兩端分別設有激光發(fā)射模塊18和激光接收模塊19。

設備艙6內(nèi)設有單片機和電源，單片機與電源相連并取電。設備艙6與左側(cè)樣品艙7、右側(cè)樣品艙8、左側(cè)檢測艙9、右側(cè)檢測艙10之間均設有殼體通孔，在每個殼體通孔上配有隔水轉(zhuǎn)接頭。左側(cè)檢測艙9內(nèi)的激光發(fā)射模塊18和激光接收模塊19、右側(cè)檢測艙10內(nèi)的激光發(fā)射模塊18和激光接收模塊19、左側(cè)樣品艙7內(nèi)的防水電機16、右側(cè)樣品艙8內(nèi)的防水電機16分別通過導線經(jīng)隔水轉(zhuǎn)接頭與設備艙6內(nèi)的單片機、電源相連接。

參見圖5，進一步說，左側(cè)檢測艙9、右側(cè)檢測艙10和底部檢測艙11呈倒三角布置。設備艙6位于左側(cè)檢測艙9和右側(cè)檢測艙10之間。左側(cè)樣品艙7位于左側(cè)檢測艙9和底部檢測艙11之間。右側(cè)樣品艙8位于右側(cè)檢測艙10和底部檢測艙11之間。

參見圖5，進一步說，設備艙6、左側(cè)樣品艙7和右側(cè)樣品艙8呈正三角布置。

進一步說，在靠近設備艙6的殼體1處開有數(shù)據(jù)交互窗口。在數(shù)據(jù)交互窗口處配有隔水轉(zhuǎn)接頭。通過一根導線將水面上的設備與殼體1處的隔水轉(zhuǎn)接頭相連接，再通過另一根導線將殼體1處的隔水轉(zhuǎn)接頭與單片機相連接。

所述導線包括電源線、電信號通訊線和光信號通訊線。

進一步說，在左側(cè)檢測艙9內(nèi)的激光發(fā)射模塊18為波長在1000至1400nm，功率不小于20kW的紅外激光發(fā)射器。

在右側(cè)檢測艙10內(nèi)的激光發(fā)射模塊18所發(fā)射的激光為波長在800至1400nm，功率在2.0至5.0kW的紅外激光發(fā)射器。不同的功率與波長能夠?qū)y(tǒng)一介質(zhì)進行不同角度的檢測，提高精確性。優(yōu)選的方案是，平時采用低功率的、廣能譜的進行檢測，提高效率、降低功耗。需要復查或重點抽測時，采用高功率、窄能譜的進行精確測量。

進一步說，前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13均分別通過導線和隔水轉(zhuǎn)接頭與單片機相連。

前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13常開。

螺母15處于靠近前蓋板2一側(cè)的絲杠14端部。

進一步說，靠近左側(cè)檢測艙9的后蓋板磁控閥13配有潛水泵。該靠近左側(cè)檢測艙9的潛水泵通過導線和隔水轉(zhuǎn)接頭與單片機相連。前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13和潛水泵控制進入左側(cè)檢測艙9內(nèi)的待檢測液體的流量與流速。

更進一步說，靠近右側(cè)檢測艙10的后蓋板磁控閥13配有潛水泵。該靠近右側(cè)檢測艙10的潛水泵通過導線和隔水轉(zhuǎn)接頭與單片機相連。前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13和潛水泵控制進入右側(cè)檢測艙10內(nèi)的待檢測液體的流量與流速。

更進一步說，靠近右側(cè)檢測艙10的潛水泵的功率是靠近左側(cè)檢測艙9的潛水泵的功率0.1至0.8倍，即通過不同的激光波長、激光強度與待測液體流速，實現(xiàn)不同參數(shù)條件下的實時、動態(tài)測量與監(jiān)測。

更進一步說，在底部檢測艙11內(nèi)安裝有流量計。通過導線和隔水轉(zhuǎn)接頭，將流量計與單片機相連接。由于底部檢測艙11與左側(cè)檢測艙9、右側(cè)檢測艙10規(guī)格相同，由流量計檢測到的底部檢測艙11內(nèi)液體的流量狀態(tài)，能夠模擬出相對準確的左側(cè)檢測艙9、右側(cè)檢測艙10中的實際狀態(tài)。而由于左側(cè)檢測艙9、右側(cè)檢測艙10中需要進行激光掃射，故不能在其中安裝流量計。

所述水質(zhì)監(jiān)測裝置的檢測方法，按如下步驟進行：

步驟1：由單片機檢測并控制前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13處于開啟的狀態(tài)，激光發(fā)射模塊18不工作、防水電機16帶動螺母15移動至靠近前蓋板2一側(cè)的絲杠14端部。

步驟2：人工向單片機錄入檢測工作參數(shù)。

步驟3：將繩索與牽引支架4相連，將水質(zhì)監(jiān)測裝置投入待檢測水域。將繩索投入水中，直至水質(zhì)監(jiān)測裝置到達擬檢測的水位。

步驟4：由單片機驅(qū)動激光發(fā)射模塊18按人工設定的參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射激光束。由單片機驅(qū)動激光發(fā)射模塊18按人工設定的參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射激光束。激光束穿過激光檢測支架17內(nèi)的液體后，被對應的激光接收模塊19接受并反饋至單片機，由單片機進行、采樣、放大、過濾及成分分析與儲存。

步驟5：由單片機按人工設定的參數(shù)驅(qū)動防水電機16旋轉(zhuǎn)，帶動螺母15移動至靠近后蓋板3一側(cè)的絲杠14端部，將檢測區(qū)域的液體樣本抽入左側(cè)樣品艙7和/或右側(cè)樣品艙8。隨后，由單片機控制與左側(cè)樣品艙7和/或右側(cè)樣品艙8對應的前蓋板磁控閥12關閉，獲取液體樣品。

步驟6：由單片機通過導線和隔水轉(zhuǎn)接頭向水面上的工控機通信，傳遞數(shù)據(jù)，并根據(jù)人工指令進行檢測。

步驟7：結(jié)束檢測后，由單片機控制激光發(fā)射模塊18停止工作。通過繩索和卷揚機將水質(zhì)監(jiān)測裝置吊起。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。