一種水質(zhì)參數(shù)垂向分布自適應(yīng)采集方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及到一種水質(zhì)參數(shù)垂向分布自適應(yīng)采集方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水源水庫(kù)作為蓄水和供水的工程設(shè)施，水質(zhì)保護(hù)與管理是實(shí)現(xiàn)安全供水的關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)。在水庫(kù)的運(yùn)行過(guò)程中，水質(zhì)污染問(wèn)題越來(lái)越突出。水庫(kù)建成后，由降雨徑流驅(qū)動(dòng)、人類活動(dòng)影響、大氣沉降和水庫(kù)內(nèi)的生物代謝沉積等形成的污染物，大部分積蓄在水庫(kù)中，影響水體水質(zhì)。尤其在我國(guó)東北地區(qū)，水源水庫(kù)規(guī)模大，深度大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，水庫(kù)下層水質(zhì)惡化嚴(yán)重。觀察發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行20年以上的水庫(kù)普遍存在內(nèi)源污染問(wèn)題。因此，如何采集有代表性的水質(zhì)數(shù)據(jù)，調(diào)查水源水庫(kù)水質(zhì)的垂向分布狀況，成為研宄水質(zhì)管理對(duì)策的關(guān)鍵。
[0003]水質(zhì)監(jiān)測(cè)是保證水源水庫(kù)環(huán)境安全的重要手段，水源水庫(kù)水質(zhì)調(diào)查的主要方式是科研人員乘調(diào)查船到達(dá)指定采樣點(diǎn)采集水質(zhì)參數(shù)，測(cè)量的參數(shù)主要包括深度、溫度、PH、溶解氧、電導(dǎo)率、氧化還原電位和濁度等。不同的水質(zhì)參數(shù)在垂直剖面上發(fā)生趨勢(shì)變化的位置不同，要想了解水質(zhì)垂直剖面分布的真實(shí)情況，就需要捕捉到水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的變化趨勢(shì)。傳統(tǒng)的水源水庫(kù)水質(zhì)調(diào)查采用人工采樣、實(shí)驗(yàn)室分析的方法，科研人員乘調(diào)查船到達(dá)采樣點(diǎn)后，使用帶有刻度繩的采水器獲取若干指定深度的水樣，然后將水樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步分析以獲得水質(zhì)數(shù)據(jù)。這種方法要想捕捉各水質(zhì)參數(shù)垂向分布的變化趨勢(shì)，就要增加采樣點(diǎn)處的測(cè)量數(shù)目，浪費(fèi)人力物力，數(shù)據(jù)的誤差也較大。隨著電子信息、微處理器及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水質(zhì)傳感器已在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域日益得到廣泛應(yīng)用。因此，科研人員可以使用水質(zhì)傳感器在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)采樣點(diǎn)水樣進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。例如，在調(diào)查船上配合絞車使用德國(guó)Sea&Sun公司生產(chǎn)的多參數(shù)水質(zhì)儀，選擇深度等間距模式以一定速度勻速?gòu)乃嫦路诺剿鬃詣?dòng)獲得垂直剖面的水質(zhì)分布數(shù)據(jù)，通過(guò)連接筆記本電腦就可以在現(xiàn)場(chǎng)觀察水質(zhì)數(shù)據(jù)。但是，由于垂直剖面水質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)發(fā)生變化的位置不同，即使采用間距較小的等間距法也不能保證加密的測(cè)量點(diǎn)就是水質(zhì)狀況發(fā)生變化的區(qū)域，因此，這種方法不能保證測(cè)得的數(shù)據(jù)能夠較好地捕捉水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的變化趨勢(shì)，而且其主要面向海洋環(huán)境，價(jià)格昂貴。
[0004]顯然，現(xiàn)有的水源水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法并不能為科研人員提供真實(shí)反映水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)垂向分布的數(shù)據(jù)。因此，急需提供一種成本低廉，安全可靠，既能盡量減少測(cè)量點(diǎn)數(shù)量，節(jié)省人力物力，又能較好捕捉水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)垂向分布的采集方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明致力于解決現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量水源水庫(kù)水質(zhì)垂向分布的不足，提供一種成本低廉、安全可靠、適用于水源水庫(kù)的水質(zhì)垂向分布采集方法與裝置，實(shí)現(xiàn)水源水庫(kù)水質(zhì)參數(shù)垂直分布水面到水底自適應(yīng)的在線采集。
[0006]本發(fā)明的水源水庫(kù)水質(zhì)參數(shù)垂向分布采集方法是在升降裝置從水面到水底下放水下水質(zhì)采集系統(tǒng)采集測(cè)量點(diǎn)處垂直剖面的水質(zhì)數(shù)據(jù)的過(guò)程，計(jì)算機(jī)終端實(shí)時(shí)計(jì)算測(cè)量點(diǎn)的水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的變化速率，計(jì)算機(jī)終端利用LabVIEW開(kāi)發(fā)水源水庫(kù)水質(zhì)上位機(jī)監(jiān)控界面，通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)定初始化采集參數(shù)，將獲得的水質(zhì)數(shù)據(jù)以數(shù)值和曲線的形式實(shí)時(shí)顯示各水質(zhì)參數(shù)的變化趨勢(shì)，并存儲(chǔ)在SQL數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0007]計(jì)算機(jī)終端實(shí)時(shí)接收并分析測(cè)量點(diǎn)處垂直剖面上的水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的變化速率，計(jì)算機(jī)終端根據(jù)變化速率最大的水質(zhì)參數(shù)向升降裝置控制系統(tǒng)發(fā)出相關(guān)指令控制水下水質(zhì)采集系統(tǒng)的下放速度，根據(jù)該水質(zhì)參數(shù)的變化速率的大小通過(guò)升降裝置來(lái)調(diào)節(jié)水質(zhì)采集裝置的下放速度，水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的變化速率與升降裝置的速度成反比，以自適應(yīng)的捕捉垂直剖面水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的變化趨勢(shì)，完成水下水質(zhì)采集系統(tǒng)從水面到水底自適應(yīng)的整個(gè)采集過(guò)程;
[0008]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)水源水庫(kù)水質(zhì)參數(shù)垂向分布采集方法的裝置，主要包括水上控制系統(tǒng)和水下水質(zhì)采集系統(tǒng)，水上控制系統(tǒng)和水下水質(zhì)采集系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)傳輸線的一端與水上控制系統(tǒng)連接，另一端與水下水質(zhì)采集系統(tǒng)連接。
[0009]水上控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)終端、升降裝置控制系統(tǒng)和升降裝置，計(jì)算機(jī)終端通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線與升降裝置連接，計(jì)算機(jī)終端向升降裝置發(fā)出控制指令控制升降裝置進(jìn)行動(dòng)作，從水面到水底下放水下水質(zhì)采集系統(tǒng)采集垂直剖面的水質(zhì)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)終端利用LabVIEff開(kāi)發(fā)水源水庫(kù)水質(zhì)上位機(jī)監(jiān)控界面，通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)定初始化采集參數(shù)，主要負(fù)責(zé)控制升降裝置下放水下水質(zhì)采集系統(tǒng)的速度和實(shí)時(shí)處理水下水質(zhì)采集系統(tǒng)發(fā)送的水質(zhì)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)終端根據(jù)水下水質(zhì)采集系統(tǒng)的入水深度做出判斷，啟動(dòng)升降裝置后通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線下放水下水質(zhì)采集系統(tǒng)。
[0010]水下水質(zhì)采集系統(tǒng)經(jīng)過(guò)升降裝置被放入水中，用于獲取指定深度測(cè)量點(diǎn)處的水質(zhì)數(shù)據(jù)，包括水下信號(hào)處理單元、水質(zhì)傳感器單元和圓柱狀耐壓水密外殼。水下信號(hào)處理單元密封固定在圓柱狀耐壓水密外殼的內(nèi)部，實(shí)時(shí)接收處理水質(zhì)傳感器單元4-20mA的模擬信號(hào)，將水質(zhì)數(shù)據(jù)封裝成設(shè)定的數(shù)據(jù)格式通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線發(fā)送至計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行分析處理，包括ARM9處理器、多路選擇開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換和RS485數(shù)據(jù)傳輸接口。水下信號(hào)處理單元通過(guò)多路選擇開(kāi)關(guān)電路選擇輸出信號(hào)為4-20mA的水質(zhì)傳感器，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路將4-20mA的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5V的電壓信號(hào)，由A/D轉(zhuǎn)換將0-5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，分別采集得到水下水質(zhì)采集系統(tǒng)所處位置的入水深度、溫度、PH、溶解氧、電導(dǎo)率、氧化還原電位和濁度等數(shù)據(jù)。水質(zhì)傳感器單元的各水質(zhì)傳感器的輸出均為4-20mA的電流信號(hào)，信號(hào)輸出線與水下信號(hào)處理單元相連接，包括壓力傳感器、溫度傳感器、PH傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器、氧化還原電位傳感器、濁度傳感器和高度傳感器，各傳感器探頭固定在圓柱狀耐壓水密外殼的底部與被測(cè)水樣接觸。圓柱狀耐壓水密外殼的上端蓋為圓形，數(shù)據(jù)傳輸線通過(guò)上端蓋與殼體內(nèi)部的水下信號(hào)處理單元連接，下端蓋設(shè)有開(kāi)口，夕卜部被測(cè)水樣經(jīng)開(kāi)口進(jìn)入殼體內(nèi)浸沒(méi)接觸各水質(zhì)傳感器，由水下信號(hào)處理單元將水質(zhì)傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)終端，上端蓋和下端蓋分別與圓柱狀耐壓密封殼體緊密連接在一起，達(dá)到密閉防水。
[0011 ] 本發(fā)明提出的水質(zhì)參數(shù)垂向分布自適應(yīng)采集方法與裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低廉，設(shè)置完成之后，不用人為進(jìn)行操作，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，節(jié)省了人力物力。同時(shí)根據(jù)水質(zhì)各項(xiàng)參數(shù)的變化速率調(diào)節(jié)采集裝置的下放速度，實(shí)現(xiàn)水面至水底水質(zhì)參數(shù)垂直分布的自適應(yīng)在線觀測(cè)，得到水下垂直剖面具有代表性的水質(zhì)分布數(shù)據(jù)，更好地捕捉水源水庫(kù)水質(zhì)分層現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明水源水庫(kù)水質(zhì)參數(shù)垂向分布采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明升降裝置示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明升降控制系統(tǒng)電路示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明水下水質(zhì)采集系統(tǒng)剖面示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明水質(zhì)信號(hào)處理單元的電路示意圖。
[0017]圖6為本發(fā)明水源水庫(kù)水質(zhì)參數(shù)垂向分布自適應(yīng)采集方法的流程圖。
[0018]圖中:1計(jì)算機(jī)終端；2數(shù)據(jù)傳輸線；3升降裝置信號(hào)控制線；4升降裝置控制系統(tǒng)；5升降裝置；6水質(zhì)采集系統(tǒng)；7信號(hào)輸入單元；8信號(hào)傳輸單元；9STC51單片機(jī)；10直流電源；11隔離電路；12驅(qū)動(dòng)電路；13轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)反饋；14電動(dòng)機(jī)；15信號(hào)處理單元；16A/D轉(zhuǎn)換；17開(kāi)關(guān)選擇電路；18ARM9處理器；19光耦隔離電路；20電源；21RS485通信接口 ；
[0019]5-1電機(jī)；5_2電機(jī)軸；5_3定滑輪；