一種自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境治理及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水體懸浮物是指懸浮在水中的固有物質(zhì)，主要是由無(wú)機(jī)物、泥沙、粘土、原生動(dòng)物、藻類、細(xì)菌、病毒、以及高分子有機(jī)物等組成。懸浮物能夠使水體渾濁，降低自然水體的透明度，進(jìn)而影響水生生物的呼吸和代謝，甚至造成河道堵塞等嚴(yán)重的水體污染。水源水庫(kù)作為居民生活用水的源頭，在人類的生產(chǎn)、生活中扮演著極為重要的作用。在水源水庫(kù)的長(zhǎng)期運(yùn)行中，較大顆粒的懸浮物逐漸沉淀，中小顆粒則吸附凝聚在一起，懸浮在水庫(kù)的下層水體中。因此，對(duì)水體中的懸浮物進(jìn)行采集，并進(jìn)行后續(xù)相關(guān)的化驗(yàn)分析，具有重要的研究意義。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)水環(huán)境防護(hù)與治理研究領(lǐng)域內(nèi)，專門用于水體懸浮物取樣的裝置很少，對(duì)于自然水體中的懸浮物大多直接使用采水器或者簡(jiǎn)單的篩網(wǎng)進(jìn)行收集。這些裝置由于自身的結(jié)構(gòu)特性，在懸浮物采集時(shí)均存在一定的限制。
[0004]使用采水器進(jìn)行懸浮物采集時(shí)，由于采水器本身容量較小，因此需要將大量的水樣采集到岸上或甲板上再進(jìn)行過(guò)濾，這樣的采樣過(guò)程操作繁瑣且效率低下，往往在過(guò)濾了大量水樣之后也很難獲得足夠量的懸浮物樣本；使用浮游微生物篩網(wǎng)時(shí)，受到本身結(jié)構(gòu)的制約，篩網(wǎng)能夠下放的深度有限，然而懸浮物樣本的采集效果與采樣深度有著直接的關(guān)系，懸浮物濃度較高的區(qū)域往往位于靠近水體底部的位置，因此浮游微生物篩網(wǎng)往往難以取得具有代表性的懸浮物樣本，且篩網(wǎng)周邊沒(méi)有遮擋閉合結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致采集到的懸浮物隨水流滲漏。此外，在使用上述兩類裝置進(jìn)行懸浮物采集時(shí)，水體中不同粒徑的懸浮物混合在一起，給后續(xù)的化驗(yàn)分析工作帶來(lái)很多不便。
[0005]隨著水體檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于采樣器的要求也在不斷地發(fā)展與變化。與以前的采樣器相比，懸浮物采集儀正朝著大深度、高保真、智能化、一體化的方向發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域與水環(huán)境防治領(lǐng)域的聯(lián)系日益密切，目前這幾種完全依賴人工的采樣方式既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，已經(jīng)逐漸不能滿足采樣要求，對(duì)懸浮物采集儀的自動(dòng)化升級(jí)顯得迫在眉睫。在目前已經(jīng)公開(kāi)的一些發(fā)明專利中，存在部分采樣裝置使用自動(dòng)采樣的手段取代人工采樣，節(jié)省了大量的采樣時(shí)間，提高了工作效率，也在一定程度上改善了采樣效果。但是，這些裝置在懸浮物的采樣過(guò)程中同樣也存在一定的不足。
[0006]例如，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN101487772A，公開(kāi)日2009年7月22日，發(fā)明專利名稱為《深水浮游生物自動(dòng)分層定量取樣器》，包括支架、取樣單元、控制單元，所述的支架包括框架以及框架內(nèi)設(shè)置的支撐板，將所述的取樣單元、控制單元設(shè)置在支撐板上。該申請(qǐng)案的采樣裝置同樣是使用浮游生物過(guò)濾網(wǎng)對(duì)懸浮物進(jìn)行過(guò)濾采集。因此該采樣裝置不能將不同粒徑的懸浮物顆粒分離，其同樣存在上述不足。
[0007]例如，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN102928257A，公開(kāi)日2013年2月13日，發(fā)明專利名稱為《一種自然水體懸浮物分級(jí)采集裝置及其采集方法》，包括:過(guò)濾組合套件、操控箱、潛水栗及水管，過(guò)濾組合套件包括:入水元件、過(guò)濾元件和出水元件。將多個(gè)過(guò)濾元件疊放在一起，過(guò)濾元件的孔徑從上至下依次遞減，能夠一次性分離不同粒徑的懸浮物。該申請(qǐng)案的采樣裝置雖然可以對(duì)不同深度的自然水體進(jìn)行定量采樣，但是無(wú)法及時(shí)獲知采樣點(diǎn)懸浮物的濁度情況，因此不能根據(jù)懸浮物濃度調(diào)整采樣時(shí)間。并且，過(guò)濾元件孔徑從上至下依次遞減，會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾后的懸浮顆粒物受重力作用吸附在濾網(wǎng)上，從而造成濾網(wǎng)堵塞，進(jìn)而影響后續(xù)操作的采樣效果。
[0008]顯然，以上述兩種懸浮物采樣裝置為代表的現(xiàn)有采集儀均難以真正地滿足自然水體懸浮物自動(dòng)采樣的要求。因此，需要研發(fā)一套能夠在原位、微擾動(dòng)地采集懸浮物樣本，且儀器本身的濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)不易形成堵塞、并可根據(jù)采樣點(diǎn)懸浮物濃度情況調(diào)節(jié)采樣時(shí)長(zhǎng)的自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一套能夠在原位、微擾動(dòng)地自動(dòng)獲取濃縮懸浮物樣本的采樣裝置及其控制方法。該裝置能夠準(zhǔn)確地在不同深度的采樣點(diǎn)對(duì)水體懸浮物進(jìn)行精準(zhǔn)地分級(jí)采樣。并且，該裝置還能根據(jù)采樣點(diǎn)的懸浮物濃度情況調(diào)節(jié)采樣時(shí)長(zhǎng)，提高懸浮物采集效率。同時(shí)，還可以在該裝置的上位機(jī)上實(shí)時(shí)觀察并記錄采樣點(diǎn)的深度信號(hào)、懸浮物濃度信號(hào)、以及出水口的流量信號(hào)。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集裝置，其技術(shù)方案如下:
[0011 ] 一種自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集裝置，主要由分級(jí)旋轉(zhuǎn)式桶體、出水機(jī)構(gòu)、樣本收集倉(cāng)、監(jiān)測(cè)控制機(jī)構(gòu)、上位機(jī)、帶有刻度的纜繩、電纜線、24V直流電源組成。
[0012]分級(jí)旋轉(zhuǎn)式桶體為透明的圓柱形有機(jī)玻璃管，分為桶蓋、三層分級(jí)的收集桶、以及支撐底座，這五部分結(jié)構(gòu)之間均采用法蘭盤式結(jié)構(gòu)連接，并使用螺桿固定。
[0013]出水機(jī)構(gòu)包括:24V直流抽水栗和電磁流量計(jì)，電磁流量計(jì)通過(guò)記錄抽水栗的出水流量來(lái)確定分級(jí)過(guò)濾過(guò)程的水體總量。
[0014]樣本收集倉(cāng)包括:懸浮物過(guò)濾層、懸浮物收集盒、盒體支撐板、以及收集盒固定卡槽。所述懸浮物過(guò)濾層包括上、下兩層濾網(wǎng)固定板及中間濾網(wǎng)，其中兩層固定板均為中間空心的圓環(huán)，其區(qū)別在于，上層固定板為標(biāo)準(zhǔn)圓環(huán)，下層固定板為中間帶有一圈弧形倒角的圓環(huán)。其目的在于，當(dāng)水體從下至上流動(dòng)經(jīng)過(guò)各層懸浮物過(guò)濾層的下層固定板時(shí)，受到圓環(huán)及弧形倒角的阻擋作用，改變直上直下的流動(dòng)方向，重新回到當(dāng)前樣本收集倉(cāng)的下部，進(jìn)而在盒內(nèi)形成一定程度的渦流，并保證當(dāng)前收集倉(cāng)過(guò)濾后的懸浮物樣本能夠最大程度地落到收集盒中。所述盒體支撐板上設(shè)置四個(gè)對(duì)稱的扇形進(jìn)水口負(fù)責(zé)進(jìn)水。特別的，進(jìn)水口面積、過(guò)濾層圓孔面積、以及收集盒與下層固定板之間圓柱形區(qū)域的表面積近似相等，以保證水體在當(dāng)前收集倉(cāng)內(nèi)勻速流動(dòng)，進(jìn)而保證懸浮物樣本達(dá)到最好的過(guò)濾效果。所述收集盒固定卡槽為內(nèi)徑與懸浮物收集盒外徑相等的圓環(huán)，并固定在盒體支撐板上。這樣的固定卡槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且能夠很好地起到固定收集盒的作用。
[0015]懸浮物過(guò)濾層內(nèi)的濾網(wǎng)固定安裝在兩層濾網(wǎng)固定板之間。三級(jí)收集倉(cāng)中濾網(wǎng)的網(wǎng)孔數(shù)目不同，即孔徑大小不同。下層濾網(wǎng)的網(wǎng)孔數(shù)目最少，即下層孔徑最大；上層濾網(wǎng)的網(wǎng)孔數(shù)目最多，即上層孔徑最小，孔徑大小從下至上依次遞減。使用三層不同孔徑的懸浮物過(guò)濾網(wǎng)可以更好地分離自然水體中的懸浮物，將粒徑最大的懸浮物樣本收集在下層樣本收集倉(cāng)的收集盒中，粒徑最小的懸浮物樣本收集在上層收集盒中，粒徑大小處于二者之間的懸浮物樣本收集在中層收集盒中，實(shí)現(xiàn)不同粒徑懸浮物顆粒的一次性分離。
[0016]監(jiān)測(cè)控制機(jī)構(gòu)包括:單片機(jī)控制單元、壓力傳感器、濁度傳感器、5V直流電源、以及密封盒。監(jiān)測(cè)控制機(jī)構(gòu)設(shè)置在支撐底座下底板上，底座上底板設(shè)置四個(gè)對(duì)稱的扇形進(jìn)水口負(fù)責(zé)進(jìn)水，水體在懸浮物采集儀內(nèi)的流動(dòng)方向?yàn)樽韵轮辽狭鲃?dòng)。
[0017]所述單片機(jī)控制單元包括:單片機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、壓力傳感器測(cè)量模塊、濁度傳感器測(cè)量模塊、電磁流量計(jì)測(cè)量模塊等。單片機(jī)由5V直流電源供電，各傳感器測(cè)量模塊由24V直流電源供電，單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊與傳感器相連接。整個(gè)單片機(jī)控制單元與各傳感器的電路部分被密封安裝在密封盒內(nèi)，密封盒固定在支撐底座上。各傳感器的探頭部分暴露在采樣環(huán)境中，分別用于實(shí)時(shí)測(cè)量當(dāng)前采樣點(diǎn)的深度信號(hào)、懸浮物濃度信號(hào)以及出水流量信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同深度、不同濃度的自然水體進(jìn)行定深、定量采樣。
[0018]所述上位機(jī)為便攜式筆記本，上位機(jī)通過(guò)電纜線與單片機(jī)控制單元相連接。單片機(jī)控制單元將采集到的深度信號(hào)、懸浮物濃度信號(hào)和出水流量信號(hào)傳送至上位機(jī)，上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示接收到的信號(hào)，并根據(jù)實(shí)時(shí)的顯示信號(hào)判斷裝置工作狀態(tài)。上位機(jī)根據(jù)接收到的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理分析，向單片機(jī)控制單元發(fā)送操作命令，控制24V直流抽水栗的開(kāi)啟和關(guān)閉。
[0019]本發(fā)明所述的懸浮物采集裝置部分，桶蓋、三層分級(jí)的收集桶、以及支撐底座之間均采用法蘭盤式結(jié)構(gòu)連接，并采用螺桿固定，拆卸簡(jiǎn)單方便。懸浮物過(guò)濾層使用兩層中間開(kāi)孔的圓環(huán)作為濾網(wǎng)固定板來(lái)固定中間的懸浮物過(guò)濾網(wǎng)，且下層固定板中間帶有一圈弧形倒角，使得水體在采樣桶內(nèi)形成渦流，最大程度地收集過(guò)濾后的懸浮物顆粒；采用從上至下懸浮物過(guò)濾網(wǎng)孔徑依次增大的三層濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可以更好地實(shí)現(xiàn)懸浮物分級(jí)采樣，并有效優(yōu)化了濾膜堵塞的問(wèn)題。
[0020]本發(fā)明的監(jiān)測(cè)控制部分，上位機(jī)、單片機(jī)控制單元、以及傳感器測(cè)量模塊之間采用電纜線連接，單片機(jī)控制單元以及各部分傳感器均被密封安裝在密封盒內(nèi)，傳感器探頭暴露在采樣環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示采集到的深度信號(hào)、濁度信號(hào)與流量信號(hào)，可以更加直觀地了解當(dāng)前采樣點(diǎn)懸浮物采集儀的狀態(tài)，并更好地實(shí)現(xiàn)自然水體懸浮物的定深、定量采樣。
[0021]本發(fā)明的效果和益處是相比于現(xiàn)有的采水儀器、浮游微生物取樣網(wǎng)、以及其他自動(dòng)式采集裝置，彌補(bǔ)了采樣效率低、樣本時(shí)效差、還原濃度失真、濾膜易堵塞等不足，發(fā)明了具有自控操作、精準(zhǔn)富集、分級(jí)儲(chǔ)樣的自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集儀，且具備實(shí)時(shí)采樣深度測(cè)量、懸浮物濃度校核、動(dòng)態(tài)流量監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3是樣本收集倉(cāng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖4是懸浮物過(guò)濾層的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖5是盒體支撐板的俯視圖。
[0027]圖6是監(jiān)測(cè)控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖7是自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集裝置的工作原理圖。
[0029]圖8是單片機(jī)控制單元的結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖9是自控式分級(jí)過(guò)濾水體懸浮物采集方法的操作流程圖。
[0031]圖中:I分級(jí)旋轉(zhuǎn)式桶體；2出水機(jī)構(gòu)；3樣本收集倉(cāng)；4監(jiān)測(cè)控制機(jī)構(gòu)；5上位機(jī)；6帶有刻度的纜繩；7電纜線；824V直流電源；
[0032]3-1懸浮物過(guò)濾層；3_2懸浮物收集盒；3_3盒體支撐板；
[0033]3-1-1上層濾網(wǎng)固定板；3-1_2懸浮物過(guò)濾網(wǎng)；3_3_3帶