專利名稱：一種湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于湖泊水質(zhì)狀況監(jiān)測裝置，特別涉及一種通過對自動采集的 水源樣品進(jìn)行濃縮、觀測和分析藻類濃度的技術(shù)手段來達(dá)到監(jiān)測水質(zhì)狀況的裝置。
背景技術(shù)：
藻類在自然湖泊中的分布較為廣泛，其對水質(zhì)環(huán)境的變化較為敏感。當(dāng)水體被 嚴(yán)重污染，水中的氮、磷、鉀等含量上升時，藻類生長很快，但因水中營養(yǎng)鹽被用盡， 藻類也會很快死亡，含量又會大幅度下降；而隨著水質(zhì)轉(zhuǎn)好，污染物濃度降低，藻類又 會重新生長繁衍，湖泊中藻類含量會升高。因此，在水質(zhì)環(huán)境和污染程度的評價中，藻 類已經(jīng)成為一項重要的生物學(xué)評價指標(biāo)。
在監(jiān)測湖水藻類濃度時，為了提高顯微鏡觀測的效果，往往需要對采集的湖水 樣品進(jìn)行預(yù)先濃縮。目前，在監(jiān)測湖泊中藻類濃度的主要方法是，先通過人工采樣、過 濾和萃取，而后再進(jìn)行藻類濃度分析。這種方法的缺點是工作效率比較低，費時費力， 取樣分析的周期比較長，不適宜用于藻類濃度的長時間監(jiān)測。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服上述人工采樣分析方法的缺點，提供了一種高效的湖泊藻類自動監(jiān) 測設(shè)備，在無人工干預(yù)的條件下持續(xù)監(jiān)測，實現(xiàn)自動采集水源樣品，自動分液濃縮，自 動觀測藻類狀況，并遠(yuǎn)距離傳輸觀測數(shù)據(jù)，從而為湖泊藻類狀況的連續(xù)監(jiān)測工作提供高 效的技術(shù)手段。
本發(fā)明可采用下列技術(shù)方案實現(xiàn)，一種湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)包括自動采樣裝 置、自動分液濃縮裝置、藻類觀測設(shè)備，自動排水裝置、控制模塊和通訊模塊組成；所 述的自動采樣裝置包括進(jìn)水管、采樣筒和設(shè)置在進(jìn)水管上的電磁閥和水泵，所述進(jìn)水管 與所述采樣筒相連，用于采集水樣品；
所述自動分液濃縮裝置包括分液槽，所述分液槽通過管道與所述采樣筒相連， 用于對所述自動采樣裝置所采集的水樣品中的藻類進(jìn)行濃縮；
所述藻類觀測設(shè)備設(shè)置在采樣筒的下端，用于對濃縮后的藻類進(jìn)行觀測，獲取 藻類濃度數(shù)據(jù)；
所述通訊模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計算機上；
所述控制模塊對所述自動采樣裝置、所述自動分液濃縮裝置、所述藻類觀測設(shè) 備和數(shù)據(jù)傳輸各項動作和功能進(jìn)行控制。
進(jìn)一步，所述自動采樣裝置還包括設(shè)置在所述進(jìn)水管一端的進(jìn)水口、設(shè)置在 采樣筒上、下兩端的兩個液位傳感器、設(shè)置在所述采樣筒底部用于與進(jìn)水管相連的采樣 筒進(jìn)水口、串聯(lián)設(shè)置在采樣筒上部的緩沖口、通氣管、濾網(wǎng)、通氣口和一端與所述通氣 管通過三通連接的溢水管。
進(jìn)一步，所述分液槽由過濾槽、濃縮池和過濾網(wǎng)組成；分液槽為左右對稱結(jié)構(gòu)；所述過濾網(wǎng)設(shè)置所述過濾槽中，濃縮池位于過濾槽的下方；經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾后的濃 縮水樣品進(jìn)入到濃縮池中；液位傳感器設(shè)置在所述過濾槽中，檢測過濾槽中的水位；所 述過濾槽靠近濃縮池部分還設(shè)置有濾水口；所述濃縮池下端設(shè)置有出水口。
進(jìn)一步，所述過濾網(wǎng)為兩個，對稱的設(shè)置在所述過濾槽中。
進(jìn)一步，所述過濾網(wǎng)左右兩側(cè)各安裝有磁鐵，所述磁鐵用于將過濾網(wǎng)固定在分 液槽中。
進(jìn)一步，所述自動分液濃縮裝置還包括所述自動分液濃縮裝置還包括用于清 洗殘留在濾網(wǎng)上的藻類的清洗機構(gòu)，所述清洗機構(gòu)包括水缸、清水管、濾水管、電磁 閥和水泵，所述濾水管一端與所述分液槽相連，另一端插入所述水缸中；所述清水管的 一端插入到所述水缸中，另一端與所述進(jìn)水管相連；所述電磁閥和水泵設(shè)置在清水管 上。
進(jìn)一步，所述藻類觀測設(shè)備為顯微鏡。
進(jìn)一步，所述控制模塊包括PLC，固態(tài)繼電器SSR，啟停按扭，直線電源，斷 路器、計算機。
進(jìn)一步，所述通訊模塊包括一個無線發(fā)射模快和一個無線接收模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的 接收與發(fā)送。
進(jìn)一步，所述自動監(jiān)測系統(tǒng)還包括自動排水裝置；所述自動排水裝置包括排水 管、電磁閥、排水口；排水管的一端與所述分液槽相連，另一端與所述排水口相連，所 述電磁閥設(shè)置在排水管上。
本發(fā)明的特點和優(yōu)點是本系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動采集湖水樣品，自動濃縮，自動 觀測藻類并拍攝圖像，無線傳輸采集的圖像數(shù)據(jù)等功能，從而為湖泊藻類濃度狀況和水 質(zhì)評價提供材料。利用自動控制技術(shù)的本監(jiān)測系統(tǒng)為湖泊藻類狀況研究提供了高效易行 的手段，大大提升了湖泊藻類監(jiān)測系統(tǒng)的自動化水平，為湖泊水質(zhì)監(jiān)測提供技術(shù)支撐。


圖1為本發(fā)明湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖&為本發(fā)明湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)分液槽立體結(jié)構(gòu)示意圖沈為圖&中A-A剖面圖3為本發(fā)明湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)自動系統(tǒng)控制原理圖4為本發(fā)明湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)控制程序邏輯圖。
附圖標(biāo)號說明
1、外殼2、液位傳感器3、水泵4、電磁閥5、電磁閥6、濾水口 7、濾水管 8、清水管9、進(jìn)水管10、水缸11、進(jìn)水口 12、通氣口 13、濾網(wǎng)14、通氣管15、 緩沖口 16、液位傳感器17、儲水筒18、溢水管19、儲水筒進(jìn)水口 20、電磁閥21、 電磁閥22、分液槽23、液位傳感器24、顯微鏡25、電磁閥26、排水管27、電磁閥 28,排水口 221、分液槽頂板222、螺栓組件223、分流側(cè)板224、濃縮池225、濾網(wǎng) 226、密封墊227、磁鐵228、過濾槽。
具體實施方式
下面配合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。
一套完整的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)包括自動采樣裝置、自動分液濃縮裝置、 藻類觀測設(shè)備，自動排水模塊、控制模塊和通訊模塊?？刂颇K對監(jiān)測系統(tǒng)中的各個部 分的運行進(jìn)行控制，完成湖水樣品的自動采樣、自動分液濃縮，自動觀測。觀測的數(shù)據(jù) 經(jīng)過無線通訊裝置傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計算機的接收端。自動分液濃縮裝置是本發(fā)明中湖泊藻類 自動監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)核心。
如圖1所示，自動采樣裝置包括，進(jìn)水口 11、進(jìn)水管9、電磁閥5、水泵3、電 磁閥20、液位傳感器2、采樣筒進(jìn)水口 19、采樣筒17、液位傳感器16、緩沖口 15、通氣 管14、濾網(wǎng)13、通氣口 12和溢水管18等。進(jìn)水口 11設(shè)置在進(jìn)水管9的一端，進(jìn)水管 9上設(shè)置有電磁閥5和水泵3，另一端通過三通與采樣筒進(jìn)水口 19連接的管道四相連， 在管道四與采樣筒進(jìn)水口 19的連接段設(shè)置有電磁閥20。采樣筒進(jìn)水口 19設(shè)置在采樣筒 17的下端，在采樣筒進(jìn)水口 19上還設(shè)置有液位傳感器2，采樣筒17的上端設(shè)置有緩沖口 15在緩沖口 15上設(shè)置有液位傳感器16 ；液位傳感器16和液位傳感器2監(jiān)測采樣筒17的 上、下水位。通氣管14的下端與緩沖口 15通過管道相連、另一端與濾網(wǎng)13相連、濾網(wǎng) 13上方帶有通氣口 12。溢水管18的一端與連接通氣管14和緩沖口 15的管道連接，另 一端連接在排水口觀上。
自動采樣裝置中的電磁閥5、電磁閥20、水泵3的工作由PLC控制，液位傳感器 16和液位傳感器2監(jiān)測采樣筒17的上下水位。采樣筒17上方安裝有通氣口 12和濾網(wǎng)13， 連通內(nèi)外空氣，保證內(nèi)外空氣壓力一致，使得泵入的水順利進(jìn)入采樣筒17中。濾網(wǎng)13可 防止外界污染物進(jìn)入采樣筒17，使水樣品不受污染。此外，若泵入的水超過預(yù)設(shè)的體積， 則可通過溢水管18排出。采樣筒17采用有機玻璃，或其他抗腐蝕性好的材料制成。
自動分液濃縮裝置中包括濃縮機構(gòu)和清洗機構(gòu)。濃縮機構(gòu)包括電磁閥21、分液 槽22、液位傳感器23、濾水口 6、和濾水管7。清洗機構(gòu)包括，水缸10、清水管8、電 磁閥4和水泵3。分液槽22與管道四相連，自動采樣裝置中所采集的水樣品可通過管 道四進(jìn)入分液槽22中；在管道四與分液槽的連接段上還設(shè)置有電磁閥21。液位傳感 器23設(shè)置在分液槽22中用于監(jiān)測分液槽22中的水位。在分液槽22的側(cè)壁下端靠近底 部的位置設(shè)置有濾水口 6，濾水口 6與濾水管7連接濾水管7插入到水缸10中；清水管 8的一端也插入水缸10中，另一端在水泵3的上游與進(jìn)水管9相連。并通過水泵3的作 用將水缸10中的水輸入到分液槽22中，對其進(jìn)行清洗。也可為清水管8單獨配備一個 水泵，將水缸10中的水輸入到分液槽22中。濃縮機構(gòu)可濃縮采樣筒中所采集的含有藻 類的水樣品；清洗機構(gòu)用于在對濃縮后的水樣品觀測后，清洗殘留在濾網(wǎng)上的藻類。
如圖&、b所示，分液槽22由分液槽頂板221、螺栓組件222、分流側(cè)板223、 濃縮池224、過濾網(wǎng)225、密封墊2 和磁鐵227組成。分液槽整體設(shè)計呈左右對稱結(jié) 構(gòu)。分液槽頂板221和分流側(cè)板223 二者采用螺栓組件相連接，中間裝放有密封墊226， 構(gòu)成過濾槽228。過濾槽228中安裝有過濾網(wǎng)225，過濾網(wǎng)225形狀和尺寸與過濾槽2 相配，并且過濾網(wǎng)225左右兩側(cè)各安裝有磁鐵227可壓緊過濾網(wǎng)225邊角，使過濾網(wǎng)與過 濾槽228的內(nèi)壁之間實現(xiàn)密封。濃縮池2 位于分液槽22的底部，通過設(shè)計濃縮池2 的尺寸，使其內(nèi)部的容積與預(yù)期要得到的濃縮樣品體積一致。液位傳感器23用于監(jiān)測過濾槽2 中的水位。分液槽頂板221和分流側(cè)板223采用透明材料制作，例如有機玻璃。
藻類觀測設(shè)備M設(shè)置在分液槽的底端的液體出口處，為顯微鏡。用于對濃縮后 的藻類進(jìn)行觀測，獲取藻類濃度數(shù)據(jù)。
自動排水裝置，包括電磁閥25、排水管沈、電磁閥27、排水口觀。排水管沈 的一端與分液槽22底端的液體出口相連，另一端與排水口 28相連，電池閥25設(shè)置在排 水管沈上；排水管還通過管道與水缸相連，并在連接排水口觀與水缸的管道上設(shè)置有電 磁閥27。電磁閥25和電磁閥27開啟閉合由PLC通過控制繼電器實現(xiàn)。在完成藻類的 觀測之后，需要對分液槽22進(jìn)行清洗，并最終排出所有的廢水。
如圖3所示，控制模塊主要由可編程控制器PLC301，繼電器302，優(yōu)選的為固 態(tài)繼電！6SR)，啟停按扭303，直線電源304，斷路器305、計算機306組成，采用的 公知技術(shù)組裝。PLC的輸入端與啟停按鈕、液位傳感器2、16、23相連，輸出端通過繼 電器控制水泵3、電磁閥4、5、20、21、25、27、顯微鏡M相連。當(dāng)由液位傳感器2、 16、23輸入的信號滿足設(shè)定的的工作條件時，給PLC發(fā)出信號，PLC通過繼電器控制水 泵3、電磁閥4、5、20、21、25、27、顯微鏡M的運行，實現(xiàn)湖水樣品的采樣、分液濃 縮、觀測功能的自動控制，且可以實現(xiàn)無人值守定時采樣觀測和手動控制采樣觀測。
通訊模塊包括一無線發(fā)射?？旌鸵粺o線接收模塊，無線發(fā)射模塊和無線接收模 塊都可以在市場上購買到。通訊模塊可將顯微鏡M采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的接收點上。
此外，如圖1中所示，整個裝置安裝于外殼1中，可以防止風(fēng)雨的侵蝕。
本發(fā)明中的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)自動采樣裝置的工作流程為如圖4所示， 當(dāng)按下控制器上的啟動按鈕時，PLC控制器通過控制繼電器開啟電磁閥5、電磁閥20和 水泵3，水樣品采集開始。采集的水樣品經(jīng)過水泵3泵入采樣筒17中。當(dāng)采集到的水樣 品達(dá)到預(yù)設(shè)的體積之后，液位傳感器16響應(yīng)，給PLC控制器發(fā)出一個信號，控制器通過 控制繼電器裝置關(guān)閉電磁閥5和水泵3，采樣結(jié)束。
當(dāng)液位傳感器16發(fā)出響應(yīng)，給PLC控制器發(fā)出一個信號，控制器通過控制繼電 器關(guān)閉電磁閥5和水泵3的同時，開啟電磁閥21，這樣采樣筒17中的湖水樣品開始流入 分液槽22中，經(jīng)過過濾網(wǎng)225過濾。過濾后的水流過濾水口 6進(jìn)入水缸10中，藻類留 在分液槽22中。當(dāng)采樣筒17中的湖水樣品完全流出后，液位傳感器2響應(yīng)，給PLC發(fā) 出一個信號，PLC控制繼電器，關(guān)閉電磁閥20，并開啟電磁閥4和水泵3，將水缸10中 的過濾水泵入分液槽22中，用于清洗過濾網(wǎng)225上殘留的藻類，使其完全進(jìn)入濃縮池224 中。經(jīng)過預(yù)設(shè)的時間后，沖洗完成后，關(guān)閉水泵3。
當(dāng)分液池22中濃縮的湖水樣品達(dá)到一定水位時，即只留下濃縮池中定量的體積 的濃縮湖水樣品，液位傳感器23響應(yīng)，給PLC發(fā)出一個信號，PLC控制顯微鏡繼電器， 啟動顯微鏡M，對濃縮后樣品中的藻類樣進(jìn)行觀測，并拍攝圖像。并將顯微鏡M采集到 的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的接收點上。通過通訊模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計算機上，對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn) 一步的分析。
經(jīng)過預(yù)設(shè)的時間后，完成藻類的觀測工作，通過PLC控制繼電器開啟電磁閥25 和水泵3，對分液槽22進(jìn)行清洗，經(jīng)過預(yù)設(shè)的清洗時間后，關(guān)閉電磁閥4、電磁閥21和 水泵3，開啟電磁閥27，排出水缸10及分液槽22中的水。再經(jīng)過預(yù)設(shè)的時間后，關(guān)閉電磁閥25和27，整個工作完成，等待下一個周期的取樣觀測。
雖然本發(fā)明已利用前述具體實施例詳細(xì)揭示，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與修改，因此本發(fā) 明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述檢測系統(tǒng)包括自動采樣裝置、自動 分液濃縮裝置、藻類觀測設(shè)備，自動排水裝置、控制模塊和通訊模塊組成；所述的自動采樣裝置包括進(jìn)水管、采樣筒和設(shè)置在進(jìn)水管上的電磁閥和水泵，所述 進(jìn)水管與所述采樣筒相連，用于采集水樣品；所述自動分液濃縮裝置包括分液槽，所述分液槽通過管道與所述采樣筒相連，用于 對所述自動采樣裝置所采集的水樣品中的藻類進(jìn)行濃縮；所述藻類觀測設(shè)備設(shè)置在采樣筒的下端，用于對濃縮后的藻類進(jìn)行觀測，獲取藻類 濃度數(shù)據(jù)；所述通訊模塊將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計算機上；所述控制模塊對所述自動采樣裝置、所述自動分液濃縮裝置、所述藻類觀測設(shè)備和 數(shù)據(jù)傳輸各項動作和功能進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述自動采樣裝置還 包括設(shè)置在所述進(jìn)水管一端的進(jìn)水口、設(shè)置在采樣筒上、下兩端的兩個液位傳感器、 設(shè)置在所述采樣筒底部用于與進(jìn)水管相連的采樣筒進(jìn)水口、串聯(lián)設(shè)置在采樣筒上部的緩 沖口、通氣管、濾網(wǎng)、通氣口和一端與所述通氣管通過三通連接的溢水管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述分液槽由過濾 槽、濃縮池和過濾網(wǎng)組成；分液槽為左右對稱結(jié)構(gòu)；所述過濾網(wǎng)設(shè)置所述過濾槽中，濃 縮池位于過濾槽的下方；經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾后的濃縮水樣品進(jìn)入到濃縮池中；液位傳感器 設(shè)置在所述過濾槽中，檢測過濾槽中的水位；所述過濾槽靠近濃縮池部分還設(shè)置有濾水 口；所述濃縮池下端設(shè)置有出水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述過濾網(wǎng)為兩個， 對稱的設(shè)置在所述過濾槽中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述過濾網(wǎng)左右兩側(cè) 各安裝有磁鐵，所述磁鐵用于將過濾網(wǎng)固定在分液槽中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述自動分液濃縮裝 置還包括所述自動分液濃縮裝置還包括用于清洗殘留在濾網(wǎng)上的藻類的清洗機構(gòu)，所 述清洗機構(gòu)包括水缸、清水管、濾水管、電磁閥和水泵，所述濾水管一端與所述分液 槽相連，另一端插入所述水缸中；所述清水管的一端插入到所述水缸中，另一端與所述 進(jìn)水管相連；所述電磁閥和水泵設(shè)置在清水管上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述藻類觀測設(shè)備為 顯微鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述控制模塊包括 PLC,固態(tài)繼電器SSR，啟停按扭，直線電源，斷路器、計算機。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述通訊模塊包括一 個無線發(fā)射?？旌鸵粋€無線接收模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征為，所述自動監(jiān)測系統(tǒng) 還包括自動排水裝置；所述自動排水裝置包括排水管、電磁閥、排水口；排水管的一端 與所述分液槽相連，另一端與所述排水口相連，所述電磁閥設(shè)置在排水管上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，一種湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，包括自動采樣裝置、自動分液濃縮裝置、藻類觀測設(shè)備，自動排水裝置、控制模塊和通訊模塊組成。該系統(tǒng)可實現(xiàn)自動采集水源樣品，自動分液濃縮，自動觀測藻類狀況，并遠(yuǎn)距離傳輸觀測數(shù)據(jù)。本發(fā)明的湖泊藻類自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)無人值守定時采樣觀測和手動控制。
文檔編號G01N21/00GK102023603SQ20101053808
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者儲昭升, 儲勝利, 左衛(wèi)東, 金相燦 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院