置于大型浮标内的水质参数测量仪及测量方法

摘要

本发明涉及一种置于大型浮标内的水质参数测量仪及测量方法，包括浮标体和水质参数测量仪，其中浮标体包括有水下仪器安装阱；水质参数测量仪包括有水质传感器和通过电缆控制出水蠕动泵、进水蠕动泵和电磁阀的采集控制器，其特征在于，水质参数测量仪安装于浮标体内，且水质参数测量仪还包括有通过电磁阀连通到集成容器上的消毒液容器、纯净水容器和保存液容器，水质传感器设置于集成容器中。本发明将水质传感器安装在集成容器内，并将集成容器设置在大型浮标的浮标体内，仅在测量水质数据的时候才将传感器浸泡在海水中，而采样结束后传感器进入清洗浸泡环境，从而延长各种水下传感器在海上的使用周期，减少海上设备的维护费用。

说明书

技术领域

本发明属于海洋环境检测领域，具体涉及一种置于大型浮标内的水质参数测量仪及测量方法。

背景技术

目前应用在大型浮标上的各种水质传感器都放置在浮标体上的水下仪器安装阱内，无论在工作过程中还是在休眠中都完全暴露在外部海洋环境中，由于海上环境非常恶劣，传感器非常容易遭受破坏，从而造成很大的经济损失。并且由于长时间放置在海洋中，各种水下传感器极易遭受海洋生物附着，从而影响测量精度。比如，常规状态下溶解氧和pH传感器由于受探头材料及测量原理的限制，使用周期一般在1个月左右，之后会因生物附着而导致测量精度不准确。那么传感器获取到的数据就失去参考价值。因此必须定期出海进行维护，而维护的费用十分巨大。

另外，大部分水下传感器在大浮标上安装的时候，由于各种传感器的大小形状均各不相同。因此需要固定在不同的不锈钢安装架上，安装过程复杂，而且如果传感器在海上出现问题，拆卸极为不便，对现场操作人员安全有威胁。因此，急需一种即能保证测量精确度，又能安装方便的测量装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种置于大型浮标内的水质参数测量仪及测量方法，本发明的装置可以有效解决海洋生物的附着污染问题，能够延长水质传感器的使用寿命，提高应用于大浮标上的水质传感器长时间测量的准确度和可靠性，以弥补现有技术的不足。

本发明将水质参数测量仪设置于大型浮标内部，并采用新的测量方法，能够稳定、实时、连续、准确地完成海区海洋生态环境要素数据的收集，以及监测各区域海洋生态环境的动态变化及物质的区域间转移。

本发明的技术方案如下：

包括含有仪器舱和水下仪器安装阱的浮标体，以及水质参数测量仪主体；其中水质参数测量仪主体包括有水质传感器和通过电缆连接出水蠕动泵、进水蠕动泵以及电磁阀的采集控制器，其特征在于，水质参数测量仪主体安装于浮标体的仪器舱内，且水质参数测量仪主体还包括有分别通过电磁阀连通到集成容器上的消毒液容器、纯净水容器和保存液容器，上述的水质传感器设置于集成容器中。

上述的集成容器还设有通过进水蠕动泵连接的进水管和通过出水蠕动泵连接的出水管。

上述的进水管和出水管安装在仪器安装阱内。

上述的集成容器上设置有不少于一个的液位电极。

本发明测量仪的使用方法如下：

1)数据测量：首先，采集控制器启动进水蠕动泵，将待检测的海水通过进水管抽到集成容器内；然后采集控制器向水质传感器发出采集海水水质数据命令；数据采集完毕后，采集控制器再启动出水蠕动泵，通过出水管将集成容器内的海水抽出；

2)清洗、保存水质传感器：在液位电极将海水排空的信息传递到采集控制器后，采集控制器首先打开连接消毒液容器的电磁阀，使消毒液流入集成容器内进行消毒浸泡；消毒完毕后采集控制器打开出水蠕动泵，通过出水管把消毒液排出；然后采集控制器再打开连接纯净水容器的电磁阀，使纯净水流入集成容器内进行清洗；清洗完毕后，连接保存液容器的电磁阀打开，将保存液注入集成容器中，以长期保存水质传感器。

本发明将水质传感器安装在集成容器内，并将集成容器设置在大型浮标的浮标体内。利用本发明的测量装置和测量方法，仅在测量水质数据的时候才将传感器浸泡在海水中，而采样结束后传感器进入清洗浸泡环境，这样可大大的减少水质传感器在海水中的时间，从而也减少了海生物在传感器上的生长时间；通过淡水和抑制海生物生长的消毒液浸泡传感器，还可将附着在传感器上的海生物杀死，从而清洁了传感器的探头，从而延长各种水下传感器在海上的使用周期，减少海上设备的维护费用。

附图说明

图1：本发明装置整体效果示意图。

图2：本发明水质参数测量仪结构示意图。

其中：1浮标体；2仪器舱；3水下仪器安装阱；4注液口；5排气孔；6保存液容器；7电磁阀；8通气孔；9水质传感器；10集成容器；11液位电极；12出水蠕动泵；13进水蠕动泵；14采集控制器；15电缆；16消毒液容器；17纯净水容器；18出水管；19进水管；20水质参数测量仪主体。

具体实施方式

由于海洋环境恶劣，载荷作用机理复杂，海水对结构物的腐蚀破坏比较严重，在选择测量容器时要考虑到防腐，而且要有足够的强度，以保护水质传感器9等其他装置。本发明将水质传感器9安装在集成容器10内，这样可以充分利用清洗液；并将集成容器10设置在大型浮标的浮标体1的仪器舱2内。而且，此装置仅在测量水质数据的时候才将水质传感器9浸泡在海水中，而采样结束后水质传感器9进入清洗浸泡环境，在测量过程中可以有效地防止海水腐蚀。

实施例1本发明的具体结构：

如图1，整个测量装置焊接放置在浮标体1的仪器舱2内，海水的进出水管放置在水下仪器安装阱3中。

如图2：置于大型浮标仪器舱2的水质参数测量仪包括有三个不锈钢材质的大容器，分别是盛装有4M氯化钾溶液的保存液容器6、纯净水容器17和装有次氯酸钠溶液的消毒液容器16，每个容器下端都连接有电磁阀7，然后通过电磁阀7连接到集成容器10上。这3个容器要尽量大些，以满足测量的需要，本发明采用的是500mm×400mm×210mm的长方体容器，在装满液体的情况下液体容积超过50L。3个容器下半部分统一设计成锥形结构，以方便液体的流动，每个大容器底端都连接一个电磁阀7，使液体在3个电磁阀7的控制下，依靠自身重力，由管径为10mm的PPR管注入集成容器10内。三个大容器的上端均有细长的排气孔5，以保证与大气相通，使液体能够顺利流入集成容器10内，又不至于使液体溢出。每个容器又有一个稍小的注液口4，以方便注入液体，用带有螺纹的盖密封。

集成容器10内可以安装各种水质传感器9，这样可以充分利用清洗液。水质传感器9由螺纹固定在集成容器10的端盖上，水质传感器9为pH传感器、电导率传感器、溶解氧传感器中的一种或几种。集成容器10做成阶梯状，管径下半部分稍细些，能够放下水质传感器9即可，上半部分管径稍大，是为了与四个外接管道连接，即在保证能达到测量目的的同时，使容器足够小，以延长该系统的工作时间。水质传感器9距容器底部20mm，相邻两传感器相距12mm，此种布置即节省了容器空间与清洗液，又能很好的达到测量效果。集成容器10的上下端均用带有螺纹的密封盖，清洗、拆卸比较方便。在上端盖有一个细长管状的通气孔8，是为了保证集成容器10与外界大气相通，方便液体的流动，又不至于使液体由于浮标体的晃动溢出。集成容器10上端通过进水蠕动泵13连接有进水管19，下端通过出水蠕动泵12连接有出水管18，海水进、出水管19、18均放在水下仪器安装阱3内，通过采集控制器14给进水蠕动泵13和出水蠕动泵12发送启动或停止命令，从而控制海水的进出。同时集成容器10的内壁上安装一个以上的液位电极11，用来监测集成容器10中液体的量。

上述的水质传感器9、电磁阀7以及进水、出水蠕动泵13、12都用电缆15连接到采集控制器14上，该采集控制器14采用现有的8051F020单片机作为CPU来控制外围器件，采集控制器14主要用来采集存储数据和控制各种仪器加断电。

由于浮标体1晃动较大，必须考虑整套系统装置在仪器舱2内的固定，如果处理不当，有可能导致仪器舱2内进水，从而影响浮标的正常使用。可以在上述集成容器10下部固定放置一个长方体容器，该长方体容器五面封闭一面敞开，焊接在浮标底板，以防止漏水，以免影响浮标系统正常运行。

实施例2：本发明的使用方法

本发明为了延长各种水质传感器在海上的使用周期，减少海上设备的维护费用，不采用常规的将传感器直接放在水中的探测方法，而是将水下传感器安装在水线以上适当位置的一个集成容器10内，并将集成容器10设置在大型浮标的浮标体1内，只有测量数据的时候才接触到海水。在采集控制器14的控制下，通过进水蠕动泵13将海水抽到装有各种水质传感器9的集成容器10内；采集控制器14向各种水质传感器9发送启动命令，采集海水各种水质数据；采集完成后，将各数据存储。整个采样结束，启动出水蠕动泵12，将集成容器10内的海水抽出；液位电极11将海水排光的情况反馈给采集控制器14，然后采集控制器14打开消毒液容器16的电磁阀7，将消毒液注入集成容器10中，对水质传感器9进行冲洗、浸泡；采用次氯酸钠作为消毒液。根据其消毒原理，该化学物质分解以后对环境毫无污染，因此可以将使用过的消毒液直接排放到海水中，不必做任何处理。

在排净消毒液之后，采集控制器14打开装有纯净水的纯净水容器17的电磁阀7，将纯净水注入集成容器10中，对整个集成容器10及水质传感器9冲洗浸泡。这个过程主要是对集成容器10以及水质传感器9再次清洗，防止集成容器10内壁及水质传感器9探头上残留有消毒液，避免残留消毒液的腐蚀。最后将纯净水其抽空。到此一个冲洗循环结束。但是，需要注意的是，由于获取海水pH值的传感器不能暴露在空气中，必须浸泡在中性溶液中，保证其探头性能稳定。那么在冲洗完毕后，需要打开装有保存液的保存液容器6的电磁阀7，将保存液注满集成容器10。在下一次采样开始之前，要先将保存液抽空，然后再注入海水进行测量。

本发明仅在测量水质数据的时候才将传感器浸泡在海水中，而采样结束后传感器进入清洗浸泡环境，这样可大大的减少水质传感器在海水中的时间，从而也减少了海生物在传感器上的生长时间；通过淡水和抑制海生物生长的消毒溶液浸泡传感器，还可将附着在传感器上的海生物杀死，从而清洁了传感器的探头，可有效的延长各类水下传感器的使用周期。