一种走航式多参数水质检测系统

摘要

本发明涉及水质检测技术领域，尤其涉及一种走航式多参数水质检测系统。依次包括水样采集预处理单元、检测单元、数据采集与控制单元、通讯单元及无线终端，其中：水样采集预处理单元包括水泵、设置于水泵前端可伸缩的采样装置以及设置于水泵后端的过滤装置；检测单元包括进水分流系统、检测腔、冲洗装置、留样装置和排水腔；数据采集与控制单元包括数据处理系统、电源系统和控制系统；通讯单元包括远程监控系统、GPS定位系统及无线通讯系统。该水质检测系统可以实现深度方向采集水样，并且增加了过滤装置以及冲洗装置，使检测传感器保持清洁，留样装置可以根据水质检测结果确定是否留样，为后续的再分析及解决问题提供了依据。

说明书

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，尤其涉及一种走航式多参数水质检测系统。

背景技术

水是人类赖以生存的重要自然资源之一，其质量安全与人们的生产和生活息息相关，对人们的身体健康造成直接影响。目前我国不仅水资源短缺，分布不均，而且水污染现象严重，需要通过科学技术手段来提升治理效率、改善生态环境、实现可持续发展。水质监测工作在保护水资源、控制水污染、提升饮用水品质等方面扮演着关键角色。其主要衡量指标有PH值、电导率、氨氮、总磷、CDD、浊度等。目前污水水质检测系统是由污水排放监测点(图像站、水质站、流量站)、污水水质在线监测平台组成，可实现对企业废水、城市污水、农村污水、养殖业污水的自动采样、流量的在线监测和主要污染因子的在线监测以及现场情况的抓拍；实时掌握污水中污染物排放总量，实现监测数据自动传输；由监测点对水质参数自动采集、处理、保存和远程通讯传输，污水水质在线监测平台部署于云服务器上，对数据进行汇总、整理和综合分析。

目前海洋水体水质检测主要采用以下方式：现场采样船基或岸基实验室分析、浮标锚系传感器原位检测、走航连续仪器检测。人工现场采样实验室分析检测方法，分析独立样品，受到采样方法和设备的限制，需要较高的人力成本以及时间消耗。浮标锚系传感器原位检测，可获取某定点自然水体原位连续数据，但长期工作生物附着严重，需要人工定时维护，因此仪器设备和维护成本都比较高。走航连续仪器检测是将水样抽离原位、通过传感器或仪器自动检测的方法，比现场采样分析方法数据实时性高，节省人力和时间，维护成本比传感器原位检测方法低，数据质量更易于控制。且可方便搭载于科考船、商船或渔船上，从而覆盖全球大部分海洋，获取宝贵数据。

如申请号为201811590874.1的中国发明专利，公开了一种无人水质监测船，包括船体以及设于船体上的用于放置水质监测设备的设备舱，其特征在于，所述船体的两侧分别设置有用于增加船体稳定性和适航性的翼状浮体，所述翼状浮体包括水平设置在船体两侧的船翼以及朝水面方向垂直设置在船翼远离船体一侧底部的支撑浮体，该船翼的底部还分别设置有用于采集和检测被监测水源的水质检测装置，所述设备舱内设置有控制系统、电源与动力系统、无线通讯系统以及远程监控系统，所述控制系统通过通信接口连接水质检测装置，电源与动力系统、无线通讯系统以及远程监控系统：控制系统用于接收水质检测装置，电源与动力系统无线通讯系练以及远程监控系统的数据及运行信息并发送控制指令。该发明实现了移动监测水质的功能，但是无法从海水深度方向上采样，检测结果有一定的局限性，并且长时间使用会造成检测传感器被杂质包覆，检测精度不高。

本发明所要解决的技术问题在于克服现有的技术缺陷，提供一种走航式多参数水质检测系统，该水质检测系统可以实现深度方向采集水样，并且增加了过滤装置以及冲洗装置，使检测传感器保持清洁，确保检测传感器在长时间使用后检测精度仍然较高。另外，本发明的留样装置可以根据水质检测结果确定是否留样，为后续的再分析及解决问题提供了依据。

发明内容

本发明针对现有技术中无法从海水深度方向上采样，检测结果有一定的局限性，并且长时间使用会造成检测传感器被杂质包覆，检测精度不高等缺点，提供了一种走航式多参数水质检测系统，该水质检测系统可以实现深度方向采集水样，并且增加了过滤装置以及冲洗装置，使检测传感器保持清洁，确保检测传感器在长时间使用后检测精度仍然较高。另外，本发明的留样装置可以根据水质检测结果确定是否留样，为后续的再分析及解决问题提供了依据。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种走航式多参数水质检测系统，依次包括水样采集预处理单元、检测单元、数据采集与控制单元、通讯单元及无线终端，其中：

水样采集预处理单元包括水泵、设置于水泵前端可伸缩的采样装置以及设置于水泵后端的过滤装置；

检测单元包括进水分流系统、检测腔、冲洗装置、留样装置和排水腔，进水分流系统、检测腔和排水腔依次贯穿连通，留样装置设置在进水分流系统下端并通过电磁阀与进水分流系统连通，冲洗装置设置在检测腔后端并通过电磁阀与检测腔连通；

数据采集与控制单元包括数据处理系统、电源系统和控制系统，所述采样装置、水泵、过滤装置、进水分流系统、检测腔、冲洗装置、留样装置以及排水腔均与电源系统和控制系统相连，检测腔与数据处理系统连接；

通讯单元包括远程监控系统、GPS定位系统及无线通讯系统，通讯单元及无线终端设置在数据处理系统后端。

电源系统用于对整个装置进行供电，控制系统用于根据检测及其他需要对各个模块进行远程输入控制，水样采集预处理单元用于对水样进行采集并对采集到的水样进行过滤预处理，避免较大的杂质进入后续腔室造成堵塞。检测单元用于对水质进行多种参数的检测并将检测结果传输到数据采集与控制单元，由数据处理系统通过通讯单元传输到无线终端。还可以根据水质检测结果确定哪些指标超标，以确定是否开启留样装置对实时水样进行留存，以便后期更精准的分析超标原因及找出应对方案。此外，检测单元检测完毕各项参数后可以根据需要开启冲洗装置，对检测腔传感器进行清洗，使检测腔传感器保持清洁，确保检测传感器在长时间使用后仍保持较高的检测精度。

作为优选，所述检测腔内包括5个传感器模块，分别为溶解氧检测传感模块、PH值检测传感模块、重金属检测传感模块、有机污染物检测传感模块、微生物检测传感模块。另外，可以根据不同地区、不同地理位置的水质的特点设置不同数量和精度的传感器类型，例如：盐度测量传感器、叶绿素测量传感器、温度测量传感器、电导率测量传感器、氨氮测量传感器、总磷测量传感器、CDD测量传感器、浊度测量传感器等。

作为优选，所述采样装置包括采样泵，采样管、电磁阀及深度传感器，采样管在深度方向上可伸缩并设置有刻度线，采样管的可伸缩深度范围为0～2m，采样泵及电磁阀与控制系统连接，深度传感器与数据处理系统连接。现有的水质检测装置大多是测量水体表面的参数，但是水体深处的数据也更有研究意义，因此该发明将采样装置设置成可在深度方向上伸缩，既可以检测水体表面的参数，也能检测水体深处的参数，应用范围广泛，测量得到的数据也更全面，更具有说服力。检测人员根据实际需要设置采样装置的伸缩深度，深度传感器接收到信号后，采样管伸缩至指定的深度，采样泵开启，抽取相应深度的水样，水样由采样管进入检测传感器中。

作为优选，所述过滤装置用于过滤漂浮物与沉淀物，过滤装置上设有上出口和下出口，过滤装置内设有叶片，过滤后的漂浮物从上出口排出，过滤后的沉淀物从下出口排出。过滤装置用于对水体内的杂质进行过滤以免杂质进入检测腔阻塞及损坏检测传感器。过滤装置内还设置有驱动叶片转动的过滤泵，在过滤泵的带动下，叶片开始旋转，叶片可以是半圆形或者扇形，在叶片的旋转带动下，水体内密度较小的漂浮物如海藻、塑料袋、树叶等将被带到过滤装置上部，从上出口排出过滤腔，密度较大的沉淀物如沙子、石头等将被带到过滤装置下部，从下出口排出过滤腔，避免了漂浮物和沉淀物进入检测腔。

作为优选，所述留样装置包括留样泵、多个留样瓶及连接所述留样泵和留样瓶的连接软管，所述留样泵出水口处分别与所述排水电磁阀和多个所述的连接软管连通，所述连接软管上均设有电磁阀，所述留样泵、排水电磁阀、电磁阀均与所述控制系统连接。检测人员可以根据水质检测结果确定哪些指标超标，以确定是否开启留样装置对实时水样进行留存，以便后期更精准的分析超标原因及找出应对方案。若需留样，控制系统控制留样泵和电磁阀的开关，留样泵将实时水样抽到留样瓶中，留样瓶可以设置多个，每个留样瓶都有其独特的编号，留样瓶的编号与控制系统相连，可以抽取不同时间测量水体的样本，以时实监测水体参数超标的原因及影响因素。

作为优选，所述冲洗装置包括淡水箱、冲洗泵、电磁阀、冲洗管道，所述冲洗泵、电磁阀与控制系统连接。淡水箱储存一定量的淡水，用于对检测腔进行冲洗，若需要冲洗检测腔，在控制系统的作用下，冲洗泵和电磁阀打开，对检测腔体内各个传感器进行冲洗，消除附着在传感器上的杂质及腐蚀性物质，保护检测传感器不被腐蚀，使检测腔传感器保持清洁，确保检测传感器在长时间使用后仍保持较高的检测精度，该冲洗装置为自动控制，无需手动拆除检测腔即可远程实现，操作方便快捷，降低成本的同时增加了检测腔传感器的使用寿命，由冲洗装置进入检测腔内经过冲洗后的淡水经过排水腔排到水体中。

作为优选，所述电源系统为锂离子电池或者太阳能电池板。在晴天太阳光照充足的情况下使用太阳能电池板供电，在夜间或者阴暗的天气时采用锂离子电池供电。

作为优选，所述进水分流系统包括进水泵和与进水泵相连通的分流器，所述分流器中包含至少一个电磁阀，电磁阀与控制系统连接。检测人员可以根据不同的需要选择不同的检测传感器，通过控制系统设定选择检测的参数后，分流器中与选择的参数对应的所述电磁阀开启，进水泵启动，水样通过过滤装置通入进水泵，再通过分流器的分流，经与选择的参数对应的所述电磁阀进入所述检测腔中。

作为优选，所述通讯单元还包括自主巡航系统和自主避障系统，可以实现完全的无人化操作，适应各种不同水况的淡水及海域。

作为优选，在上述水管与腔体连接的部位均设置有密封环，排水腔通过排水阀与水体连通。各连接端密封环的设置使水管与腔体连接紧密无缝隙，避免水样漏出或者杂质进入腔体。

本发明由于采用了以上技术方案，具有以下显著的技术效果：

(1)本发明的水质检测系统具有结构紧凑、小型化、成本低、维护过程简单等优点，广泛用于各种无人船监测。

(2)本发明的水质检测系统可以实现深度方向采集水样，既可以检测水体表面的参数，也能检测水体深处的参数，应用范围广泛，测量得到的数据也更全面，更具有研究意义。

(3)本发明的水质检测系统可以根据水质检测结果确定哪些指标超标，以确定是否开启留样装置对实时水样进行留存，以便后期更精准的分析超标原因及找出应对方案。

(4)检测单元检测完毕各项参数后可以根据需要开启冲洗装置，对检测腔传感器进行清洗，使检测腔传感器保持清洁，确保检测传感器在长时间使用后仍保持较高的检测精度。

(5)可以根据不同地区、不同地理位置的水质的特点设置不同数量和精度的传感器类型。

(6)本发明的水质检测系统可以实现完全的无人化操作，可以适应各种不同水况的淡水及海域。

附图说明

图1是本发明水质检测系统的原理图。

图2是本发明水质检测系统的内部结构示意图。

附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1-水泵；2-采样装置；3-过滤装置；4-进水分流系统；5-检测腔；6-冲洗装置；7-留样装置；8-排水腔；9-传感器模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1-2所示，一种走航式多参数水质检测系统，依次包括水样采集预处理单元、检测单元、数据采集与控制单元、通讯单元及无线终端，其中：

水样采集预处理单元包括水泵1、设置于水泵1前端可伸缩的采样装置2以及设置于水泵1后端的过滤装置3；

检测单元包括进水分流系统4、检测腔5、冲洗装置6、留样装置7和排水腔8，进水分流系统4、检测腔5和排水腔8依次贯穿连通，留样装置7设置在进水分流系统4下端并通过电磁阀与进水分流系统4连通，冲洗装置6设置在检测腔5后端并通过电磁阀与检测腔5连通；

数据采集与控制单元包括数据处理系统、电源系统和控制系统，所述采样装置2、水泵1、过滤装置3、进水分流系统4、检测腔5、冲洗装置6、留样装置7、排水腔8均与电源系统和控制系统相连，检测腔5与数据处理系统连接；

通讯单元包括远程监控系统、GPS定位系统及无线通讯系统，通讯单元及无线终端设置在数据处理系统后端。

所述检测腔包括5个传感器模块9，分别为溶解氧检测传感模块、PH值检测传感模块、重金属检测传感模块、有机污染物检测传感模块、微生物检测传感模块。

所述采样装置2包括采样泵，采样管、电磁阀及深度传感器，采样管在深度方向上可伸缩并设置有刻度线，可伸缩的深度范围为0～2m，采样泵及电磁阀与控制系统连接，深度传感器与数据处理系统连接。

所述过滤装置3用于过滤漂浮物与沉淀物，过滤装置3内设置有叶片、上出口和下出口，过滤后的漂浮物从上出口排出，过滤后的沉淀物从下出口排出。

所述留样装置7包括留样泵、多个留样瓶及连接所述留样泵和留样瓶的连接软管，所述留样泵出水口处分别与所述排水电磁阀和多个所述的连接软管连通，所述连接软管上均设有电磁阀，所述留样泵、排水电磁阀、电磁阀均与所述控制系统连接。

所述冲洗装置6包括淡水箱、冲洗泵、电磁阀、冲洗管道，所述冲洗泵、电磁阀与控制系统连接。

所述电源系统为锂离子电池或者太阳能电池板。

所述进水分流系统4包括水泵和分流器，所述分流器中包含至少一个电磁阀，电磁阀与控制系统连接。

所述通讯单元还包括自主巡航系统和自主避障系统。

在上述水管与腔体连接的部位均设置有密封环，排水腔通过排水阀与海水连通。

电源系统用于对整个装置进行供电，控制系统用于根据检测及其他需要对各个模块进行远程输入控制，水样采集预处理单元用于对水样进行采集并对采集到的水样进行过滤预处理，避免较大的杂质进入后续腔室造成堵塞。检测单元用于对水质进行多种参数的检测并将检测结果传输到数据采集与控制单元，由数据处理系统通过通讯单元传输到无线终端。还可以根据水质检测结果确定哪些指标超标，以确定是否开启留样装置对实时水样进行留存，以便后期更精准的分析超标原因及找出应对方案。此外，检测单元检测完毕各项参数后可以根据需要开启冲洗装置，对检测腔传感器进行清洗，使检测腔传感器保持清洁，确保检测传感器在长时间使用后仍保持较高的检测精度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。