CN114636798A - 一种管道采样式水质监测设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种管道采样式水质监测设备及方法，主要包括壳体，壳体内安装有采样模块、检测模块、清洁模块；所述采样模块，用于对采样点的水样抽取并送入到检测模块中；所述检测模块远离采样点，检测模块对水样进行存储、检测及排放；所述清洁模块设置在检测模块中，用于对检测器件进行清洁。本发明提供的一种管道采样式水质监测设备及方法，可多点间歇采样检测，自动清洁。

Description

一种管道采样式水质监测设备及方法

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，尤其是一种管道采样式水质监测设备。

背景技术

水体是养殖鱼类赖以生存的生活环境，与鱼类的生长发育密切相关，也决定着养殖效率及产品的安全。通过对相关水质参数水温、Ph、溶解氧、氨氮值、浊度的数据收集与处理，分析得出需要进行调整的参数，并通过水质参数调节设备增氧机、水泵等进行相关参数的调节，创造出最适宜养殖对象生存的水质环境，从而提高产量和质量，增加了水产养殖户的经济收入。

传统的采用投入式检测的方式，每个点位放置一套检测器件，不仅检测器件容易受到养殖对象的破坏，而且价格过于昂贵，不利于推广应用。此外，检测器件上易附着藻类和污渍，为了保证水质监测设备检测的准确性，需要不断的对设备进行维护、清洁，若靠人工定期清洁检测器件，水质环境较差时，每隔几天就要清洁一次，工作量很大，投入人工成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种管道采样式水质监测设备，可在一定范围内通过一套检测设备对多个点位进行水质监测，自动化程度较高，能够实现实时在线检测和清洁。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种管道采样式水质监测设备，包括壳体，壳体内安装有采样模块、检测模块、清洁模块；

所述采样模块，用于对采样点的水样抽取并送入到检测模块中；

所述检测模块远离采样点，检测模块对水样进行存储、检测及排放；

所述清洁模块设置在检测模块中，用于对检测器件进行清洁。

所述采样模块包括潜水泵，潜水泵的进水口对采样点的水样抽取，潜水泵的出水口通过第一管道与壳体上的进水快速接头连通；所述进水快速接头另一端通过第二管道与检测模块连通。

所述采样模块中的管道组件分多组并联， 多组并联管道组件对多点间歇采样。

所述检测模块包括检测容器、检测器件，所述检测容器下部设有可调节快速接头、底端设有排水快速接头，其中，可调节快速接头与采样模块连接并输入水样，排水快速接头通过第三管道与壳体上的排水快速接头连接，排水快速接头将水样引出；所述检测器件安装在检测容器内，

所述检测容器包括检测容器上盖、检测容器壁及检测容器下盖，检测容器上盖、检测容器下盖之间通过丝杆、六角螺母紧固。

所述检测器件包括多参数水质传感器、液位传感器，其中，多参数水质传感器沿检测容器轴线方向竖直布置。

所述清洁模块包括清洗喷头，清洗喷头一端与清洗快速接头连接，清洗快速接头通过第四管道与壳体上的清洗快速接头连接，清洗快速接头输入清洗液。

所述清洗喷头上下布置，其中上端的清洗喷头为大角度锥形喷头，用于对检测容器内壁、检测器件上的污染物清洁；下端的清洗喷头用于对检测器件模头上的污染物清洁。

所述检测容器上部安装有溢水快速接头，溢水快速接头通过第五管道与排水快速接头连接。

一种管道采样式水质监测方法，包括以下步骤：

步骤一：管道采样式水质监测设备安装在养殖水体附近，通过采样管道将潜水泵与远离采样点的检测容器连接，采样管道中安装有单向阀和电磁阀以及一些快速接头；

步骤二：设备开始工作时，安装在养殖水体中多个点位的潜水泵一起工作，往采样管道中泵入水样，水样通过采样管道流向电磁阀，电磁阀为常闭状态，等待控制模块下达指令通过继电器打开电磁阀的供电电路，使该电磁阀控制的水路导通，让水样得以通过电磁阀流入检测容器中，检测容器中的水样达到传感器检测要求后，即设定的水位要求，通过投入式液位传感器给控制模块反馈信号，关闭该点位电磁阀，停止进水，等待传感器检测数据稳定后，读取传感器检测的数据，并通过触摸显示屏显示出来；通过无线传输模块对数据进行远程传输并最终在用户端软件界面上显示出来；

步骤三：吸合排水管道中的电磁阀，排空检测容器内的水样，再通过清洁模块对传感器进行清洗，完成对一个点位的检测过程；

步骤四：重读上述步骤二～步骤三，即可完成对养殖水体多个点位的水质参数监测。

本发明一种管道采样式水质监测设备，具有以下技术效果：

1）、通过采用多组采样管道和至少一套抽水泵的采样模块，可将需要监测点位的水样分别抽取并输送至检测容器中进行检测，这样一套检测容器即可完成多点处水样的检测，降低购买设备的成本。

2）、通过将检测模块设置在远离取样点，同时将检测器件设置在检测容器中，可减少养殖对象的破坏，降低维护成本；同时抽水样进入检测容器可减少检测器件上附着大量藻类和污渍，提高检测精度。

3）、检测容器通过连接进水、溢水、排水和清洁管路，并在相应的管道上增加电磁阀等，可方便检测容器对不同取样点处的水样进行有序、间隔检测；同时方便后期通过清洁模块进行自动清洁。

4）、通过设置控制模块、无线传输模块，控制模块连接着检测器件和执行器件，用于控制采样管路上的阀件并与传感器进行串口通信来获取数据，通过触摸显示屏显示数值，通过无线传输模块进行数据的远程传输。根据上述设计，本发明提出的管道采样式水质监测设备可对包括水温、Ph、溶解氧、氨氮值、浊度在内的多种水质参数进行实时监测，具有监测点位多，可靠性高，使用方便等特点，是一种全自动化实时监测水体参数的设备。

5）、检测容器采用亚克力材料制成，其优势在于：（1）亚克力的可塑性好，便于加工，容易定型，并且绝缘性能很好。（2）亚克力具有一定的透明度，可以很清晰地观察到检测容器内部的情况，包括传感器被污染的程度，检测容器内的水位等。（3）亚克力的对自然环境的适应性很强，不会因为恶劣的环境导致它的性能发生变化，抗老化特性好，符合管道采样式水质监测***在野外自然环境下使用的需求。

6）、该***采用雾化喷头喷水清洁的方式，结构上分为顶部清洁喷头和底部清洁喷头，顶部清洁喷头主要负责清洁传感器体表部分和检测容器内壁，底部清洁喷头负责清洁传感器膜头部分，考虑到应用场景不同，在工厂中有自来水条件的情况下可以用自来水作为清洁水，而野外没有通自来水的情况下则用养殖水体作为清洁水。

7）、设计的管道采样式水质监测设备具有多点位间歇监测和单点位流通监测的两种功能，可随意切换，方便养殖人员的多样化需求。

8）、所述壳体为双层门结构，适用于室外无遮挡情况使用，密封防水性能强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明中检测容器的结构示意图。

图3为本发明中外壳体的结构示意图。

图4为本发明中采样模块的局部结构示意图。

图5为本发明检测模块上半部分结构示意图。

图6为本发明检测模块中间部分结构示意图。

图7为本发明检测容器下盖下盖示意图。

图中：检测容器上盖1、检测容器壁2、检测容器下盖3，可调节快速接头4，丝杆5，下盖清洗快速接头6，排水快速接头7，清洗喷头8，溢水快速接头9，检测器件10，六角螺母11，传感器连接部位12，上盖清洗快速接头13，壳体14，显示屏15，内门16，外门17，过线孔18，进水快速接头19，清洗快速接头20，排水快速接头21，水泵22，软管23，有压电磁阀24，单向阀25，PH传感器26，溶解氧传感器27，氨氮传感器28。

具体实施方式

如图1所示，一种管道采样式水质监测设备，包括壳体14，壳体14内设置有采样模块、检测模块、控制模块、清洁模块和无线传输模块。

所述外壳体14包含外门17和安装了触摸显示屏的内门15，以及出线孔18等。

所述采样模块包括潜水泵22，潜水泵22将水样从采样点抽取上来，并通过与潜水泵22连接的软管23输送至壳体14的进水快速接头19处。进水快速接头19再通过软管依次经过进水电磁阀24和单向阀25，最后通过可调节快速接头4（可调节快速接头4处需安装一个多通结构，用于独立接通软管，使每处水样独立进入检测容器）进入检测模块中。

需要说明的是，水样从检测模块底部进入检测模块的方式，整个进水过程不会产生水花，水面较为平稳上升。并且整个进水管路由进水电磁阀24控制通断，由单向阀25控制水体的单向流动，优势在于水样在水路断开的时候不会回流，进而减少了因为填补回流造成水管内水流空缺的填补时间。

优选地，通过调节可调节快速接头4，可以实现控制进水的流速，优势在于即使潜水泵22的功率过大也可以对其进入检测容器的水样流速进行调节。

优选地，如图4所示，采样模块中的管道结构可以分多组进行并联，这样就可对多点间歇采样，继而达到多点间歇监测的目的。

这里的进水电磁阀24为有压电磁阀，即在一定较大压力范围内，才能正常工作，无压不工作。

所述检测模块包括检测容器和检测器件10。

其中，检测容器包含检测容器上盖1、检测容器壁2、检测容器下盖3等。检测容器上盖1、检测容器壁2、检测容器下盖3依次从上往下布置，且检测容器上盖1、检测容器下盖3之间通过丝杆5、六角螺母11紧固。

工作时，检测容器将输送上来的水样进行储存，并通过安装在里面的液位传感器对水位进行检测，看是否达到检测要求。若达到检测要求，则将信号反馈给微处理器，处理判断后，通过串口和RS485电路给继电器发送断开进水电磁阀24的指令信号，继电器关闭后停止进水，开始检测。优势在于，可以判断水位是否达到检测要求，从而避免造成误差，同时也可以检测出设备是否正常工作。

其中，检测器件10包含多参数水质传感器。

多参数水质传感器包括pH传感器26、溶解氧传感器27、氨氮传感器28和浊度传感器。

多参数水质传感器采用型号为AJ-SZJC-PH的pH传感器，可以检测pH和水温两种水质参数；型号为CS4760D的溶解氧传感器，利用荧光法测量水体中溶解氧，可以检测溶解氧和水温两种水质参数；型号为CS6714D的氨氮传感器，利用膜电势测定溶液中离子的活度或浓度，可检测水体中铵离子含量；型号为YG-TR01/20的浊度传感器，可以检测水体浊度。

通过多参数水质传感器可以对水样进行检测，并将检测到的数据通过串口和RS485电路反馈给微处理器，微处理器将接收到的水质数据进行分析处理、显示，U盘保存，远程传输等。

需要说明的是，多参数水质传感器从开始检测到数值稳定是需要有一个过程的，为了在保证检测数据尽可能准确的情况下，缩短稳定时间，本发明提出的微处理器内部写入数值稳定判断程序，即利用通过预设差值和传感器检测前后两次的数据差值比较来判断，如果重复5次判断稳定，即认定数值稳定，稳定后的数据可用。

优选地，检测容器设有溢水口，溢水口过螺纹连接着溢水快速接头9，溢水快速接头9通过软管连接壳体14上的排水快速接头21。优势在于，当设备出故障时，进水过多，水流从检测容器的溢水口通过软管流向壳体14外部，保护了设备的使用安全，提高了设备的可靠性。

优选地，所述检测容器上设有排水快速接头7，排水快速接头7通过软管与排水电磁阀的进水口连接，排水电磁阀的出水口通过软管连接壳体14上的排水快速接头21。微处理器在接收到水质参数数据后，便给继电器发送吸合排水电磁阀的指令信号，排水电磁阀吸合后，检测容器里面的水样在重力的作用下通过自流的方式流出壳体外。

所述排水电磁阀为无压电磁阀，在没有压力和较小压力下都允许水流通过，但是超过一定压力后，便成为阻断状态，水流不能通过。

所述控制模块包括电源模块、显示模块和微处理器，与微处理器通过RS485电路连接的触摸显示屏、继电器、无线传输模块等。

所述微处理器为STM32F103系列单片机

所述电源模块包括空气开关、漏电开关、直流稳压电源、接线端子。

所述显示模块包括触摸显示屏。

进一步的，所述微处理器通过串口和RS485电路与多参数水质传感器通信，接收多参数水质传感器传输过来的水质数据，在对水质数据进行处理后，通过串口和RS485电路发送到触摸显示屏上显示，通过无线传输模块对数据进行远程传输并最终在用户端软件界面上显示出来。

进一步的，所述微处理器通过串口和RS485电路控制继电器的吸合和断开，从而间接控制相关电磁阀的开闭，完成对水路的控制。

进一步的，所述微处理器中设有U盘存储功能，可以实现本地保存对应多参数水质传感器检测到的水质参数值，以及接收到值的时间，优势在于当无线传输模块出现故障，可以替代存储数据。

优选地，所述微处理器内部设有误差补偿程序（微处理器为STM32单片机，误差补偿程序写在里面，通过大量试验得出），根据不同光照、温度、采样水管长度等因素不同水平进行误差补偿，以保证水质检测设备使用的可靠性。

所述清洁模块包括清洗喷头8和清洗快速接头6，通过软管和其他种类快速接头与清洗快速接头6连接的单向阀，与单向阀进水口连接的清洗电磁阀，与清洗电磁阀进水口连接的壳体14上的清洗快速接头20以及通过软管与壳体上的清洗快速接头20连接的潜水泵和清洗液存放容器。

工作时，潜水泵将清洗液从清洗液存放容器中泵出，经过壳体14上的清洗快速接头20进入设备内部管道，到达清洗电磁阀进水口，清洗电磁阀开启后流经单向阀并最终到达清洗喷头8处，由清洗喷头8喷出对检测容器内部进行清洗。

需要说明的是，所述清洗喷头8布置在检测容器的上下盖上，与检测器件10同轴。安装在检测容器上盖的清洗喷头8为大角度锥形喷头，被用于清洗检测器件10和检测容器壁2上的污染物，所述安装在检测容器下盖3的清洗喷头8为小角度直喷头，被用于清洗检测器件10模头上的污染物。优势在于所述微处理器中配置有定时判断检测容器中的污染程度是否超过了预设值的分析程序，基于此来通过继电器控制电磁阀来开通清洗管路进行清洗。

所述无线传输模块，包含4G模块，接收4G模块上传的水质参数数据的云端服务器以及用于远程监控的用户端软件。微处理器通过4G模块将水质参数数据传输到云端服务器，用户端软件通过访问云端服务器来获取监测的信息，并进行远程控制。

Claims (10)

1.一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：包括壳体（14），壳体（14）内安装有采样模块、检测模块、清洁模块；

所述采样模块，用于对采样点的水样抽取并送入到检测模块中；

所述检测模块远离采样点，检测模块对水样进行存储、检测及排放；

所述清洁模块设置在检测模块中，用于对检测器件进行清洁。

2.根据权利要求1所述的一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：所述采样模块包括潜水泵（22），潜水泵（22）的进水口对采样点的水样抽取，潜水泵（22）的出水口通过第一管道与壳体（14）上的进水快速接头（19）连通；所述进水快速接头（19）另一端通过第二管道与检测模块连通。

3.根据权利要求2所述的一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：所述采样模块中的管道组件分多组并联， 多组并联管道组件对多点间歇采样。

4.根据权利要求1所述的一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：所述检测模块包括检测容器、检测器件（10），所述检测容器下部设有可调节快速接头（4）、底端设有排水快速接头（7），其中，可调节快速接头（4）与采样模块连接并输入水样，排水快速接头（7）通过第三管道与壳体（14）上的排水快速接头（21）连接，排水快速接头（21）将水样引出；所述检测器件（10）安装在检测容器内。

5.根据权利要求4所述的一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：所述检测容器包括检测容器上盖（1）、检测容器壁（2）及检测容器下盖（3），检测容器上盖（1）、检测容器下盖（3）之间通过丝杆（5）、六角螺母（11）紧固。

6.根据权利要求4所述的一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：所述检测器件（10）包括多参数水质传感器、液位传感器，其中，多参数水质传感器沿检测容器轴线方向竖直布置。

7.根据权利要求1所述的一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：所述清洁模块包括清洗喷头（8），清洗喷头（8）一端与清洗快速接头（6）连接，清洗快速接头（6）通过第四管道与壳体（14）上的清洗快速接头（20）连接，清洗快速接头（20）输入清洗液。

8.根据权利要求7所述的一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：所述清洗喷头（8）上下布置，其中上端的清洗喷头（8）为大角度锥形喷头，用于对检测容器内壁、检测器件（10）上的污染物清洁；下端的清洗喷头（8）用于对检测器件（10）模头上的污染物清洁。

9.根据权利要求1所述的一种管道采样式水质监测设备，其特征在于：所述检测容器上部安装有溢水快速接头（9），溢水快速接头（9）通过第五管道与排水快速接头（21）连接。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种管道采样式水质监测设备进行监测的方法，包括以下步骤：

步骤一：管道采样式水质监测设备安装在养殖水体附近，通过采样管道将水泵与远离采样点的检测容器连接，采样管道中安装有单向阀和电磁阀以及一些快速接头；

步骤二：设备开始工作时，安装在养殖水体中多个点位的水泵一起工作，往采样管道中泵入水样，水样通过采样管道流向电磁阀，电磁阀为常闭状态，等待控制模块下达指令通过继电器打开电磁阀的供电电路，使该电磁阀控制的水路导通，让水样得以通过电磁阀流入检测容器中，检测容器中的水样达到传感器检测要求后，即设定的水位要求，通过投入式液位传感器给控制模块反馈信号，关闭该点位电磁阀，停止进水，等待传感器检测数据稳定后，读取传感器检测的数据，并通过触摸显示屏显示出来；通过无线传输模块对数据进行远程传输并最终在用户端软件界面上显示出来；

步骤三：吸合排水管道中的电磁阀，排空检测容器内的水样，再通过清洁模块对传感器进行清洗，完成对一个点位的检测过程；

步骤四：重读上述步骤二～步骤三，即可完成对养殖水体多个点位的水质参数监测。

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