一种环境监测用水质采样装置

文档序号:1919760 发布日期:2021-12-03 浏览:32次 >En<

阅读说明:本技术 一种环境监测用水质采样装置 (Water sampling device for environmental monitoring ) 是由 王慎阳 于 2021-09-07 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种环境监测用水质采样装置,涉及水质监测技术领域,包括潜望镜、录像模块、采水嘴、微型水泵、出水嘴、水样杯、电镜、倾倒组件、图像采集模块、图像分析模块、处理收发模块和元件执行模块;本发明实现了实时自动监测水质状况并对其进行分析计算,从而完成初步监测筛选的工作,然后通过工作人员进一步地检测水质状况,精准的判断水质,降低工作人员的劳动强度,提高工作效率,解决了传统设备结构较为复杂,功能较为简单,无法对水体进行实时监测水质的问题。(The invention discloses a water quality sampling device for environmental monitoring, which relates to the technical field of water quality monitoring and comprises a periscope, a video recording module, a water sampling nozzle, a micro water pump, a water outlet nozzle, a water sample cup, an electron microscope, a pouring assembly, an image acquisition module, an image analysis module, a processing transceiving module and an element execution module; the invention realizes real-time automatic monitoring of water quality condition and analysis and calculation, thereby completing preliminary monitoring and screening work, then further detecting the water quality condition through workers, accurately judging the water quality, reducing the labor intensity of the workers, improving the working efficiency, and solving the problems that the traditional equipment has complex structure and simple function and can not monitor the water quality in real time.)

一种环境监测用水质采样装置

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域,尤其涉及一种环境监测用水质采样装置。

背景技术

水质监测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势,评价水质状况的过程,水质监测的范围较广泛,包括未被污染和已受污染的天然水(江、河、湖、海和地下水)及各种各样的工业排水等,水质采样器是采集水质样品的一种装置,是采集受污染水体的水样,通过分析测定,以获得水体污染的基本数据,供分析水样时使用,能反映水体的化学组成和特征;

现有技术中的水质采样一般采用人工采样的方式,由采样人员站在岸边对岸边的水样进行采集,这样采样的方式费时费力,取样效率较低,其中公开号为CN112098159A的一种环境监测用水质采样装置的专利文件中,提出利用无人驾驶的船体带动船体运动到不同的位置进行水质采样,船体上设有GPS定位仪,利用GPS定位仪定位后,船体能自动移动到该位置,这时需要再确定采样深度,在确定好采样深度后,调节进入到水中的柔性连接单体的长度,从而达到自动采样的目的,但是此方法虽然达到了自动采样的目的,但是其过于复杂且无法对水体进行实时自动监测,从而实时监测水体的水质状况,同时当水路过多时,监测的效率过低;

针对上述的技术缺陷,现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于:本发明通过设置潜望镜、录像模块、采水嘴、微型水泵、出水嘴、水样杯、电镜、倾倒组件、图像采集模块、图像分析模块、处理收发模块和元件执行模块,实现了实时自动监测水质状况并对其进行分析计算,从而完成初步监测筛选的工作,然后通过工作人员进一步地检测水质状况,精准的判断水质,降低工作人员的劳动强度,提高工作效率,解决了传统设备结构较为复杂,功能较为简单,无法对水体进行实时监测水质的问题。

为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:

一种环境监测用水质采样装置,其至少设有一个,包括监测壳体、光伏电板组件、固定柱、潜望镜、录像模块、电镜、除湿器、打光灯、控制面板、运行灯、控制按钮、警报器和电动密封门,所述固定柱为中空状,且固定柱底部的外壁开设有水流窗口,所述潜望镜的一端设于固定柱的水流窗口处,其另一端设于录像模块的一端,所述打光灯设于固定柱的水流窗口处,且打光灯发射的灯光正对潜望镜的一端,所述监测壳体内设有微型水泵、出水嘴、水样杯和倾倒组件,所述倾倒组件与录像模块分设于监测壳体两侧,所述倾倒组件设于电动密封门的一侧,且水样杯安装于倾倒组件的顶端,所述出水嘴设于水样杯的上方,所述微型水泵的出水口通过导管与出水嘴贯通连接,且微型水泵的进水口通过导管贯通连接有采水嘴,所述采水嘴固定设于固定柱的水流窗口处;

所述控制面板包括图像采集模块、图像分析模块、处理收发模块和元件执行模块;

图像采集模块,用于采集水体的水质图像状况并将其发送给图像分析模块;

图像分析模块,用于接收水体的水质图像状况对其进行分析处理,并将生成的结果发送给处理收发模块;

处理收发模块,用于接收图像分析模块分析的结果并对其进行计算生成警惕控制信号,还将警惕控制信号发送给元件执行模块和用户服务终端;

元件执行模块,用于接收用户服务终端的控制指令和警惕控制信号,还用于控制对应部件工作。

进一步的,所述潜望镜内安装有用于清洁潜望镜镜面的清洁组件,所述清洁组件设于固定柱的水流窗口处,所述清洁组件包括第一微型电机、第一转杆和固定环,所述第一微型电机固定设于潜望镜内,所述第一转杆的一端与第一微型电机的输出轴固定连接,其另一端贯穿潜望镜的内壁延伸到其外部并与固定环固定套接,所述固定环的外端固定连接有清洁刮片,所述清洁刮片与潜望镜镜面抵接。

进一步的,所述倾倒组件包括安装板、第二微型电机、丝杆和连接板,所述安装板固定安装于监测壳体的底端,所述第二微型电机固定设于安装板的顶面,所述丝杆的一端与第二微型电机固定连接,其另一端通过轴承与监测壳体的侧壁转动连接,所述连接板螺纹套接于丝杆的外端,所述连接板的顶面对称分设有支撑杆和连接杆,所述支撑杆对称设有两个,且两个支撑杆之间转动连接有第二转杆,且支撑杆的一侧固定设有第三微型电机,所述第二转杆的一端贯穿支撑杆并与第三微型电机的输出轴固定连接,所述连接杆固定设于连接板的顶面,所述第二转杆的外端卡接有连接套,所述连接套与第二转杆套接,且连接套的顶面固定连接有卡合块,所述卡合块内卡接有卡凸,所述卡凸的顶端固定设于水样杯的底部中心处,所述连接杆通过焊接有回位弹簧,所述回位弹簧的一端与卡合块的一侧固定连接。

进一步的,所述连接板的底端固定设有滑凸,所述安装板开设有与滑凸适配的滑槽,所述滑凸设于安装板的滑槽内。

进一步的,所述第二转杆的外端固定设有滑条,所述滑条设有多个,且滑条以第二转杆的中轴线为中心按环形阵列分布,所述连接套设有与滑条对应的滑槽。

进一步的,所述图像分析模块的水质图像状况由水体内的微生物的数量数值、鱼虾类的数量数值和水的单位面积灰度平均值的图像构成。

一种环境监测用水质采样装置的工作方法,具体工作方法如下:

Sa:图像采集模块采集水体的水质图像状况后将其发送给图像分析模块;

Sb:图像分析模块接收到水质图像状况对图像进行实时分析运行,具体分析运行的步骤如下:

获取到水质图像状况后,将定时定段内水质图像分为动态图和静态图,其中动态图为微生物移动图和鱼虾类游动图,而静态图为水的清澈度;

对于微生物和鱼虾类进行标定,得到微生物的数量数值和鱼虾类的数量数值,对静态图进行灰度化并生成水的单位面积灰度平均值;

将得到的微生物的数量数值、鱼虾类的数量数值和水的单位面积灰度平均值分别标定为Q、M和K并将其发送给处理收发模块;

Sc:处理收发模块接收到Q、M和K后,并依据公式得到实时的水质富杂情况A,并将水质富杂情况A与预设范围值a比较,当A在a内时,则不产生控制信号,反之则产生警惕控制信号;

当产生警惕控制信号后处理收发模块将其发送给元件执行模块和用户服务终端;

Sd:用户服务终端获取到警惕控制信号后立刻编辑警惕文本字符并在用户服务终端的显示屏处显示,其中警惕文本字符为“水质发生改变,请及时处理”,

且在警惕文本字符的下端还显示有是否对水质进行进一步监测的字样;

当工作人员通过用户服务终端点击确定后发出控制指令,且元件执行模块获取到警惕控制信号和控制指令,立即打开微型水泵工作,微型水泵工作后产生负压并通过管道将负压传递给采水嘴,使采水嘴吸取水体,然后微型水泵通过管道将水体注入到出水嘴内,出水嘴将水体注入正下方的水样杯内,当水样杯内获取到适量水样后,启动倾倒组件工作,倾倒组件工作后带动水样杯移动到电镜的正下方,然后电镜对观察的水样图像进行放大,并将放大图样通过处理收发模块发送给用户服务终端;

当放大图像发送给用户服务终端后,倾倒组件带动水样杯移动到电动密封门处,然后元件执行模块控制电动密封门打开,使倾倒组件带动水样杯将其内的水样倒去;

Se:用户服务终端接收到放大图样后并在其显示屏显示,同时工作人员操作用户服务终端获取同时刻的水质图像,使工作人员对水体进行综合判断水质状况。

综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:

本发明通过设置潜望镜、录像模块、采水嘴、微型水泵、出水嘴、水样杯、电镜、倾倒组件、图像采集模块、图像分析模块、处理收发模块和元件执行模块,实现了实时自动监测水质状况并对其进行分析计算,从而完成初步监测筛选的工作,然后通过工作人员进一步地检测水质状况,精准的判断水质,降低工作人员的劳动强度,提高工作效率,解决了传统设备结构较为复杂,功能较为简单,无法对水体进行实时监测水质的问题。

附图说明

图1示出了根据本发明提供地将装置安装于水内的结构示意图;

图2示出了根据本发明提供的监测壳体内的结构示意图;

图3示出了图1的A处的局部放大图;

图4示出了根据本发明提供的潜望镜的结构示意图;

图5示出了图4的C处的局部放大图;

图6示出了图2的B处的局部放大图;

图7示出了根据本发明提供的第二转杆处剖面图;

图8示出了根据本发明提供的装置流程图;

图例说明:1、监测壳体;2、光伏电板组件;3、固定柱;4、潜望镜;5、清洁组件;6、录像模块;7、采水嘴;8、微型水泵;9、出水嘴;10、水样杯;11、电镜;12、倾倒组件;13、除湿器;14、打光灯;15、控制面板;16、运行灯;17、控制按钮;18、警报器;19、电动密封门;501、第一微型电机;502、第一转杆;503、固定环;504、清洁刮片;1201、第二微型电机;1202、丝杆;1203、连接板;1204、支撑杆;1205、第三微型电机;1206、第二转杆;1207、连接套;1208、卡合块;1209、卡凸;1210、回位弹簧;1211、连接杆;1212、滑凸;1213、滑条;1214、安装板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例1:

如图1、图2、图6-图8所示,一种环境监测用水质采样装置,其至少设有一个,且基于互联网信号连接用户服务终端,包括监测壳体1、光伏电板组件2、固定柱3、潜望镜4、录像模块6、电镜11、除湿器13、打光灯14、控制面板15、运行灯16、控制按钮17、警报器18和电动密封门19,光伏电板组件2安装于监测壳体1的顶部,光伏电板组件2将光能转化为电能并储存,还将电能提供给装置需要电力的部件使用,固定柱3通过螺栓固定设于监测壳体1的底部,固定柱3底部安装于水体内,电动密封门19安装于监测壳体1的一侧,控制面板15安装于监测壳体1上,运行灯16、控制按钮17和警报器18安装于控制面板15上,录像模块6、电镜11、除湿器13均固定设有监测壳体1内,打开控制按钮17装置开始运行,运行灯16同步亮起,警报器18当设备的内部部件发生损坏时,警报器18会响,控制面板15生成警报信号,还将其发送给警报器18提醒客户检修维护;

固定柱3为中空状,且固定柱3底部的外壁开设有水流窗口,潜望镜4的一端设于固定柱3的水流窗口处,其另一端设于录像模块6的一端,打光灯14设于固定柱3的水流窗口处,且打光灯14发射的灯光正对潜望镜4的一端,监测壳体1内设有微型水泵8、出水嘴9、水样杯10和倾倒组件12,倾倒组件12与录像模块6分设于监测壳体1两侧,倾倒组件12设于电动密封门19的一侧,且水样杯10安装于倾倒组件12的顶端,出水嘴9设于水样杯10的上方,微型水泵8的出水口通过导管与出水嘴9贯通连接,且微型水泵8的进水口通过导管贯通连接有采水嘴7,采水嘴7固定设于固定柱3的水流窗口处;

倾倒组件12包括安装板1214、第二微型电机1201、丝杆1202和连接板1203,安装板1214固定安装于监测壳体1的底端,第二微型电机1201固定设于安装板1214的顶面,丝杆1202的一端与第二微型电机1201固定连接,其另一端通过轴承与监测壳体1的侧壁转动连接,连接板1203螺纹套接于丝杆1202的外端,连接板1203的顶面对称分设有支撑杆1204和连接杆1211,支撑杆1204对称设有两个,且两个支撑杆1204之间转动连接有第二转杆1206,且支撑杆1204的一侧固定设有第三微型电机1205,第二转杆1206的一端贯穿支撑杆1204并与第三微型电机1205的输出轴固定连接;

连接杆1211固定设于连接板1203的顶面,第二转杆1206的外端卡接有连接套1207,连接套1207与第二转杆1206套接,且连接套1207的顶面固定连接有卡合块1208,卡合块1208内卡接有卡凸1209,卡凸1209的顶端固定设于水样杯10的底部中心处,连接杆1211通过焊接有回位弹簧1210,回位弹簧1210的一端与卡合块1208的一侧固定连接,连接板1203的底端固定设有滑凸1212,安装板1214开设有与滑凸1212适配的滑槽,滑凸1212设于安装板1214的滑槽内,第二转杆1206的外端固定设有滑条1213,滑条1213设有多个,且滑条1213以第二转杆1206的中轴线为中心按环形阵列分布,连接套1207设有与滑条1213对应的滑槽;

倾倒组件12的运行步骤:启动第二微型电机1201工作控制其输出轴正向旋转,第二微型电机1201的输出轴正向旋转后带动与其固定的丝杆1202正向旋转,且连接板1203的滑凸1212滑动设于滑槽,因此丝杆1202正向旋转后与其螺纹套接的连接板1203沿着滑槽向电动密封门19方向移动,连接板1203向电动密封门19方向移动后,带动其上的部件同时移动,从而带动水样杯10移动,当连接板1203抵接到电动密封门19时,电动密封门19打开,当电动密封门19打开后,启动第三微型电机1205并控制器输出轴正向旋转,第三微型电机1205的输出轴正向旋转后带动与其固定的第二转杆1206正向旋转,第二转杆1206正向旋转后带动与其卡接的连接套1207正向旋转,连接套1207正向旋转后带动与其固定的卡合块1208正向旋转,卡合块1208正向旋转后带动与其卡接的卡凸1209正向旋转,卡凸1209正向旋转后带动与其固定的水样杯10正向旋转,从而使水样杯10发生倾斜,然后水样杯10将水样倒出,此时由工作人员接收用于进一步水质的检测或直接倒入水体中,并依次控制第三微型电机1205和第二微型电机1201的输出轴反向旋转,经上述部件传动带动使水样杯10回位;

工作方法:本发明通过设置潜望镜4和录像模块6将水内的图像通过互联网发送给用户服务终端,工作人员直接观察水质情况,当发现水质情况发送变化时,通过用户服务终端控制取样,通过图像和水样的检测,从而实时精准监测水体的目的;其中控制取样具体步骤为打开微型水泵8使其工作并产生负压吸力,从采水嘴7吸取水体的水样,然后将其通过出水嘴9注入到水样杯10内,然后通过控制倾倒组件12带动水样杯10移动到电镜11的正下方对其图像进行放大并输出,然后倾倒组件12使水样杯10内的水样倒入工作人员事先准备的水杯内或直接将水样杯10取出,当水样检测完成后,再将水样杯10卡接到倾倒组件12上。

实施例2:

实施例1虽然实现了水质的监测,但是需要工作人员花费大量时间对水体进行实时的监控,才能实现对水体的实时监测,当需要对多水路的水体进行监测时,会造成大量人力物力的浪费,因此对水体进行监测时,需要对其进行初步筛选监测,然后对出现问题的水体进行进一步的检测;

如图8所示,控制面板15包括:

图像采集模块,用于采集水体的水质图像状况并将其发送给图像分析模块;

图像分析模块,用于接收水体的水质图像状况对其进行分析处理,并将生成的结果发送给处理收发模块;其中图像分析模块的水质图像状况由水体内的微生物的数量数值、鱼虾类的数量数值和水的单位面积灰度平均值的图像构成;

处理收发模块,用于接收图像分析模块分析的结果并对其进行计算生成警惕控制信号,还将警惕控制信号发送给元件执行模块和用户服务终端;

元件执行模块,用于接收用户服务终端的控制指令和警惕控制信号,还用于控制对应部件工作;

工作原理:

Sa:图像采集模块采集水体的水质图像状况并将其发送给图像分析模块,其中水质图像状况由潜望镜4监测的实时图像并由录像模块6录取;

Sb:图像分析模块接收到水质图像状况对图像进行实时分析运行,具体分析运行的步骤如下:

获取到水质图像状况后,将定时定段内水质图像分为动态图和静态图,其中动态图为微生物移动图和鱼虾类游动图,而静态图为水的清澈度;

对于微生物和鱼虾类进行标定,得到微生物的数量数值和鱼虾类的数量数值,对静态图进行灰度化,并生成水的单位面积灰度平均值;

将得到的微生物的数量数值、鱼虾类的数量数值和水的单位面积灰度平均值分别标定为Q、M和K并将其发送给处理收发模块;

Sc:处理收发模块接收到Q、M和K后,并依据公式得到实时的水质富杂情况A,且e1、e2、e3和e4均为权重修正因子,权重修正因子使计算的结果更加接近真实值,其中e1大于e4大于e3大于e2,e1+e2+e3+e4=7.21;

将水质富杂情况A与预设范围值a比较,当A在a内时,则不产生控制信号,反之则产生警惕控制信号;当A在a内时说明水质处于正常状态,当A不在a内时,说明水质为异常状态,因此产生警惕控制信号,异常状态包括水内的杂志变少或增加,水内的活体增加或减少等;

当产生警惕控制信号后处理收发模块将其发送给元件执行模块和用户服务终端;

Sd:用户服务终端获取到警惕控制信号后立刻编辑警惕文本字符并在用户服务终端的显示屏处显示,其中警惕文本字符为“水质发生改变,请及时处理”,

且在警惕文本字符的下端还显示有是否对水质进行进一步监测的字样;

当工作人员通过用户服务终端点击确定后发出控制指令,且元件执行模块获取到警惕控制信号和控制指令,立即打开微型水泵8工作,微型水泵8工作后产生负压并通过管道将负压传递给采水嘴7,使采水嘴7吸取水体,然后微型水泵8通过管道将水体注入到出水嘴9内,出水嘴9将水体注入正下方的水样杯10内,当水样杯10内获取到适量水样后,启动倾倒组件12工作,倾倒组件12工作后带动水样杯10移动到电镜11的正下方,然后电镜11对观察的水样图像进行放大,并将放大图样通过处理收发模块发送给用户服务终端;

当放大图像发送给用户服务终端后,倾倒组件12带动水样杯10移动到电动密封门19处,然后元件执行模块控制电动密封门19打开,使倾倒组件12带动水样杯10将其内的水样倒去;

Se:用户服务终端接收到放大图样后并在其显示屏显示,同时工作人员操作用户服务终端获取同时刻的水质图像,使工作人员对水体进行综合判断水质状况;

综合上述技术方案:通过设置图像采集模块、图像分析模块、处理收发模块和元件执行模块,实现了对水体图像的实时采集、分析处理和计算,从而实时监测各路水体的水质,并将实时监测的水质情况发送给用户服务终端,对水体进行初步的筛选,当需要对其进一步检测时,重复实施例1的控制取样步骤,从而达到对水质的智能化实时监控的目的。

实施例3:

当装置在长久使用,尤其是位于水体内的潜望镜4的镜片易附着于干扰物,影响实时监测的结果,其中干扰物为灰尘、水草、浮游生物残尸等;

如图1-5所示,一种环境监测用水质采样装置,潜望镜4内安装有用于清洁潜望镜4镜面的清洁组件5,清洁组件5设于固定柱3的水流窗口处,清洁组件5包括第一微型电机501、第一转杆502、固定环503和清洁刮片504,第一微型电机501固定设于潜望镜4内,第一转杆502的一端与第一微型电机501的输出轴固定连接,其另一端贯穿潜望镜4的内壁延伸到其外部并与固定环503固定套接,固定环503的外端固定连接有清洁刮片504,清洁刮片504与潜望镜4镜面抵接;

控制面板15定时启动清洁组件5工作,清洁组件5工作后其第一微型电机501启动,第一微型电机501启动后其输出轴旋转,第一微型电机501输出轴旋转后带动与其固定的第一转杆502旋转,第一转杆502旋转后带动与其固定的固定环503旋转,固定环503旋转后带动与其外端固定的清洁刮片504旋转,清洁刮片504旋转后刮擦潜望镜4镜面,从而将擦潜望镜4镜面擦拭干净,从而使监测的结果更加准确。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,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,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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