專利名稱：一種基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水質(zhì)檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種能在水域流動性進(jìn)行深水采樣和現(xiàn)場分析檢測功能的水質(zhì)檢測船。
背景技術(shù)：
水是生命之源，隨著社會、經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類社會發(fā)展對水資源的需求和依賴不斷增長，使水資源安全狀況面臨嚴(yán)峻的壓力?；谌祟惏l(fā)展對水資源的迫切需求，需要在需要檢測水域上進(jìn)行水質(zhì)檢測，篩選具有代表性的指標(biāo)，根據(jù)水資源安全的內(nèi)涵構(gòu)建水資源安全評價指標(biāo)體系，對檢測水域的水資源安全整體狀況進(jìn)行定量、動態(tài)研究，可從整體上反映水資源系統(tǒng)的基本狀況。現(xiàn)有的具有深水采樣功能的水質(zhì)檢測船，采用較復(fù)雜的設(shè)備，用于深水采樣，在產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)使用會占用較大面積，不夠靈活且不美觀；采樣深度也比較小。中國發(fā)明CN200920261183.7公開的水質(zhì)監(jiān)測船，使用長機(jī)械臂用于深水采樣，長機(jī)械臂僅能伸長至200m ;機(jī)械臂使用剛性材料，外露在本體之外，增加了水質(zhì)監(jiān)測船的占用面積，容易和周邊的物體發(fā)生干涉；通過剛性的機(jī)械臂的動作實現(xiàn)采樣，也會造成船的穩(wěn)定性較差，安全性也會受到影響。鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長時間的研究和實踐終于獲得了本創(chuàng)作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)，其包括一本體、一水質(zhì)檢測單元、一水樣儲存單元、一水樣采集單元和一位置控制單元；所述水質(zhì)檢測單元固定在所述本體上，用于檢測水質(zhì)；所述位置控制單元為一外部具有保護(hù)彈簧的鋼絲繩或一滾軸絲杠，其一端固定在所述本體上，其另一端連接所述水樣儲存單元，用于使所述水樣儲存單元在水域中上下移動；所述水樣儲存單元置于所述本體外部，相對于所述本體上下移動，用于潛入水域的不同深度；所述水樣儲存單元具有一進(jìn)水口和一出水口，所述進(jìn)水口和所述出水口為一通孔，所述的進(jìn)水口處設(shè)置有一進(jìn)水閥，所述的出水口處設(shè)置有一出水閥，分別控制所述水位控制單元中水樣的進(jìn)和出，所述進(jìn)水閥和所述出水閥均為單向閥，所述進(jìn)水口和所述出水口處設(shè)置一粗濾網(wǎng)，用于過濾水樣中的大尺寸雜質(zhì)；所述水樣儲存單元還包括一緩沖腔，設(shè)置在所述進(jìn)水閥處，用以控制水樣從所述進(jìn)水閥流入所述水樣儲存單元的速度；所述緩沖腔的外壁為一雙層分隔板，所述分隔板上具有無數(shù)個漏水孔，所述漏水孔為蜂窩狀，兩個分隔板的所述漏水孔交錯布置；所述水樣儲存單元還包括一葉輪單元，所述葉輪單元設(shè)置在所述緩沖腔內(nèi)，所述葉輪單元包括一變距螺旋葉輪組、一定位軸承、一轉(zhuǎn)軸和一支架，所述變距螺旋葉輪組圍繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)軸通過所述定位軸承安裝在所述支架上，每組所述變距螺旋葉輪具有固定的相對位置，所述變距螺旋葉輪組的第η個(I彡η彡N)所述變距螺旋葉輪的葉片形狀，從所述變距螺旋葉輪靠近所述進(jìn)水閥的一端至另一端的軌跡方程為:Xi = r X cos ( θ Λ2 π X η/Ν),Yi = r X sin ( θ Λ2 τι X η/Ν),Zi = (η-1) X (L+a)/Ν+( θ J2 π )mX [L_(N-1)a]/N，其中，r為葉輪葉片任一點的半徑，Xp Yi> Zi為葉輪葉片任一點的坐標(biāo)，Z軸為所述變距螺旋葉輪組的所述轉(zhuǎn)軸，原點為第I個所述變距螺旋葉輪在Z軸投影上最靠近所述進(jìn)水閥的一端的點；Θ i為坐標(biāo)任一點的螺旋葉片扭轉(zhuǎn)角度；N為葉輪組數(shù)，N為大于I的整數(shù)；a為葉輪間距，O < a < L/ (N-1) ；m為變距螺旋系數(shù)，O < m < I ；L為所述變距螺旋葉輪組的Z軸投影長；所述水樣采集單元與所 述水樣儲存單元固定，其一端連接到所述緩沖腔的外壁，其另一端連接到所述水質(zhì)檢測單元，用于輸送所述緩沖腔的水樣到所述水質(zhì)檢測單元。較佳的，所述水樣儲存單元按方程所示的速度下降，當(dāng)11<1時，￥= ￥0;當(dāng) h>l 時，v = aXln(h)；其中，V為所述深水采集單元2下降的速度；h為所述深水采集單元2下降的高度；
a為一常數(shù)，a > O。較佳的，所述水樣采集單元具有一水泵，所述水泵抽取水樣，并輸送到所述水質(zhì)檢測單元。較佳的，所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)還包括一通訊裝置，所述通訊裝置連接到所述水樣儲存單元，用于反饋所述水樣儲存單元潛入的水域深度和所述水樣儲存單元中蓄水的深度。較佳的，所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)還包括一顯示控制器，所述顯示控制器置于所述本體內(nèi)部，所述顯示控制器通過電路連接到所述通訊裝置、所述水質(zhì)檢測單元、所述水樣儲存單元、所述水樣采集單元和所述位置控制單元，用于控制上述部件的運動和顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在于:所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)使用了變距螺旋葉輪組，變距螺旋葉輪組的旋轉(zhuǎn)起到攪拌作用，將淤泥和腐殖質(zhì)等微?；?，使緩沖腔的水樣成為穩(wěn)定均衡的懸濁液，保證了水樣檢測結(jié)果的普遍性和真實性；通過變距螺旋葉輪組的旋轉(zhuǎn)，能甩出進(jìn)入緩沖腔的廢棄物，避免廢棄物進(jìn)入水質(zhì)檢測單元。通過方程控制下降速度，使水質(zhì)分析系統(tǒng)下降越深，下降速度越慢，從而在水深處提高了采樣密度，重點檢測深處水域的水質(zhì)。纏繞的纜繩或者絲杠的長度可以伸很長，所以提高了水域采樣的深度。工作狀態(tài)不在本體之外增加使用面積，占用面積小，同時不會干擾到周邊物體，靈活性較高；穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形使安全性提高。


圖1為水資源安全性評價體系示意圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖3為緩沖腔的局部放大示意圖；圖4為水質(zhì)檢測單元的基本結(jié)構(gòu)和功能框圖；圖5為控制器的基本結(jié)構(gòu)和功能框圖；圖6為水域內(nèi)運動采樣分析方法的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點作更詳細(xì)的說明。請參閱圖1所示 ，其為水資源安全性綜合評價體系示意圖，本發(fā)明結(jié)合水資源系統(tǒng)動力學(xué)模型變量，建立了水資源安全綜合評價指標(biāo)體系。在水資源安全評價方法上，目前研究中采用的方法主要有綜合指數(shù)法、模糊綜合評價法、物元分析法、集對分析法、Vague集評價法、灰色關(guān)聯(lián)法。灰色關(guān)聯(lián)分析法克服了回歸分析和隨即過程理論的不足；對數(shù)據(jù)要求低，計算量小，計算結(jié)果較為全面、客觀、公正等優(yōu)點，因而在生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)、工程管理、多屬性評價等眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。所述水資源安全性綜合評價體系建立步驟如下，步驟a:在水資源安全性綜合評價指標(biāo)體系的設(shè)置中，綜合考慮水資源的水量保證能力、水生態(tài)環(huán)境狀態(tài)、以及對水資源的綜合調(diào)控管理能力三方面的指標(biāo)。步驟b:指標(biāo)具體設(shè)置涵蓋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(從人均水資源占有量指標(biāo)中反映)、水資源供需平衡、水生態(tài)環(huán)境、以及水資源利用效率等指標(biāo)，分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3個層次，并采用層次分析法來確定指標(biāo)體系權(quán)重。步驟c:水資源安全灰色關(guān)聯(lián)綜合評價模型的建立如步驟cl_c3所示，步驟Cl:標(biāo)準(zhǔn)化評價矩陣。設(shè)水資源安全綜合評價問題為Q= {S, M, H},其中S = {sk} (k = 1,2,..., i)為評價時間集，sk為第k個評價時間；M = {mr} (r = 1,2,..., η)為水資源安全綜合評價指標(biāo)集；決策矩陣為H = {Hkr} i Xn, Hkr為評價時間sk關(guān)于指標(biāo)mr的屬性值。記水資源安全評價時間集組成的比較序列為Xk = {XI (r)，X2 (r)，Xk Cr)…Xi (r)} (k = 1,2,... ),每一比較序列包括某個時間段η個水資源安全評價指標(biāo)值。各評價指標(biāo)的參考數(shù)列由不同水域的時間序列上單項指標(biāo)值的最優(yōu)值組成，設(shè)置為Μ*={Μ* (I)，Μ* ⑵，Μ* (r)...Μ* (η)}。對比較數(shù)列和參考數(shù)列組成的矩陣數(shù)據(jù)采用極差方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，消除各個指標(biāo)量綱影響；步驟c2:分別計算比較序列和參考序列的灰色關(guān)聯(lián)度；步驟c3:計算評價時間與參考序列的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度，即水資源安全度。步驟d:根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)綜合評價模型，計算水資源安全度變化趨勢?；疑P(guān)聯(lián)度越大的比較序列，表明其和參考序列越接近，水資源安全狀況越好。采用灰色關(guān)聯(lián)綜合評價方法計算得到水資源安全度，用于表示水資源安全狀況和理想狀況的接近程度，是對水資源安全相對狀況的衡量，從而判斷水資源安全整體狀況的變化趨勢和變化情況，對檢測水域中不同深度的水質(zhì)進(jìn)行安全性評價。要形成水資源安全性綜合評價指標(biāo)體系，需要對水資源的水質(zhì)基本指標(biāo)進(jìn)行測量，這就需要一種采樣、檢測、分析系統(tǒng)，采集到整個水資源的不同水位的最真實情況，本發(fā)明的基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)就能實現(xiàn)這些基本的不同水位采樣后檢測并評價功能。請參閱圖2所示，其為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視示意圖，所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)包括一水質(zhì)檢測單元1、一深水采集單元2、一緩沖腔21、一變距螺旋葉輪組22、一定位軸承23、一葉輪支架24、一轉(zhuǎn)軸25、一通訊通道3、一送樣通道4、一位置控制單元5、一取樣器6、一氣泵60、一輸氣管道61、一儲氣筒62、一進(jìn)水閥7、一出水閥8、一控制器9和一本體10。本實施例中僅示意最簡單的可實現(xiàn)深水采樣和水質(zhì)檢測的檢測平臺，以下介紹如何實現(xiàn)這兩項必須功能的。在所述本體10上可布置動力裝置等用于驅(qū)動行進(jìn)的動力裝置，可布置轉(zhuǎn)向(圖中未示)等用于提升性能的裝置。所述本體10大致為一包納性形狀，作為其他結(jié)構(gòu)的安裝載體。所述水質(zhì)檢測單元I固定在所述本體10的內(nèi)部，所述水質(zhì)檢測單元I根據(jù)操作者的需要來決定所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)的檢測項目，能分析水樣的PH值、色度、渾濁度、有機(jī)物含量、余氯、重金屬含量等。所述深水采集單元2放置在所述本體10的外部下方，本實施例中，在所述本體10的最下方設(shè)置通孔，所述通孔要做好密封；所述通孔用于穿過所述通訊通道3、所述送樣通道4和所述位置控制單元5。還可以使所述深水采集單元2、所述通訊通道3、所述送樣通道4和所述位置控制單元5從所述本體10的側(cè)面邊緣處垂直入水，在所述本體10的側(cè)面邊緣設(shè)置卡槽或滑輪進(jìn)行限位，避免管道等柔性連接件的滑移。所述深水采集單元2通過所述位置控制單元5吊裝，并能相對于所述本體10上下移動。所述深水采集單元2的內(nèi)部安裝所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8。所述深水采集單元2大致為一長方體，具有一個入水口和一個出水口，在本實施例中，所述入水口和所述出水口分別設(shè)置在所述深水采集單元2的兩相對側(cè)面，所述出水口設(shè)置在靠下方位置以便于排水。所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8安裝在所述深水采集單元2的所述入水口和所述出水口上，通過所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8的開合來控制所述深水采集單元2中積蓄的水量。在本實施例中，所述緩沖腔21為使用雙層分隔板在所述水位控制單元2的所述進(jìn)水閥7附近分隔出來的一個空間。所述變距螺旋葉輪組22、所述定位軸承23、所述葉輪支架24和所述轉(zhuǎn)軸25均安裝在所述緩沖腔21內(nèi)部。所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)在工作時，所述深水采集單元2在所述本體10的下方運動，不在本體之外增加使用面積，占用面積小，不會干擾到周邊物體，靈活性較高。所述通訊通道3連接所述深水采集單元2和所述控制器9，所述通訊通道3用于傳遞所述深水采集單元2下降的深度，傳遞所述深水采集單元2中蓄水的深度，監(jiān)控所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8的開合狀態(tài)。所述送樣通道4連接所述水質(zhì)檢測單元I和所述深水采集單元2，將所述深水采集單元2中穩(wěn)定的水樣輸送到所述水質(zhì)檢測單元I的進(jìn)水口，用于檢測水質(zhì)情況。檢測完的水樣再通過所述水質(zhì)檢測單元I的出水口，經(jīng)由所述送樣通道4送回到所述深水采集單元2。送樣和回樣在所述送樣通道4中分別使用不同的管道，分別稱為輸送管道和送回管道。所述取樣器6由水泵驅(qū)動，所述取樣器6連接在所述送樣通道4的下端。在本實施例中，所述取樣器6置于所述緩沖腔21的外壁上，將所述緩沖腔21中穩(wěn)定的水樣抽取后，輸送到所述送樣通道4。這樣可以保證被檢測水樣處于穩(wěn)定的狀態(tài)，不會受到水域中渦流的影響；而且可以反復(fù)多次測量某一時刻所述緩沖腔21中所蓄水樣的水質(zhì)情況。所述氣泵60可由所述動力裝置附帶，也可在所述控制器9上附帶一個氣泵。所述氣泵60設(shè)置在所述本體10中，用于產(chǎn)生壓縮氣體，通過所述輸氣管道61輸送到所述深水采集單元2，使所述深水采集單元2中的水通過所述出水閥8迅速排出，避免水遺留影響所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)的相關(guān)性能；所述氣泵60還可以用于產(chǎn)生一定的負(fù)壓，在所述進(jìn)水閥7打開時，在負(fù)壓作用下，吸入的水流沖擊所述變距螺旋葉輪組22的葉片，所述變距螺旋葉輪組22高速旋轉(zhuǎn)，所述深水采集單元2會迅速蓄水。所述儲氣筒62設(shè)置在所述本體10中，所述儲氣筒62作為所述氣泵60產(chǎn)生壓縮氣體的來源。所述本體的空間情況和實際檢測所需氣體量決定所述儲氣筒62的體積大小。所述位置控制單元5的上端固定在所述本體10上，下端連接所述深水采集單元
2。所述位置控制單元5可以設(shè)置為纏繞在滾筒上的纜繩，通過電機(jī)實現(xiàn)所述滾筒的轉(zhuǎn)動，使所述纜繩伸長或縮短。纏繞的纜繩長度越長，所述深水采集單元2采樣深度越深，所以很簡單就提高了水域采樣的深度。在所述纜繩的外部可設(shè)置保護(hù)彈簧，能使較軟的纜繩具有一定的剛度，避免纜繩在水中任意擺動，并能在所述纜繩失效時避免所述深水采集單元2發(fā)生墜毀。所述位置控制單元5還可以設(shè)置為剛性的滾軸絲杠，通過電機(jī)驅(qū)動滾軸的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致絲杠不斷伸長，使所述深 水采集單元2潛入到深水處進(jìn)行采樣。所述深水采集單元2在所述位置控制單元5的驅(qū)動下，按方程所示的速度下降，當(dāng)11<1時，￥= ￥0;當(dāng)h>l 時，v = aXln(h)；其中，V為所述深水采集單元2下降的速度；h為所述深水采集單元2下降的高度；
a為一常數(shù)，a > O。所述位置控制單元5的所述纜繩伸長或縮短，或者電機(jī)驅(qū)動滾軸的轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致絲杠不斷伸長，所述深水采集單元2在所述位置控制單元5的驅(qū)動下，開始按照方程所示的速度下降，根據(jù)對數(shù)函數(shù)的特點，越到深處，下降速度越慢，采樣檢測的深度越集中，達(dá)到重點進(jìn)行深水采樣檢測的目的。所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8是所述水質(zhì)檢測單元I與水域直接接觸的機(jī)構(gòu)，所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8均為單向閥，在不同類型的水域環(huán)境中，可能會有樹枝、藻類、人為污染物、動物尸體等大顆粒垃圾，在所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8之外設(shè)置粗濾網(wǎng)，用于遮擋水域中的大顆粒垃圾，避免這些較大的垃圾進(jìn)入到所述深水采集單元2，進(jìn)而堵塞所述取樣器6、所述送樣通道4和所述水質(zhì)檢測單元1，產(chǎn)生不必要的維護(hù)和修理。所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8使用堵蓋密封的結(jié)構(gòu)將所述深水采集單元2上的入水口和出水口密封。所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8的開合由氣缸驅(qū)動(圖中未示)，所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8通過所述通訊通道3，反饋閥的開合信號到所述控制器9。
所述控制器9為一操作平臺，與所述水質(zhì)檢測單元I的總電源、所述取樣器6的水泵開關(guān)、所述位置控制單元5的電機(jī)、所述通訊通道3、所述進(jìn)水閥7、所述出水閥8、所述本體10的動力裝置之間使用電路連接。所述控制器9具有一個顯示屏，將所述位置控制單元5下降的高度和所述深水采集單元2的蓄水深度反饋給操作者，并能顯示所述本體10的動力裝置的運行速度。請參閱圖3所示，其為緩沖腔的局部放大示意圖，所述緩沖腔21使用的所述分隔板具有蜂窩狀的漏水孔，兩個分隔板的所述漏水孔交錯布置。這樣，從所述進(jìn)水閥7進(jìn)來的水在所述緩沖腔21被緩沖，不會對所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)造成沖擊。水樣從所述進(jìn)水閥7進(jìn)來后，在所述緩沖腔21內(nèi)經(jīng)過所述變距螺旋葉輪組22，所述變距螺旋葉輪組22圍繞所述轉(zhuǎn)軸25作旋轉(zhuǎn)運動，所述轉(zhuǎn)軸25通過所述定位軸承23安裝在所述葉輪支架24上，所述葉輪支架24與所述深水采集單元2固定連接。本實施例中，在所述深水采集單元2中，所述變距螺旋葉輪組22的所述轉(zhuǎn)軸25垂直布置；所述變距螺旋葉輪組22的一端靠近所述進(jìn)水閥7，另一端正對所述取樣器6的采樣口。水樣快速進(jìn)入所述進(jìn)水閥7，形成的沖擊力作用于所述變距螺旋葉輪組22，使所述變距螺旋葉輪組22旋轉(zhuǎn)，所述變距螺旋葉輪組22旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將水樣中的大尺寸垃圾甩出來，將傳遞 到最里部的水樣進(jìn)一步過濾，所述取樣器6采樣口采集到的水樣純凈度提聞，避免檢測時的水樣中含有大尺寸垃圾，提聞了檢測效率和質(zhì)量。所述變距螺旋葉輪組22旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用還能使水樣中的淤泥和腐殖質(zhì)等微?；苊庥倌嗪透迟|(zhì)等在緩沖腔內(nèi)引起所述漏水孔的堵塞，繼而引發(fā)所述深水采集單元2進(jìn)水不暢等一系列問題；微?；€能使水樣成為穩(wěn)定均衡的懸濁液，各種微粒遍布在水樣中，提取到所述取樣器6的水樣代表了所述緩沖腔21中蓄積水樣的普遍情況，保證了檢測結(jié)果的普遍性和真實性。為了更好地產(chǎn)生離心力，所述變距螺旋葉輪組22的每組所述變距螺旋葉輪具有特定的葉片形狀，每組所述變距螺旋葉輪之間具有固定的葉輪間距a和固定的交錯角度2 π /N,每組所述變距螺旋葉輪均固定在所述葉輪支架24上。所述變距螺旋葉輪組的第η個(I彡η彡N)所述變距螺旋葉輪的葉片形狀，從所述變距螺旋葉輪靠近所述進(jìn)水閥的一端至另一端的軌跡方程為:Xi = rX cos ( θ Λ2 τι Xη/Ν),Yi = r X sin ( θ Λ2 τι X η/Ν),Zi = (η-1) X (L+a)/Ν+( θ J2 π )mX [L_(N-1)a]/N,其中，r為葉輪葉片任一點的半徑，Xp Yi> Zi為葉輪葉片任一點的坐標(biāo)，Z軸為所述變距螺旋葉輪組的所述轉(zhuǎn)軸，原點為第I個所述變距螺旋葉輪在Z軸投影上最靠近所述進(jìn)水閥的一端的點；Θ i為坐標(biāo)任一點的螺旋葉片扭轉(zhuǎn)角度；N為葉輪組數(shù)，N為大于I的整數(shù)；a為葉輪間距，O < a < L/ (N-1) ；m為變距螺旋系數(shù)，O < m < I ；L為所述變距螺旋葉輪組的Z軸投影長。當(dāng)Θ i = O 時，Xi = r X cos (2 π X n/N), Yi = r X sin (2 η X η/Ν)，Zi = (η-1) X (L+a) /N,當(dāng)θ i = 2 π 時，
Xi = rX cos (2 π +2 π X η/Ν), Yi = r X sin (2 π +2 π X η/Ν), Zi = η X (L+a) /N_a,第I個所述變距螺旋葉輪，取η = 1，從Qi = O漸變到Θ i = 2 π ,XpYi的取值漸變，完成一個周期2 π，Zi由O漸變到(L+a) /N-a ；第2個所述變距螺旋葉輪，取η = 2，從Qi = O漸變到Θ i = 2 Ji，起始點與第I個所述變距螺旋葉輪的起始點相差(2 π /N)個相位，XpYi的取值漸變，完成一個周期2 ，Zi 由(L+a) /N 漸變到 2 (L+a) /N-a ；第N個所述變距螺旋葉輪，取η = N，從Qi = O漸變到Θ i = 2 Ji，XiJi的取值漸變，完成一個周期2 π，Zi由(N-1) X (L+a) /N漸變到L ；由此看出，第I個所述變距螺旋葉輪由Z軸零點開始，第η個所述變距螺旋葉輪終止點和第(η+1)個所述變距螺旋葉輪起始點的間距為a，每一個所述變距螺旋葉輪的Z軸投影長為(L+a)/N-a。請參閱圖4所示，其為水質(zhì)檢測單元的基本結(jié)構(gòu)和功能框圖，所述水質(zhì)檢測單元I包括進(jìn)水口、出水口、檢測模塊、控制模塊、顯示模塊和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)存儲模塊。所述進(jìn)水口和所述出水口通過所述送樣通道4中的輸送管道和送回管道分別連通到所述取樣器6。水樣通過所述進(jìn)水口進(jìn)入到檢測模塊，在此模塊完成PH值、色度、渾濁度、有機(jī)物含量、余氯、重金屬含量等的檢測，在控制模塊，利用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)存儲模塊設(shè)定的閾值，完成檢測結(jié)果和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)閾值的比對，產(chǎn)生水質(zhì)合格與否的檢測結(jié)果，最后通過顯示模塊將檢測結(jié)果顯示出來。檢測模塊是水質(zhì)檢測的最核心機(jī)構(gòu)，通過一系列的傳感器來實現(xiàn)對水樣的檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，憑借如圖1所示的水資源安全性評價體系，對水樣的安全性進(jìn)行評價。請參閱圖5所示，其為控制器的基本結(jié)構(gòu)和功能框圖，所述控制器9具有如下功能模塊:水質(zhì)檢測單元總開關(guān):控制所述水質(zhì)檢測單元I的總電源，避免長時間的待機(jī)閑置；采樣控制模塊:控制所述取樣器6，使之經(jīng)由所述送樣通道4的輸送管道將水樣輸送到所述水質(zhì)檢測單元I的進(jìn)水口；位置控制單元控制模塊:控制所述位置控制單元5的潛水運動，以便深入到水下不同高度進(jìn)行取樣；位置控制單元位置顯示模塊:顯示所述深水采集單元2下降的深度；進(jìn)出水控制模塊:控制所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8的開合，并讀取所述深水采集單元2蓄水的深度；動力控制模塊:控制整個所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)的動力，使之以機(jī)動方式行走。請參閱圖6所示，其為水域內(nèi)運動采樣分析方法的流程圖，以下結(jié)合圖2來描述所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)的使用過程。步驟a:操作者控制所述控制器9的位置控制單元控制模塊，通過位置控制單元5的動作，使所述深水采集單元2從初始狀態(tài)即位置最高的狀態(tài)，運動到需要檢測水質(zhì)的水域高度，所述控制器9的位置控制單元位置顯示模塊顯示所述深水采集單元2下降的高度，到達(dá)目標(biāo)的位置，控制所述控制器9的位置控制單元控制模塊，使所述深水采集單元2懸停;步驟b:控制所述控制器9的進(jìn)出水控制模塊，打開所述進(jìn)水閥7，水樣進(jìn)入所述深水采集單元2，所述通訊通道3監(jiān)控所述深水采集單元2中蓄水的深度，到達(dá)理想的蓄水深度，關(guān)閉進(jìn)水閥7 ；步驟c:控制所述控制器9的水質(zhì)檢測單元總開關(guān)，使所述水質(zhì)檢測單元I進(jìn)入工作狀態(tài)；步驟d:控制所述控制器9的采樣控制模塊，使所述取樣器6的水泵開始工作，所述深水采集單元2中的水樣經(jīng)由所述送樣通道4的輸送管道，通過所述水質(zhì)檢測單元I的進(jìn)水口進(jìn)入所述水質(zhì)檢測單元I ;步驟e:所述水質(zhì)檢測單元I對傳輸進(jìn)來的水樣進(jìn)行分析；步驟f:在完成水質(zhì)分析，所述控制器9上顯示檢測結(jié)果后，控制所述控制器9的采樣控制模塊，水樣通過所述水質(zhì)檢測單元I的出水口，經(jīng)由所述送樣通道4的送回管道流回所述深水采集單元2 ；步驟g:控制所述控制器9的進(jìn)出水控制模塊，打開所述出水閥8，從所述送樣通道4輸送壓縮空氣，使所述深水采集單元2中的水樣迅速地完全從所述出水閥8排出，所述通訊通道3監(jiān)控所述深水采集單元2中蓄水的深度，在排水結(jié)束時關(guān)閉所述出水閥8。步驟a_b完成潛水的過程。步驟c-d完成取樣的過程。在操作所述控制器9的采樣控制模塊之前，一般需要使所述深水采集單元2靜置幾分鐘，性質(zhì)穩(wěn)定，保證傳輸?shù)乃畼幽艽硭畼拥囊话闱闆r。步驟e_f完成水質(zhì)檢測并排出檢測裝置中水樣的過程。步驟g完成檢測水從取樣裝置排出的過程。此時，操作者完成一次檢測，并將水樣完全排出時，即執(zhí)行完步驟g后，可以結(jié)束工作，控制所述控制器9的水質(zhì)檢測單元總開關(guān)，使所述水質(zhì)檢測單元I進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)；控制所述控制器9的位置控制單元控制模塊，通過位置控制單元5的動作，使所述深水采集單元2回到初始狀態(tài)即位置最高的狀態(tài)。如果操作者完成一次檢測，還需要在此水域的更深或更淺位置作檢測，執(zhí)行完步驟g后，控制所述控制器9的位置控制單元控制模塊，通過位置控制單元5的動作，運動到需要檢測水質(zhì)的水域高度，所述控制器9的位置控制單元位置顯示模塊顯示所述深水采集單元2所處的高度，到達(dá)目標(biāo)的位置，控制所述控制器9的位置控制單元控制模塊，使所述深水采集單元2懸停；以后依次重復(fù)步驟b，步驟d-g。如果操作者完成一次檢測，還需要換一片水域做檢測，應(yīng)暫時結(jié)束工作，執(zhí)行完步驟g后，控制所述控制器9的水質(zhì)檢測單元I的總開關(guān)，使所述水質(zhì)檢測單元I進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)；控制所述控制器9的位置控制單元控制模塊，通過位置控制單元5的動作，使所述深水采集單元2回到初始狀態(tài)即位置最高的狀態(tài)；控制動力控制模塊使所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)運動到目標(biāo)位置，以后依次重復(fù)步驟a-g。所述基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)在工作的全過程中，所有裝置都在所述本體10的下方運動，不在所述本體10之外增加使用面積，占用面積小，可以深入到狹窄的水域進(jìn)行檢測，在游覽水域中可以即使周邊有很多游船，也不會干擾到周邊物體，可以在復(fù)雜的環(huán)境中任意穿梭，靈活性較高，同時，這種穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形使檢測船的安全性提高。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)，其包括一本體，其特征在于，其還包括一水質(zhì)檢測單元、一水樣儲存單元、一水樣采集單元和一位置控制單元； 所述水質(zhì)檢測單元固定在所述本體上，用于檢測水質(zhì)； 所述位置控制單元為一外部具有保護(hù)彈簧的鋼絲繩或一滾軸絲杠，其一端固定在所述本體上，其另一端連接所述水樣儲存單元，用于使所述水樣儲存單元在水域中上下移動； 所述水樣儲存單元置于所述本體外部，相對于所述本體上下移動，用于潛入水域的不同深度； 所述水樣儲存單元具有一進(jìn)水口和一出水口，所述進(jìn)水口和所述出水口為一通孔，所述的進(jìn)水口處設(shè)置有一進(jìn)水閥，所述的出水口處設(shè)置有一出水閥，分別控制所述水位控制單元中水樣的進(jìn)和出， 所述進(jìn)水閥和所述出水閥均為單向閥，所述進(jìn)水口和所述出水口處設(shè)置一粗濾網(wǎng)，用于過濾水樣中的大尺寸雜質(zhì)； 所述水樣儲存單元還包括一緩沖腔，設(shè)置在所述進(jìn)水閥處，用以控制水樣從所述進(jìn)水閥流入所述水樣儲存單元的速度；所述緩沖腔的外壁為一雙層分隔板，所述分隔板上具有無數(shù)個漏水孔，所述漏水孔為蜂窩狀，兩個分隔板的所述漏水孔交錯布置； 所述水樣儲存單元還包括一葉輪單元，所述葉輪單元設(shè)置在所述緩沖腔內(nèi)，所述葉輪單元包括一變距螺旋葉輪組、一定位軸承、一轉(zhuǎn)軸和一支架，所述變距螺旋葉輪組圍繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)軸通過所述定位軸承安裝在所述支架上，每組所述變距螺旋葉輪具有固定的相對位置， 所述變距螺旋葉輪組的第η個(I < η < N)所述變距螺旋葉輪的葉片形狀，從所述變距螺旋葉輪靠近所述進(jìn)水閥的一端至另一端的軌跡方程為:Xi = rX cos ( Θ j+2 Ji Xn/N)，Yi = r X sin ( θ Λ2 η X η/Ν)，Zi = (η-1) X (L+a)/Ν+( θ J2 π )mX [L-(N-1)a]/N， 其中，r為葉輪葉片任一點的半徑，Xi> Y1' Z1為葉輪葉片任一點的坐標(biāo)，Z軸為所述變距螺旋葉輪組的所述轉(zhuǎn)軸，原點為第I個所述變距螺旋葉輪在Z軸投影上最靠近所述進(jìn)水閥的一端的點；Θ i為坐標(biāo)任一點的螺旋葉片扭轉(zhuǎn)角度；N為葉輪組數(shù)，N為大于I的整數(shù)；a為葉輪間距，O < a < L/(N-1) ；m為變距螺旋系數(shù)，O < m < I ；L為所述變距螺旋葉輪組的Z軸投影長； 所述水樣采集單元與所述水樣儲存單元固定，其一端連接到所述緩沖腔的外壁，其另一端連接到所述水質(zhì)檢測單元，用于輸送所述緩沖腔的水樣到所述水質(zhì)檢測單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，所述水樣儲存單元按方程所示的速度下降，當(dāng) h < I 時，V = V。；當(dāng) h > I 時，V = a X In (h)； 其中，V為所述深水采集單元2下降的速度；h為所述深水采集單元2下降的高度;a為一常數(shù)，a > O。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，所述水樣采集單元具有一水泵，所述水泵抽取水樣，并輸送到所述水質(zhì)檢測單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一通訊裝置，所述通訊裝置連接到所述水樣儲存單元，用于反饋所述水樣儲存單元潛入的水域深度和所述水樣儲存單元中蓄水的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一顯示控制器，所述顯示控制器置于所述本體內(nèi)部，所述顯示控制器通過電路連接到所述通訊裝置、所述水質(zhì)檢測單元、所述水樣儲存單元、所述水樣采集單元和所述位置控制單元，用于控制上述 部件的運動和顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于在水域內(nèi)運動采樣分析方法的水質(zhì)分析系統(tǒng)，其包括一本體、一水質(zhì)檢測單元、一水樣儲存單元、一水樣采集單元和一位置控制單元；所述水樣儲存單元相對于所述本體上下移動；所述水樣儲存單元的一進(jìn)水閥和一出水閥分別安裝在一進(jìn)水口和一出水口上；一緩沖腔設(shè)置在所述進(jìn)水閥處；所述水樣儲存單元的一葉輪單元設(shè)置在所述緩沖腔內(nèi)，所述葉輪單元包括一變距螺旋葉輪組、一定位軸承和一轉(zhuǎn)軸，所述變距螺旋葉輪組的第n個(1≤n≤N)所述變距螺旋葉輪的葉片形狀，從所述變距螺旋葉輪靠近所述進(jìn)水閥的一端至另一端的軌跡方程為Xi＝r×cos(θi+2π×n/N)，Yi＝r×sin(θi+2π×n/N)，Zi＝(n-1)×(L+a)/N+(θi/2π)m×[L-(N-1)a]/N，所述水樣采集單元輸送所述緩沖腔的水樣；所述位置控制單元使所述水樣儲存單元上下移動。
文檔編號G01N33/18GK103197038SQ20131005904
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者陳彬, 陳紹晴, 肖原, 趙春富, 蘇美蓉, 馮樂 申請人:北京師范大學(xué)