專利名稱：基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)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?，F(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。而且目前沒有遙控操作的能夠整個船體潛入到水面以下的檢測船。中國發(fā)明CN200920261183.7公開的水質(zhì)監(jiān)測船，使用長機械臂用于深水采樣，長機械臂僅能伸長至200m ;機械臂使用剛性材料，外露在船體之外，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)生干涉采樣的深度較小，且船的靈活性較差。中國發(fā)明CN200420030218.3公開的一種潛艇式水下檢測器，具有前后艙設(shè)計，還能產(chǎn)生傾角以進(jìn)行檢測，設(shè)備較復(fù)雜，成本較高，且不具備采樣和檢測功能。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)明的目的在于提供基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)，其包括一本體、一水質(zhì)檢測單元、一水位控制單元、一水樣調(diào)用單元、一通訊單元和一外部控制器；所述水質(zhì)檢測單元固定在所述本體內(nèi)，用于檢測水質(zhì)；所述水位控制單元具有相對于所述本體垂直軸線對稱的形狀，與所述本體固定連接，所述水位控制單元包括一進(jìn)水口和一出水口，其中所述的進(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；所述水位控制單元還包括一緩沖腔，用以控制水樣從所述進(jìn)水閥流入所述水位控制單元的速度；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；所述水位控制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 Λ2 τι X η/Ν),Yi = rXsin( θ Λ2 ji Χη/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；所述水樣調(diào)用單元的一端置于外界水域，其另一端與所述水質(zhì)檢測單元連接，用于輸送外界水樣到所述水質(zhì)檢測單元；所述通訊單元置于所述本體內(nèi)部，與所述水質(zhì)檢測單元和所述水位控制單元連接，用于與所述外部控制器之間的無線通訊。較佳的，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)還包括一實時水樣調(diào)用單元，所述實時水樣調(diào)用單 元的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，所述水樣調(diào)用單元和所述實時水樣調(diào)用單元均包括一水泵。較佳的，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)還包括一氣泵和一儲氣單元，所述氣泵輸送壓縮氣體或產(chǎn)生負(fù)壓到所述水位控制單元；所述儲氣單元作為壓縮氣體的來源。較佳的，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)還包括一動力單元，所述動力單元為所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)提供動力。與現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明的有益效果在于:所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)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)等微粒化，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)，還能甩出進(jìn)入緩沖腔的廢棄物，避免廢棄物進(jìn)入送樣通道。水位控制單元的容積越大，下降越深，提高了水域采樣的深度。工作狀態(tài)不增加占用體積，不會干擾到周邊物體，靈活性較高；簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即可實現(xiàn)不同水位采樣和水質(zhì)檢測，成本較低。


圖1為水資源安全性評價體系示意圖；圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的主視示意圖；圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的右視示意圖；圖4為緩沖腔的局部放大示意圖；圖5為水質(zhì)檢測單元的基本結(jié)構(gòu)和功能框圖；圖6為外部控制器的基本結(jié)構(gòu)和功能框圖7為本發(fā)明使用定點采樣方式的使用方法；圖8為本發(fā)明使用實時采樣方式的使用方法。
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?；疑P(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 = {Xl(r), X2(r),Xk (r)…Xi (r)} (k = 1,2,...1),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。灰色關(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)明的基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)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)的主視示意圖，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)包括一水質(zhì)檢測單元1、一水位控制單元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、一送樣通道3、一實時送樣通道30、一取樣器4、一通訊單兀5、一動力單兀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、一外部控制器9和一本體10。本實施例中僅示意最簡單的基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的可實現(xiàn)水域內(nèi)水質(zhì)檢測的分析系統(tǒng)。以下介紹所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)如何實現(xiàn)不同水位處取樣和水質(zhì)檢測并評價的功能。在所述本體10上布置動力單元6，用于驅(qū)動基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的可實現(xiàn)水域內(nèi)水質(zhì)檢測的分析系統(tǒng)。所述本體10為減小潛水的阻力，大致為一橢球形。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具有潛水取樣裝置的水質(zhì)檢測船的檢測項目，能分析水樣的PH值、色度、渾濁度、有機物含量、余氯、重金屬含量等。所述水質(zhì)檢測單元I采用灰色關(guān)聯(lián)綜合評價方法進(jìn)行計算，以評價整個水域內(nèi)的水資源安全度。本實施例中，所述水位控制單元2固定在所述本體10的下方，在所述本體10的下方設(shè)置通孔，所述通孔在所述水位控制單元2的外部，所述通孔要做好密封；所述通孔用于穿過所述送樣通道3。所述水位控制單元2還可以包納在橢球形的所述本體10的內(nèi)部，以進(jìn)一步減少在水中的阻力。所述水位控制單元2上安裝所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8。在本實施例中，位于所述本體10下方的所述水位控制單元2大致為一長方體，所述水位控制單元2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)置在所述水位控制單元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安裝在所述水位控制單元2的所述入水口和所述出水口上，通過控制所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8的開合來控制所述水位控制單元2積蓄的水量。所述水位控制單元2的蓄水量決定了所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)能下降的最大深度，所述水位控制單元2的容積越大，潛入越深，就能提高水域采樣的深度。所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)在工作時，根據(jù)需要下降到檢測的水域高度；工作狀態(tài)不增加占用體積，不會干擾到周邊物體，靈活性較高。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。所述送樣通道3的上端連接所述水質(zhì)檢測單元I，所述送樣通道3從所述本體10的通孔中穿過，連通到外界水域。所述送樣通道3將外界水域中穩(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3送回到所述水位控制單元2。送樣和回樣在所述送樣通道3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4連接在所述送樣通道3的下端，將外界水域中穩(wěn)定的水樣抽取后，輸送到所述送樣通道3。所述取樣器4由水泵驅(qū)動，在不工作時處于密封狀態(tài)。所述取樣器4的外部有粗濾網(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)入到所述取樣器4，進(jìn)而堵塞所述送樣通道3和所述水質(zhì)檢測單元1，產(chǎn)生不必要的維護(hù)和修理。所述取樣器4放置于所述本體10和所述水位控制單元2的外部，請結(jié)合圖3所示，本實施例中所述取樣器4固定在所述水位控制單元2外壁的靠底部位置。請繼續(xù)參閱圖2所示，所述通訊單元5連接到所述水質(zhì)檢測單元I和所述水位控制單元2，所述通訊單元5用于傳遞所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)下降的深度，傳遞所述水位控制單元2中蓄水的深度，控制進(jìn)水閥7和出水閥8的開合，通過發(fā)射信號傳輸數(shù)據(jù)到所述外部控制器9。所述動力單元6附帶一個所述氣泵60，所述氣泵60用于產(chǎn)生壓縮氣體，通過所述輸氣管道61輸送到所述水位控制單元2，使所述水位控制單元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水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)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)，所述水位控制單元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構(gòu)，所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8均為單向閥，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)將所述水位控制單元2上的入水口和出水口密封。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，會影響水質(zhì)檢測的結(jié)果，影響檢測儀器和輸送管路的使用壽命，在所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8處設(shè)置粗濾網(wǎng)，用于遮擋水域中的大顆粒垃圾，避免這些較大的污染物進(jìn)入到所述水位控制單元2，進(jìn)而堵塞所述取樣器6、所述送樣通道3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的開合由氣缸驅(qū)動，所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8通過所述通訊單元5，反饋所述進(jìn)水閥7和所述出水閥8的開合信號到所述外部控制器9。所述外部控制器9為一遙控器，通過發(fā)射信號控制基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)的總電源、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的動力單元的使用電路相連接。所述外部控制器9具有一顯示屏，將水質(zhì)數(shù)據(jù)、所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)下降的高度和所述水位控制單元2的蓄水深度反饋給操作者，并能顯示所述本體10的動力單元的運行速度。請參閱圖3所示，其為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)的右視示意圖，所述實時送樣通道30的上端連接所述水質(zhì)檢測單元I，其下端具有一取樣水泵(圖未示)，請結(jié)合圖2所示，所述實時送樣通道30的下端固定在所述緩沖腔21附近，所述緩沖腔21的緩沖作用，保證了所述實時送樣通道30輸送的水樣穩(wěn)定。本實施例中所述實時送樣通道30的整條線路都布置在所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)的內(nèi)部，也可以從所述本體10中穿出后固定在所述進(jìn)水閥7附近，所述實時送樣通道30最下端的采樣口必須置于所述緩沖腔21的內(nèi)腔中。在所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)下降的過程中，所述實時送樣通道30下端的所述取樣機構(gòu)將所述緩沖腔21的水樣輸送到所述水質(zhì)檢測單元1，所述水質(zhì)檢測單元I測得的水質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鐾獠靠刂破?，經(jīng)過所述外部控制器9處理，下降過程中各位置的水質(zhì)數(shù)據(jù)形成水質(zhì)曲線，所述水質(zhì)檢測單元I的檢測速度和所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)的下降速度決定了水質(zhì)曲線上相鄰深度之間的差值，差值越小，水質(zhì)曲線越精確，通過水質(zhì)曲線了解所測水資源的水質(zhì)變化情況。由于所述送樣通道3完全處于外界水域中，如果使用所述送樣通道3來實現(xiàn)所述實時送樣通道30的功能，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)在下降的過程中的產(chǎn)生的重力沖擊將導(dǎo)致水樣的變化，所述實時送樣通道30處于所述水位控制單元2的所述緩沖腔21中，由于所述緩沖腔21的緩沖作用能夠輸送的性質(zhì)相對穩(wěn)定的水樣。將所述送樣通道3和所述實時送樣通道30區(qū)分，還可以通過增設(shè)所述水質(zhì)檢測單元I和相應(yīng)管道的方式來同時進(jìn)行定點采樣檢測和實時采樣檢測。請參閱圖4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，不會對所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)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與所述水位控制單元2固定連接。本實施例中，在所述水位控制單元2中，所述變距螺旋葉輪組22的所述轉(zhuǎn)軸25水平布置；所述變距螺旋葉輪組22的一端正對所述進(jìn)水閥7，另一端正對所述實時送樣通道30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，所述實時送樣通道30采樣口采集到的水樣純凈度提高，避免檢測時的水樣中含有大尺寸垃圾，提高了檢測效率和質(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?；?，避免淤泥和腐殖質(zhì)等在緩沖腔內(nèi)引起所述漏水孔的堵塞，繼而引發(fā)所述水位控制單元2進(jìn)水不暢等一系列問題；微粒化還能使水樣成為穩(wěn)定均衡的懸濁液，各種微粒遍布在水樣中，提取到所述實時送樣通道30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 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。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)Qi = Sn 時，Xi = rX cos (2 η +2 η 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 = I，從Θ i = O漸變到Θ i = 2 π，X1、Yi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Qi = Si起始點與第I個所述變距螺旋葉輪的起始點相差(2 π /Ν)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5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、通訊模塊和水質(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3中各自的管道分別連通到所述取樣器4。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，最后通過通訊模塊將檢測結(jié)果交互到所述外部控制器9上，操作者從所述外部控制器9即可了解到水質(zhì)檢測的結(jié)果。檢測模塊是水質(zhì)檢測的最核心機構(gòu)，通過一系列的傳感器來實現(xiàn)水質(zhì)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6所示，其為外部控制器的基本結(jié)構(gòu)和功能框圖，所述外部控制器9具有如下功能模塊:總電源模塊:控制所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)的總電源，使其在不工作時處于靜止漂浮狀態(tài)；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，避免長時間的待機閑置；采樣控制模塊:控制所述取樣器4，使之經(jīng)由所述送樣通道3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 ；控制所述實時送樣通道30，使之實時取樣；顯示模塊:其可以為一顯示屏，將所述水質(zhì)檢測單元I的通訊模塊傳輸?shù)乃|(zhì)數(shù)據(jù)和所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)所處的水域深度顯示到人機界面上；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，以調(diào)整水位控制單元2積蓄的水量；動力控制模塊:控制整個所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)的動力，使之以機動方式行走。通過上述的這種較簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即可實現(xiàn)潛水、深水采樣、水質(zhì)檢測和水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)傳輸，成本較低。請參閱圖7所示，其為本發(fā)明使用定點采樣方式的使用方法，并結(jié)合圖2來描述。步驟a:操作者控制所述外部控制器9的潛水控制模塊，使所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)處于工作狀態(tài)；步驟b:控制所述外部控制器9的進(jìn)出水控制模塊，打開所述進(jìn)水閥7，水進(jìn)入所述水位控制單元2，所述通訊單元5監(jiān)控所述水位控制單元2中蓄水的深度和所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)下降的深度，隨著蓄水的增加，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)不斷下降，到達(dá)目標(biāo)的深度，關(guān)閉所述進(jìn)水閥7，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)懸停；步驟C:控制所述外部控制器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:控制所述外部控制器9的采樣控制模塊，使所述取樣器4的水泵開始工作，外界水域的水樣經(jīng)由所述送樣通道3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，所述外部控制器9的顯示模塊顯示結(jié)果后，控制所述外部控制器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3的送回管道流回外界水域。步驟a-b完成潛水的過程。步驟c-d完成取樣的過程。在操作所述外部控制器9的采樣控制模塊之前，一般需要使所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)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。此時，操作者完成一次檢測，并將水樣完全排出時,可以結(jié)束工作,控制所述外部控制器9的進(jìn)出水控制模塊，打開所述出水閥8，使所述水位控制單元2中的水迅速地完全從所述出水閥8排出，所述通訊單元5監(jiān)控所述水位控制單元2中蓄水的深度，在排水結(jié)束時關(guān)閉所述出水閥8，隨著蓄水的減少，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)不斷上升，漂浮在水域上；所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)回到水域的最高位置后，控制所述外部控制器9的總電源模塊。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f后，若要潛入更深，執(zhí)行步驟b-f，若要上浮到一定高度，控制所述外部控制器9的進(jìn)出水控制模塊，打開所述出水閥8，使所述水位控制單元2中的水迅速地完全從所述出水閥8排出，所述通訊單元5監(jiān)控所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)所處的深度，到達(dá)目標(biāo)的深度，關(guān)閉出水閥8，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)懸停，執(zhí)行步驟d-f。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，控制所述外部控制器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)；控制所述外部控制器9的動力控制模塊，使之以機動方式行走到目標(biāo)位置，然后確定需要檢測的水域深度，操作者根據(jù)所述外部控制器9上的顯示模塊顯示的所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)所在的水域深度，決定所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)是潛入還是上浮，從而決定打開所述進(jìn)水閥7還是所述出水閥8。若要潛入更深，執(zhí)行步驟b-f，若要上浮到到高度，控制所述外部控制器9的進(jìn)出水控制模塊，打開所述出水閥8，使所述水位控制單元2中的水迅速地完全從所述出水閥8排出，所述通訊單元5監(jiān)控所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)所處的深度，到達(dá)目標(biāo)的深度，關(guān)閉出水閥8，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)懸停，執(zhí)行步驟d-f。請參閱圖8所示，其為本發(fā)明使用實時采樣方式的使用方法，并結(jié)合圖2來描述。步驟a:操作者控制所述外部控制器9的潛水控制模塊，使其處于工作狀態(tài)；步驟c:控制所述外部控制器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bl:控制所述外部控制器9的采樣控制模塊，使所述實時采樣通道60開始工作；步驟dl:控制所述外部控制器9的進(jìn)出水控制模塊，打開所述進(jìn)水閥7，水進(jìn)入所述水位控制單元2，所述通訊單元5監(jiān)控所述水位控制單元2中蓄水的深度和所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)下降的位置，隨著所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)的位置移動，所述實時采樣通道60連續(xù)傳輸實時水樣到所述水質(zhì)檢測單元I的進(jìn)水口；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Π:在完成水質(zhì)分析，記錄結(jié)果后，所述外部控制器9的所述采樣控制模塊實行自動控制，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3的送回管道流回外界水域；步驟f2:完成一次檢測后，所述采樣控制模塊實行自動控制所述實時采樣通道60進(jìn)行第二次檢測，記錄結(jié)果，經(jīng)過若干次檢測后，所述外部控制器9的顯示模塊顯示檢測結(jié)果，并形成水質(zhì)曲線。步驟g:控制所述外部控制器9的進(jìn)出水控制模塊，打開所述出水閥8，使所述水位控制單元2中的水迅速地完全從所述出水閥8排出，所述通訊單元5監(jiān)控所述水位控制單元2中蓄水的深度，在排水結(jié)束時關(guān)閉所述出水閥8，隨著蓄水的減少，所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)不斷上升，漂浮在水域上。步驟a、步驟C、步驟bl、步驟dl完成潛水取樣的過程。步驟e_f2完成水質(zhì)檢測并排出檢測裝置中水樣的過程。步驟g完成檢測水從水位控制單元2排出的過程。在定點采樣的過程中可以轉(zhuǎn)換為實時采樣方式，同理，在實時采樣的過程中也可以轉(zhuǎn)換為定點采樣的方式，根據(jù)操作者需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將上述過程適應(yīng)性改變，此處不作詳細(xì)敘述。所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)在工作的全過程中，所有裝置都集中在一起上下運動，不在本體之外增加使用面積，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，靈活性較高。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
1.一種基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，其包括一本體、一水質(zhì)檢測單元、一水位控制單元、一水樣調(diào)用單元、一通訊單元和一外部控制器； 所述水質(zhì)檢測單元固定在所述本體內(nèi)，用于檢測水質(zhì)；所述水位控制單元具有相對于所述本體垂直軸線對稱的形狀，與所述本體固定連接；所述水位控制單元包括一進(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)； 所述水位控制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)水閥流入所述水位控制單元的速度；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； 所述水位控制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； 所述水樣調(diào)用單元與所述本體固定連接，其一端置于外界水域，其另一端與所述水質(zhì)檢測單元連接，用于輸送外界水樣到所述水質(zhì)檢測單元； 所述通訊單元置于所述本體內(nèi)部，與所述水質(zhì)檢測單元和所述水位控制單元連接，用于與所述外部控制器之間的無線通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一實時水樣調(diào)用單元，所述實時水樣調(diào)用單元的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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，所述水樣調(diào)用單元和所述實時水樣調(diào)用單元均包括一水泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一氣泵和一儲氣單元，所述氣泵輸送壓縮氣體或產(chǎn)生負(fù)壓到所述水位控制單元；所述儲氣單元作為壓縮氣體的來源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一動力單元，所述動力單元為所述基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi) 水質(zhì)分析系統(tǒng)提供動力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于水資源安全動態(tài)綜合評價方法的水域內(nèi)水質(zhì)分析系統(tǒng)，其包括一本體、一水質(zhì)檢測單元、一水位控制單元、一水樣調(diào)用單元、一通訊單元和一外部控制器；所述水位控制單元與所述本體固定連接；所述水位控制單元的一進(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，所述緩沖腔的漏水孔交錯布置；所述水位控制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、一轉(zhuǎn)軸和一支架，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。
文檔編號G01N33/18GK103091468SQ201310059049
公開日2013年5月8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, 肖原, 戴婧 申請人:北京師范大學(xué)