專利名稱：環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及環(huán)境水體原位監(jiān)測，具體是環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣處理，更具體是環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置。
背景技術(shù)：
水體中的硝酸鹽-氮、亞硝酸鹽-氮、銨氮和磷酸鹽等易被植物吸收的無機鹽通常稱為營養(yǎng)鹽。當水體中的營養(yǎng)鹽含量過高時，稱為水體的富營養(yǎng)化。水體的富營會引起水體中的某一優(yōu)勢浮游生物尤其是藻類大量繁殖，消耗大量溶解氧，水質(zhì)惡化，魚蝦等水生動物無法生存，水體的生態(tài)平衡遭破壞，從而產(chǎn)生水華或赤潮。隨著工業(yè)化進程的加快，湖泊、河流和近岸海域等水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)象時有發(fā)生，已成為困擾全球的水環(huán)境問題之一，所以對水體中營養(yǎng)鹽的監(jiān)測已成為環(huán)境監(jiān)測的重要組成部分。對環(huán)境水體中氮磷營養(yǎng)鹽的測定時，均采用經(jīng)典的濕化學方法，此方法要求對被測定的水樣需經(jīng)0.45 μ m濾膜過濾，使渾濁的水樣變?yōu)榍鍧嵉乃?，方可進行后續(xù)化學反應。過濾一些懸浮物含量高的水樣時，濾膜負載(截留顆粒物質(zhì)量)大，濾膜易被堵塞，有時一個水樣的過濾常需更換幾張濾膜方可完成，不同水質(zhì)，過濾水樣所需的濾膜數(shù)不同，更換濾膜的時間點也不同。在實驗室條件下，一般用手工的方法易對水樣進行過濾。人工判斷濾膜堵塞和更換濾膜，并非難事。但在實際水體采集的水樣，若經(jīng)長途運輸和長期存儲，會產(chǎn)生樣品玷污和變質(zhì)等問題，因此要求在現(xiàn)場完成采樣、過濾和化學測定過程，即原位測量。為了實現(xiàn)無人值守的實時原位營養(yǎng)鹽監(jiān)測，對水樣必須實現(xiàn)全自動過濾，并非易事，這已為能否實現(xiàn)原位監(jiān)測的關鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置。本發(fā)明的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，是將卷筒狀的過濾膜帶安置在裝置外殼外側(cè)的送過濾膜盒中，過濾膜帶的帶頭穿過裝置而固定在裝置外殼另一外側(cè)的收過濾膜盒中與收膜步進電機連接的卷軸上，裝置內(nèi)設置過濾膜傳送機構(gòu)，裝置內(nèi)的過濾膜帶的一部分處于可嚴密接合也可完全分離的一對中心孔相對應的椎體之間，水樣進出口分別與椎體的中心孔連接。
這里，過濾膜帶最好呈水平帶地穿過裝置，這樣便于簡化裝置結(jié)構(gòu)。 為了方便程序設計和使裝置整體結(jié)構(gòu)緊湊，本發(fā)明的過濾膜傳送機構(gòu)采用以膜傳送驅(qū)動步進電機為核心的齒輪結(jié)構(gòu)，膜傳送驅(qū)動步進電機與收膜步進電機同步轉(zhuǎn)動。過濾膜傳送機構(gòu)可以有很多技術(shù)方案。本發(fā)明采用的方案具體如下:過濾膜傳送機構(gòu)的兩端分別靠近裝置外殼的安置送過濾膜盒和收過濾膜盒兩個側(cè)壁，過濾膜傳送機構(gòu)的主動端安置膜傳送驅(qū)動步進電機，膜傳送驅(qū)動步進電機帶動的驅(qū)動齒輪咬合著過濾膜傳送第一齒輪，過濾膜傳送第一齒輪咬合著過濾膜傳送第二齒輪，過濾膜傳送第一齒輪的軸和過濾膜傳送第二齒輪的軸這兩根主動軸各安置兩個間距大于過濾膜帶寬度的主傳送輪；
過濾膜傳送機構(gòu)的從動端安置分別與過濾膜傳送第一齒輪的軸和過濾膜傳送第二齒輪的軸平行的兩根對應的從動軸，兩根從動軸中間的中位線和兩根主動軸中間的中位線連成的平面與過濾膜帶平面重疊，兩根從動軸各安置兩個間距等于對應的主傳送輪間距的從傳送輪；
主傳送輪與對應的從傳送輪上安置傳送帶，一根主動軸的兩個主傳送輪上的兩條傳送帶的相同位置處安置壓膜槽，另一根主動軸的兩個主傳送輪上的兩條傳送帶的相同位置且與安置壓膜槽相對應的位置處安置與壓膜槽相吻合的壓膜輥。所述的過濾膜傳送機構(gòu)的主動端，是指安置膜傳送驅(qū)動步進電機的一端。主動端可以靠近安置送過濾膜盒的那個側(cè)壁，也可以靠近安置收過濾膜盒的那個側(cè)壁。為了使裝置結(jié)構(gòu)緊湊簡單安裝方便，本發(fā)明將過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送第二齒輪裝配在一個立面上，即使得過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送第二齒輪的中心連線呈垂直線。這樣，支架就可以制作得比較簡單。更進一步，也將驅(qū)動齒輪、過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送第二齒輪裝配在一個立面上，即使得驅(qū)動齒輪、過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送第二齒輪的中心連線呈垂直線。同時，使兩根主動軸和電機軸處于一個立面即主動端立面。同樣道理，從動端最好也是使兩根從動軸處于一個立面上，且保持這個從動端立面與前述的主動端立面平行。事實上，只要兩根從動軸中間的中位線和兩根主動軸中間的中位線連成的平面與過濾膜帶平面重疊，就可以確保過濾膜傳送機構(gòu)對過濾膜的傳送效果。這時，主傳送輪與從傳送輪的直徑是可以不相等的。但從安裝方便、替換、支架的統(tǒng)一等方面考慮，最好是使主傳送輪與從傳送輪的直徑相等。傳送帶上的壓膜槽與壓膜輥吻合，就可以夾緊過濾膜，并使之隨著傳送帶移動。壓膜槽與壓膜輥的數(shù)量有一套即可達到應有的效果。但是顯然，只有一套時，就必須要等傳送帶循環(huán)走一周才能完成一次傳送過程。這個過程中，至少在一半以上的行程里，壓膜槽與壓膜輥是不能吻合的，是不能夾緊過濾膜并使之移動的，這時如果膜傳送驅(qū)動步進電機與收膜步進電機同步轉(zhuǎn)動，那么單靠收膜步進電機轉(zhuǎn)動牽引就容易扯斷過濾膜。如果讓單靠收膜步進電機停止轉(zhuǎn)動進行等待，顯然會增加控制的難度。因此本發(fā)明設置均勻分布的數(shù)量為4飛套的傳送帶上的壓膜槽及與之相吻合的壓膜輥，這樣就大大提高了工作效率和降低了控制難度。為了使得裝置內(nèi)的一對中心孔相對應的椎體可嚴密接合也可完全分離，也有很多種技術(shù)方案可以考慮。本發(fā)明的方法是在兩個椎體上都設置與裝置外殼內(nèi)的立柱相配套的滑塊裝置和與裝置外殼內(nèi)的絲桿相配套的螺旋裝置，絲桿與絲桿驅(qū)動步進電機連接；并且一對椎體的接合面均安置密封裝置；為了減少水樣流過時水流對過濾膜的沖擊防止過濾膜破損，本發(fā)明在水流過過濾膜之后進入的椎體的中心孔設置與過濾膜接觸的蓋住中心孔的篩板。這里所述的椎體的滑塊裝置為一個可將立柱放入的缺口，或者為一個可將立柱穿過的通孔，或者為一個可塞入立柱預留的槽的凸出部分；
所述的椎體的螺旋裝置為螺孔； 所述的絲桿為上部絲桿配合上部椎體螺旋裝置、下部絲桿配合下部椎體螺旋裝置的兩根螺紋螺旋方向相同的絲桿，或者為一根上下兩段螺紋螺旋方向相反的絲桿。從結(jié)構(gòu)簡單和加工方便裝配方便上考慮，椎體的滑塊裝置和螺旋裝置設置在同一塊側(cè)板上。更進一步，最簡單的方法是，在這塊側(cè)板上開一個通孔和一個螺孔，通孔中套入立柱，螺孔中旋入一根上下兩段螺紋螺旋方向相反的絲桿。這樣就只需要配一臺絲桿驅(qū)動步進電機來帶動絲桿。本發(fā)明的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置工作時，收過濾膜盒中的收膜步進電機與過濾膜傳送機構(gòu)的膜傳送驅(qū)動步進電機同步轉(zhuǎn)動，收過濾膜盒中的收膜步進電機帶動卷軸旋轉(zhuǎn)，從而扯動過濾膜向收過濾膜盒一方移動。過濾膜傳送機構(gòu)的膜傳送驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動帶動驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，順次帶動過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送第二齒輪轉(zhuǎn)動，這兩個齒輪帶動各自的主動軸轉(zhuǎn)動進而帶動主傳送輪轉(zhuǎn)動，主傳送輪帶動傳送帶走動，帶動位于從動端的從傳送輪轉(zhuǎn)動。主傳送輪、傳送帶和從傳送輪形成穩(wěn)定的運行系統(tǒng)，每根傳送帶在任意時刻都會被分成四個部分:主傳送輪一部分、從傳送輪一部分、處于兩根從動軸中間的中位線和兩根主動軸中間的中位線連成的平面的部分和遠離兩根從動軸中間的中位線和兩根主動軸中間的中位線連成的平面的部分，位于傳送帶上的壓膜槽和壓膜輥會隨著傳送帶移動，當移動到處于兩根從動軸中間的中位線和兩根主動軸中間的中位線連成的平面的部分的位置時，壓膜槽和壓膜輥重合，正好夾緊與兩根從動軸中間的中位線和兩根主動軸中間的中位線連成的平面重疊的過濾膜帶平面，也使過濾膜向收過濾膜盒一方移動。當傳送帶上的壓膜槽及與之相吻合的壓膜輥數(shù)量為均勻分布的4飛套時，夾緊過濾膜帶平面的重合的壓膜槽和壓膜輥就會有兩套或者三套，這樣就會更好地保持過濾膜帶平穩(wěn)移動。當然過濾膜帶的移動必須是在一對中心孔相對應的椎體完全分離的情況下實現(xiàn)的。絲桿驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，帶動絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿在與絲桿配合的椎體螺旋裝置中轉(zhuǎn)動，就可以帶動由椎體的滑塊裝置在水平方向限制、在垂直方向自由的椎體上下移動。當上部椎體向上移動、下部椎體向下移動時，這一對椎體就實現(xiàn)了完全分離。當上部椎體向下移動、下部椎體向上移動，直至這一對椎體的接合面完全接觸并由均安置的密封裝置密封后，這一對椎體就實現(xiàn)了嚴密結(jié)合。這一對椎體嚴密結(jié)合時，也就將過濾膜緊緊地壓住在這兩個椎體的接合面，椎體的篩板在過濾水樣時對過濾膜起到支撐作用。過濾裝置使用一段時間后，這一片被椎體壓住的過濾膜臟污，且阻擋水樣流過，這時，各步進電機會按照設定程序的指令啟動，先使這一對椎體完全分離，然后使過濾膜帶向收過濾膜盒一方移動，那片已經(jīng)臟污的過濾膜離開椎體的中心孔位置，新的過濾膜進入椎體的中心孔位置，兩個椎體又會嚴密結(jié)合。這樣就實現(xiàn)了過濾膜的自動更新。然后在泵的作用下，新的水樣進入過濾裝置，經(jīng)過過濾膜過濾，干凈新鮮的原位水樣就可以進入檢測模塊進行檢測了。


圖1是本發(fā)明的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)前正視圖； 圖2是本發(fā)明的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)后視圖； 圖3是錐體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式見圖1。本發(fā)明的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，是將卷筒狀的過濾膜帶安置在裝置外殼外側(cè)的送過濾膜盒中，過濾膜帶的帶頭穿過裝置而固定在裝置外殼另一外側(cè)的收過濾膜盒中與收膜步進電機(圖中未畫出)連接的卷軸(圖中未畫出)上，裝置內(nèi)設置過濾膜傳送機構(gòu)，裝置內(nèi)的過濾膜帶的一部分處于可嚴密接合也可完全分離的一對中心孔相對應的椎體(上部椎體、下部椎體)之間，水樣進出口(出水口見圖2)分別與椎體的中心孔連接。
這里，過濾膜帶呈水平帶地穿過裝置。過濾膜傳送機構(gòu)采用以膜傳送驅(qū)動步進電機為核心的齒輪結(jié)構(gòu)，膜傳送驅(qū)動步進電機與收膜步進電機同步轉(zhuǎn)動。過濾膜傳送機構(gòu)的兩端分別靠近裝置外殼的安置送過濾膜盒和收過濾膜盒兩個側(cè)壁，過濾膜傳送機構(gòu)的主動端安置膜傳送驅(qū)動步進電機，膜傳送驅(qū)動步進電機帶動的驅(qū)動齒輪咬合著過濾膜傳送第一齒輪，過濾膜傳送第一齒輪咬合著過濾膜傳送第二齒輪(見圖2)，過濾膜傳送第一齒輪的軸和過濾膜傳送第二齒輪的軸這兩根主動軸各安置兩個間距大于過濾膜帶寬度的主傳送輪；
過濾膜傳送機構(gòu)的從動端安置分別與過濾膜傳送第一齒輪的軸和過濾膜傳送第二齒輪的軸平行的兩根對應的從動軸，兩根從動軸中間的中位線和兩根主動軸中間的中位線連成的平面與過濾膜帶平面重疊，兩根從動軸各安置兩個間距等于對應的主傳送輪間距的從傳送輪；
主傳送輪與對應的從傳送輪上安置傳送帶，一根主動軸的兩個主傳送輪上的兩條傳送帶的相同位置處安置壓膜槽，另一根主動軸的兩個主傳送輪上的兩條傳送帶的相同位置且與安置壓膜槽相對應的位置處安置與壓膜槽相吻合的壓膜輥。過濾膜傳送機構(gòu)的主動端，是指安置膜傳送驅(qū)動步進電機的一端。主動端靠近安置送過濾膜盒的那個側(cè)壁。將驅(qū)動齒輪、過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送第二齒輪裝配在一個立面上，SP使得驅(qū)動齒輪、過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送第二齒輪的中心連線呈垂直線(家圖2)。同時，使兩根主動軸和電機軸處于一個立面即主動端立面。從動端兩根從動軸處于一個立面上，且保持這個從動端立面與前述的主動端立面平行。四個主傳送輪與四個從傳送輪的直徑均相等，兩根主動軸與兩根從動軸的安裝高度也一致。膜傳送機構(gòu)齒輪的三個齒輪的直徑、齒數(shù)、模數(shù)均相同。設置均勻分布的數(shù)量為4套的傳送帶上的壓膜槽及與之相吻合的壓膜輥。見圖3。椎體的滑塊裝置和螺旋裝置設置在同一塊側(cè)板上。在這塊側(cè)板上開一個缺口和一個螺孔。椎體的接合面均安置密封膠圈；下部椎體的中心孔設置蓋住中心孔的篩板。缺口中套入立柱，螺孔中旋入一根上下兩段螺紋螺旋方向相反的絲桿，這樣就只需要配一臺絲桿驅(qū)動步進電機來帶動絲桿(見圖2 )。絲桿順時針轉(zhuǎn)動，使上部椎體向上移動的同時下部椎體向下移動，從而是兩個椎體完全分開；絲桿逆時針轉(zhuǎn)動，使上部椎體向下移動的同時下部椎體向上移動，從而是兩個椎體完全結(jié)合。
權(quán)利要求
1.環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，包括過濾膜，其特征在于:卷筒狀的過濾膜帶安置在裝置外殼外側(cè)的送過濾膜盒中，過濾膜帶的帶頭穿過裝置而固定在裝置外殼另一外側(cè)的收過濾膜盒中與收膜步進電機連接的卷軸上，裝置內(nèi)設置過濾膜傳送機構(gòu)，裝置內(nèi)的過濾膜帶的一部分處于可嚴密接合也可完全分離的一對中心孔相對應的椎體之間，水樣進出口分別與椎體的中心孔連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:過濾膜帶呈水平帶地穿過裝置，裝置內(nèi)設置以與收膜步進電機同步轉(zhuǎn)動的膜傳送驅(qū)動步進電機為核心的齒輪結(jié)構(gòu)的過濾膜傳送機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:過濾膜傳送機構(gòu)的兩端分別靠近裝置外殼的安置送過濾膜盒和收過濾膜盒兩個側(cè)壁，過濾膜傳送機構(gòu)的主動端安置膜傳送驅(qū)動步進電機，膜傳送驅(qū)動步進電機帶動的驅(qū)動齒輪咬合著過濾膜傳送第一齒輪，過濾膜傳送第一齒輪咬合著過濾膜傳送第二齒輪，過濾膜傳送第一齒輪的軸和過濾膜傳送第二齒輪的軸這兩根主動軸各安置兩個間距大于過濾膜帶寬度的主傳送輪； 過濾膜傳送機構(gòu)的從動端安置分別與過濾膜傳送第一齒輪的軸和過濾膜傳送第二齒輪的軸平行的兩根對應的從動軸，兩根從動軸中間的中位線和兩根主動軸中間的中位線連成的平面與過濾膜帶平面重疊，兩根從動軸各安置兩個間距等于對應的主傳送輪間距的從傳送輪； 主傳送輪與對應的從傳送輪上安置傳送帶，一根主動軸的兩個主傳送輪上的兩條傳送帶的相同位置處安置壓膜槽，另一根主動軸的兩個主傳送輪上的兩條傳送帶的相同位置且與安置壓膜槽相對應的位置處安置與壓膜槽相吻合的壓膜輥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送 第二齒輪的中心連線呈垂直線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:驅(qū)動齒輪、過濾膜傳送第一齒輪和過濾膜傳送第二齒輪的中心連線呈垂直線。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:主傳送輪與從傳送輪的直徑相等。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:傳送帶上的壓膜槽及與之相吻合的壓膜輥數(shù)量為均勻分布的4飛套。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:椎體設置與裝置外殼內(nèi)的立柱相配套的滑塊裝置和與裝置外殼內(nèi)的絲桿相配套的螺旋裝置，絲桿與絲桿驅(qū)動步進電機連接； 一對椎體的接合面均安置密封裝置； 水流過過濾膜之后進入的椎體的中心孔設置與過濾膜接觸的蓋住中心孔的篩板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:椎體的滑塊裝置為一個可將立柱放入的缺口，或者為一個可將立柱穿過的通孔，或者為一個可塞入立柱預留的槽的凸出部分； 椎體的螺旋裝置為螺孔； 絲桿為上部絲桿配合上部椎體螺旋裝置、下部絲桿配合下部椎體螺旋裝置的兩根螺紋螺旋方向相同的絲桿，或者為一根上下兩段螺紋螺旋方向相反的絲桿。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，其特征在于:椎體的滑塊裝置和螺旋裝置 設置在同一塊側(cè)板上。
全文摘要
本發(fā)明的環(huán)境水體原位監(jiān)測儀水樣全自動過濾裝置，是將卷筒狀的過濾膜帶安置在裝置外殼外側(cè)的送過濾膜盒中，過濾膜帶的帶頭穿過裝置而固定在裝置外殼另一外側(cè)的收過濾膜盒中與收膜步進電機連接的卷軸上，裝置內(nèi)設置過濾膜傳送機構(gòu)，裝置內(nèi)的過濾膜帶的一部分處于可嚴密接合也可完全分離的一對中心孔相對應的椎體之間，水樣進出口分別與椎體的中心孔連接。收過濾膜盒中的收膜步進電機與過濾膜傳送機構(gòu)的膜傳送驅(qū)動步進電機同步轉(zhuǎn)動，收膜步進電機扯動過濾膜向收過濾膜盒一方移動。同時膜傳送驅(qū)動步進電機帶動傳送帶移動，使位于傳送帶上的壓膜槽和壓膜輥隨著傳送帶移動，并重合而夾緊過濾膜帶平面，也使過濾膜向收過濾膜盒一方移動。椎體完全分離時過濾膜帶移動而自動更換，椎體嚴密結(jié)合時過濾膜固定而起過濾作用。該裝置實現(xiàn)了無人值守實時原位水體的全自動過濾，解決了原位水體監(jiān)測的關鍵技術(shù)問題。
文檔編號G01N1/34GK103196735SQ20131012050
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者郭慶, 梁英, 胡鴻志, 張大為, 徐翠鋒, 胡錦泉 申請人:桂林電子科技大學