专利名称：一种湖泊藻类自动监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于湖泊水质状况监测装置，特别涉及一种通过对自动采集的 水源样品进行浓缩、观测和分析藻类浓度的技术手段来达到监测水质状况的装置。
背景技术：
藻类在自然湖泊中的分布较为广泛，其对水质环境的变化较为敏感。当水体被 严重污染，水中的氮、磷、钾等含量上升时，藻类生长很快，但因水中营养盐被用�。� 藻类也会很快死亡，含量又会大幅度下降；而随着水质转好，污染物浓度降低，藻类又 会重新生长繁衍，湖泊中藻类含量会升高。因此，在水质环境和污染程度的评价中，藻 类已经成为一项重要的生物学评价指标。
在监测湖水藻类浓度时，为了提高显微镜观测的效果，往往需要对采集的湖水 样品进行预先浓缩。目前，在监测湖泊中藻类浓度的主要方法是，先通过人工采样、过 滤和萃�。笤俳性謇嗯ǘ确治�。这种方法的缺点是工作效率比较低，费时费力， 取样分析的周期比较长，不适宜用于藻类浓度的长时间监测。发明内容
本发明克服上述人工采样分析方法的缺点，提供了一种高效的湖泊藻类自动监 测设备，在无人工干预的条件下持续监测，实现自动采集水源样品，自动分液浓缩，自 动观测藻类状况，并远距离传输观测数据，从而为湖泊藻类状况的连续监测工作提供高 效的技术手段。
本发明可采用下列技术方案实现，一种湖泊藻类自动监测系统包括自动采样装 置、自动分液浓缩装置、藻类观测设备，自动排水装置、控制�？楹屯ㄑ赌？樽槌桑凰� 述的自动采样装置包括进水管、采样筒和设置在进水管上的电磁阀和水泵，所述进水管 与所述采样筒相连，用于采集水样品；
所述自动分液浓缩装置包括分液槽，所述分液槽通过管道与所述采样筒相连， 用于对所述自动采样装置所采集的水样品中的藻类进行浓缩；
所述藻类观测设备设置在采样筒的下端，用于对浓缩后的藻类进行观测，获取 藻类浓度数据；
所述通讯�？榻杉降氖荽涞皆冻碳扑慊希�
所述控制�？槎运鲎远裳爸�、所述自动分液浓缩装置、所述藻类观测设 备和数据传输各项动作和功能进行控制。
进一步，所述自动采样装置还包括设置在所述进水管一端的进水口、设置在 采样筒上、下两端的两个液位传感器、设置在所述采样筒底部用于与进水管相连的采样 筒进水口、串联设置在采样筒上部的缓冲口、通气管、滤网、通气口和一端与所述通气 管通过三通连接的溢水管。
进一步，所述分液槽由过滤槽、浓缩池和过滤网组成；分液槽为左右对称结构；所述过滤网设置所述过滤槽中，浓缩池位于过滤槽的下方；经过过滤网过滤后的浓 缩水样品进入到浓缩池中；液位传感器设置在所述过滤槽中，检测过滤槽中的水位；所 述过滤槽靠近浓缩池部分还设置有滤水口；所述浓缩池下端设置有出水口。
进一步，所述过滤网为两个，对称的设置在所述过滤槽中。
进一步，所述过滤网左右两侧各安装有磁铁，所述磁铁用于将过滤网固定在分 液槽中。
进一步，所述自动分液浓缩装置还包括所述自动分液浓缩装置还包括用于清 洗残留在滤网上的藻类的清洗机构，所述清洗机构包括水缸、清水管、滤水管、电磁 阀和水泵，所述滤水管一端与所述分液槽相连，另一端插入所述水缸中；所述清水管的 一端插入到所述水缸中，另一端与所述进水管相连；所述电磁阀和水泵设置在清水管 上。
进一步，所述藻类观测设备为显微镜。
进一步，所述控制�？榘≒LC，固态继电器SSR，启停按扭，直线电源，断 路器、计算机。
进一步，所述通讯模块包括一个无线发射模快和一个无线接收�？槭迪质莸� 接收与发送。
进一步，所述自动监测系统还包括自动排水装置；所述自动排水装置包括排水 管、电磁阀、排水口；排水管的一端与所述分液槽相连，另一端与所述排水口相连，所 述电磁阀设置在排水管上。
本发明的特点和优点是本系统可以实现自动采集湖水样品，自动浓缩，自动 观测藻类并拍摄图像，无线传输采集的图像数据等功能，从而为湖泊藻类浓度状况和水 质评价提供材料。利用自动控制技术的本监测系统为湖泊藻类状况研究提供了高效易行 的手段，大大提升了湖泊藻类监测系统的自动化水平，为湖泊水质监测提供技术支撑。
图1为本发明湖泊藻类自动监测系统总体结构图&为本发明湖泊藻类自动监测系统分液槽立体结构示意图沈为图&中A-A剖面图3为本发明湖泊藻类自动监测系统自动系统控制原理图4为本发明湖泊藻类自动监测系统控制程序逻辑图。
附图标号说明
1、外壳2、液位传感器3、水泵4、电磁阀5、电磁阀6、滤水口 7、滤水管 8、清水管9、进水管10、水缸11、进水口 12、通气口 13、滤网14、通气管15、 缓冲口 16、液位传感器17、储水筒18、溢水管19、储水筒进水口 20、电磁阀21、 电磁阀22、分液槽23、液位传感器24、显微镜25、电磁阀26、排水管27、电磁阀 28,排水口 221、分液槽顶板222、螺栓组件223、分流侧板224、浓缩池225、滤网 226、密封垫227、磁铁228、过滤槽。
具体实施方式
下面配合附图对本发明的具体实施方式
进行详细说明。
一套完整的湖泊藻类自动监测系统包括自动采样装置、自动分液浓缩装置、 藻类观测设备，自动排水�？�、控制模块和通讯�？椤？刂颇？槎约嗖庀低持械母鞲霾� 分的运行进行控制，完成湖水样品的自动采样、自动分液浓缩，自动观测。观测的数据 经过无线通讯装置传输到远程计算机的接收端。自动分液浓缩装置是本发明中湖泊藻类 自动监测系统的技术核心。
如图1所示，自动采样装置包括，进水口 11、进水管9、电磁阀5、水泵3、电 磁阀20、液位传感器2、采样筒进水口 19、采样筒17、液位传感器16、缓冲口 15、通气 管14、滤网13、通气口 12和溢水管18等。进水口 11设置在进水管9的一端，进水管 9上设置有电磁阀5和水泵3，另一端通过三通与采样筒进水口 19连接的管道四相连， 在管道四与采样筒进水口 19的连接段设置有电磁阀20。采样筒进水口 19设置在采样筒 17的下端，在采样筒进水口 19上还设置有液位传感器2，采样筒17的上端设置有缓冲口 15在缓冲口 15上设置有液位传感器16 ；液位传感器16和液位传感器2监测采样筒17的 上、下水位。通气管14的下端与缓冲口 15通过管道相连、另一端与滤网13相连、滤网 13上方带有通气口 12。溢水管18的一端与连接通气管14和缓冲口 15的管道连接，另 一端连接在排水口观上。
自动采样装置中的电磁阀5、电磁阀20、水泵3的工作由PLC控制，液位传感器 16和液位传感器2监测采样筒17的上下水位。采样筒17上方安装有通气口 12和滤网13， 连通内外空气，保证内外空气压力一致，使得泵入的水顺利进入采样筒17中。滤网13可 防止外界污染物进入采样筒17，使水样品不受污染。此外，若泵入的水超过预设的体积， 则可通过溢水管18排出。采样筒17采用有机玻璃，或其他抗腐蚀性好的材料制成。
自动分液浓缩装置中包括浓缩机构和清洗机构。浓缩机构包括电磁阀21、分液 槽22、液位传感器23、滤水口 6、和滤水管7。清洗机构包括，水缸10、清水管8、电 磁阀4和水泵3。分液槽22与管道四相连，自动采样装置中所采集的水样品可通过管 道四进入分液槽22中；在管道四与分液槽的连接段上还设置有电磁阀21。液位传感 器23设置在分液槽22中用于监测分液槽22中的水位。在分液槽22的侧壁下端靠近底 部的位置设置有滤水口 6，滤水口 6与滤水管7连接滤水管7插入到水缸10中；清水管 8的一端也插入水缸10中，另一端在水泵3的上游与进水管9相连。并通过水泵3的作 用将水缸10中的水输入到分液槽22中，对其进行清洗。也可为清水管8单独配备一个 水泵，将水缸10中的水输入到分液槽22中。浓缩机构可浓缩采样筒中所采集的含有藻 类的水样品；清洗机构用于在对浓缩后的水样品观测后，清洗残留在滤网上的藻类。
如图&、b所示，分液槽22由分液槽顶板221、螺栓组件222、分流侧板223、 浓缩池224、过滤网225、密封垫2 和磁铁227组成。分液槽整体设计呈左右对称结 构。分液槽顶板221和分流侧板223 二者采用螺栓组件相连接，中间装放有密封垫226， 构成过滤槽228。过滤槽228中安装有过滤网225，过滤网225形状和尺寸与过滤槽2 相配，并且过滤网225左右两侧各安装有磁铁227可压紧过滤网225边角，使过滤网与过 滤槽228的内壁之间实现密封。浓缩池2 位于分液槽22的底部，通过设计浓缩池2 的尺寸，使其内部的容积与预期要得到的浓缩样品体积一致。液位传感器23用于监测过滤槽2 中的水位。分液槽顶板221和分流侧板223采用透明材料制作，例如有机玻璃。
藻类观测设备M设置在分液槽的底端的液体出口处，为显微镜。用于对浓缩后 的藻类进行观测，获取藻类浓度数据。
自动排水装置，包括电磁阀25、排水管沈、电磁阀27、排水口观。排水管沈 的一端与分液槽22底端的液体出口相连，另一端与排水口 28相连，电池阀25设置在排 水管沈上；排水管还通过管道与水缸相连，并在连接排水口观与水缸的管道上设置有电 磁阀27。电磁阀25和电磁阀27开启闭合由PLC通过控制继电器实现。在完成藻类的 观测之后，需要对分液槽22进行清洗，并最终排出所有的废水。
如图3所示，控制模块主要由可编程控制器PLC301，继电器302，优选的为固 态继电！6SR)，启停按扭303，直线电源304，断路器305、计算机306组成，采用的 公知技术组装。PLC的输入端与启停按钮、液位传感器2、16、23相连，输出端通过继 电器控制水泵3、电磁阀4、5、20、21、25、27、显微镜M相连。当由液位传感器2、 16、23输入的信号满足设定的的工作条件时，给PLC发出信号，PLC通过继电器控制水 泵3、电磁阀4、5、20、21、25、27、显微镜M的运行，实现湖水样品的采样、分液浓 缩、观测功能的自动控制，且可以实现无人值守定时采样观测和手动控制采样观测。
通讯模块包括一无线发射�？旌鸵晃尴呓邮漳？椋尴叻⑸淠？楹臀尴呓邮漳� 块都可以在市场上购买到。通讯�？榭山晕⒕礛采集到的图像数据传输到远端的接收点上。
此外，如图1中所示，整个装置安装于外壳1中，可以防止风雨的侵蚀。
本发明中的湖泊藻类自动监测系统自动采样装置的工作流程为如图4所示， 当按下控制器上的启动按钮时，PLC控制器通过控制继电器开启电磁阀5、电磁阀20和 水泵3，水样品采集开始。采集的水样品经过水泵3泵入采样筒17中。当采集到的水样 品达到预设的体积之后，液位传感器16响应，给PLC控制器发出一个信号，控制器通过 控制继电器装置关闭电磁阀5和水泵3，采样结束。
当液位传感器16发出响应，给PLC控制器发出一个信号，控制器通过控制继电 器关闭电磁阀5和水泵3的同时，开启电磁阀21，这样采样筒17中的湖水样品开始流入 分液槽22中，经过过滤网225过滤。过滤后的水流过滤水口 6进入水缸10中，藻类留 在分液槽22中。当采样筒17中的湖水样品完全流出后，液位传感器2响应，给PLC发 出一个信号，PLC控制继电器，关闭电磁阀20，并开启电磁阀4和水泵3，将水缸10中 的过滤水泵入分液槽22中，用于清洗过滤网225上残留的藻类，使其完全进入浓缩池224 中。经过预设的时间后，冲洗完成后，关闭水泵3。
当分液池22中浓缩的湖水样品达到一定水位时，即只留下浓缩池中定量的体积 的浓缩湖水样品，液位传感器23响应，给PLC发出一个信号，PLC控制显微镜继电器， 启动显微镜M，对浓缩后样品中的藻类样进行观测，并拍摄图像。并将显微镜M采集到 的图像数据传输到远端的接收点上。通过通讯�？榇涞皆冻碳扑慊希允萁薪� 一步的分析。
经过预设的时间后，完成藻类的观测工作，通过PLC控制继电器开启电磁阀25 和水泵3，对分液槽22进行清洗，经过预设的清洗时间后，关闭电磁阀4、电磁阀21和 水泵3，开启电磁阀27，排出水缸10及分液槽22中的水。再经过预设的时间后，关闭电磁阀25和27，整个工作完成，等待下一个周期的取样观测。
虽然本发明已利用前述具体实施例详细揭示，然其并非用以限定本发明，任何 熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，因此本发 明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述检测系统包括自动采样装置、自动 分液浓缩装置、藻类观测设备，自动排水装置、控制模块和通讯�？樽槌桑凰龅淖远裳爸冒ń�、采样筒和设置在进水管上的电磁阀和水泵，所述 进水管与所述采样筒相连，用于采集水样品；所述自动分液浓缩装置包括分液槽，所述分液槽通过管道与所述采样筒相连，用于 对所述自动采样装置所采集的水样品中的藻类进行浓缩；所述藻类观测设备设置在采样筒的下端，用于对浓缩后的藻类进行观测，获取藻类 浓度数据；所述通讯�？榻杉降氖荽涞皆冻碳扑慊希凰隹刂颇？槎运鲎远裳爸�、所述自动分液浓缩装置、所述藻类观测设备和 数据传输各项动作和功能进行控制。
2.根据权利要求1中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述自动采样装置还 包括设置在所述进水管一端的进水口、设置在采样筒上、下两端的两个液位传感器、 设置在所述采样筒底部用于与进水管相连的采样筒进水口、串联设置在采样筒上部的缓 冲口、通气管、滤网、通气口和一端与所述通气管通过三通连接的溢水管。
3.根据权利要求1中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述分液槽由过滤 槽、浓缩池和过滤网组成；分液槽为左右对称结构；所述过滤网设置所述过滤槽中，浓 缩池位于过滤槽的下方；经过过滤网过滤后的浓缩水样品进入到浓缩池中；液位传感器 设置在所述过滤槽中，检测过滤槽中的水位；所述过滤槽靠近浓缩池部分还设置有滤水 口；所述浓缩池下端设置有出水口。
4.根据权利要求3中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述过滤网为两个， 对称的设置在所述过滤槽中。
5.根据权利要求3中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述过滤网左右两侧 各安装有磁铁，所述磁铁用于将过滤网固定在分液槽中。
6.根据权利要求1中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述自动分液浓缩装 置还包括所述自动分液浓缩装置还包括用于清洗残留在滤网上的藻类的清洗机构，所 述清洗机构包括水缸、清水管、滤水管、电磁阀和水泵，所述滤水管一端与所述分液 槽相连，另一端插入所述水缸中；所述清水管的一端插入到所述水缸中，另一端与所述 进水管相连；所述电磁阀和水泵设置在清水管上。
7.根据权利要求1中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述藻类观测设备为 显微镜。
8.根据权利要求1中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述控制�？榘� PLC,固态继电器SSR，启停按扭，直线电源，断路器、计算机。
9.根据权利要求1中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述通讯�？榘ㄒ� 个无线发射�？旌鸵桓鑫尴呓邮漳？槭迪质莸慕邮沼敕⑺�。
10.根据权利要求1中所述的湖泊藻类自动监测系统，其特征为，所述自动监测系统 还包括自动排水装置；所述自动排水装置包括排水管、电磁阀、排水口；排水管的一端 与所述分液槽相连，另一端与所述排水口相连，所述电磁阀设置在排水管上。
全文摘要
本发明公开了一种高效的湖泊藻类自动监测系统，一种湖泊藻类自动监测系统，包括自动采样装置、自动分液浓缩装置、藻类观测设备，自动排水装置、控制�？楹屯ㄑ赌？樽槌�。该系统可实现自动采集水源样品，自动分液浓缩，自动观测藻类状况，并远距离传输观测数据。本发明的湖泊藻类自动监测系统，可以实现无人值守定时采样观测和手动控制。
文档编号G01N21/00GK102023603SQ20101053808
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者储昭升, 储胜利, 左卫东, 金相灿 申请人:中国环境科学研究院
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