申请日2017.04.10
公开(公告)日2017.09.05
IPC分类号G01N33/18; G01N1/10; G08C17/02
摘要
本发明属于污水监测领域，本发明针对现有的监测器在监测污水排污口(污水浓度高)时，会被污水腐蚀，严重影响使用寿命的技术问题，具体公开了一种抽样式污水监控分析系统，包括：监测器，监测器包括pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器;单片机，单片机分别与pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器连接，单片机用于接收pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器的监测信号;GPRS模块，GPRS模块与单片机连接，用于发送监测信号和接收对单片机的控制信号;污水抽样系统。还公开了一种抽样式污水监控分析方法。
权利要求书
1.抽样式污水监控分析系统，包括：
监测器，监测器包括pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器;
其特征在于，还包括：
单片机，单片机分别与pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器连接，单片机用于接收pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器的监测信号;
GPRS模块，GPRS模块与单片机连接，用于发送监测信号和接收对单片机的控制信号;
污水抽样系统，污水抽样系统包括浸入在污水中并且可在污水冲刷下转动的水轮，水轮上均匀设置有采样盒，水轮上方设置有支出水面的固定架，固定架滑动设置有采样杆，水轮的一侧与固定架的侧面转动连接，采样杆与水轮的另一侧设置有联动杆，采样杆的底端与联动杆的上端铰接，联动杆的下端与水轮侧面非圆心处转动连接，固定架上设有可使得水轮停止转动的制动系统，制动系统与单片机连接;
其中，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器与采样杆的顶端之间设有吊杆，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器均固定在吊杆上，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器在联动杆与水轮侧面的连接点位于最低处时，恰好能够与采样盒内的液体接触，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器在联动杆与水轮侧面的连接点位于最高处时，恰好能够与采样盒内的液体分离。
2.根据权利要求1所述的抽样式污水监控分析系统，其特征在于，所述制动系统包括电磁铁、簧片以及设置在水轮靠近固定架的侧面上的凸台，电磁铁和簧片均设置在水轮上，电磁铁与单片机连接。
3.根据权利要求2所述的抽样式污水监控分析系统，其特征在于，所述水轮内设有发电机，固定架上设有蓄电池，发电机与蓄电池连接，蓄电池为单片机、监测器、电磁铁及GPRS模块供电。
4.根据权利要求1-3任一项所述的抽样式污水监控分析系统，其特征在于，所述采样杆包括上杆和下杆，上杆和下杆均为中空结构，上杆和下杆之间设有电机，电机固定在下杆内部，上杆与下杆之间螺纹连接，电机与单片机连接，单片机控制电机启动与停止。
5.抽样式污水监控分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
采样步骤，采用污水抽样系统，将污水从水域中取出，监测器对取出的污水进行监测;
处理步骤，单片机对监测器的监测结果进行处理;
传输步骤，单片机将处理结果传递到GPRS模块，GPRS模块将结果发送;
其中，污水抽样系统将污水从水域中取出，利用的是水流的冲击，监测器对采样出的污水监测后，又会与污水分离。
6.根据权利要求5所述的抽样式污水监控分析方法，其特征在于，监测器与污水分离的动力均来自于水流的冲击。
说明书
抽样式污水监控分析系统及方法
技术领域
本发明涉及污水监测领域，具体涉及一种抽样式污水监控分析系统及方法。
背景技术
水域环境监测是环境保护的基础，其目的是为环境保护提供科学决策的依据。水域环境监测是环境保护管理部门监管的重要内容之一，目前我国对大江、大河、沿海流域、港口、海湾实施日常例行监测，对赤潮、溢油、重大污染物泄漏等污染事故，每天需进行一次监测。当大江、大河及大型湖泊等突发水环境污染事故时，现有常规手段无法实现迅速、准确、动态地监测与预报，以致环保和有关部门难以快速、恰当地作出决策。
目前所采用的主要方法有定点巡检和连续在线监测两种。定点巡检方法是利用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析的方式，该方式仅限于对河流、湖泊的几个断面采样，采样频率从每月数次到每日数次，存在耗费人力较大、无法对危险区域进行监测等缺点，并且无法对水环境参数进行远程实时监测，存在水质监测周期长、劳动强度大、数据采集速度慢等问题，不能很好地反映水环境的连续动态变化，不易及早发现污染源并预警，已经不能满足越来越高的环境监测要求。
在线监测方法采用由一个中央控制室和若干个监测器组成的污水监控分析系统对水环境参数进行自动连续监测，数据远程自动传输，可以实时查询所设站点的水环境参数，利用传感器对被监测参数进行测量，然后通过网络发送到控制中心来实现监测，其数据传输主要利用公共有线电话网(PSTN)或移动电话网(GSM，GPRS)进行。
这种污水监控分析系统中的监测器主要是浸入水中，在水质较好的水域监测器长期浸入水中还是有较长使用寿命的。但是在对工业废水排水口的监测中，监测器就存在被腐蚀的问题，尤其是在一些水质较差的水域(如在工业废水排放的水域，或者直接就是监测工业废水排污口处)，这样的水域内的水中存在较多能够腐蚀监测器的物质(酸性污水、碱性污水等)，监测器长期浸在这种污水中，严重影响监测器使用寿命，增加了污水监控分析系统的维护成本。
基于这种现状，现在急需一种用于污水排污口的水质监测，并且使用寿命较长的污水监控分析系统。
发明内容
本发明针对现有的监测器在监测污水排污口(污水浓度高)时，会被污水腐蚀，严重影响使用寿命的技术问题，提供了一种抽样式污水监控分析系统及方法。
本发明提供的基础方案为：抽样式污水监控分析系统，包括：
监测器，监测器包括pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器;
单片机，单片机分别与pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器连接，单片机用于接收pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器的监测信号;
GPRS模块，GPRS模块与单片机连接，用于发送监测信号和接收对单片机的控制信号;
污水抽样系统，污水抽样系统包括浸入在污水中并且可在污水冲刷下转动的水轮，水轮上均匀设置有采样盒，水轮上方设置有支出水面的固定架，固定架滑动设置有采样杆，水轮的一侧与固定架的侧面转动连接，采样杆与水轮的另一侧设置有联动杆，采样杆的底端与联动杆的上端铰接，联动杆的下端与水轮侧面非圆心处转动连接，固定架上设有可使得水轮停止转动的制动系统，制动系统与单片机连接;
其中，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器与采样杆的顶端之间设有吊杆，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器均固定在吊杆上，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器在联动杆与水轮侧面的连接点位于最低处时，恰好能够与采样盒内的液体接触，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器在联动杆与水轮侧面的连接点位于最高处时，恰好能够与采样盒内的液体分离。
本发明的工作原理及优点在于：在污水的排污口，水流是具有一定冲击力的，正常的监测器是长期浸泡在污水中存在容易被腐蚀的问题。但是在本方案中，有污水抽样系统，在水流的冲击下，污水抽样系统中的水轮是会转动的，就像河里的水车一样。水轮上的采样盒，一方面能够增大水流对水轮的冲击力，另一方面采样盒也能够在水轮转动的过程中将污水取出来，达到对污水进行采样的目的。
在水轮上方设置的固定架，固定架可以是固定在水底，也可以是吊接在水面，只要固定架漏出水面即可。固定架上设置有采样杆，水轮的一侧与固定架的侧面转动连接，采样杆与水轮的另一侧设置有联动杆，采样杆的底端与联动杆的上端铰接，联动杆的下端与水轮侧面非圆心处转动连接。这样，在水轮转动的过程中，由于联动杆的下端与水轮侧面的非圆心处转动连接，就起到了类似凸轮的效果，能够让采样杆上下移动。
pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器与采样杆的顶端之间设有吊杆，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器均固定在吊杆上，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器在联动杆与水轮侧面的连接点位于最低处时，恰好能够与采样盒内的液体接触，pH传感器、COD检测端以及重金属浓度检测传感器在联动杆与水轮侧面的连接点位于最高处时，恰好能够与采样盒内的液体分离。这样在水轮转动的过程中，监测器会随着采样杆上下移动而与采样盒内的污水分离、接触。水轮上的制动系统是受单片机控制的，当接收到不需要采样测量时，制动系统启动，水轮停止转动，水轮停止转动的角度是让监测器与采样盒内污水分离的角度。这样监测器就与污水分离了，不会出现监测器长期浸泡在污水中的情况，避免了监测器被污水腐蚀，从而达到延长监测器使用寿命的目的。
本发明抽样式污水监控分析系统，通过污水抽样系统中的采样盒，利用的是水流的冲击将污水从水域中取出，监测器对采样出的污水监测后，又会与污水分离，避免了监测器长时间浸泡在污水中，减少了污水与监测器的接触时间，从而达到延长监测器使用寿命的目的。并且整个系统通过GPRS模块实现远程控制，远程采集数据，极大的减小了工作量。
进一步，所述制动系统包括电磁铁、簧片以及设置在水轮靠近固定架的侧面上的凸台，电磁铁和簧片均设置在水轮上，电磁铁与单片机连接。当电磁铁通电时，簧片贴近电磁铁，水轮能够正常转动;当控制电磁铁断电簧片向外弹出，簧片挡住凸台。这样能够较好的控制水轮停止转动的角度。
进一步，所述水轮内设有发电机，固定架上设有蓄电池，发电机与蓄电池连接，蓄电池为单片机、监测器、电磁铁及GPRS模块供电。这样的设计充分利用污水的冲击力发电，延长蓄电池的使用时间，减少了工作人员更换蓄电池的工作量。
进一步，所述采样杆包括上杆和下杆，上杆和下杆均为中空结构，上杆和下杆之间设有电机，电机固定在下杆内部，上杆与下杆之间螺纹连接，电机与单片机连接，单片机控制电机启动与停止。可通过控制电机转动，让上杆与下杆之间产生相对转动，从而达到调节上杆和下杆的总长度，即达到调节采样杆长度的目的。当采样杆较短时，采样杆的上下移动，能够让监测器与采样盒的污水切换分离、接触的状态，当采样杆足够长时，就能够让监测器一直与分离状态，此时就方便水轮一直转动，为蓄电池提供电力。至于为什么不直接用这样的方式切换监测器与污水的接触状态，主要原因在于，这样的设计必然会让上杆或下杆上的螺纹与污水相接触，螺纹被腐蚀之后，使用寿命基本只有几次，在本方案中，上杆和下杆均不会直接与污水接触，因此采用这样的方式。
抽样式污水监控分析方法，包括如下步骤：
采样步骤，采用污水抽样系统，将污水从水域中取出，监测器对取出的污水进行监测;
处理步骤，单片机对监测器的监测结果进行处理;
传输步骤，单片机将处理结果传递到GPRS模块，GPRS模块将结果发送;
其中，污水抽样系统将污水从水域中取出，利用的是水流的冲击，监测器对采样出的污水监测后，又会与污水分离。
本方法的优势在于：通过污水抽样系统，利用的是水流的冲击将污水从水域中取出，监测器对采样出的污水监测后，又会与污水分离，避免了监测器长时间浸泡在污水中，减少了污水与监测器的接触时间，从而达到延长监测器使用寿命的目的。
进一步，监测器与污水分离的动力均来自于水流的冲击。这样的设计能够充分利用水的冲击力，减少额外的能量输入。
