專利名稱：水體浮標剖面采樣裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及水環(huán)境監(jiān)測技術領域，具體來說，本實用新型涉及一種水體浮標剖面采樣裝置。
背景技術：
海洋、湖泊、水庫、河流等水體不同水層的物理、化學、生物因子差異很大，傳統(tǒng)的監(jiān)測浮標一般只針對表層水體進行監(jiān)測，不能真實反映整個水體剖面的水質情況。例如，在海洋中，浮游植物可以在深度0-200m的整個真光層生存，那么只測量表層水體的浮游植物生物量是無法代表整個200m水柱中的浮游植物生物量的。為了能夠對不同深度的水體進行長期監(jiān)測，研究人員設計了多種方法和裝置來做剖面測量，基本可以分成四類(I)浮標剖面運動法。搭載著測量儀器的浮標整體在水體內(nèi)部進行剖面運動，同時對不同深度的水體進行監(jiān)測。最典型的代表是Argos漂流浮標，通過調(diào)節(jié)浮力在深度2000m內(nèi)的海域中上下剖面運動，測量水溫、壓力、鹽度等指標，并在浮標露出水面時進行衛(wèi)星通訊。我國科研人員也自主設計了一些可以做剖面運動的浮標，如中國發(fā)明專利CN100445164C,CN 101738179B 和 CN 102129089A 等。盡管這些浮標可以進行很好的剖面測量，但都存在電源補給困難、電量耗盡必須結束工作的問題，同時只能測量水溫、壓力、鹽度等基本指標，復雜的營養(yǎng)鹽和生物學指標由于耗時長而無法測量。(2)傳感器剖面運動法。在浮標或平臺上安裝絞車系統(tǒng)，通過絞車控制傳感器在水面下做剖面運動進行測量。早在1979年美國發(fā)明專利4157657就提出了這種觀點，美國YSI公司的水質垂直剖面自動監(jiān)測系統(tǒng)也采用了類似方法。這種方法的主要缺點也在于無法測量復雜的營養(yǎng)鹽和生物學指標。美國專利申請US2003/0092393A1提出了一種在浮標下拖一個可以調(diào)節(jié)浮力的平臺，平臺上搭載儀器，通過控制平臺的升降來進行剖面測量的方法。這種方法中平臺的升降控制類似于Argos漂流浮標，但其供電采用水面浮標的太陽能，是可以持續(xù)的。對于平臺上搭載的儀器類型，該專利沒有詳細指出。(3)傳感器剖面布放法。在浮標或平臺下拖放一根鋼纜，在鋼纜上每隔一段距離安裝水質傳感器，長期放置在水體中進行監(jiān)測。典型代表是美國PME公司的溫度鏈T-Chain系統(tǒng)，中國實用新型專利CN 201497507UXN 201215902U和CN2400792Y等也都提出了類似的溫度鏈系統(tǒng)。這種系統(tǒng)也以簡單的測量壓力、溫度等指標為主，對于營養(yǎng)鹽和生物學指標無法測量。(4)采樣管剖面運動法。中國發(fā)明專利申請CN 102381441A提出了一種通過馬達控制浮標下面的采樣管垂直升降來剖面采樣，并將樣品輸送入浮標內(nèi)部的儀器艙進行分析測量的方法。這種方法的優(yōu)點在于將水樣輸送入浮標內(nèi)部的儀器艙中可以進行較復雜的測量，如該專利提出的利用流式細胞術對浮游植物進行計數(shù)，缺點在于采樣管易隨水流漂移，造成無法精確確定來源水樣的深度。[0009]綜上，目前尚沒有一種較好的方法對水體剖面進行完善的物理、化學和生物學測量。浮標和傳感器剖面運動法不適合進行過程復雜、耗時較長的營養(yǎng)鹽、生物學指標的測量；傳感器剖面布放法只能測量簡單的物理指標，若將營養(yǎng)鹽分析、生物分析儀器也剖面布放，成本太高；采樣管剖面運動法易受漂移的影響。目前比較可行的方式是期望設計一種可以在浮標下進行精確的剖面采樣的裝置，將水樣輸送入浮標內(nèi)部的儀器艙室中，利用各種先進的物理、化學和生物學分析儀器進行完善的測量，并通過浮標太陽能供電系統(tǒng)提供電力，達到無人值守、長期、連續(xù)監(jiān)測的目的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種水體浮標剖 面采樣裝置，能夠自動采集不同水層的水樣進行水質分析。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種水體浮標剖面采樣裝置，包括安裝在浮標內(nèi)部的電子艙單元和垂直懸掛在所述浮標下方的剖面采樣單元；其中所述剖面采樣單元包括:剖面進水管；多個三通閥，每隔一段距離安裝在所述剖面進水管上，用于采集并輸送不同深度的水樣；鋼纜，與所述浮標相連接；多個壓力傳感器，每隔一段距離安裝在所述鋼纜上，與各個所述三通閥分別對應地安裝在同一水平面上，用于測量各個所述三通閥處的水壓；多個水溫傳感器，每隔一段距離安裝在所述鋼纜上，與各個所述三通閥分別對應地安裝在同一水平面上，用于測量各個所述三通閥處的水溫；以及重錘，與所述鋼纜的最下端相連接，使所述鋼纜盡量保持垂直；所述電子艙單元包括流量計，與所述剖面進水管相連接，用于測量抽取的水樣流速；水質測量室，通過管路與所述流量計相連接，用于對抽取自不同深度的水樣進行測量分析；抽水裝置，通過管路連接于所述流量計與所述水質測量室之間的管路上，用于控制所述剖面采樣單元采集不同深度的水樣；數(shù)據(jù)采集模塊，分別與多個所述壓力傳感器、多個所述水溫傳感器、所述抽水裝置和所述水質測量室相連接，用于控制水樣采集、深度測量和水質分析，并記錄測量的數(shù)據(jù)；以及太陽能供電系統(tǒng)，分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述水質測量室相連接，用于采集太陽能為所述水體浮標剖面采樣裝置的工作供電。可選地，所述太陽能供電系統(tǒng)包括太陽能板，用于采集太陽能并將其轉化為電能；蓄電池組，用于存儲所述電能；太陽能電池控制器，分別與所述太陽能板與所述蓄電池組相連接，用于將所述太陽能板轉化的電能存儲到所述蓄電池組上，并將所述蓄電池組輸出的電力穩(wěn)壓后輸送供電?？蛇x地，所述三通閥、所述壓力傳感器和所述水溫傳感器的數(shù)目均為2 200個?？蛇x地，所述三通閥的進水口處裝有過濾篩，用于濾除水體里的雜質。可選地，所述水質測量室對所述水樣進行物理、化學和/或生物指標的測量分析?？蛇x地，所述水質測量室?guī)в信潘?，通向所述浮標的外部，用于將測量完的所述水樣排出到所述浮標外。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點本實用新型可以對浮標下的水體進行精確的剖面采樣，鋼纜連接重錘有效地避免了剖面進水管的漂移。即使在水流較大的地方，剖面進水管發(fā)生了小幅度漂移，每個三通閥 附近的壓力傳感器也可以對采樣深度做校準，并不影響對整個水柱的剖面分析。本實用新型將水樣輸送入浮標內(nèi)部的水質測量室進行測量分析，既可以做簡單的物理測量，也可以做復雜的營養(yǎng)鹽、流式細胞計數(shù)、調(diào)制葉綠素熒光等測量，比現(xiàn)有的監(jiān)測浮標測量指標更精確、更完善。本實用新型中呈垂直剖面分布的壓力傳感器和溫度傳感器可以做到對水體溫度剖面測量的功能，用于水體溫度分層研究。本實用新型采用太陽能供電系統(tǒng)提供電力，可以真正做到無人值守、長期、連續(xù)采樣的目的，結合浮標監(jiān)測裝置，可以對水體進行長期監(jiān)測。

本實用新型的上述的以及其他的特征、性質和優(yōu)勢將通過
以下結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖I為本實用新型一個實施例的水體浮標剖面采樣裝置的模塊結構圖；圖2為本實用新型一個實施例的水體浮標剖面采樣裝置的實體結構示意圖；圖3為本實用新型一個實施例的水體浮標剖面采樣方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本實用新型的保護范圍。圖I為本實用新型一個實施例的水體浮標剖面采樣裝置的模塊結構圖；圖2為本實用新型一個實施例的水體浮標剖面采樣裝置的實體結構示意圖。需要注意的是，這些以及后續(xù)其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本實用新型實際要求的保護范圍構成限制。請結合圖I與圖2所示，該水體浮標剖面采樣裝置包括整體安裝在浮標8內(nèi)部的電子艙單元100和垂直懸掛在浮標8下方的剖面采樣單元200。其中，剖面采樣單元200包括剖面進水管9、多個三通閥101 Inn、鋼纜10、多個壓力傳感器201 2nn、多個水溫傳感器301 3nn以及重錘11等。每個三通閥101 Inn均包括第一通口 A、第二通口 B和進水口 C，各口之間的通斷可切換。多個三通閥101 Irm每隔一段距離安裝在剖面進水管9上，用于采集并輸送不同深度的水樣。每個三通閥101 Inn的進水口 C處均可裝有過濾篩12，用于濾除水體里的泥沙、懸浮物等雜質。鋼纜10的最上端與浮標8相連接，最下端連接有重錘11，使鋼纜10盡量保持垂直，以避免鋼纜9隨水流漂移。多個壓力傳感器201 2nn和多個水溫傳感器301 3nn每隔一段距離安裝在鋼纜10上，與各個三通閥101 Inn分別對應地安裝在同一水平面上(即三通閥101與壓力傳感器201、水溫傳感器301安裝在同一水平面上，三通閥102與壓力傳感器202、水溫傳感器302安裝在同一水平面上，三通閥Inn與壓力傳感器2nn、水溫傳感器3nn安裝在同一水平面上等)，用于測量各個三通閥101 Inn處的水壓和水溫。當水流過大引起鋼纜9漂移時，壓力傳感器201-2nn測量的數(shù)據(jù)可用于校正進水口的深度。三通閥101 Inn、壓力傳感器201 2nn和水溫傳感器301 3nn的數(shù)目范圍為2 200個，具體數(shù)目根據(jù)采樣需求設計。另外，電子艙單元100包括數(shù)據(jù)采集模塊4、抽水裝置5、流量計6、水質測量室7以及太陽能供電系統(tǒng)300等。流量計6與剖面進水管9相連接，用于測量抽取的水樣流速。水質測量室7通過管路與流量計6相連接，用于對抽取自不同深度的水樣進行例如物理、化·學和/或生物指標的測量分析，例如做復雜的營養(yǎng)鹽、流式細胞計數(shù)、調(diào)制葉綠素熒光等測量。抽水裝置5通過管路連接于流量計6與水質測量室7之間的管路上，用于控制剖面采樣單元200采集不同深度的水樣。數(shù)據(jù)采集模塊4分別與多個壓力傳感器201 2nn、多個水溫傳感器301 3nn、抽水裝置5和水質測量室7相連接，用于控制水樣采集、深度測量和水質分析，并記錄測量的數(shù)據(jù)。太陽能供電系統(tǒng)300分別與數(shù)據(jù)采集模塊4和水質測量室7相連接，用于采集太陽能為水體浮標剖面采樣裝置的工作供電。此外，水質測量室7可帶有排水管13，通向浮標8的外部，用于將測量完的水樣排出到浮標8外。在本實施例中，該太陽能供電系統(tǒng)300可以具體包括太陽能板I、太陽能電池控制器2和蓄電池組3。太陽能板I用于采集太陽能并將其轉化為電能。蓄電池組3用于存儲電能。太陽能電池控制器2分別與太陽能板I與蓄電池組3相連接，用于將太陽能板I轉化的電能存儲到蓄電池組3上，并將蓄電池組3輸出的電力穩(wěn)壓后輸送供電。圖3為本實用新型一個實施例的水體浮標剖面采樣方法的流程圖。本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內(nèi)容，其中采用相同的標號來表示相同或近似的元件，并且選擇性地省略了相同技術內(nèi)容的說明。關于省略部分的說明可參照前述實施例，本實施例不再重復贅述。該水體浮標剖面采樣方法可以包括步驟執(zhí)行步驟S301，由數(shù)據(jù)采集模塊4根據(jù)程序控制某一深度N的三通閥η打開其第一通口 A和進水口 C (即打開C-A路)進水。執(zhí)行步驟S302，啟動抽水裝置5，按程序設定的抽取時間抽取水樣，流量計6同時測量抽取的進入水管中的水樣流速。執(zhí)行步驟S303，水質測量室7對從深度N處抽取進入其內(nèi)的水樣進行各種測量分析。其中，該水質測量室7內(nèi)的水樣可以是連續(xù)流動的，也可以根據(jù)分析需要駐留。執(zhí)行步驟S304，在上述步驟S303的測量結束后，數(shù)據(jù)采集模塊4根據(jù)程序將當前深度N的三通閥η的進水口 C關閉，打開第二通口 B (即切換到B-A路)。另外，控制另一深度Ν+1的三通閥η+1打開其第一通口 A和進水口 C(即打開C-A路)進水。[0051]執(zhí)行步驟S305，重復上述步驟S302 S304，直到所有深度的三通閥101 Inn全部采樣結束，關閉全部三通閥101 Inn及抽水裝置5，結束測量。在本實施例中，抽取時間=水樣由當前深度到流量計6的時間+水樣由流量計6至水質測量室7的時間+延長時間。為了確保抽取的水樣是特定深度處的水，延長時間是用于排除干擾所需要的保險時間。在本實施例中，數(shù)據(jù)采集模塊4還可以在控制不同深度處的三通閥101 Inn進水時，同步獲取當前深度處的壓力傳感器201 2nn和水溫傳感器301 3nn測量到的水壓數(shù)據(jù)和水溫數(shù)據(jù)，用以準確測量三通閥101 Inn處的水深深度，避免由于水流過大引起鋼纜10漂移造成的深度誤差。本實用新型可以對浮標下的水體進行精確的剖面采樣，鋼纜連接重錘有效地避免 了剖面進水管的漂移。即使在水流較大的地方，剖面進水管發(fā)生了小幅度漂移，每個三通閥附近的壓力傳感器也可以對采樣深度做校準，并不影響對整個水柱的剖面分析。本實用新型將水樣輸送入浮標內(nèi)部的水質測量室進行測量分析，既可以做簡單的物理測量，也可以做復雜的營養(yǎng)鹽、流式細胞計數(shù)、調(diào)制葉綠素熒光等測量，比現(xiàn)有的監(jiān)測浮標測量指標更精確、更完善。本實用新型中呈垂直剖面分布的壓力傳感器和溫度傳感器可以做到對水體溫度剖面測量的功能，用于水體溫度分層研究。本實用新型采用太陽能供電系統(tǒng)提供電力，可以真正做到無人值守、長期、連續(xù)采樣的目的，結合浮標監(jiān)測裝置，可以對水體進行長期監(jiān)測。本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本實用新型權利要求所界定的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種水體浮標剖面采樣裝置，其特征在于，包括安裝在浮標(8)內(nèi)部的電子艙單元(100)和垂直懸掛在所述浮標⑶下方的剖面采樣單元(200);其中 所述剖面采樣單元(200)包括 剖面進水管(9)； 多個三通閥(101 Inn)，每隔一段距離安裝在所述剖面進水管(9)上，采集并輸送不同深度的水樣； 鋼纜(10)，與所述浮標(8)相連接； 多個壓力傳感器(201 2nn)，每隔一段距離安裝在所述鋼纜(10)上，與各個所述三通閥(101 Inn)分別對應地安裝在同一水平面上，測量各個所述三通閥(101 Inn)處的水壓； 多個水溫傳感器(301 3nn)，每隔一段距離安裝在所述鋼纜(10)上，與各個所述三通閥(101 Inn)分別對應地安裝在同一水平面上，測量各個所述三通閥(101 Inn)處的水溫；以及 重錘(11)，與所述鋼纜(10)的最下端相連接，使所述鋼纜(10)盡量保持垂直； 所述電子艙單元(100)包括 流量計(6)，與所述剖面進水管(9)相連接，測量抽取的水樣流速； 水質測量室(7)，通過管路與所述流量計(6)相連接，對抽取自不同深度的水樣進行測量分析； 抽水裝置(5)，通過管路連接于所述流量計(6)與所述水質測量室(7)之間的管路上，控制所述剖面采樣單元(200)采集不同深度的水樣； 數(shù)據(jù)采集模塊(4)，分別與多個所述壓力傳感器(201 2nn)、多個所述水溫傳感器(301 3nn)、所述抽水裝置(5)和所述水質測量室(7)相連接，控制水樣采集、深度測量和水質分析，并記錄測量的數(shù)據(jù)；以及 太陽能供電系統(tǒng)(300)，分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊(4)和所述水質測量室(7)相連接，采集太陽能為所述水體浮標剖面采樣裝置的工作供電。
2.根據(jù)權利要求I所述的水體浮標剖面采樣裝置，其特征在于，所述太陽能供電系統(tǒng)(300)包括 太陽能板(I)，采集太陽能并將其轉化為電能； 蓄電池組(3)，存儲所述電能； 太陽能電池控制器(2)，分別與所述太陽能板(I)與所述蓄電池組(3)相連接，將所述太陽能板(I)轉化的電能存儲到所述蓄電池組(3)上，并將所述蓄電池組(3)輸出的電力穩(wěn)壓后輸送供電。
3.根據(jù)權利要求I所述的水體浮標剖面采樣裝置，其特征在于，所述三通閥(101 Inn)、所述壓力傳感器(201 2nn)和所述水溫傳感器(301 3nn)的數(shù)目均為2 200個。
4.根據(jù)權利要求I或3所述的水體浮標剖面采樣裝置，其特征在于，所述三通閥(101 Inn)的進水口(C)處裝有過濾篩(12)，濾除水體里的雜質。
5.根據(jù)權利要求I所述的水體浮標剖面采樣裝置，其特征在于，所述水質測量室(7)帶有排水管(13)，通向所述浮標⑶的外部，將測量完的所述水樣排出到所述浮標⑶外。
專利摘要本實用新型提供一種水體浮標剖面采樣裝置，包括安裝在浮標內(nèi)部的電子艙單元和懸掛在浮標下方的剖面采樣單元；剖面采樣單元包括剖面進水管和間隔安裝在其上的三通閥；鋼纜和安裝在其上的壓力、水溫傳感器，壓力、水溫傳感器與各三通閥對應安裝在同一水平面；重錘，與鋼纜末端連接；電子艙單元包括流量計，與剖面進水管相連；水質測量室，與流量計相連；抽水裝置，連接于流量計與水質測量室之間；數(shù)據(jù)采集模塊，與壓力傳感器、抽水裝置和水質測量室相連接，控制水樣采集、深度測量和水質分析，并記錄測量數(shù)據(jù)；太陽能供電系統(tǒng)為整套采樣裝置供電。本實用新型能自動采集不同水層的水樣進行水質分析，做到無人值守、長期、連續(xù)采樣的目的。
文檔編號G01N1/14GK202770666SQ201220281568
公開日2013年3月6日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權日2012年6月14日
發(fā)明者韓志國, 姜星, 錢程, 畢昆, 顧群 申請人:上海澤泉科技有限公司