一種水庫多參數(shù)水質(zhì)垂向動態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域，涉及到一種水庫多參數(shù)水質(zhì)垂向動態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水源水庫作為蓄水和供水的工程設(shè)施，水質(zhì)保護(hù)與管理是實現(xiàn)安全供水的關(guān)鍵結(jié)點。在水庫的運(yùn)行過程中，水質(zhì)污染問題越來越突出。水庫建成后，由降雨徑流驅(qū)動、人類活動影響、大氣沉降和水庫內(nèi)的生物代謝沉積等形成的污染物，大部分積蓄在水庫中，影響水體水質(zhì)。尤其在我國東北地區(qū)，水源水庫規(guī)模大，深度大，運(yùn)行時間長，水庫下層水質(zhì)惡化嚴(yán)重。觀察發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行20年以上的水庫普遍存在內(nèi)源污染問題。因此，如何深入研究水源水庫，全面調(diào)查和監(jiān)控水源水庫水質(zhì)的實際狀況，評價水庫垂向分布水質(zhì)狀況，成為研究適應(yīng)性地水質(zhì)管理對策的關(guān)鍵。
[0003]水質(zhì)監(jiān)測是保證水源水庫環(huán)境安全的重要手段，水源水庫水質(zhì)監(jiān)測的常規(guī)數(shù)據(jù)主要包括深度、溫度、PH值、溶解氧、電導(dǎo)率、氧化還原電位等。在進(jìn)行水質(zhì)采集時，需要盡可能確保采集的是指定采樣點實際狀態(tài)下垂直剖面的水質(zhì)數(shù)據(jù)，才能夠?qū)Υ怪逼拭娴乃|(zhì)狀況作出正確評價。同時為了更好地研究水污染問題，總是希望觀察水下的情況獲得更多的水體信息，例如水下絮凝物的分布。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測采用人工采樣、實驗室分析的方法進(jìn)行，科研人員乘調(diào)查船到達(dá)采樣點后，使用帶有刻度繩的采水器獲取指定深度的水樣，然后將水樣帶回實驗室進(jìn)一步分析以獲得水質(zhì)數(shù)據(jù)。這種方法浪費(fèi)人力物力，效率低下，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度比較依賴于采集的水樣，而且不能很好地反映水質(zhì)的連續(xù)動態(tài)變化。隨著電子信息、微處理器及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳感器已在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域日益得到廣泛應(yīng)用，使得科研人員可以直接在現(xiàn)場測量常規(guī)水質(zhì)參數(shù)。一方面，科研人員根據(jù)采樣點處深度等間距的采集若干水樣，使用單參數(shù)水質(zhì)檢測儀在現(xiàn)場直接檢測水樣，在顯示屏上讀取水質(zhì)數(shù)據(jù)后人工記錄存儲，在一定的程度上提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。但要想較好捕捉各水質(zhì)參數(shù)垂向分布的變化趨勢了解水質(zhì)狀況，就要增加采樣點處的測量數(shù)目，費(fèi)時費(fèi)力，而且也不能保證加密的測量點就是水質(zhì)狀況發(fā)生較大變化的區(qū)域。另一方面，科研人員可以在現(xiàn)場配合絞車使用CTD多參數(shù)水質(zhì)檢測儀，以一定速度勻速下放自動獲得垂直剖面的水質(zhì)分布數(shù)據(jù)。例如，德國Sea&Sun公司CTD90m檢測儀可以選擇深度間隔模式或者連續(xù)模式等測定垂直剖面的深度、溫度、PH值、溶解氧、電導(dǎo)率、氧化還原電位、濁度等水質(zhì)數(shù)據(jù)，通過連接筆記本電腦就可以在現(xiàn)場觀察水質(zhì)參數(shù)變化趨勢。但其功能較單一，所使用的水質(zhì)監(jiān)測裝置并不具備獲取儀器所處水下狀況的能力，可能會有導(dǎo)致?lián)p壞儀器，采集效率不高等問題，且主要面向海洋環(huán)境，價格也高達(dá)40?50萬RMB。
[0004]顯然，現(xiàn)有的水源水庫水質(zhì)監(jiān)測裝置并不能為科研人員提供真實反映水質(zhì)狀況垂向分布的數(shù)據(jù)。因此，急需提供一種成本低廉，安全可靠，節(jié)省人力物力，既能較好捕捉水源水庫水質(zhì)垂向分布情況提高采樣效率以及精度，又能觀測水下情況的水質(zhì)監(jiān)測裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明致力于解決現(xiàn)有技術(shù)測量水源水庫水質(zhì)垂向分布數(shù)據(jù)采集裝置的不足，提供一種成本低廉、安全可靠、適用于水源水庫的多參數(shù)水質(zhì)垂向分布動態(tài)采集裝置，通過嵌入水庫多參數(shù)水質(zhì)垂向動態(tài)數(shù)據(jù)采集方法測量，實現(xiàn)水體垂向多參數(shù)水質(zhì)的在線觀測和數(shù)據(jù)存儲。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案，水庫多參數(shù)水質(zhì)垂向動態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置主要包括傳感器模塊、多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊、支撐架、步進(jìn)電機(jī)模塊、微控制器控制模塊、計算機(jī)終端。傳感器模塊主要包括:溫度傳感器、壓力傳感器、PH值傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器、氧化還原傳感器。多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)傳輸電路、水密接頭、上方擰蓋、圓柱形殼體、下方擰蓋、傳感器保護(hù)罩、配重。傳感器模塊采集水源水庫水質(zhì)的參數(shù)將其轉(zhuǎn)換為模擬電信號的參數(shù)，在由多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊將模擬電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號由上位機(jī)界面進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的處理，圖形的顯示以及存儲。支撐架包括帶電纜接口的絞盤、支座、帶滑輪的支架、電纜。微控制器控制模塊主要包括單片機(jī)控制電路、按鍵電路、復(fù)位電路、晶振電路、驅(qū)動隔離電路。步進(jìn)電機(jī)模塊采用86型步進(jìn)電機(jī)。數(shù)據(jù)采集電路由STC12C5A60S2作為核心處理器以及外圍電路組成。計算機(jī)終端的上位機(jī)數(shù)據(jù)處理、顯示與數(shù)據(jù)存儲模塊。通過Iabview開發(fā)上位機(jī)顯示界面并通過access2007進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲。
[0007]水庫多參數(shù)水質(zhì)垂向動態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置的多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊密封艙采用擰蓋的機(jī)械結(jié)構(gòu)，上端抒蓋為內(nèi)半徑為7cm，厚度為0.8一Icm,高度為8cm的上部封頂?shù)膱A柱形蓋，上端擰蓋上方有五個圓孔為安裝水密接頭的接口以及固定水密接頭的螺栓的插入位置。上端擰蓋的中心位置為半徑為Icm的圓孔，通過這個圓孔將水密接頭嵌入到水質(zhì)垂向分布采集裝置的上端寧蓋上。且中心位置成邊長為2.5cm的正方形的各個頂角處有半徑為2mm的圓孔，插入螺栓固定水密接頭。多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊外殼的上端擰蓋的下內(nèi)側(cè)有滑絲螺紋用于與水質(zhì)主體相連接。水質(zhì)垂向分布采集裝置外殼的主體采用加厚型的有機(jī)玻璃材料提高外殼整體的耐壓強(qiáng)度。其整體長度為50cm，外半徑為7cm的空心圓柱形的結(jié)構(gòu)且主體結(jié)構(gòu)的上下端外殼有滑絲螺紋用來固定上下端的擰蓋。下端擰蓋采用內(nèi)半徑為7cm，高為8cm，厚度為0.8一 Icm的下部密封的圓柱形蓋，下端抒蓋的有五個圓孔，其中四個半徑為13mm，兩個半徑為10mm，且每個圓孔的之間的間隔為20mm，將一個半徑為1mm的圓孔打在下端擰蓋的中心位置，其他圓孔呈圓形均勻的分布在中心圓孔的周圍。圓孔的作用為固定水質(zhì)采集要用到的傳感器。保護(hù)罩同樣采用強(qiáng)度較大的PVC材料，長度為12cm，采用半密封的圓柱形結(jié)構(gòu)，上端帶有滑絲螺紋可與多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊的下端擰蓋相連接。同時將配重固定在多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊保護(hù)罩的內(nèi)部，多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊的保護(hù)罩的側(cè)壁為鏤空的結(jié)構(gòu)呈六個條狀連接。
[0008]水庫多參數(shù)水質(zhì)垂向動態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置的支撐架包括帶有電纜接口的絞盤、支座、帶有滑輪的支架、電纜。支座中搭載步進(jìn)電機(jī)并固定升降裝置，纜繩用來提拉傳感器的升降。
[0009]微控制模塊采用STC89C52單片機(jī)作為整個控制系統(tǒng)的核心，外圍電路包括:晶振短路、復(fù)位電路、按鍵電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動隔離電路。其中按鍵電路對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，采用三個按鍵:運(yùn)行、停止、上拉減速。步進(jìn)電機(jī)采用86型步進(jìn)電機(jī)。單片機(jī)的驅(qū)動電源采用電腦USB接口自帶的5V直流電，步進(jìn)電機(jī)采用24V直流電驅(qū)動。
[0010]多參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊采用以STC12C5A60S2作為數(shù)據(jù)采集的核心控制器，8路采集模擬電信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號。RS485作為通信接口，將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)字電信號送到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示及存儲。
[0011]計算機(jī)終端的上位機(jī)界面采用Iabview進(jìn)行開發(fā)，界面包括:串口設(shè)置，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)置，由計算機(jī)終端上位機(jī)界面的底層程序修改顯示高度來抵消延時對采樣深度與采樣的實際數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響。各個水質(zhì)參數(shù)的數(shù)值顯示，水質(zhì)參數(shù)隨深度變化而變化的曲線，以及各水質(zhì)變化率超過閥值產(chǎn)生報警的報警器，通過水質(zhì)變化率自動調(diào)節(jié)采樣頻率。同時水庫多參數(shù)水質(zhì)垂向動態(tài)數(shù)據(jù)采集裝置的計算機(jī)終端的上位機(jī)界面通過數(shù)據(jù)庫存儲水質(zhì)數(shù)據(jù)，新建數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫選擇，以及讀取歷史圖形的功能。
[0012]本發(fā)明提出了一種水庫多參數(shù)水質(zhì)