CN115931451B - 一种适用于地表水监测的采样分析单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于地表水监测的采样分析单元，属于水质监测技术领域；包括多通选择阀，多通选择阀包括一个公共口和多个连通口，公共口与第一三通阀的第一接口相连接，第一三通阀的第二接口通过进样管路与第二三通阀的第一接口相连接，第一三通阀的第三接口通过排样管路与第二三通阀的第二接口相连接，第二三通阀的第三接口依次连接有低位消泡传感组件、高位消泡传感组件、蠕动泵，蠕动泵的出口连接至溢流液收集桶中，多通选择阀的其中一个连通口与测量组件的入口相连接，测量组件的出口通过管路连接至溢流液收集桶，在测量组件前后两端分别设置有一个高温高压阀组件；解决目前低浓度试样检测精度差、检测周期较长的问题。

Description

一种适用于地表水监测的采样分析单元

技术领域

本发明属于水质监测技术领域，具体涉及一种适用于地表水监测的采样分析单元。

背景技术

水质监测，是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监测范围十分广泛，包括未被污染和已受污染的天然水（江、河、湖、海和地下水）及各种各样的工业排水等。主要监测项目可分为两大类：一类是反映水质状况的综合指标，如温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量和生化需氧量等；另一类是一些有毒物质，如酚、氰、铜、砷、铅、镍、铬、镉、汞和有机农药等。为客观的评价江河和海洋水质的状况，除上述监测项目外，有时需进行流速和流量的测定。

在监测水质中的铜、铅、镍、铬等元素的浓度指标时会用到分光光度法进行检测，分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。现有的通过分光光度法来监测水质的监测仪，只能选用特定的波长范围以及特定的光程的来对检测液中的某种特定指标进行浓度检测，无法对于多种指标同时进行检测，同时由于量程一定，使得分光光度法测定低浓度试样时分辨率较低，这就导致低浓度试样精度较差，从而检出限将变大。

并且现有的对于地表水监测的设备，无法提前判断水质的类别，这样就会造成试剂的浓度与进液比例与水样不相适配，从而导致水质的检测结果准确性较差，就必须重新调整试剂的浓度以及进液比例，从而导致整个的检测周期拉长，检测效率降低。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种适用于地表水监测的采样分析单元；解决目前低浓度试样检测精度差、检测周期较长的问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种适用于地表水监测的采样分析单元，包括多通选择阀，所述多通选择阀包括一个公共口以及多个连通口，多通选择阀的公共口与第一三通阀的第一接口相连接，第一三通阀的第二接口通过进样管路与第二三通阀的第一接口相连接，第一三通阀的第三接口通过排样管路与第二三通阀的第二接口相连接，第二三通阀的第三接口低位消泡传感组件的入口相连接，低位消泡传感组件的出口与高位消泡传感组件的入口相连接，高位消泡传感组件的出口与蠕动泵的入口相连接，蠕动泵的出口连接至溢流液收集桶中，多通选择阀的其中一个连通口与测量组件的入口相连接，测量组件的出口通过管路连接至溢流液收集桶，在测量组件前后两端的管路上分别设置有一个高温高压阀组件。

进一步的，所述多通选择阀每个连通口处分布设置有一个电磁阀，通过电磁阀的开闭来选择公共口与连通口是否连通。

进一步的，在多通选择阀剩余的连通口中，多个连通口通过管路与对应的试剂瓶相连接，一个连通口通过管路与废液桶相连通，一个连通口通过管路与蒸馏水瓶相连接。

进一步的，所述低位消泡传感组件包括外部工装、玻璃管、低位液位计量装置、物质波交叉检测装置；所述玻璃管固定于外部工装内；所述低位液位计量装置固定于外部工装内部，对玻璃管内部的水样液位进行检测；所述物质波交叉检测装置所述激光光源、光谱仪，激光光源以及光谱仪均通过光纤与水样内部相连接，激光光源通过光纤向水样内部发射激光，水中离子在激光的作用下，激发物质波，通过光纤被光谱仪所检测，光谱仪将检测后的信息通过电信号发送至PLC。

进一步的，所述高位消泡传感组件包括外部工装、玻璃管、高位液位计量装置、物质波交叉检测装置；所述玻璃管固定于外部工装内；所述高位液位计量装置固定于外部工装内部，对玻璃管内部的水样液位进行检测。

进一步的，所述测量组件包括一个固定框，固定框内部设置有加热管，加热管的两侧设置有调节板，一侧的调节板上设置有光源发生器以及反射镜片，另一侧的调节板上设置有反射镜片以及光源接收器。

进一步的，固定框上端以及下端分别设置有一个出液管接头以及一个进液管接头，加热管的下部入口与进液管接头相连接，加热管的上端出口与出液管接头相连接，加热管的外侧缠绕设置有加热电阻丝，在加热管上还设置有温度传感器。

更进一步的，在固定框的两侧侧壁上分别对称开设有一个方孔，每个方孔内对应设置有一个调节板，两个调节板在相对的一侧端面上分别上下排列设置有光源发射器、第二反射镜片、第四反射镜片……第一反射镜片、第三反射镜片……光源接收器，光源发射器发出的光束穿过加热管后依次经过第一反射镜片、第二反射镜片的反射后被光源接收器所接收，光源每次反射后均穿过加热管；每个光源发射器中设置有多种光源，多种光源可以同时发出，在经过第一反射镜片、第二反射镜片、第三反射镜片、第四反射镜片……的反射后全部被光源接收器所接收。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

（1）本发明提供的一种适用于地表水监测的采样分析单元，在光源发射器中设置多种波长的光源，将检测试剂不会相互干扰的元素同时进行检测，就可以同时得到多种指标的浓度值，适应性大大提高，减少了布置其他监测仪的成本，提高了监测效率。

（2）本发明提供的一种适用于地表水监测的采样分析单元，在测量组件设置了光程延长机构，使得光源发射器发出的光源可以通过多组反射镜片进行连续反射，从而提高光源的光程，这样光源接收器就接收到光程延长的光源，从而提高检测的分辨率，提高了低浓度试样的检测精度。

（3）本发明提供的一种适用于地表水监测的采样分析单元，物质波原理利用物质本身的固有频率不同，可以间接反应水质类别，从而能提前判断水质类别，分析仪就可以选择合适的试剂浓度及进液比例，从而提高测量效率，满足最小测量周期，从而适应大部分水质测试现场。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明整体的原理示意图；

图2是第一采样板与第二采样板的结构示意图；

图3是低位消泡传感组件的结构示意图；

图4是物质波交叉检测装置的原理图；

图5是测量组件的立体示意图；

图6是测量组件的正视图；

图7是测量组件的正向剖视图；

其中，37为第一采样板、38为第二采样板、39为多通选择阀、40为五联阀、41为第一三通阀、42为第二三通阀、43为低位消泡传感组件、44为高位消泡传感组件、45为蠕动泵、46为测量组件、47为高温高压阀组件、48为进样管路、49为排样管路、50为外部工装、51为玻璃管、53为固定框、54为进液管接头、55为出液管接头、56为加热管、57为加热电阻丝、58为温度传感器、59为调节板、60为光源发射器、61为第一反射镜片、62为第二反射镜片、63为光源接收器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1-7所示，本发明提供了一种适用于地表水监测的采样分析单元，包括机柜，在机柜的内部通过一块水平的隔板分为上部空间与下部空间，其中下部空间内设置有试剂瓶、水样瓶、废液桶、蒸馏水瓶，上部空间内设置有第一采样板37与第二采样板38，其中第一采样板37上固定设置有一个五联阀40、一个多通选择阀39、两个三通阀、两个消泡传感组件，第二采样板38上固定设置有一个测量组件46、一个发射接收装置、一个蠕动泵45、两个高温高压阀组件47。

所述多通选择阀39包括一个公共口以及多个连通口，每个连通口处分别设置有一个电磁阀，通过电磁阀的开闭来选择公共口与连通口是否连通。所述五联阀40包括一个总接口与五个分接口，五个分接口分别通过管路与相对应的水样瓶相连接，每条管路上设置有一个电磁阀，通过电磁阀的轮流开闭来实现五路水样的采集，总接口通过管路与多通选择阀39其中一个连通口相连接，采集来的水样进入多通选择阀39中。在多通选择阀39剩余的连通口中，多个连通口通过管路与对应的试剂瓶相连接，一个连通口通过管路与废液桶相连通，一个连通口通过管路与蒸馏水瓶相连接，一个连通口通过管路与测量组件46的入口相连接，测量组件46的出口通过管路连接至溢流液收集桶，在测量组件46前后两端的管路上分别设置有一个高温高压阀组件47，两个高温高压阀组件47给测量组件46提供高压的环境。

两个三通阀分别为第一三通阀41与第二三通阀42，两个消泡传感组件分别为低位消泡传感组件43与高位消泡传感组件44，低位消泡传感组件43与高位消泡传感组件44采取前后串联连接。第一三通阀41的第一接口通过管路与多通选择阀39的公共口相连接，第一三通阀41的第二接口通过进样管路48与第二三通阀42的第一接口相连接，第一三通阀41的第三接口通过排样管路49与第二三通阀42的第二接口相连接，第二三通阀42的第三接口通过管路与低位消泡传感组件43的入口相连接，消泡传感组件的出口通过管路与高位消泡传感组件44的入口相连接，高位消泡传感组件44的出口通过管路与蠕动泵45的入口相连接，蠕动泵45的出口通过管路连接至溢流液收集桶中。

所述低位消泡传感组件43包括外部工装50、玻璃管51、低位液位计量装置、物质波交叉检测装置；所述玻璃管51固定于外部工装50内；所述低位液位计量装置固定于外部工装50内部，对玻璃管51内部的水样液位进行检测；所述物质波交叉检测装置所述激光光源、光谱仪，激光光源以及光谱仪均通过光纤与水样内部相连接，激光光源通过光纤向水样内部发射激光，水中离子在激光的作用下，激发物质波，通过光纤被光谱仪所检测，光谱仪将检测后的信息通过电信号发送至PLC。每种物质都有自己的固有频率，在全谱激光光源的激励作用下，物质本身被放大后的固有频率可以被频率测量装置光谱仪感应到，光电转换后，电信号传至PLC，地表水污水水质共分5类，不同类别对应不同浓度的物质含量，通过上述原理的描述，可以对水质类别进行提前判断，选定合适的量程提高分析效率和准确度。

所述高位消泡传感组件44包括外部工装50、玻璃管51、高位液位计量装置、物质波交叉检测装置；所述玻璃管51固定于外部工装50内；所述高位液位计量装置固定于外部工装50内部，对玻璃管51内部的水样液位进行检测。

所述低位液位计量装置以及高位液位计量装置均包括一个红外光发射器以及一个红外光接收器，当检测液通过玻璃管51时，通过时，光被折射，接收到的信号会变化，通过PLC信号处理达到液位检测的功效。

所述测量组件46包括一个方形的固定框53，在固定框53的上端以及下端分别设置有一个出液管接头55以及一个进液管接头54。在固定框53内部设置有一个加热管56，加热管56的下部入口与进液管接头54相连接，加热管56的上端出口与出液管接头55相连接，通过进液管接头54向加热管56内部输入检测液，通过出液管接头55向外输出检测液。在加热管56的外侧缠绕设置有加热电阻丝57，通过加热电阻丝57对加热管56内部的检测液进行加热，在加热管56上还设置有温度传感器58，通过温度传感器58对加热管56内部的检测液温度进行测量。

在固定框53的两侧侧壁上分别对称开设有一个方孔，每个方孔的两侧对称设置有两个螺纹孔。每个方孔内对应设置有一个调节板59，两个调节板59在相对的一侧端面上分别上下排列设置有光源发射器60、第二反射镜片62以及第一反射镜片61、光源接收器63，光源发射器60、第二反射镜片62从一侧的方孔中伸入固定框53内部，第一反射镜片61、光源接收器63从另一侧的方孔中伸入固定框53内部，其中光源发射器60与第一反射镜片61水平对应设置，第二反射镜片62与光源接收器63水平对应设置，光源发射器60发出的光束穿过加热管56后依次经过第一反射镜片61、第二反射镜片62的反射后被光源接收器63所接收，光源每次反射后均穿过加热管56。

具体的，在每块调节板59的左右两侧分别设置有一个竖直的长圆孔，每个长圆孔内插接有两个螺栓，螺栓穿过调节板59的长圆孔后与固定框53侧壁上的螺纹孔相螺接，从而将调节板59固定在固定框53上。通过调节螺栓在长圆孔中的位置，就可以调节调节板59的高度，从而调节光源发射器60、第二反射镜片62以及第一反射镜片61、光源接收器63在固定框53内部的高度，从而保证光源发射器60与第一反射镜片61水平对应设置，第二反射镜片62与光源接收器63水平对应设置。

具体的，每个光源发射器60中设置有多种光源，多种光源可以同时发出，在经过第一反射镜片61、第二反射镜片62的反射后全部被光源接收器63所接收。

具体的，两块调节板59上可以设置有多组反射镜片，即一侧的调节板59上排列设置有光源发射器60、第二反射镜片62、第四反射镜片，另一侧的调节板59上排列设置有第一反射镜片61、第三反射镜片、光源接收器63，发出的光源通过四个反射镜片的反射后被光源接收器63所接收。

本发明的工作原理为：

在检测时，控制器控制五联阀40的其中一个分接口与总接口相连通，控制多通选择阀39的公共口与水样的连通口相连通，控制第一三通阀41的第一接口与第二接口相连通，控制第二三通阀42的第一接口与第三接口相连通。

然后控制蠕动泵45正向转动，蠕动泵45产生动力，将水样依次通过多通选择阀39的公共口、第一三通阀41、进样管路48、第二三通阀42依次进入至低位消泡传感组件43内部。

高位消泡传感组件44内部，低位消泡传感组件43以及高位消泡传感组件44内部的玻璃管51由于内径变化，使得进入其内部的检测液由于管径突变而将气泡消除，达到消泡的目的，气泡消除保证检测液均匀到达玻璃管51中部位置减少对后续检测造成干扰。

低位消泡传感组件43搭载的多阶物质波交叉对射检测装置进行水样信号检测，将水体内含有的影响消解后波段检测的信息传输至信号板进行信号处理，设备自动选择预设的工艺流程进行分析，分析结果通过水样组分进行校正，保证检测结果更准确真实。当水样由底部进入低位消泡传感组件43，利用不同物质对特定波长光的吸收原理判断水体特征组分，检测电路板前端处理信息后，将水样信息传送到PLC进行分析后数据的校正处理。这样就可以知道当前进入消泡传感组件内部的水样的具体类别，从而选用相对应的试剂浓度以及进液比例。

采样分析单元设定的液位值分为高液位与低液位两种，低液位通过低位消泡传感组件43内部的低位液位计量装置所检测确定，高液位通过高位消泡传感组件44内部的高位液位计量装置所检测确定。

水样的类别检测完毕后，当需要高液位的水样时，通过蠕动泵45正向转动将水泵依次泵入至低位消泡传感组件43以及高位消泡传感组件44内部，低位消泡传感组件43以及高位消泡传感组件44内部的玻璃管51由于内径变化，使得进入其内部的检测液由于管径突变而将气泡消除，达到消泡的目的，气泡消除保证检测液均匀到达玻璃管51中部位置减少对后续检测造成干扰。到达高液位值时，高位液位计量装置检测到到位信号，控制多通选择阀39的公共口与试剂的连通口相连接，蠕动泵45转动，将试剂泵入至低位消泡传感组件43以及高位消泡传感组件44内部，水样与试剂相混合为检测液。

当需要低液位的水样时，通过蠕动泵45正向转动将水泵泵入至低位消泡传感组件43中，低位消泡传感组件43内部的玻璃管51由于内径变化，使得进入其内部的检测液由于管径突变而将气泡消除，达到消泡的目的，气泡消除保证检测液均匀到达玻璃管51中部位置减少对后续检测造成干扰。到达低液位值时，低位液位计量装置检测到到位信号，控制多通选择阀39的公共口与试剂的连通口相连接，蠕动泵45转动，将试剂泵入至低位消泡传感组件43内部，水样与试剂相混合为检测液。

试剂与水样混合完毕后，控制多通选择阀39的公共口与测量组件46相对应的连通口相接通，蠕动泵45开始反向转动，将消泡传感组件内部的检测液通过多通选择阀39泵入至测量组件46内部，检测液在加热管56中进行高温反应，通过光源发射器60对检测液进行照射并将照射后的检测液通过光源接收器63所接收，来对检测液中的指定参数的浓度值进行检测，并将检测的信息通过发射接收装置向外传出。

采样分析单元设定的液位值分为高液位与低液位两种，低液位通过低位消泡传感组件43内部的低位液位计量装置所检测确定，高液位通过高位消泡传感组件44内部的高位液位计量装置所检测确定。通过第一三通阀41与第二三通阀42的相互配合可以实现更低液位的检测液进样，具体为当低位液位计量装置检测到低液位时，进样管路48中也有检测液存在，此时将第一三通阀41的第一接口与第三接口接通，将第二三通阀42的第二接口与第三接口相接通，蠕动泵45反向转动，将检测液低位消泡传感组件43中排出，此时只剩进样管路48中还残存有检测液。当检测液完全排出完毕后，重新将第二三通阀42的第一接口与第三接口相接通，第一三通阀41的第一接口还是与第三接口相接通，蠕动泵45正向转动，这样就将进样管路48中残存的检测液重新抽入至低位消泡传感组件43中，从而实现更低液位的检测液进样。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种适用于地表水监测的采样分析单元，其特征在于：包括多通选择阀（39），所述多通选择阀（39）包括一个公共口以及多个连通口，多通选择阀（39）的公共口与第一三通阀（41）的第一接口相连接，第一三通阀（41）的第二接口通过进样管路（48）与第二三通阀（42）的第一接口相连接，第一三通阀（41）的第三接口通过排样管路（49）与第二三通阀（42）的第二接口相连接，第二三通阀（42）的第三接口与低位消泡传感组件（43）的入口相连接，低位消泡传感组件（43）的出口与高位消泡传感组件（44）的入口相连接，高位消泡传感组件（44）的出口与蠕动泵（45）的入口相连接，蠕动泵（45）的出口连接至溢流液收集桶中，多通选择阀（39）的其中一个连通口与测量组件（46）的入口相连接，测量组件（46）的出口通过管路连接至溢流液收集桶，在测量组件（46）前后两端的管路上分别设置有一个高温高压阀组件（47）；

所述低位消泡传感组件（43）包括第一外部工装、第一玻璃管、低位液位计量装置、物质波交叉检测装置；所述第一玻璃管固定于第一外部工装内；所述低位液位计量装置固定于第一外部工装内部，对第一玻璃管内部的水样液位进行检测；所述物质波交叉检测装置包括激光光源、光谱仪，激光光源以及光谱仪均通过光纤与水样内部相连接，激光光源通过光纤向水样内部发射激光，水中离子在激光的作用下，激发物质波，通过光纤被光谱仪所检测，光谱仪将检测后的信息通过电信号发送至PLC；

所述高位消泡传感组件（44）包括第二外部工装、第二玻璃管、高位液位计量装置、物质波交叉检测装置；所述第二玻璃管固定于第二外部工装内；所述高位液位计量装置固定于第二外部工装内部，对第二玻璃管内部的水样液位进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种适用于地表水监测的采样分析单元，其特征在于：所述多通选择阀（39）每个连通口处分布设置有一个电磁阀，通过电磁阀的开闭来选择公共口与连通口是否连通。

3.根据权利要求1所述的一种适用于地表水监测的采样分析单元，其特征在于：还包括一个五联阀（40），所述五联阀（40）包括一个总接口与五个分接口，五个分接口分别通过管路与相对应的水样瓶相连接，每条管路上设置有一个电磁阀，通过电磁阀的轮流开闭来实现五路水样的采集，总接口通过管路与多通选择阀（39）其中一个连通口相连接。

4.根据权利要求3所述的一种适用于地表水监测的采样分析单元，其特征在于：在多通选择阀（39）剩余的连通口中，多个连通口通过管路与对应的试剂瓶相连接，一个连通口通过管路与废液桶相连通，一个连通口通过管路与蒸馏水瓶相连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于地表水监测的采样分析单元，其特征在于：所述测量组件（46）包括一个固定框（53），固定框（53）内部设置有加热管（56），加热管（56）的两侧设置有调节板（59），一侧的调节板（59）上设置有光源发生器以及反射镜片，另一侧的调节板（59）上设置有反射镜片以及光源接收器（63）。

6.根据权利要求5所述的一种适用于地表水监测的采样分析单元，其特征在于：固定框（53）上端以及下端分别设置有一个出液管接头（55）以及一个进液管接头（54），加热管（56）的下部入口与进液管接头（54）相连接，加热管（56）的上端出口与出液管接头（55）相连接，加热管（56）的外侧缠绕设置有加热电阻丝（57），在加热管（56）上还设置有温度传感器（58）。