一种水质参数垂向分布自适应采集方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水质监测领域，涉及到一种水质参数垂向分布自适应采集方法与装置。
【背景技术】
[0002]水源水库作为蓄水和供水的工程设施，水质保护与管理是实现安全供水的关键结点。在水库的运行过程中，水质污染问题越来越突出。水库建成后，由降雨径流驱动、人类活动影响、大气沉降和水库内的生物代谢沉积等形成的污染物，大部分积蓄在水库中，影响水体水质。尤其在我国东北地区，水源水库规模大，深度大，运行时间长，水库下层水质恶化严重。观察发现，运行20年以上的水库普遍存在内源污染问题。因此，如何采集有代表性的水质数据，调查水源水库水质的垂向分布状况，成为研宄水质管理对策的关键。
[0003]水质监测是保证水源水库环境安全的重要手段，水源水库水质调查的主要方式是科研人员乘调查船到达指定采样点采集水质参数，测量的参数主要包括深度、温度、PH、溶解氧、电导率、氧化还原电位和浊度等。不同的水质参数在垂直剖面上发生趋势变化的位置不同，要想了解水质垂直剖面分布的真实情况，就需要捕捉到水质各项参数的变化趋势。传统的水源水库水质调查采用人工采样、实验室分析的方法，科研人员乘调查船到达采样点后，使用带有刻度绳的采水器获取若干指定深度的水样，然后将水样带回实验室进一步分析以获得水质数据。这种方法要想捕捉各水质参数垂向分布的变化趋势，就要增加采样点处的测量数目，浪费人力物力，数据的误差也较大。随着电子信息、微处理器及计算机技术的发展，水质传感器已在环境保护领域日益得到广泛应用。因此，科研人员可以使用水质传感器在现场对采样点水样进行实时检测。例如，在调查船上配合绞车使用德国Sea&Sun公司生产的多参数水质仪，选择深度等间距模式以一定速度匀速从水面下放到水底自动获得垂直剖面的水质分布数据，通过连接笔记本电脑就可以在现场观察水质数据。但是，由于垂直剖面水质的各项参数发生变化的位置不同，即使采用间距较小的等间距法也不能保证加密的测量点就是水质状况发生变化的区域，因此，这种方法不能保证测得的数据能够较好地捕捉水质各项参数的变化趋势，而且其主要面向海洋环境，价格昂贵。
[0004]显然，现有的水源水库水质监测方法并不能为科研人员提供真实反映水质各项参数垂向分布的数据。因此，急需提供一种成本低廉，安全可靠，既能尽量减少测量点数量，节省人力物力，又能较好捕捉水质各项参数垂向分布的采集方法和装置。
【发明内容】
[0005]本发明致力于解决现有技术测量水源水库水质垂向分布的不足，提供一种成本低廉、安全可靠、适用于水源水库的水质垂向分布采集方法与装置，实现水源水库水质参数垂直分布水面到水底自适应的在线采集。
[0006]本发明的水源水库水质参数垂向分布采集方法是在升降装置从水面到水底下放水下水质采集系统采集测量点处垂直剖面的水质数据的过程，计算机终端实时计算测量点的水质各项参数的变化速率，计算机终端利用LabVIEW开发水源水库水质上位机监控界面，通过上位机监控界面设定初始化采集参数，将获得的水质数据以数值和曲线的形式实时显示各水质参数的变化趋势，并存储在SQL数据库。
[0007]计算机终端实时接收并分析测量点处垂直剖面上的水质各项参数的变化速率，计算机终端根据变化速率最大的水质参数向升降装置控制系统发出相关指令控制水下水质采集系统的下放速度，根据该水质参数的变化速率的大小通过升降装置来调节水质采集装置的下放速度，水质各项参数的变化速率与升降装置的速度成反比，以自适应的捕捉垂直剖面水质各项参数的变化趋势，完成水下水质采集系统从水面到水底自适应的整个采集过程;
[0008]本发明实现水源水库水质参数垂向分布采集方法的装置，主要包括水上控制系统和水下水质采集系统，水上控制系统和水下水质采集系统通过数据传输线进行交互，数据传输线的一端与水上控制系统连接，另一端与水下水质采集系统连接。
[0009]水上控制系统包括计算机终端、升降装置控制系统和升降装置，计算机终端通过数据传输线与升降装置连接，计算机终端向升降装置发出控制指令控制升降装置进行动作，从水面到水底下放水下水质采集系统采集垂直剖面的水质数据。计算机终端利用LabVIEff开发水源水库水质上位机监控界面，通过上位机监控界面设定初始化采集参数，主要负责控制升降装置下放水下水质采集系统的速度和实时处理水下水质采集系统发送的水质数据，计算机终端根据水下水质采集系统的入水深度做出判断，启动升降装置后通过数据传输线下放水下水质采集系统。
[0010]水下水质采集系统经过升降装置被放入水中，用于获取指定深度测量点处的水质数据，包括水下信号处理单元、水质传感器单元和圆柱状耐压水密外壳。水下信号处理单元密封固定在圆柱状耐压水密外壳的内部，实时接收处理水质传感器单元4-20mA的模拟信号，将水质数据封装成设定的数据格式通过数据传输线发送至计算机终端进行分析处理，包括ARM9处理器、多路选择开关电路、信号处理电路、A/D转换和RS485数据传输接口。水下信号处理单元通过多路选择开关电路选择输出信号为4-20mA的水质传感器，经过信号处理电路将4-20mA的模拟信号转换为0-5V的电压信号，由A/D转换将0-5V的电压信号转换为数字信号，分别采集得到水下水质采集系统所处位置的入水深度、温度、PH、溶解氧、电导率、氧化还原电位和浊度等数据。水质传感器单元的各水质传感器的输出均为4-20mA的电流信号，信号输出线与水下信号处理单元相连接，包括压力传感器、温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、氧化还原电位传感器、浊度传感器和高度传感器，各传感器探头固定在圆柱状耐压水密外壳的底部与被测水样接触。圆柱状耐压水密外壳的上端盖为圆形，数据传输线通过上端盖与壳体内部的水下信号处理单元连接，下端盖设有开口，夕卜部被测水样经开口进入壳体内浸没接触各水质传感器，由水下信号处理单元将水质传感器的模拟信号转换为数字信号发送给计算机终端，上端盖和下端盖分别与圆柱状耐压密封壳体紧密连接在一起，达到密闭防水。
[0011 ] 本发明提出的水质参数垂向分布自适应采集方法与装置，结构简单，使用方便，成本低廉，设置完成之后，不用人为进行操作，即可实现自动测量，节省了人力物力。同时根据水质各项参数的变化速率调节采集装置的下放速度，实现水面至水底水质参数垂直分布的自适应在线观测，得到水下垂直剖面具有代表性的水质分布数据，更好地捕捉水源水库水质分层现象。
【附图说明】
[0012]图1为本发明水源水库水质参数垂向分布采集装置结构示意图。
[0013]图2为本发明升降装置示意图。
[0014]图3为本发明升降控制系统电路示意图。
[0015]图4为本发明水下水质采集系统剖面示意图。
[0016]图5为本发明水质信号处理单元的电路示意图。
[0017]图6为本发明水源水库水质参数垂向分布自适应采集方法的流程图。
[0018]图中:1计算机终端；2数据传输线；3升降装置信号控制线；4升降装置控制系统；5升降装置；6水质采集系统；7信号输入单元；8信号传输单元；9STC51单片机；10直流电源；11隔离电路；12驱动电路；13转速检测信号反馈；14电动机；15信号处理单元；16A/D转换；17开关选择电路；18ARM9处理器；19光耦隔离电路；20电源；21RS485通信接口 ；
[0019]5-1电机；5_2电机轴；5_3定滑轮；