一种智能化船舶压载水取样器及取样方法与流程

本发明涉及一种船舶压载水取样技术。

背景技术：

船舶压载水排放是海洋生态平衡破坏和环境污染的重要肇因。2004年，国际海事组织imo通过《国际船舶压载水和沉积物控制和管理公约》，规定排放的压载水中各项微生物指标必须满足严格的数量限制。公约生效后，主管机关将对到港适用本公约船舶实施港口国监督检查，具体包括：压载水处理设备检查、压载水相关证书、文书等常规检查以及压载水取样检测等。公约的生效与实施对海事管理机构履约能力提出了更高要求。目前，压载水公约港口国监督检查的程序和标准尚需进一步完善，亟需开展船舶压载水取样检测技术研究，以形成与我国实际情况相配套的压载水管理系统的检查程序，具备完整配套的压载水取样检测能力，这是海事管理机构港口国监督检查能力建立的必备环节，对保护我国海洋生态环境，维护我国航运业利益具有重要战略意义。尽管压载水取样技术和系统在我国发展迅猛，但还是存在许多问题。尤其是在处理过程中的控制问题，主要表现在自动化程度低、控制精度差等方面。

目前多数船舶压载水取样器仍采用纯手工控制或者使用水泵获取水样，再通过不同尺寸的滤网进行过滤，其主要缺陷有：1、手工获取水样，不但使得劳动力增大还会由于操作失误等因素使得浮游动植物暴漏在空气中至死，不但使得压载水取样器取样效率低，而且耗时耗能；2、没办法对取样系统进行实时监测，容易造成取样不精确。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的船舶压载水取样器存在需要手动控制、智能化程度低的问题，提出了一种智能化船舶压载水取样器及取样方法。

本发明所述的一种智能化船舶压载水取样器，浮游生物网、闸口、取样桶、出水管、电磁阀、进水泵、进水管、电磁流量计、电动隔膜阀、控制装置和液位传感器；

浮游生物网的上端悬吊在船舶机舱顶部管路上，浮游生物网的下端悬于取样桶内部；

闸口固定于浮游生物网的下端；

进水管的一端与进水泵的出水口相连，进水管的另一端伸至浮游生物网内；

电磁流量计和电动隔膜阀均设置在进水管上：

出水管的一端通过取样桶下部的外壁与取样桶连通；

电磁阀设置在出水管上；

液位传感器设置在取样桶的内壁上；

控制装置包括设定控制单元、信息采集单元、信息处理单元、中心处理器和显示单元；

设定控制单元的设定信息输出端与中心处理器的设定信息输入端相连；

液位传感器的液位信号输出端与信息采集单元的液位信号输入端相连；

电磁流量计的流量信号输出端与信息采集单元的流量信号输入端相连；

信息采集单元的采集信号输出端与信息处理单元的采集信号输入端相连；

信息处理单元的处理信号输出端与中心处理器的处理信号输入端相连；

中心处理器的磁阀控制信号输出端与电磁阀的磁阀控制信号输入端相连；

中心处理器的旋转控制信号输出端与进水泵的旋转控制信号输入端相连；

中心处理器的隔膜阀控制信号输出端与电动隔膜阀的隔膜阀控制信号输入端相连；

中心处理器的显示信号输出端与显示单元的显示信号输入端相连。

本发明所述的一种智能化船舶压载水取样器的取样方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、通过设定控制单元设定中心处理器运行的参数；

步骤二、将进水泵的入水管置于需要取样的压载水中；

步骤三、启动中心处理器；

步骤四、当中心处理器接收到的处理信号满足设定控制单元设定的中心处理器运行的参数时，中心处理器停止工作，取样结束。

本发明的有益效果是通过信息采集单元、信息处理单元和中心处理器对船舶压载水取样过程的运行参数进行自动监测，简化了取样过程，提高了取样效率，效率提高了30％；也方便了港口国的符合检测。通过利用本发明所述的一种智能化船舶压载水取样器对压载水取样过程进行实时监测，并通过信息采集单元的实时采集与中心处理器对电磁阀、进水泵和电动隔膜阀的实时响应，来实现对取样的精确控制，完全摒弃了任何手工控制，具有处理效率好、智能化程度高得特点，既节省人力物力，又避免了由于操作失误等因素使得浮游动植物暴漏在空气中至死，取样结果精确。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种智能化船舶压载水取样器的结构示意图；

图2为具体实施方式一中控制装置的结构框图；

图3为具体实施方式二中信息处理单元的电路图；

图4为具体实施方式三中控制装置的结构框图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种智能化船舶压载水取样器，浮游生物网2、闸口3、取样桶4、出水管5、电磁阀6、进水泵7、进水管8、电磁流量计9、电动隔膜阀10、控制装置11和液位传感器12；

浮游生物网2的上端悬吊在船舶机舱顶部管路1上，浮游生物网2的下端悬于取样桶4内部；浮游生物网2用于提取浮游生物样本；

闸口3固定于浮游生物网2的下端；闸口3用于提取浓缩的样本液；

进水管8的一端与进水泵7的出水口相连，水泵7的入水管设置在压载水中，进水管8的另一端伸至浮游生物网2内，以保证所有的水样都经过浮游生物网2；

电磁流量计9和电动隔膜阀10均设置在进水管8上，电动隔膜阀10用于控制进水管8中进水流量；

出水管5的一端通过取样桶4下部的外壁与取样桶4连通，出水管5用于将取样桶4内部的压载水排放至污水井中；

电磁阀6设置在出水管5上，电磁阀6用于控制出水管5的出水流量；

液位传感器12设置在取样桶4的内壁上，控制装置11包括设定控制单元11-1、信息采集单元11-2、信息处理单元11-3、中心处理器11-4和显示单元11-5；

设定控制单元11-1的设定信息输出端与中心处理器11-4的设定信息输入端相连；设定控制单元11-1用于设定中心处理器11-4的运行参数；

液位传感器12的液位信号输出端与信息采集单元11-2的液位信号输入端相连；液位传感器12用于实时采集取样桶4内的液位信息；

电磁流量计9的流量信号输出端与信息采集单元11-2的流量信号输入端相连；电磁流量计9用于实时采集进水管累计流量的流量信息；

信息采集单元11-2的采集信号输出端与信息处理单元11-3的采集信号输入端相连；信息采集单元11-2用于接收液位传感器12的液位信号和电磁流量计9的流量信号；

信息处理单元11-3的处理信号输出端与中心处理器11-4的处理信号输入端相连；

中心处理器11-4的磁阀控制信号输出端与电磁阀6的磁阀控制信号输入端相连；

中心处理器11-4的旋转控制信号输出端与进水泵7的旋转控制信号输入端相连；

中心处理器11-4的隔膜阀控制信号输出端与电动隔膜阀10的隔膜阀控制信号输入端相连；

中心处理器11-4的显示信号输出端与显示单元11-5的显示信号输入端相连；显示单元11-5用于实时显示中心处理器11-4的运行状况；中心处理器11-4用于根据信息处理单元11-3输出的处理信号进行判断，做出实时响应。

在本实施方式中，取样桶4的容积为100l；同时使用电动隔膜阀10能够避免因球形、闸式或蝶形的阀急速旋转时会产生很大的剪切力，导致浮游生物死亡。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种智能化船舶压载水取样器进一步限定，在本实施方式中，信息处理单元11-3包括运算放大器a1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1、电容c2和电源vcc；

运算放大器a1的电源端与电源vcc的正极相连，运算放大器a1的接地端接地；

运算放大器a1的反向输入端同时与电阻r1的一端和电阻r2的一端相连，电阻r2的另一端接地；

运算放大器a1的同相输入端同时与电阻r3的一端和电容c2的一端相连，电容c2的另一端接地，电阻r3的另一端同时与电容c1的一端和电阻r4的一端相连，电阻r4的另一端为信息处理单元11-3的采集信号输入端；

运算放大器a1的输出端同时与电容c1的另一端和电阻r1的另一端相连，并作为信息处理单元11-3的处理信号输出端。

在本实施方式中，信息处理单元11-3用于对信息采集单元11-2的采集信号进行滤波处理和转换；运算放大器a1的型号为lm324；电阻r3和电阻r4的阻值均为330kω；电阻r1和电阻r2的阻值均为10kω；电容c1和电容c2的电容值均为0.1uf；运算放大器a1的截止频率为6hz。

具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种智能化船舶压载水取样器进一步限定，在本实施方式中，控制装置11还包括外设驱动单元11-6；

外设驱动单元11-6包括电机驱动模块、电磁阀驱动模块和电动隔膜阀驱动模块；

电机驱动模块用于根据旋转控制信号控制进水泵7的启停；

电磁阀驱动模块用于根据磁阀控制信号控制电磁阀6开闭；

电动隔膜阀驱动模块用于根据隔膜阀控制信号控制电动隔膜阀10开闭。

在本实施方式中，通过增加外设驱动单元11-6分别提高电磁阀6、进水泵7和电动隔膜阀10的响应速度，进而提高了取样效率。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种智能化船舶压载水取样器进一步限定，在本实施方式中，浮游生物网2的网孔为圆形孔，且所述圆形孔的直径为50μm。

在本实施方式中，浮游生物网2能够更有效地提取浮游生物样本。

具体实施方式五：基于具体实施方式一所述的一种智能化船舶压载水取样器的取样方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、通过设定控制单元11-1设定中心处理器11-4运行的参数；

步骤二、将进水泵7的入水管置于需要取样的压载水中；

步骤三、启动取样器；

步骤四、当中心处理器11-4接收到的处理信号满足设定控制单元11-1设定的中心处理器11-4运行的参数时，取样结束。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的一种智能化船舶压载水的取样方法进一步限定，在本实施方式中，步骤一中通过设定控制单元11-1设定中心处理器11-4运行的参数包括取样桶4内液位的设定高度和取样的压载水设定量。

在本实施方式中，取样桶4内液位的设定高度为液面到达距离取样桶4桶口的20cm处；取样的压载水设定量为1000l。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六所述的一种智能化船舶压载水的取样方法进一步限定，在本实施方式中，该智能化船舶压载水取样器的具体取样过程包括为：过程一、中心处理器11-4控制电动隔膜阀10和进水泵7开启；

过程二、信息采集单元11-2通过液位传感器12实时采集取样桶4内液位信号，该液位信号通过信息处理单元11-3处理后发送到中心处理器11-4；

过程三、中心处理器11-4判断取样桶4内液位实际高度是否达到取样桶4内液位的设定高度；如果取样桶4内液位实际高度未达到取样桶4内液位的设定高度，中心处理器11-4控制电动隔膜阀10加大进水管8的进水流量，当取样桶4内液位实际高度达到取样桶4内液位的设定高度后，中心处理器11-4控制电磁阀6开启，同时通过调整电磁阀6控制出水管5的出水流量，保证水管5的出水流量与进水管8的进水流量相同；

过程四、信息采集单元11-2通过电磁流量计9实时采集流量信号，该流量信号通过信息处理单元11-3处理后发送到中心处理器11-4；

过程五、中心处理器11-4判断电磁流量计9累计流量是否达到取样的压载水设定量；如果电磁流量计9累计流量未达到取样的压载水设定量，中心处理器11-4控制电磁阀6和电动隔膜阀10保持开启状态以及控制进水泵7继续工作；如果电磁流量计9累计流量达到取样的压载水设定量后，中心处理器11-4控制进水泵7停止工作，同时控制电动隔膜阀10和电磁阀6关闭。