專利名稱：一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置的制作方法
一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)中水域水質(zhì)監(jiān)測、采樣、分析系統(tǒng)集成領(lǐng)域，特別涉及自導(dǎo) 航行駛、水質(zhì)采樣分析檢測技術(shù)。背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外的水域水質(zhì)監(jiān)測以固定自動監(jiān)測站為主、移動監(jiān)測輔助之。但是， 固定自動監(jiān)測站的造價(jià)之高直接導(dǎo)致了我囯大流域范圍內(nèi)的固定自動監(jiān)測站數(shù)量較 少，并且其只能定點(diǎn)監(jiān)測的特性使得很難在特定區(qū)域進(jìn)行有針對性的實(shí)時水質(zhì)監(jiān)測。 而現(xiàn)有的移動監(jiān)測船尺寸大，在大多數(shù)情況下只能在特定的江流湖泊內(nèi)進(jìn)行巡回監(jiān)測， 無法便捷地實(shí)現(xiàn)對其他任意水域的水質(zhì)進(jìn)行檢測，這就在很大程度上制約了移動監(jiān)測 優(yōu)勢的發(fā)揮。
水域水樣釆集方法基本為傳統(tǒng)手工方式，大都采用人工步橋或乘船到水中采集樣 品，這些手段存在費(fèi)用高、釆樣隨意性大、人身不安全、采樣效率低下等問題。
現(xiàn)有的儀器要么屬于純采樣類，要么屬于純分析類，而對于某些帶有采樣功能的 分析儀器，其移動性、性價(jià)比也是非常有限的。至今，國內(nèi)外還未有集規(guī)范采樣、實(shí) 時分析、方便在各類水域中自導(dǎo)航移動、帶有便攜式監(jiān)控平臺、完全智能化控制于一 體的水域水質(zhì)采樣分析裝置。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種結(jié)構(gòu)合理、采樣準(zhǔn)確、智能化高、
監(jiān)測效率高的可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置。該裝置集成了 GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航 模塊、無線通信模塊、水質(zhì)釆樣分析模塊、環(huán)境信息采集與處理系統(tǒng)等，通過相應(yīng)的 測量模塊釆集水體各項(xiàng)指標(biāo)和相應(yīng)的地理信息、環(huán)境因素，并實(shí)時發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控平 臺，從而獲得實(shí)時的水質(zhì)分析的部分測試數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于裝置內(nèi)含有下述部分釆樣部分、檢測部分和監(jiān)控部分。 所述釆樣部分含有釆樣水泵[Al]、分樣結(jié)構(gòu)[A2]和樣品倉[A5]。分樣結(jié)構(gòu)[A2] — 側(cè)設(shè)有與釆樣水泵的出水端連接的進(jìn)水管，另一端有多根出水管連接至樣品倉[A5]中的各個樣品袋，兩端之間由多路電磁閥進(jìn)行連接，通過微型控制系統(tǒng)來控制其開、關(guān) 的切換。同時出水口上附帶了一個取樣小管，從該小管流出的水供水質(zhì)分析裝置[A4] 進(jìn)行檢測。
所述檢測部分含有一個用于檢測各樣品袋中水的相關(guān)指標(biāo)的水質(zhì)分析裝置[A4]、 一個用于檢測裝置所在位置地理信息的GPS定位模塊、 一個用于檢測當(dāng)前釆樣水深水 溫的紅外測溫傳感器、 一個用于檢測當(dāng)前水下水流速度的水平傳感器、 一個用于探測 實(shí)際采樣水深的超聲波傳感器和一個用于探測當(dāng)前水面上風(fēng)速狀況的風(fēng)速測量模塊。
其中水質(zhì)分析裝置[A4]使用的測量方法可以是紅外分光光度法、電化學(xué)傳感器測
量方式和半導(dǎo)體傳感器測量方式中的一種或多種方式的組合，分析裝置可快速在線測 量樣品中的多種參數(shù)，如溶解氧、PH值、電導(dǎo)率等。
所述監(jiān)控部分含有一個微型控制系統(tǒng)、 一個全角度視頻監(jiān)視器[B1]和相關(guān)配套軟 件。其中全角度視頻監(jiān)視器[B1]實(shí)時拍攝裝置周圍的環(huán)境狀況，同時微型控制系統(tǒng)把 拍攝到的信息狀況和水質(zhì)分析儀得出的數(shù)據(jù)信息通過無線通信模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控平 臺，利用平臺上的相關(guān)配套軟件可以實(shí)時觀測到裝置周圍的狀況以及各個水質(zhì)的分析 結(jié)果。
試驗(yàn)證明，本發(fā)明可在較少投資的基礎(chǔ)上獲得較為精準(zhǔn)的水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，而又由 于測量周期短，可快速提供初步的檢測結(jié)果，對較早發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常變化、水域監(jiān)測有 著重要影響。同時由于具有成本較低、體積尺寸較小，方便在任意水域下進(jìn)行釆樣分 析等特點(diǎn)，為各種檢測機(jī)構(gòu)提供了便利，具有廣闊的運(yùn)用前景。

圖1為 一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為系統(tǒng)工作流程框圖。
具體實(shí)施方式
一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置的結(jié)構(gòu)如圖l所示，它包含載體[l]、 無線通信模塊[2]、采樣分析模塊[3]、環(huán)境傳感器模塊[4]、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺[5]、自導(dǎo) 航系統(tǒng)[6]和控制模塊[7]。
進(jìn)行水質(zhì)采樣分析時將裝置放入江、河或湖泊所需要檢測的水域中，人在陸地上 打開監(jiān)控平臺上的相關(guān)軟件，在GPS地圖上按照采樣要求設(shè)定釆樣點(diǎn)坐標(biāo)，在發(fā)出工 作指令后，裝置即會自導(dǎo)航到對應(yīng)的坐標(biāo)位置。利用配備的全角度視頻監(jiān)視器[Bl],裝置會自行避開在行進(jìn)過程中遇到的障礙物。在發(fā)出工作指令后也可以在監(jiān)控平臺上 開打環(huán)境監(jiān)測畫面，以便觀測裝置周圍的實(shí)際環(huán)境狀況。監(jiān)控平臺同時保留了手工遙 控功能，當(dāng)采用此功能時，自導(dǎo)航系統(tǒng)將會被關(guān)閉，此時，可以通過環(huán)境監(jiān)測畫面觀 察并利用相關(guān)的按鍵控制其行駛。
裝置到達(dá)采樣點(diǎn)后，隨即進(jìn)行采樣點(diǎn)環(huán)境信息釆集，同時把水深信息、水流速度 信息、風(fēng)速信息等反饋給監(jiān)控平臺。此時裝置根據(jù)所探測得的水深信息進(jìn)行采樣水層 分析，以便進(jìn)行釆樣深度控制、采樣次數(shù)控制。
在水層分析結(jié)東后裝置則按照所分析所得結(jié)果把釆樣泵的吸水管放入到對應(yīng)深度 中進(jìn)行采樣，同時環(huán)境傳感器也會重新測量環(huán)境信息，再次反饋給監(jiān)控平臺。
裝置在采樣時，其微型控制系統(tǒng)會控制分樣結(jié)構(gòu)上的電磁閥關(guān)閉其他采樣袋的通 道，只留出一個釆樣袋的通道，使得采樣泵將樣品存放到對應(yīng)的采樣袋上。當(dāng)進(jìn)行多 次釆樣時，微型控制系統(tǒng)控制電磁閥依次打開所需要使用的釆樣袋通道，其他通道均 處于關(guān)閉狀態(tài)。在釆樣結(jié)東后立即將此通道關(guān)閉，確保不會出現(xiàn)樣品溢出或混合上其 他采樣袋上的樣品。
裝置在接收到確認(rèn)指令后會自動完成釆樣、分析搡作，無須人工搡作。采樣完成 后裝置則把采樣管道收回并自行返回到原來的出發(fā)位置或目標(biāo)位置。
權(quán)利要求
1.一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置，其特征在于，其包括載體[1]、無線通信模塊[2]、采樣分析模塊[3]、環(huán)境傳感器模塊[4]、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺[5]、自導(dǎo)航系統(tǒng)[6]和控制模塊[7]。
2. 按照權(quán)利要求l所述的一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)釆樣分析裝置，其特征在于， 所述的載體[l]包含動力源、外觀結(jié)構(gòu)、平衡翼。所述動力源的功能是為裝置的行駛推進(jìn)器[C1]提供驅(qū)動力、為裝置內(nèi)裝載的其 他模塊[C"提供工作電力。所述行駛推進(jìn)器[C1]為兩個或多個帶螺旋槳的電動馬達(dá)，可同時工作或單獨(dú)工 作，在其中某個失效時還可以確保裝置有足夠的行駛動力。所述外觀結(jié)構(gòu)為以船型作為裝置整體外觀結(jié)構(gòu)。其流線型結(jié)構(gòu)可提高裝置在水 中的穩(wěn)定性，并減少水對裝置的阻力。所述平衡翼為裝置的附加外置結(jié)構(gòu)，以提高裝置在水中的平衡性、安全性。
3. 按照權(quán)利要求l所述的一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)釆樣分析裝置，其特征在于， 所述的無線通信模塊[2]采用無線電雙向通信方式，靜態(tài)通信距離大于等于800 米。
4. 按照權(quán)利要求l所述的一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)釆樣分析裝置，其特征在于， 所述的釆樣分析模塊[3]包含采樣水泵[A1]、水深控制結(jié)構(gòu)[A3]、水質(zhì)分析裝置 [A4]和樣品倉[A5〗。所述采樣水泵[Al]是揚(yáng)程大于10米，流量大于等于2L/min的潛水泵。 所述樣品倉[A5]可存放多個容量為2L樣品袋，同時配備分樣結(jié)構(gòu)[A2]，可把不 同采樣水深所采集的樣品分別存放到不同的樣品袋中。所述水深控制結(jié)構(gòu)[A3]可自由控制采樣水泵的水深位置，最大深度可達(dá)8米。 所述水質(zhì)分析裝置[A4]使用的測量方法為紅外分光光度法、采用電化學(xué)傳感器 的測量方式、釆用半導(dǎo)體傳感器的測量方式中的一種或多種方式的組合。該水質(zhì)分 析裝置可快速在線測量樣品中的多種參數(shù)，如溶解氧、PH值、電導(dǎo)率等。
5. 按照權(quán)利要求l所述的一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置，其特征在于， 所述的環(huán)境傳感器模塊[4]包含水下水溫測量模塊、水深測量模塊、水下水流速度測量模塊、水面風(fēng)速測量模塊。所述水下水溫測量模塊采用紅外測溫方式，利用紅外測溫傳感器感知釆樣泵所 處水深的水溫。所述水深測量模塊采用聲納測距原理，利用超聲波傳感器測量水深。 所述水下水流速度測量模塊使用水平傳感器，利用水流所產(chǎn)生的加速度傾斜角 來感知不同的水流速度。所述水面風(fēng)速測量模塊使用風(fēng)力流量傳感器進(jìn)行水面風(fēng)速測量。
6. 按照權(quán)利要求l所述的一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置，其特征在于， 所述的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺[5]包含監(jiān)控設(shè)定及顯示模塊、監(jiān)控模塊上的配套軟件、裝 置前端所配備的全角度視頻監(jiān)視器[Bl]。所述監(jiān)控設(shè)定及顯示模塊為整個采樣過程進(jìn)行功能性設(shè)定、顯示，可為電腦PC 機(jī)、工控機(jī)、智能手機(jī)或?qū)ｉT的遙控裝置，供采樣人員監(jiān)控使用。所述全角度視頻監(jiān)視器[B1]為可自由旋轉(zhuǎn)的攝像裝置，根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)任意角 度的視角調(diào)整，借此觀測水面以上或水面以下的環(huán)境狀況。所述配套軟件為監(jiān)控設(shè)定及顯示模塊上的應(yīng)用軟件，可方便地移植到其他平臺 上進(jìn)行工作。
7. 按照權(quán)利要求l所述的一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置，其特征在于， 所述的自導(dǎo)航系統(tǒng)[6]包含GPS定位模塊、配套GPS地圖。所述GPS定位模塊是定位誤差小于10m并可實(shí)時傳輸定位信息的GPS接收器。 所述配套GPS地圖為PC平臺、工控機(jī)、智能手機(jī)或?qū)ｉT的遙控裝置上的可實(shí)時 顯示GPS接收器在地圖上的坐標(biāo)位置的地圖，并可以設(shè)置目標(biāo)采樣點(diǎn)，控制采樣裝 置自動航行到目標(biāo)采樣點(diǎn)的電子軟件。軟件可以很方便地移植到其他平臺上工作。
8. 按照權(quán)利要求l所述的一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置，其特征在于， 所述的控制模塊[7]包含推進(jìn)器控制部分、采樣控制部分。 所述推進(jìn)器控制部分有裝置的行駛、停止、轉(zhuǎn)向控制，裝置的自導(dǎo)航控制。 所述采樣控制部分有釆樣泵的放下、回收控制，釆樣泵的工作、停止控制，樣品分類存儲結(jié)構(gòu)控制，樣品分析控制。所述樣品分類存儲結(jié)構(gòu)控制是裝置進(jìn)行采樣時，利用分樣結(jié)構(gòu)對各采樣袋存儲 通道的進(jìn)行開、關(guān)的切換控制。
全文摘要
一種可遠(yuǎn)程遙控自導(dǎo)航水質(zhì)采樣分析裝置屬于環(huán)境保護(hù)中水質(zhì)監(jiān)測、采樣、分析系統(tǒng)集成領(lǐng)域，特別涉及自導(dǎo)航行駛、水質(zhì)采樣分析檢測技術(shù)。其包括載體[1]、無線通信模塊[2]、采樣分析模塊[3]、環(huán)境傳感器模塊[4]、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺[5]、自導(dǎo)航系統(tǒng)[6]、控制模塊[7]等部分。本發(fā)明具有對水質(zhì)采樣全過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動采集、分樣保存、自動記錄相關(guān)信息等特點(diǎn)，同時具有快速、精確的獲得時間和空間信息的優(yōu)點(diǎn)，而且裝置的水質(zhì)分析模塊可在第一時間獲取到部分水質(zhì)分析結(jié)果，從而可大幅提高水質(zhì)現(xiàn)場采樣的準(zhǔn)確性、真實(shí)性、及時性、智能性及監(jiān)測效率，降低采樣風(fēng)險(xiǎn)和成本，對水域水質(zhì)監(jiān)測有著重要意義。
文檔編號G01N1/10GK101592649SQ200910107500
公開日2009年12月2日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者平 朱, 強(qiáng) 李, 波 李, 杰 梁, 武廣元, 冰 郭, 勇 郭 申請人:深圳市華測檢測技術(shù)股份有限公司;北京華測北方檢測技術(shù)有限公司;蘇州市華測檢測技術(shù)有限公司