本發(fā)明屬于環(huán)保監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于TDLAS技術(shù)的連續(xù)激光檢測(cè)技術(shù)，具體為水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置及檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，一般都是將水樣品用容器打撈上來(lái)后帶到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，存在時(shí)效性差、數(shù)據(jù)可靠性差的問(wèn)題：

首先，在實(shí)踐中，處于不同水層的雜質(zhì)密度與種類是不相同的，將取樣點(diǎn)處的水打撈上來(lái)的過(guò)程成，存在樣品被污染、稀釋的風(fēng)險(xiǎn)；

其次，打撈上來(lái)的水樣品在氧氣、日照等因素的影響下，會(huì)發(fā)生揮發(fā)、變質(zhì)、彌散等問(wèn)題；

再次，從樣本點(diǎn)取樣，也存在樣本容量偏小，測(cè)量、統(tǒng)計(jì)容易出現(xiàn)誤差的問(wèn)題，缺少累積形成的歸納分析，即存在以點(diǎn)概面的缺憾；

最后，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)是離散的、間斷的檢測(cè)方法。雖然有將設(shè)備裝載的車輛或船只上，但這樣做成本高、耗費(fèi)的人力物力資源多，不適合連續(xù)的檢測(cè)。

TDLAS技術(shù)，是采用激光對(duì)待檢測(cè)介質(zhì)的無(wú)損、實(shí)時(shí)采樣與檢測(cè)技術(shù)。已從早期由軍工領(lǐng)域的引入、應(yīng)用，逐步推廣大氣環(huán)境、井下安全、危險(xiǎn)場(chǎng)所監(jiān)控等技術(shù)領(lǐng)域。目前現(xiàn)有在水下采用TDLAS技術(shù)的報(bào)道與應(yīng)用。如果能夠改進(jìn)現(xiàn)有水下檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，把TDLAS技術(shù)與之結(jié)合，將有可能對(duì)現(xiàn)有的水質(zhì)環(huán)境檢測(cè)、監(jiān)測(cè)起到積極的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)的不足，本發(fā)明提供一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置及檢測(cè)方法，具體如下：

一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，包括殼體、前蓋板和后蓋板；

殼體為圓柱體；在殼體長(zhǎng)度方向一端的外表面設(shè)有牽引支架；在殼體長(zhǎng)度方向另一端的外表面設(shè)有平衡尾翼；

在殼體長(zhǎng)度方向的兩個(gè)端面之間設(shè)有6個(gè)中空腔體；6個(gè)中空腔體相互平行，且均貫穿殼體；6個(gè)中空腔體分別稱為：設(shè)備艙、左側(cè)樣品艙、右側(cè)樣品艙、左側(cè)檢測(cè)艙、右側(cè)檢測(cè)艙和底部檢測(cè)艙；

其中，

在設(shè)有牽引支架一側(cè)的殼體端部配有前蓋板；在前蓋板上設(shè)有5個(gè)前蓋板通孔，分別與左側(cè)樣品艙、右側(cè)樣品艙、左側(cè)檢測(cè)艙、右側(cè)檢測(cè)艙和底部檢測(cè)艙的前側(cè)開口相對(duì)應(yīng)；在前蓋板通孔外側(cè)的前蓋板上配有前蓋板磁控閥；

在設(shè)有平衡尾翼一側(cè)的殼體端部配有后蓋板；在后蓋板上設(shè)有3個(gè)后蓋板通孔，分別與左側(cè)檢測(cè)艙、右側(cè)檢測(cè)艙和底部檢測(cè)艙的后側(cè)開口相對(duì)應(yīng)；在后蓋板通孔外側(cè)的后蓋板上配有后蓋板磁控閥；

在左側(cè)樣品艙和右側(cè)樣品艙內(nèi)分別配有一根絲杠；在絲杠上配有螺母和防水電機(jī)；通過(guò)防水電機(jī)帶動(dòng)螺母沿著絲杠長(zhǎng)度方向前后移動(dòng)；螺母的外徑與左側(cè)樣品艙、右側(cè)樣品艙的內(nèi)徑相匹配；

在左側(cè)檢測(cè)艙和右側(cè)檢測(cè)艙內(nèi)分別配有一根激光檢測(cè)支架；激光檢測(cè)支架為圓管；在激光檢測(cè)支架的兩端分別設(shè)有激光發(fā)射模塊和激光接收模塊；

設(shè)備艙內(nèi)設(shè)有單片機(jī)和電源，單片機(jī)與電源相連并取電；設(shè)備艙與左側(cè)樣品艙、右側(cè)樣品艙、左側(cè)檢測(cè)艙、右側(cè)檢測(cè)艙之間均設(shè)有殼體通孔，在每個(gè)殼體通孔上配有隔水轉(zhuǎn)接頭；左側(cè)檢測(cè)艙內(nèi)的激光發(fā)射模塊和激光接收模塊、右側(cè)檢測(cè)艙內(nèi)的激光發(fā)射模塊和激光接收模塊、左側(cè)樣品艙內(nèi)的防水電機(jī)、右側(cè)樣品艙內(nèi)的防水電機(jī)(分別通過(guò)導(dǎo)線經(jīng)隔水轉(zhuǎn)接頭與設(shè)備艙內(nèi)的單片機(jī)、電源相連接。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的檢測(cè)方法，按如下步驟進(jìn)行：

步驟1：由單片機(jī)檢測(cè)并控制前蓋板磁控閥、后蓋板磁控閥處于開啟的狀態(tài)，激光發(fā)射模塊不工作、防水電機(jī)帶動(dòng)螺母移動(dòng)至靠近前蓋板一側(cè)的絲杠端部；

步驟2：人工向單片機(jī)錄入檢測(cè)工作參數(shù)；

步驟3：將繩索與牽引支架相連，將水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置投入待檢測(cè)水域；將繩索投入水中，直至水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置到達(dá)擬檢測(cè)的水位；

步驟4：由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射模塊按人工設(shè)定的參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射激光束；由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射模塊按人工設(shè)定的參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射激光束；激光束穿過(guò)激光檢測(cè)支架內(nèi)的液體后，被對(duì)應(yīng)的激光接收模塊接受并反饋至單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行、采樣、放大、過(guò)濾及成分分析與儲(chǔ)存；

步驟5：由單片機(jī)按人工設(shè)定的參數(shù)驅(qū)動(dòng)防水電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺母移動(dòng)至靠近后蓋板一側(cè)的絲杠端部，將檢測(cè)區(qū)域的液體樣本抽入左側(cè)樣品艙和/或右側(cè)樣品艙；隨后，由單片機(jī)控制與左側(cè)樣品艙和/或右側(cè)樣品艙對(duì)應(yīng)的前蓋板磁控閥關(guān)閉，獲取液體樣品；

步驟6：由單片機(jī)通過(guò)導(dǎo)線和隔水轉(zhuǎn)接頭向水面上的工控機(jī)通信，傳遞數(shù)據(jù)，并根據(jù)人工指令進(jìn)行檢測(cè)；

步驟7：結(jié)束檢測(cè)后，由單片機(jī)控制激光發(fā)射模塊停止工作；通過(guò)繩索和卷?yè)P(yáng)機(jī)將水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置吊起。

有益的技術(shù)效果

1)本發(fā)明具有左側(cè)樣品艙和右側(cè)樣品艙，能夠把由左側(cè)檢測(cè)艙或/和右側(cè)檢測(cè)艙檢測(cè)到的成分異常的水樣品，進(jìn)行抽取和密封保存，不但避免水樣品在打撈的過(guò)程中被污染、稀釋，還能精確地獲取需要進(jìn)一步檢測(cè)的水樣品；

2)本發(fā)明直接在水下進(jìn)行檢測(cè)，僅把數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)導(dǎo)線傳輸上來(lái)，避免樣品在氧氣、日照等因素的影響下而發(fā)生的變質(zhì)等問(wèn)題；

3)本發(fā)明是沉在待檢測(cè)水域?qū)崟r(shí)、連續(xù)地取樣檢測(cè)，能夠積累長(zhǎng)時(shí)期間隔內(nèi)的數(shù)據(jù)，樣本容量大，測(cè)量、統(tǒng)計(jì)出來(lái)的結(jié)果誤差較小，是累積形成的歸納分析，數(shù)據(jù)資料的代表性強(qiáng)、可靠性高；

4)本發(fā)明是連續(xù)的檢測(cè)。且采用的激光發(fā)射模塊、激光接收模塊、單片機(jī)和電源均為市場(chǎng)上現(xiàn)有的、成熟的、微小型化的可靠產(chǎn)品，成本低、易維護(hù)、耗費(fèi)的人力物力資源少，適合連續(xù)多點(diǎn)的檢測(cè)。

5)本發(fā)明具有左側(cè)檢測(cè)艙和右側(cè)檢測(cè)艙，可同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，相互驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果的可靠性，也可分別使用，增強(qiáng)設(shè)備的耐用性。

6)本發(fā)明的左側(cè)檢測(cè)艙和右側(cè)檢測(cè)艙配有不同波長(zhǎng)、功率的激光發(fā)射模塊，能夠進(jìn)行多種介質(zhì)成分的檢測(cè)。

7)本發(fā)明的左側(cè)檢測(cè)艙和右側(cè)檢測(cè)艙配有蓋板磁控閥、后蓋板磁控閥，既能夠動(dòng)態(tài)地進(jìn)行實(shí)施檢測(cè)，也可以鎖定介質(zhì)，進(jìn)行不同激光條件下的檢測(cè)。

8)本發(fā)明的左側(cè)檢測(cè)艙和右側(cè)檢測(cè)艙配有潛水泵，能夠配合蓋板磁控閥、后蓋板磁控閥對(duì)流過(guò)的液體進(jìn)行不同流速的檢測(cè)，檢測(cè)的方式豐富。此外，還能夠?qū)崿F(xiàn)“沖洗”，通過(guò)產(chǎn)生單一方向的水流，確保左側(cè)檢測(cè)艙和右側(cè)檢測(cè)艙不會(huì)被雜質(zhì)堵塞或沉積所造成的誤判斷。

9)本發(fā)明采用絲杠、螺母和防水電機(jī)，形成類似針筒的負(fù)壓采樣機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保存樣品方便。

10)本發(fā)明將TDLAS技術(shù)成功應(yīng)用到水下，實(shí)現(xiàn)低成本、多監(jiān)控點(diǎn)、連續(xù)線性的持續(xù)監(jiān)測(cè)，無(wú)需人員值守，特別適合水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)期性、連續(xù)性、突變性的特點(diǎn)，將有可能對(duì)現(xiàn)有的水質(zhì)環(huán)境檢測(cè)、監(jiān)測(cè)起到積極的作用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的立體示意圖；

圖2是圖1的主視圖；

圖3是圖2的A-A剖視圖；

圖4是圖1的后視圖；

圖5是圖1移去后蓋板3后的后視圖；

圖6是圖5的B-B剖視圖；

圖7是激光檢測(cè)支架17的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)視圖；

圖8是圖1中殼體1的另一角度立體示意圖；

圖9是是激光檢測(cè)支架17的立體示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合說(shuō)明書附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

參見圖1，水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，包括殼體1、前蓋板2和后蓋板3。

參見圖1、5、6和8，殼體1為圓柱體。在殼體1長(zhǎng)度方向一端的外表面設(shè)有牽引支架4。在殼體1長(zhǎng)度方向另一端的外表面設(shè)有平衡尾翼5。

在殼體1長(zhǎng)度方向的兩個(gè)端面之間設(shè)有6個(gè)中空腔體。6個(gè)中空腔體相互平行，且均貫穿殼體1。6個(gè)中空腔體分別稱為：設(shè)備艙6、左側(cè)樣品艙7、右側(cè)樣品艙8、左側(cè)檢測(cè)艙9、右側(cè)檢測(cè)艙10和底部檢測(cè)艙11。其中，

參見圖1、2和3，在設(shè)有牽引支架4一側(cè)的殼體1端部配有前蓋板2。在前蓋板2上設(shè)有5個(gè)前蓋板通孔，分別與左側(cè)樣品艙7、右側(cè)樣品艙8、左側(cè)檢測(cè)艙9、右側(cè)檢測(cè)艙10和底部檢測(cè)艙11的前側(cè)開口相對(duì)應(yīng)。在前蓋板通孔外側(cè)的前蓋板2上配有前蓋板磁控閥12。

參見圖1、3和4，在設(shè)有平衡尾翼5一側(cè)的殼體1端部配有后蓋板3。在后蓋板3上設(shè)有3個(gè)后蓋板通孔，分別與左側(cè)檢測(cè)艙9、右側(cè)檢測(cè)艙10和底部檢測(cè)艙11的后側(cè)開口相對(duì)應(yīng)。在后蓋板通孔外側(cè)的后蓋板3上配有后蓋板磁控閥13。

參見圖3，在左側(cè)樣品艙7和右側(cè)樣品艙8內(nèi)分別配有一根絲杠14。在絲杠14上配有螺母15和防水電機(jī)16。通過(guò)防水電機(jī)16帶動(dòng)螺母15沿著絲杠14長(zhǎng)度方向前后移動(dòng)。螺母15的外徑與左側(cè)樣品艙7、右側(cè)樣品艙8的內(nèi)徑相匹配。

參見圖2、4、7和9，在左側(cè)檢測(cè)艙9和右側(cè)檢測(cè)艙10內(nèi)分別配有一根激光檢測(cè)支架17。激光檢測(cè)支架17為圓管。在激光檢測(cè)支架17的兩端分別設(shè)有激光發(fā)射模塊18和激光接收模塊19。

設(shè)備艙6內(nèi)設(shè)有單片機(jī)和電源，單片機(jī)與電源相連并取電。設(shè)備艙6與左側(cè)樣品艙7、右側(cè)樣品艙8、左側(cè)檢測(cè)艙9、右側(cè)檢測(cè)艙10之間均設(shè)有殼體通孔，在每個(gè)殼體通孔上配有隔水轉(zhuǎn)接頭。左側(cè)檢測(cè)艙9內(nèi)的激光發(fā)射模塊18和激光接收模塊19、右側(cè)檢測(cè)艙10內(nèi)的激光發(fā)射模塊18和激光接收模塊19、左側(cè)樣品艙7內(nèi)的防水電機(jī)16、右側(cè)樣品艙8內(nèi)的防水電機(jī)16分別通過(guò)導(dǎo)線經(jīng)隔水轉(zhuǎn)接頭與設(shè)備艙6內(nèi)的單片機(jī)、電源相連接。

參見圖5，進(jìn)一步說(shuō)，左側(cè)檢測(cè)艙9、右側(cè)檢測(cè)艙10和底部檢測(cè)艙11呈倒三角布置。設(shè)備艙6位于左側(cè)檢測(cè)艙9和右側(cè)檢測(cè)艙10之間。左側(cè)樣品艙7位于左側(cè)檢測(cè)艙9和底部檢測(cè)艙11之間。右側(cè)樣品艙8位于右側(cè)檢測(cè)艙10和底部檢測(cè)艙11之間。

參見圖5，進(jìn)一步說(shuō)，設(shè)備艙6、左側(cè)樣品艙7和右側(cè)樣品艙8呈正三角布置。

進(jìn)一步說(shuō)，在靠近設(shè)備艙6的殼體1處開有數(shù)據(jù)交互窗口。在數(shù)據(jù)交互窗口處配有隔水轉(zhuǎn)接頭。通過(guò)一根導(dǎo)線將水面上的設(shè)備與殼體1處的隔水轉(zhuǎn)接頭相連接，再通過(guò)另一根導(dǎo)線將殼體1處的隔水轉(zhuǎn)接頭與單片機(jī)相連接。

所述導(dǎo)線包括電源線、電信號(hào)通訊線和光信號(hào)通訊線。

進(jìn)一步說(shuō)，在左側(cè)檢測(cè)艙9內(nèi)的激光發(fā)射模塊18為波長(zhǎng)在1000至1400nm，功率不小于20kW的紅外激光發(fā)射器。

在右側(cè)檢測(cè)艙10內(nèi)的激光發(fā)射模塊18所發(fā)射的激光為波長(zhǎng)在800至1400nm，功率在2.0至5.0kW的紅外激光發(fā)射器。不同的功率與波長(zhǎng)能夠?qū)y(tǒng)一介質(zhì)進(jìn)行不同角度的檢測(cè)，提高精確性。優(yōu)選的方案是，平時(shí)采用低功率的、廣能譜的進(jìn)行檢測(cè)，提高效率、降低功耗。需要復(fù)查或重點(diǎn)抽測(cè)時(shí)，采用高功率、窄能譜的進(jìn)行精確測(cè)量。

進(jìn)一步說(shuō)，前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13均分別通過(guò)導(dǎo)線和隔水轉(zhuǎn)接頭與單片機(jī)相連。

前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13常開。

螺母15處于靠近前蓋板2一側(cè)的絲杠14端部。

進(jìn)一步說(shuō)，靠近左側(cè)檢測(cè)艙9的后蓋板磁控閥13配有潛水泵。該靠近左側(cè)檢測(cè)艙9的潛水泵通過(guò)導(dǎo)線和隔水轉(zhuǎn)接頭與單片機(jī)相連。前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13和潛水泵控制進(jìn)入左側(cè)檢測(cè)艙9內(nèi)的待檢測(cè)液體的流量與流速。

更進(jìn)一步說(shuō)，靠近右側(cè)檢測(cè)艙10的后蓋板磁控閥13配有潛水泵。該靠近右側(cè)檢測(cè)艙10的潛水泵通過(guò)導(dǎo)線和隔水轉(zhuǎn)接頭與單片機(jī)相連。前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13和潛水泵控制進(jìn)入右側(cè)檢測(cè)艙10內(nèi)的待檢測(cè)液體的流量與流速。

更進(jìn)一步說(shuō)，靠近右側(cè)檢測(cè)艙10的潛水泵的功率是靠近左側(cè)檢測(cè)艙9的潛水泵的功率0.1至0.8倍，即通過(guò)不同的激光波長(zhǎng)、激光強(qiáng)度與待測(cè)液體流速，實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)條件下的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)測(cè)量與監(jiān)測(cè)。

更進(jìn)一步說(shuō)，在底部檢測(cè)艙11內(nèi)安裝有流量計(jì)。通過(guò)導(dǎo)線和隔水轉(zhuǎn)接頭，將流量計(jì)與單片機(jī)相連接。由于底部檢測(cè)艙11與左側(cè)檢測(cè)艙9、右側(cè)檢測(cè)艙10規(guī)格相同，由流量計(jì)檢測(cè)到的底部檢測(cè)艙11內(nèi)液體的流量狀態(tài)，能夠模擬出相對(duì)準(zhǔn)確的左側(cè)檢測(cè)艙9、右側(cè)檢測(cè)艙10中的實(shí)際狀態(tài)。而由于左側(cè)檢測(cè)艙9、右側(cè)檢測(cè)艙10中需要進(jìn)行激光掃射，故不能在其中安裝流量計(jì)。

所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的檢測(cè)方法，按如下步驟進(jìn)行：

步驟1：由單片機(jī)檢測(cè)并控制前蓋板磁控閥12、后蓋板磁控閥13處于開啟的狀態(tài)，激光發(fā)射模塊18不工作、防水電機(jī)16帶動(dòng)螺母15移動(dòng)至靠近前蓋板2一側(cè)的絲杠14端部。

步驟2：人工向單片機(jī)錄入檢測(cè)工作參數(shù)。

步驟3：將繩索與牽引支架4相連，將水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置投入待檢測(cè)水域。將繩索投入水中，直至水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置到達(dá)擬檢測(cè)的水位。

步驟4：由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射模塊18按人工設(shè)定的參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射激光束。由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)激光發(fā)射模塊18按人工設(shè)定的參數(shù)產(chǎn)生并發(fā)射激光束。激光束穿過(guò)激光檢測(cè)支架17內(nèi)的液體后，被對(duì)應(yīng)的激光接收模塊19接受并反饋至單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行、采樣、放大、過(guò)濾及成分分析與儲(chǔ)存。

步驟5：由單片機(jī)按人工設(shè)定的參數(shù)驅(qū)動(dòng)防水電機(jī)16旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺母15移動(dòng)至靠近后蓋板3一側(cè)的絲杠14端部，將檢測(cè)區(qū)域的液體樣本抽入左側(cè)樣品艙7和/或右側(cè)樣品艙8。隨后，由單片機(jī)控制與左側(cè)樣品艙7和/或右側(cè)樣品艙8對(duì)應(yīng)的前蓋板磁控閥12關(guān)閉，獲取液體樣品。

步驟6：由單片機(jī)通過(guò)導(dǎo)線和隔水轉(zhuǎn)接頭向水面上的工控機(jī)通信，傳遞數(shù)據(jù)，并根據(jù)人工指令進(jìn)行檢測(cè)。

步驟7：結(jié)束檢測(cè)后，由單片機(jī)控制激光發(fā)射模塊18停止工作。通過(guò)繩索和卷?yè)P(yáng)機(jī)將水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置吊起。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。