農業面源汙染在線監測與自動取樣系統的製作方法
2023-07-01 06:32:06 2
專利名稱：農業面源汙染在線監測與自動取樣系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及環境科學和農田生態學研究設備領域，特別是指一種農業面源汙染在線監測與自動取樣系統。
背景技術：
在目前的研究工作中，汙染監測工作可分為人為定點監測和自動監測。定點監測費時、費力，對於特殊條件(如降水)或特殊區域的汙染監測則顯得較為滯後，力不從心。因此，自動監測日益成為汙染監測的主導，人為定點監測作為輔助手段，這是目前汙染監測工作的總體趨勢。在自動汙染監測工作中，又以點源汙染監測為主。因其汙染源固定、汙染排放集中，故監測較為容易。點源汙染的自動監測體系被環保部門廣泛應用於各地汙染企業的監測，並達到自動監測與預警預報一體化，當企業排汙超標時，系統就會報警通知相關人員。相對於點源汙染，面源汙染具有較大不確定性，主要體現在時間不確定、地點不確定、汙染物不確定、範圍不確定、汙染負荷不確定等方面。因此相較於點源監測，其監測存在一定困難，目前也很少有面源汙染自動監測體系，或其監測手段還不成熟。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，能夠對農業面源汙染負荷及其產生過程進行自動取樣與監測。為解決上述技術問題，本實用新型的實施例提供技術方案如下一方面，提供一種農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，包括用於監測雨量及降雨過程的雨量自動監測子系統；用於監測匯集到梯形堰中的農業面源汙染徑流的流量自動監測子系統；用於從所述梯形堰中獲取農業面源汙染徑流的水樣的在線取樣子系統；用於監測所述梯形堰中的農業面源汙染徑流的預設面源汙染指標的面源汙染指標在線監測子系統；與所述雨量自動監測子系統、所述流量自動監測子系統、所述在線取樣子系統和所述面源汙染指標在線監測子系統分別相連、用於從相連的子系統獲取數據並對獲取到的數據進行處理的系統控制與數據處理子系統；與所述系統控制與數據處理子系統相連、用於為上述各個子系統供電的太陽能供電子系統。進一步地，所述太陽能供電子系統包括用於將太陽能轉換成電能並儲存，直接為所述系統控制與數據處理子系統供電，並通過所述系統控制與數據處理子系統為所述雨量自動監測子系統、所述流量自動監測子系統、所述在線取樣子系統和所述面源汙染指標在線監測子系統供電的太陽能電池板。進一步地，所述雨量自動監測子系統包括[0016]用於監測降雨及降雨過程，儲存降雨數據並將降雨數據傳輸到所述系統控制與數據處理子系統的自動雨量計。進一步地,所述自動雨量計的最小監測雨量為0. 5_。進一步地，所述流量自動監測子系統包括用於匯集農業面源汙染徑流的梯形堰；固定在所述梯形堰的側壁上、用於感應和監測所述梯形堰中農業面源汙染徑流的流量，並將流量數據傳輸到所述系統控制與數據處理子系統的在線流量自動監測探頭。進一步地，所述在線流量自動監測探頭具體用於在農業面源汙染徑流的流速不低於0. 01m/s時，傳輸流速信號給所述系統控制與數據處理子系統，作為開啟所述在線取樣子系統和面源汙染指標在線監測子系統的指令。進一步地，所述梯形堰為複合梯形堰，所述梯形堰的下梯形為60°等腰梯形，所述梯形堰的上梯形為45°等腰梯形；所述梯形堰的入口處設置有用於阻擋懸浮物的柵格；所述梯形堰的下梯形側面包括一傾角為10°、用於放置探頭的凹槽，所述凹槽的槽口下水平線距離所述梯形堰堰底0. Im,所述凹槽的槽口覆蓋有鐵絲網。進一步地，所述在線取樣子系統包括置於所述梯形堰的凹槽內、用於採集所述梯形堰中的農業面源汙染徑流並去除其中的懸浮物的採樣探頭；與所述採樣探頭相連、用於根據所述系統控制與數據處理子系統的指令控制水泵的開啟，按照預設採樣時間間隔採取水樣的取樣裝置。進一步地，所述面源汙染指標在線監測子系統包括置於所述梯形堰的凹槽內、用於在降雨時段內測定所述梯形堰中農業面源汙染徑流的預設面源汙染指標，記錄並儲存指標數據，將指標數據傳輸到所述系統控制與數據處理子系統的面源汙染指標在線監測探頭。進一步地，所述系統控制與數據處理子系統包括用於接收數據並將數據發送給工作人員的GPRS發射器；與所述GPRS發射器相連、用於分配所述太陽能供電子系統傳輸的電量、從相連的子系統獲取和儲存數據、並將數據傳輸給所述GPRS發射器的系統控制與數據處理晶片。進一步地，所述系統控制與數據處理晶片具體用於將所述太陽能供電子系統傳輸的電量分配給所述GPRS發射器、所述雨量自動監測子系統、所述流量自動監測子系統、所述在線取樣子系統和所述面源汙染指標在線監測子系統；所述系統控制與數據處理晶片還用於在接收到所述雨量自動監測子系統的降雨信號後，開啟所述流量自動監測子系統，並在接收到所述流量自動監測子系統的流速信號後，開啟所述面源汙染指標在線監測子系統，並設定所述在線取樣子系統的採樣時間間隔，控制所述在線取樣子系統進行農業面源汙染徑流的採樣；所述系統控制與數據處理晶片還用於接收並儲存來自所述雨量自動監測子系統、所述流量自動監測子系統以及所述面源汙染指標在線監測子系統的數據，並將收集到的數據傳輸給所述GPRS發射器。本實用新型的實施例具有以下有益效果[0037]上述方案中，農業面源汙染在線監測與自動取樣系統由用於監測雨量及降雨過程的雨量自動監測子系統、用於監測匯集到梯形堰中的農業面源汙染徑流面源汙染徑流的流量自動監測子系統、用於從所述梯形堰中獲取農業面源汙染徑流的水樣的在線取樣子系統、用於監測所述梯形堰中的農業面源汙染徑流的預設面源汙染指標的面源汙染指標在線監測子系統、用於從相連的子系統獲取數據並對獲取到的數據進行處理的系統控制與數據處理子系統、用於為上述各個子系統供電的太陽能供電子系統組成。通過本實用新型的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統可以對農業面源汙染負荷及其產生過程進行自動取樣與監測，並且組成該系統的各個子系統可自行拆卸，方便攜帶和野外安裝。
圖I為本實用新型實施例的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統的流量自動監測子系統、面源汙染指標在線監測子系統和在線取樣子系統的探頭安裝示意圖；圖3為本實用新型實施例的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統的各子系統的交互示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的實施例要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。本實用新型的實施例針對現有技術中未能有效自動監測面源汙染的問題，提供一種農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，能夠對農業面源汙染負荷及其產生過程進行自動取樣與監測。圖I為本實用新型實施例的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統的結構示意圖,如圖I所示，本實施例包括用於監測雨量及降雨過程的雨量自動監測子系統20 ；用於監測匯集到梯形堰中的農業面源汙染徑流的流量自動監測子系統40 ；用於從梯形堰中獲取農業面源汙染徑流的水樣的在線取樣子系統50 ；用於監測梯形堰中的農業面源汙染徑流的預設面源汙染指標的面源汙染指標在線監測子系統60 ；與雨量自動監測子系統20、流量自動監測子系統40、在線取樣子系統50和面源汙染指標在線監測子系統60分別相連、用於從相連的子系統獲取數據並對獲取到的數據進行處理的系統控制與數據處理子系統30 ；與系統控制與數據處理子系統30相連、用於為上述各個子系統供電的太陽能供電子系統10。其中，太陽能供電子系統10包括太陽能電池板，能夠將太陽能轉換成電能並儲存，直接為系統控制與數據處理子系統30供電，並通過系統控制與數據處理子系統30為雨量自動監測子系統20、流量自動監測子系統40、在線取樣子系統50和面源汙染指標在線監測子系統60供電，充當整個系統的電源。[0051]雨量自動監測子系統20的主要部件是自動雨量計，能夠監測和記錄降雨及降雨過程，並儲存降雨數據，將降雨數據傳輸到系統控制與數據處理子系統30。其中，自動雨量計的最小監測雨量可以為0. 5_，這樣能夠保證降雨監測的精度。流量自動監測子系統40包括用於匯集農業面源汙染徑流的梯形堰5 ;固定在梯形堰5的側壁上、用於感應和監測梯形堰5中農業面源汙染徑流的流量，並將流量數據傳輸到系統控制與數據處理子系統30的在線流量自動監測探頭6。其中，如圖2所示，梯形堰5為複合梯形堰，下梯形為60°等腰梯形，可在較短時間內達到較高水位，上梯形為45°等腰梯形，下梯形的高度可以設置為lm。本實施例的梯形堰5用於匯集農業面源汙染徑流，其入口處可以設置一柵格，用於阻擋大體型的懸浮物。如圖2所示，梯形堰5的下梯形側面帶一凹槽，該凹槽的傾角可以為10°，以便於凹槽內汙水流出，凹槽的槽口下水平線距離堰底0. lm，凹槽口用鐵絲網覆蓋，凹槽可以用於放置、保護儀器探頭。梯形堰5的頂部可以用鐵絲網覆蓋，避免大型物體落入梯形堰5中。因為本實用新型的技術方案主要是用於監測農業面源汙染，因此設計梯形堰5以用於匯集汙水，在實際應用中還可以根據地形、地貌、監測對象、採樣裝置及監測裝置的安放等其他因素，來設定具體的監測斷面。如圖2所示，在線流量自動監測探頭6固定在梯形堰5下梯形的側壁上，可以用一外罩來保護在線流量自動監測探頭6，其位置與凹槽槽口相對，與凹槽內的面源汙染指標在線監測探頭9和採樣探頭7處於同一水平線上。在線流量自動監測探頭6用於感應和監測梯形堰5中的農業面源汙染徑流的流量，當農業面源汙染徑流的流速達到0. 01m/s時，將流速信號傳輸給系統控制與數據處理子系統30，作為開啟在線取樣子系統50和面源汙染指標在線監測子系統60的指令之一，之後記錄、保存流量數據，並將流量數據傳輸到系統控制與數據處理子系統30。本實施例中，當降雨發生時，系統控制與數據處理子系統30接收到來自雨量自動監測子系統20的降雨信號，開啟流量自動監測子系統40，當梯形堰5中匯集了一定的水量時，系統控制與數據處理子系統30接收到來自流量自動監測子系統40的流速信號，此時，系統控制與數據處理子系統30向在線取樣子系統50及面源汙染指標在線監測子系統60發出工作指令。其中，在線取樣子系統50包括採樣探頭I和取樣裝置8。採樣探頭I置於梯形堰5的側面凹槽內，其外可以包裹一層紗布，採樣探頭7用於採集梯形堰5中的汙水並除去其中的懸浮物，採樣探頭7與在線流量自動監測探頭6以及面源汙染指標在線監測探頭9處於同一水平線上；取樣裝置8與採樣探頭7相連，接收來自系統控制與數據處理子系統30的指令，控制水泵的開啟，每隔預設分鐘(或小時)取滿一瓶水樣，待取回實驗室測定之用。通過在線取樣子系統50，本實施例可以採集到降雨過程中不同時段的水樣，在一定時間內將水樣取回實驗室分析，可以得到降雨過程中面源汙染指標的變化曲線。面源汙染指標在線監測子系統60包括置於梯形堰5側面凹槽內的面源汙染指標在線監測探頭9，面源汙染指標在線監測探頭9與採樣探頭7以及在線流量自動監測探頭6處於同一水平線上；面源汙染指標在線監測探頭9負責測定降雨時段內梯形堰5中農業面源汙染徑流的面源汙染指標，如COD、NH3-N, pH、TN、TP等，記錄並儲存指標數據，並將指標數據傳輸到系統控制與數據處理子系統30。[0059]通過面源汙染指標在線監測子系統60，本實施例可以得到降雨過程中面源汙染指標的變化曲線。農業面源汙染在線監測與自動取樣系統的核心部件是系統控制與數據處理子系統30，系統控制與數據處理子系統30包括用於接收數據並將數據發送給工作人員的GPRS發射器I和系統控制與數據處理晶片。系統控制與數據處理晶片與上述各個子系統以及GPRS發射器I相連，其進行數據處理與儲存，收集各個子系統的數據，並通過GPRS發射器I將數據傳輸給相關的工作人員，如圖3所示為系統控制與數據處理子系統30與其它各個子系統的交互示意圖。本實施例中，系統控制與數據處理晶片主要實現如下功能①系統配電用於將太陽能供電子系統10傳輸過來的電量分配給GPRS發射器I、雨量自動監測子系統20、流量自動監測子系統40、在線取樣子系統50以及面源汙染指標在線監測子系統60 系統控制接收到來自雨量自動監測子系統20的降雨信號以及流量自動監測子系統40的流速信號，控制在線取樣子系統50的取樣過程；③數據收集與儲存接收並儲存來自雨量自動監測子系統20、流量自動監測子系統40以及面源汙染指標在線監測子系統60的數據；④數據傳輸將收集到的數據傳輸給GPRS發射器I。本實用新型的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統可以在野外無人監管的條件下實現全自動的農業面源汙染監測，該系統針對面源汙染的一種主要形式，即強降雨過程中的農業面源汙染，以此為監測目標，實現了面源汙染的全自動監測，並且該系統還具有可拆卸、易組裝和野外安裝的特點。以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，包括 用於監測雨量及降雨過程的雨量自動監測子系統； 用於監測匯集到梯形堰中的農業面源汙染徑流的流量自動監測子系統； 用於從所述梯形堰中獲取農業面源汙染徑流的水樣的在線取樣子系統； 用於監測所述梯形堰中的農業面源汙染徑流的預設面源汙染指標的面源汙染指標在線監測子系統； 與所述雨量自動監測子系統、所述流量自動監測子系統、所述在線取樣子系統和所述面源汙染指標在線監測子系統分別相連、用於從相連的子系統獲取數據並對獲取到的數據進行處理與存儲的系統控制與數據處理子系統； 與所述系統控制與數據處理子系統相連、用於為上述各個子系統供電的太陽能供電子系統。
2.根據權利要求I所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述太陽能供電子系統包括 用於將太陽能轉換成電能並儲存，直接為所述系統控制與數據處理子系統供電，並通過所述系統控制與數據處理子系統為所述雨量自動監測子系統、所述流量自動監測子系統、所述在線取樣子系統和所述面源汙染指標在線監測子系統供電的太陽能電池板。
3.根據權利要求I所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述雨量自動監測子系統包括 用於監測降雨及降雨過程，儲存降雨數據並將降雨數據傳輸到所述系統控制與數據處理子系統的自動雨量計。
4.根據權利要求3所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述自動雨量計的最小監測雨量為O. 5mm。
5.根據權利要求I所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述流量自動監測子系統包括 用於匯集農業面源汙染徑流的梯形堰； 固定在所述梯形堰的側壁上、用於感應和監測所述梯形堰中農業面源汙染徑流的流量，並將流量數據傳輸到所述系統控制與數據處理子系統的在線流量自動監測探頭。
6.根據權利要求5所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述在線流量自動監測探頭具體用於在農業面源汙染徑流的流速不低於O. Olm/s時，傳輸流速信號給所述系統控制與數據處理子系統，作為開啟所述在線取樣子系統和面源汙染指標在線監測子系統的指令。
7.根據權利要求5所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述梯形堰為複合梯形堰，所述梯形堰的下梯形為60°等腰梯形，所述梯形堰的上梯形為45°等腰梯形； 所述梯形堰的入口處設置有用於阻擋懸浮物的柵格； 所述梯形堰的下梯形側面包括一傾角為10°、用於放置探頭的凹槽，所述凹槽的槽口下水平線距離所述梯形堰堰底O. lm，所述凹槽的槽口覆蓋有鐵絲網。
8.根據權利要求7所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述在線取樣子系統包括置於所述梯形堰的凹槽內、用於採集所述梯形堰中的農業面源汙染徑流並去除其中的懸浮物的採樣探頭； 與所述採樣探頭相連、用於根據所述系統控制與數據處理子系統的指令控制水泵的開啟，按照預設採樣時間間隔採取水樣的取樣裝置。
9.根據權利要求7所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述面源汙染指標在線監測子系統包括 置於所述梯形堰的凹槽內、用於在降雨時段內測定所述梯形堰中農業面源汙染徑流的預設面源汙染指標，記錄並儲存指標數據，將指標數據傳輸到所述系統控制與數據處理子系統的面源汙染指標在線監測探頭。
10.根據權利要求I所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於，所述系統控制與數據處理子系統包括 用於接收數據並將數據發送給工作人員的GPRS發射器； 與所述GPRS發射器相連、用於分配所述太陽能供電子系統傳輸的電量、從相連的子系統獲取和儲存數據、並將數據傳輸給所述GPRS發射器的系統控制與數據處理晶片。
11.根據權利要求10所述的農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，其特徵在於， 所述系統控制與數據處理晶片具體用於將所述太陽能供電子系統傳輸的電量分配給所述GPRS發射器、所述雨量自動監測子系統、所述流量自動監測子系統、所述在線取樣子系統和所述面源汙染指標在線監測子系統； 所述系統控制與數據處理晶片還用於在接收到所述雨量自動監測子系統的降雨信號後，開啟所述流量自動監測子系統，並在接收到所述流量自動監測子系統的流速信號後，開啟所述面源汙染指標在線監測子系統，並設定所述在線取樣子系統的採樣時間間隔，控制所述在線取樣子系統進行農業面源汙染徑流的採樣； 所述系統控制與數據處理晶片還用於接收並儲存來自所述雨量自動監測子系統、所述流量自動監測子系統以及所述面源汙染指標在線監測子系統的數據，並將收集到的數據傳輸給所述GPRS發射器。
專利摘要本實用新型提供一種農業面源汙染在線監測與自動取樣系統，屬於環境科學和農田生態學研究設備領域。該系統包括用於監測雨量及降雨過程的雨量自動監測子系統；用於監測匯集到梯形堰中的農業面源汙染徑流的流量自動監測子系統；用於從所述梯形堰中獲取農業面源汙染徑流的水樣的在線取樣子系統；用於監測所述梯形堰中的農業面源汙染徑流的預設面源汙染指標的面源汙染指標在線監測子系統；用於從相連的子系統獲取數據並對獲取到的數據進行處理與存儲的系統控制與數據處理子系統；與所述系統控制與數據處理子系統相連、用於為上述各個子系統供電的太陽能供電子系統。本實用新型的技術方案能夠對農業面源汙染負荷及其產生過程進行自動取樣與監測。
文檔編號G01N33/18GK202814957SQ20122047825
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者嚴登華, 肖偉華, 沈敏, 王浩, 翁白莎, 王青, 王剛, 吳迪 申請人:中國水利水電科學研究院, 江蘇美淼環保科技有限公司