一種高精度的新型水質檢測裝置的製作方法
2023-04-23 22:34:10 2
本發明涉及水質檢測技術領域，具體為一種高精度的新型水質檢測裝置。
背景技術：
水是生命之源，人類在生活和生產活動中都離不開水，生活飲用水水質的優劣與人類健康密切相關；隨著社會經濟發展、科學進步和人民生活水平的提高，人們對生活飲用水的水質要求不斷提高，飲用水水質標準也相應地不斷發展和完善。由於生活飲用水水質標準的制定與人們的生活習慣、文化、經濟條件、科學技術發展水平、水資源及其水質現狀等多種因素有關，不僅各國之間，而且同一國家的不同地區之間，對飲用水水質的要求都存在著差異，飲用水主要考慮對人體健康的影響，其水質標準除有物理指標、化學指標外，還有微生物指標；對工業用水則考慮是否影響產品質量或易於損害容器及管道，因此水質檢測在生活中有著很重要的作用；
申請號為201610879752.9，專利名稱為一種水質檢測系統，具體包括一種水質檢測系統，包括水質傳感器、無線傳感器網絡以及接收終端；水質傳感器包括外殼，外殼內設有光學系統，光學系統連接光電轉換單元，光電轉換單元將信號數據傳輸至數據處理單元，數據處理單元通過通信單元將數據發射出去，還包括鋰電池，鋰電池通過電纜連接通信單元。本發明採用拉曼散射技術，利用安裝在傳感器末端的光電轉換和分析單元自動分析水質的顆粒物含量檢測數據通過有線或者無線方式發送到接收端，系統可以採用播撒方式布置到測量區域，採用無線傳感器網絡進行數據收集，系統自帶電池，回收方便，安裝簡單，整機體積減小，智能化水平高，安全性好，既滿足分布式水質PPM測量的功能要求，又可以實現水質網絡在線檢測；但是該裝置在進行水質檢測的時候精度不夠，而且檢測後的汙水無法處理，不利於環境保護。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種高精度的新型水質檢測裝置，通過設置水樣採集系統，有效的採集水樣，並保證水樣的隨機性，同時通過設置水處理系統，經過多種反應試劑的反應之後，排入到水質檢測系統，進行水質檢測，檢測的數據經過控制與信號處理系統之後顯示並存儲，同時在檢測到水質有問題時通過安全報警系統提醒檢測人員，且在檢測之後利用排汙系統實現水的淨化處理和回收利用，整個裝置可以精確地檢測水質的成分，且檢測方便，檢測後也實現了汙水處理和回收利用，環保安全。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種高精度的新型水質檢測裝置，包括水樣採集系統、水處理系統、水質檢測系統、排汙系統、控制與信號處理系統和安全報警系統，所述水樣採集系統將採集好的待檢測的水樣排入水處理系統，經過處理之後排入水質檢測系統進行水質檢測，且通過控制與信號處理系統對水質檢測系統、排汙系統實現控制和信號處理，所述控制與信號處理系統通過和雲存儲系統連接實現數據的雲共享和雲存儲；
所述水樣採集系統包括主進水池和次進水池，所述主進水池和次進水池分別通過進水管進水，所述主進水池、次進水池均通過排水管將水排入四個相同的過渡池，所述過渡池通過抽水泵將水抽出，所述抽水泵的出水口處的出水管通過轉子流量計進行流量控制，所述次進水池和主進水池均通過出水管將水排入到水處理系統，經過水處理系統處理後排入水質檢測系統進行檢測，且所述主進水池和次進水池內部均設置有攪拌裝置，所述水質檢測系統包括檢測池、穩定光源和檢測裝置，所述排汙系統包括去汙裝置、回收裝置、排水裝置和汙水池，所述汙水池和檢測池通過排汙管連接在一起，所述安全報警系統包括通信模塊、處理模塊和報警模塊，所述雲存儲系統包括存儲模塊、聯網模塊，所述控制與信號處理系統包括控制模塊、信號處理模塊和顯示模塊。
作為本發明一種優選的技術方案，所述抽水泵採用精密蠕動泵，所述攪拌裝置採用雙螺旋攪拌器和超聲波攪拌器組成，所述超聲波攪拌器通過超聲波發生器產生超聲波攪動液體進行攪拌，所述超聲波發生器與換能器連接進行能量轉換，所述過渡池和主進水池均採用雙層的保溫玻璃結構材料，所述出水管、進水管均通過電磁控制閥門進行開關控制，所述電磁控制閥通過和控制與信號處理系統內部的控制模塊電性連接進行控制。
作為本發明一種優選的技術方案，所述檢測池包括反應池外殼、清潔管、清潔水出水管，所述反應池外殼表面採用K透光玻璃材料，採用一體化熔融加工技術製造，所述清潔管、清潔水出水管設置在反應池外殼側面，並通過壓力閥控制，所述檢測池內部設置有氣泡攪拌裝置，所述氣泡攪拌裝置通過直流電機泵向上吹氣形成空氣迴路，完成攪拌，且所述直流電機泵通過光電耦合器件與達林頓管相結合來驅動，所述檢測池外部設置有溫度控制裝置，所述穩定光源採用LED光源，所述溫度控制裝置包括溫度驅動器、熱敏電阻傳感器和ADN控制器，通過ADN控制器分別和溫度驅動器、熱敏電阻傳感器電性連接。
作為本發明一種優選的技術方案，所述去汙裝置包括超聲波振蕩器和衝洗裝置，所述衝洗裝置包括衝洗噴頭、壓力調節閥和離心泵，所述衝洗噴頭設置在汙水池側面，所述超聲波振蕩器設置在汙水池底端，所述衝洗裝置通過控制與信號處理系統控制，所述回收裝置包括第一水池、第二水池、回收池，且第一水池、第二水池內部均設置離心泵，第一水池、第二水池之間通過若干層過濾膜隔開，第一水池和汙水池通過管道連接在一起，所述第二水池和回收池相連，所述排水裝置和回收池相連，所述排水裝置包括連接在一起的沉澱池和淨化池，通過管道將處理後的汙水排出。
作為本發明一種優選的技術方案，所述通信模塊採用UHF無線通信系統，所述通信模塊包括信號接收器、信號轉換器和信號發射器，所述處理模塊具體為AT89C52單片機，所述AT89C52單片機通過信號轉換器將需要發送的信號轉換後進行傳輸。
作為本發明一種優選的技術方案，所述報警模塊包括DC-DC電源、MSC-51控制晶片、水冷散熱器和報警器，所述報警器採用高分貝有源報警器，所述DC-DC電源為報警模塊提供電力，所述報警器和MSC-51控制晶片電性連接在一起。
作為本發明一種優選的技術方案，所述存儲模塊包括硬體存儲和雲存儲，所述硬體存儲通過內置的硬碟進行數據記錄和存儲，且硬體存儲還通過設置的USB接口傳輸數據，USB接口通過USB連接電路和聯網模塊連接進行數據傳輸，所述聯網模塊通過信號線和外接的網線埠連接在一起。
作為本發明一種優選的技術方案，所述檢測裝置具體為一種微型光譜儀，且微型光譜儀通過獨立的電源模塊進行供電。
作為本發明一種優選的技術方案，所述控制模塊採用BroadcomBCM283作為主控晶片，採用Linux作業系統，所述信號處理模塊具體為一臺聯網計算機，所述顯示模塊包括液晶顯示屏和觸摸操作屏，所述觸摸操作屏通過和聯網計算機連接實現數據的傳輸和交換。
作為本發明一種優選的技術方案，所述電源模塊通過和充電電瓶連接供電，且電源模塊通過連接的限流器保護整個電路，所述水處理系統包括投料反應池，所述投料反應池連接有若干個進料管道，所述進料管道均通過微電子多位閥控制。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：該高精度的新型水質檢測裝置，通過設置水樣採集系統，有效的採集水樣，並保證水樣的隨機性，同時通過設置水處理系統，經過多種反應試劑的反應之後，排入到水質檢測系統，進行水質檢測，檢測的數據經過控制與信號處理系統之後顯示並存儲，同時在檢測到水質有問題時通過安全報警系統提醒檢測人員，且在檢測之後利用排汙系統實現水的淨化處理和回收利用，整個裝置可以精確地檢測水質的成分，且檢測方便，檢測後也實現了汙水處理和回收利用，環保安全。
附圖說明
圖1為本發明系統流程示意圖；
圖2為本發明結構示意圖；
圖3為本發明檢測池結構示意圖；
圖4為本發明汙水池結構示意圖；
圖5為本發明主進水池結構示意圖；
圖6為本發明ADN8830控制器工作原理示意圖。
圖中：1-水樣採集系統；2-水處理系統；3-水質檢測系統；4-排汙系統；5-控制與信號處理系統；6-安全報警系統；7-衝洗噴頭；8-壓力調節閥；9-雲存儲系統；10-主進水池；11-次進水池；12-進水管；13-排水管；14-過渡池；15-抽水泵；16-出水管；17-報警器；18-攪拌裝置；19-檢測池；20-穩定光源；21-檢測裝置；22-去汙裝置；23-回收裝置；24-排水裝置；25-汙水池；26-排汙管；27-通信模塊；28-處理模塊；29-報警模塊；30-存儲模塊；31-流量轉子計；32-聯網模塊；33-控制模塊；34-信號處理模塊；35-顯示模塊；36-電源模塊；37-雙螺旋攪拌器；38-超聲波攪拌器；39-超聲波發生器；40-換能器；41-電磁控制閥；42-反應池外殼；43-清潔管；44-清潔水出水管；45-壓力閥；46-氣泡攪拌裝置；47-直流電機泵；48-溫度控制裝置；49-溫度驅動器；50-熱敏電阻傳感器；51-ADN8830控制器；52-超聲波振蕩器；53-衝洗裝置；54-第一水池；55-第二水池；56-過濾膜；57-回收池；58-沉澱池；59-淨化池；60-離心泵；61-液晶顯示屏；62-觸摸操作屏；63-投料反應池；64-進料管道；65-微電子多位閥。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
實施例：
請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6，本發明提供一種技術方案：一種高精度的新型水質檢測裝置，包括水樣採集系統1、水處理系統2、水質檢測系統3、排汙系統4、控制與信號處理系統5和安全報警系統6，所述水樣採集系統1將採集好的待檢測的水樣排入水處理系統2，經過處理之後排入水質檢測系統3進行水質檢測，且通過控制與信號處理系統5對水質檢測系統3、排汙系統4實現控制和信號處理，當水質檢測系統3的檢測結果超出設定標準時控制與信號處理系統5啟動安全報警系統6提醒檢測人員；所述控制與信號處理系統5通過和雲存儲系統9連接實現數據的雲共享和雲存儲，可以方便實時記錄和保存檢測數據，便於有效的觀測水質的變化。
本發明中，所述水樣採集系統1包括主進水池10和次進水池11，且所述主進水池10和次進水池11內部均設置有攪拌裝置18，如圖5所示，所述攪拌裝置18採用雙螺旋攪拌器37和超聲波攪拌器38組成，所述超聲波攪拌器38通過超聲波發生器39產生超聲波攪動液體進行攪拌，所述超聲波發生器39與換能器40連接進行能量轉換，通過攪拌裝置18所保證待測水質的均勻性。所述主進水池10和次進水池11分別通過進水管12進水，所述主進水池10、次進水池11均通過排水管13將水排入四個相同的過渡池14，所述過渡池14和主進水池10均採用雙層的保溫玻璃結構材料製成，利用主進水池10和次進水池11可以對兩種不同的水進行檢測，且不會相互影響，且將一種水分成多份檢測，多組檢測結果進行對比，大大提高了檢測結果的準確性。所述過渡池14均通過抽水泵15將水抽出，所述抽水泵15採用精密蠕動泵，精密蠕動泵中的KPPDC12BL微型步進電機驅動抗幹擾能力強，控制信號均採用光耦隔離，可以實現對精密蠕動泵整步、1/2、1/4、1/8細分，實現電機電流的精確控制，有效降低輸出力矩脈動，提高細分精度，確保在線水質檢測對樣品與試劑體積的抽取精度；所述抽水泵15的出水口處的出水管16通過轉子流量計31進行流量控制，轉子流量計由兩個部件組成，當測量流體的流量時，被測流體從錐形管下端流入，流體的流動衝擊著轉子，並對它產生一個作用力，這個力的大小隨流量大小而變化；當流量足夠大時，所產生的作用力將轉子託起，並使之升高；便於控制待測水的量，保證檢測結果的準確性。所述次進水池11和主進水池10均通過出水管16將水排入到水處理系統2，所述出水管16、進水管12均通過電磁控制閥門41進行開關控制，所述電磁控制閥41通過和控制與信號處理系統5內部的控制模塊33電性連接進行控制，從而實現對電磁控制閥門41的智能控制。
本發明中，所述水處理系統2包括投料反應池63，所述投料反應池63連接有若干個進料管道64，所述進料管道64均通過微電子多位閥65控制，通過出水管16排出的待檢測的水排入投料反應池63內部，同時打開微電子多位閥65，通過多個進料管道64將AS標準溶液、亞基藍溶液、揮發酚標準溶液、過硫酸鉀溶液、PH緩衝液、水楊酸鈉溶液、次氯酸鈉溶液、孔雀綠溶液、硫酸亞鐵溶液、雙氧水溶液、總磷標準溶液、抗壞血酸溶液排入到投料反應池63內部，經過投料反應池63的一系列反應處理後排入水質檢測系統3進行檢測具體使用時，只需先打開轉子流量計31將主進水池10內部的水排入到投料反應池63內部，次進水池11的流量轉子計31關閉，主進水池10內的水排入水檢測系統3內進行檢測，完成檢測之後打開次進水池11的轉子流量計31，將次進水池11內的水排入投料反應池63,，利用次進水池11內的水將將投料反應池63內部的第一種水完全清除，消除幹擾的影響，然後再次打開微電子多位閥65進行投料，投料完成之後將次進水池11內的水排入到水檢測系統3進行次進水池11內的水質檢測，兩種水質檢測可以快速交替進行，互不幹擾。
所述水質檢測系統3包括檢測池19、穩定光源20和檢測裝置21，檢測池19包括反應池外殼42、清潔管43、清潔水出水管44，所述反應池外殼42表面採用K7透光玻璃材料，採用一體化熔融加工技術製造，提高了檢測結果的準確性，所述清潔管43、清潔水出水管44設置在反應池外殼42側面，並通過壓力閥45控制，完成檢測後通過清潔管43排入清水，然後經過清洗之後的水通過清潔水出水管44排出到外部，方便下次檢測的進行，所述檢測池19內部設置有氣泡攪拌裝置46，所述氣泡攪拌裝置46通過直流電機泵47向上吹氣形成空氣迴路，完成攪拌，且所述直流電機泵47通過光電耦合器件與達林頓管相結合來驅動，電耦合器起著隔離作用，有效地抑制了電機開閉瞬間的大電流的幹擾，滿足其瞬時大電流的需求，所述檢測池19外部設置有溫度控制裝置48，通過溫度控制裝置48控制檢測池19的溫度，保證整體處於恆溫的狀態，所述穩定光源20採用LED光源，經過處理後的液體排入檢測池19，經過檢測裝置21進行檢測，所述檢測裝置21具體為一種微型光譜儀，穩定光源20和檢測裝置21均設置在反應池外殼42外部，穩定光源20採用LED光源，LED光源包括多種形式，根據需要，可以將LED光源利用支架進行固定，將穩定光源20作為檢測裝置21的工作光源，並將穩定光源20設置在檢測池19一端，所述檢測池19內部經過穩定光源20的照射，利用檢測裝置21來分析光譜，從而檢測水中的各種物質的含量，所述穩定光源20和檢測裝置21分別設置在檢測池19兩端，使得穩定光源20光線均勻照射在檢測裝置21上，以保證檢測裝置21達到最佳的檢測效果,所述微型光譜儀通過獨立的電源模塊36進行供電。電源模塊36通過連接的限流器保護整個電路，所述電源模塊36採用充電電瓶直接供電。
如圖3所示，所述溫度控制裝置48包括溫度驅動器49、熱敏電阻傳感器50和ADN8830控制器51，通過ADN8830控制器51分別和溫度驅動器49、熱敏電阻傳感器50電性連接，ADN8830是一款能驅動熱電溫控模塊單片集成電路，如圖6所示，其主要利用負溫度係數的熱敏電阻作為溫度傳感器，將樣品室超聲水槽內的水溫溫度信號轉化為電壓信號，並將此溫度—電壓信號輸入到溫度測量放大器進行放大，與設定的目標溫度—電壓值進行比較，產生誤差信號，經過補償放大器進行積分放大後傳到脈寬調製線性放大器進一步放大，然後輸出兩組信號推動溫度控制的執行驅動器如MOS管，由MOS管輸出的電流促使TEC進行加熱或製冷，從而使樣品室的溫度向設定的目標溫度值靠近，而傳感器再實時地將感應到的水槽水溫信號傳遞給溫度信號放大器，形成閉環監控。
所述排汙系統4包括去汙裝置22、回收裝置23、排水裝置24和汙水池25，去汙裝置22設置在汙水池25的內部，回收裝置23通過管道與汙水池25連接，排汙裝置24通過管道與回收裝置23連接，經過水質檢測系統3的檢測之後通過排汙管26將檢測池19內部的汙水排入排汙系統4內部的汙水池25內部，由去汙裝置22對汙水機汙水池25進行衝洗；如圖4所示，所述去汙裝置22包括超聲波振蕩器52和衝洗裝置53，所述衝洗裝置53包括衝洗噴頭7、壓力調節閥8和離心泵60，所述衝洗噴頭7設置在汙水池25側面，所述超聲波振蕩器52設置在汙水池25底端，所述衝洗裝置53由控制與信號處理系統5控制，將汙水排入汙水池25內部之後，利用超聲波振蕩器52和衝洗裝置53對汙水池25進行清洗，超聲波振蕩器52產生超聲波對汙水池內部進行超聲清洗，同時打開壓力調節閥8，將外部的水通過離心泵60抽出，通過衝洗噴頭7噴灑到汙水池25內壁進行清洗，從而保證汙水池25的清潔，也保證汙水可以完全排完；所述回收裝置23包括第一水池54、第二水池55、回收池57，第一水池54和汙水池25通過管道連接在，且第一水池54、第二水池55內部均設置離心泵，第一水池54內的離心泵將汙水池25內的水泵入到第一水池54內部，第一水池54、第二水池55之間通過若干層過濾膜56隔開，經過若干層過濾膜56將汙水進行過濾，過濾後的汙水進入第二水池55，所述第二水池55和回收池57相連，然後通過第二水池55內的離心泵將水排入回收池57進行；所述排水裝置24包括連通在一起的沉澱池58和淨化池59，沉澱池58通過管道與回收池57連通，經過過濾處理後的汙水排入到沉澱池58進行沉澱，之後再排入到淨化池59，經過淨化池59內部的多層超濾膜和RO反滲透膜進行淨化處理，最終淨化之後通過淨化池59的出水口將水排出，即可實現回收利用。
檢測裝置21將檢測到的水質數據發送給控制與信號處理系統5，檢,控制與信號處理系統5接收數據進行處理並分析，所述控制與信號處理系統5包括控制模塊33、信號處理模塊34和顯示模塊35，所述控制模塊33採用BroadcomBCM283作為主控晶片，採用Linux作業系統，搭載Linux作業系統，為水質檢測軟體開發、運行、維護提供良好環境；提供了GPIO、USB、SPI等接口，用以實現對多參數水質檢測儀各個部件自動化控制；採集光譜數據、實現數據存儲、分析，獲得水質檢測結果；提供良好的人機互動平臺，包括七英寸觸控螢幕和遠程桌面；所述信號處理模塊34具體為一臺聯網計算機，所述顯示模塊35包括液晶顯示屏61和觸摸操作屏62；既可以通過聯網計算機的輸入盤進行操作，也可以通過觸摸操作屏62進行直接操作，方便了整體進行操作，接收到檢測的數據信號之後，經過聯網計算機的處理，實時顯示在顯示模塊35表面的液晶顯示屏61，同時通過觸摸操作屏62可以直接和聯網計算機連接實現數據的傳輸和交換，控制模塊33和信號處理模塊34連接實現對聯網計算機的控制。
當檢測到水中存在水質問題時，控制與信號處理系統5將信號傳輸到安全報警系統6，所述安全報警系統6包括通信模塊27、處理模塊28和報警模塊29，所述控制與信號處理系統5通過通信模塊27和安全報警系統6通信，所述通信模塊27採用UHF無線通信系統，所述通信模塊27包括信號接收器、信號轉換器和信號發射器，所述處理模塊28具體為AT89C52單片機，所述AT89C5231單片機通過信號轉換器將需要發送的信號轉換後進行傳輸，通信模塊27可用於接收外部的信號和發射信號，從而完成遠程信號的傳輸，實現遠程控制，可以將報警信號遠程傳輸，同時經過AT89C52單片機的處理之後，啟動報警模塊29，報警模塊29包括DC-DC電源、MSC-51控制晶片、水冷散熱器和報警器17，所述報警器17採用高分貝有源報警器，所述DC-DC電源為報警模塊29提供電力，所述報警器17和MSC-51控制晶片電性連接在一起，MSC-51控制晶片接收電信號，然後啟動報警器17報警，同時水冷散熱器為裝置進行散熱。
在檢測之後，控制與信號處理系統5將檢測所得數據傳輸到雲存儲系統9，雲存儲系統9包括存儲模塊30、聯網模塊32，所述存儲模塊30包括硬體存儲和雲存儲，所述硬體存儲通過內置的硬碟進行檢測數據記錄和存儲，且硬體存儲還通過設置的USB接口傳輸數據，既可以將數據直接讀出，又可以通過USB連接電路和聯網模塊32連接進行數據傳輸，利用網絡傳輸數據，所述聯網模塊32通過信號線和外接的網線埠連接在一起，整體既可以進行硬體存儲，也可以進行雲存儲，且可以通過和網絡連接實現數據的網絡共享。
具體使用方式及優點：該高精度的新型水質檢測裝置，通過設置水樣採集系統，將待檢測的水均勻分為若干份，並保證水樣的隨機性，提高水質檢測的準確性，同時通過設置水處理系統，經過多種反應試劑的反應之後，排入到水質檢測系統，進行水質檢測，檢測的數據經過控制與信號處理系統之後顯示並存儲，同時在檢測到水質有問題時通過安全報警系統提醒檢測人員，且在檢測之後利用排汙系統實現水的淨化處理和回收利用，不會汙染環境，保證了環保安全，整個裝置可以精確地檢測水質的成分，且檢測方便，檢測後也實現了汙水處理和回收利用，環保安全。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。