一种河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置及方法

技术领域

本发明涉及水质生态监测设备技术领域，具体涉及一种河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置及方法。

背景技术

随着社会的发展，人们开始越来越重视我们所赖以生存的环境，而环境监测作为环境保护的“耳目”，是环境执法监督的重要技术手段，承担着为环境决策和管理提供技术支持与服务的重要职能。

悬移质又称悬移载荷、悬浮载荷，是指悬浮在水中、随水流移动的较细的泥沙及胶质物等，即在搬运介质中，由于紊流使之远离床面在水中呈悬浮方式进行搬运的碎屑物；河道水质检测包括取样、监测等步骤，取样时对河道的取水位置和取水深度均有要求，目前，通常通过将带绳索的取样瓶置入水中进行取样，由于取水环境的不同，取样瓶在水中可能被水流冲击产生位移，从而影响检测精度；再者，常见的取样是通过人工到河边进行取样，然后再将试样带到实验室进行检测，测试过程复杂，而且由于运输途中的各种外界因素，容易影响水质监测的准确性。无法较为准确的反应某区域河水中的悬移质颗粒分布情况。

因此，对河道的水质生态进行监测，以改善河道的水质生态环境是我们现阶段需要解决的问题。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置及方法。

本发明的技术方案为：一种河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置，包括监测箱、支撑组件、采样组件和PLC控制器；监测箱底端设置有底板，监测箱上端一侧滑动卡接有密封盖，监测箱内部设置有悬移质颗粒监测仪；

支撑组件包括立板和桁架；立板竖直设置，且立板通过转杆转动卡接在监测箱上远离密封盖的一侧，立板靠近监测箱的一侧设置有收紧器，收紧器上设置有第一牵引索；桁架水平设置在立板顶部，桁架两端均设置有第一导向滚轮；第一牵引索的自由端依次穿过两个第一导向滚轮；

采样组件包括采样架和采样盒；采样架设置有数个，各个采样架在竖直方向上并列设置，且各自之间活动连接，位于最上端的采样架与顶部第一牵引索的自由端连接，位于最下端的采样架底部设置有配重块；采样架包括镂空板和空心管，镂空板设置有两个，两个镂空板之前通过空心管固定连接；采样盒的数量与采样架的数量对应一致，采样盒上设置有卡接槽，采样盒活动卡接在采样架内部，且通过卡接槽与空心管活动卡接；采样盒内部设置有数个收集腔，各个收集腔底部均设置有过滤网，采样盒侧壁上端与各个收集腔位置对应处均设置有进样口；

PLC控制器与悬移质颗粒监测仪电性连接。

进一步地，监测箱上端设置有调节箱，调节箱内部设置有旋转电机，旋转电机的输出轴上设置有主齿轮；转杆贯穿调节箱，且转杆上套设有旋转齿轮，旋转齿轮与主齿轮之间通过链条传动；旋转电机与PLC控制器电性连接，利用旋转电机上的主齿轮带动转杆上的旋转齿轮齿轮，从而使立板带动桁架旋转，便于将收集到的悬移质颗粒移动至岸边进行监测。

进一步地，桁架包括固定架和伸缩架，固定架与立板固定连接，伸缩架滑动卡接在固定架内部，且与伸缩架连接处设置有阻尼弹簧，伸缩架一侧设置有牵引块，牵引块上设置有第二牵引索，固定架靠近立板的一端设置有第二导向滚轮，立板上上下并列设置有两个收紧器，第二牵引索的自由端贯穿第二导向滚轮后与靠近立板下端的收紧器连接；利用收紧器调节伸缩架在固定架上的移动距离，便于根据河道的宽度对采样组件的位置进行调节，提高采样工作的有效性。

进一步地，收紧器包括安装盒和转轮，安装盒与立板固定连接，转轮通过转轴贯穿安装盒，且与安装盒转动卡接，转轴上套设有卷筒和锁止齿圈，安装盒下端滑动卡接有锁止杆，锁止杆上套设有复位弹簧，复位弹簧下端与安装盒的内壁抵接，锁止杆上端设置有弧形齿板，弧形齿板能够与锁止齿圈啮合连接；转动转轮过程中，第一牵引索和第二牵引索缠绕在卷筒上，从而实现伸缩架水平移动距离和采样组件竖直下探距离的调节；而锁止杆在复位弹簧的作用下，利用弧形齿板与锁止齿圈啮合，实现转轮锁止，保证了采样过程中采样组件的稳定性。

进一步地，采样架设置3个，位于下端的两个采样架的顶部均通过防水盒设置有微型电机，微型电机的输出轴上设置有升降螺杆，升降螺杆与上一个采样架内部的空心管螺纹连接；微型电机与PLC控制器电性连接，通过设置微型电机和升降螺杆，便于对各个采样架之间的间距进行调节，从而实现了同一水域不同水深悬移质颗粒样本的采集。

进一步地，各个收集腔内部靠上位置均设置有弧形缓冲板；设置弧形缓冲板能够避免收集腔内部收集到到的悬移质颗粒样本在水流冲击作用下移出收集腔，提高采样工作的可靠性。

进一步地，各个采样盒底部均活动卡接有活动底板，活动底板上与各个收集腔位置对应处均设置有拆卸盒，过滤网位于拆卸盒内部；通过设置活动底板和拆卸盒，便于对不同收集腔内的悬移质颗粒样本进行分类监测。

进一步地，位于采样架上端的镂空板上活动卡接有数个限位柱，限位柱外壁上卡接有挤压弹簧，挤压弹簧下端与镂空板的内壁抵接，限位柱侧壁上端设置有限位槽，镂空板上端转动卡接有限位圈，限位圈能够与各个限位柱上的限位槽卡接，通过设置限位柱，能够提高采样盒和采样架之间连接的稳定性。

进一步地，伸缩架靠近固定架的一端设置有数个伸缩节，各个伸缩节之间分别通过阻尼弹簧连接；通过设置数个伸缩节，能够有效提高伸缩架的伸缩距离。

本发明还提供了一种河道水质生态监测用悬移质颗粒监测方法，包括以下步骤：

S1、安装调试；

将装置移动至待监测河道区域，并利用外部电源为悬移质颗粒监测仪提供电源；调节转杆在监测箱上的位置，使桁架带动采样组件移动至河道上方；

S2、样品采集；

调节收紧器，利用第一牵引索将采样架和采样盒下放至河水中，然后将收紧器与立板进行固定；河水流动过程中，通过采样盒上的进样口进入对应的收集腔内部，河水中的悬移质颗粒被过滤网过滤后停留在收集腔内部；

S3、监测；

再次调节收紧器(22)，利用第一牵引索(220)将采样架(30)和采样盒(31)拉动至河道上方；再次调节转杆(200)在监测箱(1)上的位置，使桁架(21)带动采样架(30)和采样盒(31)移动至河岸；将采样盒(31)从采样架(30)上取下，倒出采样盒(31)内部采集到地悬移质颗粒样品，打开密封盖(10)，利用PLC控制器控制悬移质颗粒监测仪(5)开启，进行监测。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：

第一、本发明的结构设计合理，利用监测箱和支撑组件将采样组件固定在河道采样地点，提高了河道中悬移质颗粒样本采集时的稳定性，有利于提高河道水质环境监测的准确性和可靠性；

第二、本发明利用收紧器和第一牵引索将采样组件平稳的放置与河水中了，能够有降低采样过程中对河水造成的扰动，使得河道中悬移质颗粒监测结果更加接近实际值，为河道水环境治理提供了可靠的理论依据；

第三、本发明通过设置多个采样盒，同时在同一个采样盒上设置多个收集腔，不仅能够实现同一采样地不同深度的悬移质颗粒样本的采集；而且多个收集腔能够收集同一深度不同水流方向的悬移质颗粒样本，极大的提高了采样效率。

附图说明

图1是本发明的监测方法流程图；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是本发明图2中A处的放大示意图；

图4是本发明的立板与监测箱的连接示意图；

图5是本发明的桁架的结构示意图；

图6是本发明图2中B处的放大示意图；

图7是本发明的锁止齿圈、锁止杆与安装盒的连接示意图；

图8是本发明的采样盒与采样架的连接示意图；

图9是本发明的限位圈与采样架的连接示意图；

图10是本发明的采样盒的内部结构示意图；

图11是本发明图2中C处的放大示意图；

其中，1-监测箱、10-密封盖、11-调节箱、12-旋转电机、120-主齿轮、2-支撑组件、20-立板、200-转杆、201-旋转齿轮、21-桁架、210-固定架、211-伸缩架、2110-伸缩节、212-阻尼弹簧、213-牵引块、214-第二牵引索、215-第二导向滚轮、22-收紧器、220-第一牵引索、221-安装盒、222-转轮、2220-转轴、223-卷筒、224-锁止齿圈、225-锁止杆、2250-复位弹簧、2251-弧形齿板、23-第一导向滚轮、3-采样组件、30-采样架、300-镂空板、301-空心管、302-限位柱、3020-挤压弹簧、303-限位圈、31-采样盒、310-卡接槽、311-收集腔、312-过滤网、313-进样口、314-弧形缓冲板、315-活动底板、316-拆卸盒、32-配重块、33-微型电机、330-防水盒、331-升降螺杆、4-悬移质颗粒监测仪。

具体实施方式

实施例1

如图2所示的一种河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置，包括监测箱1、支撑组件2、采样组件3和PLC控制器；监测箱1底端设置有底板，监测箱1上端一侧滑动卡接有密封盖10，监测箱1内部设置有悬移质颗粒监测仪4；

如图2、4、5所示，支撑组件2包括立板20和桁架21；立板20竖直设置，且立板20通过转杆200转动卡接在监测箱1上远离密封盖10的一侧，立板20靠近监测箱1的一侧设置有收紧器22，收紧器22上设置有第一牵引索220；桁架21水平设置在立板20顶部，桁架21两端均设置有第一导向滚轮23；第一牵引索220的自由端依次穿过两个第一导向滚轮23；

如图2、8、10所示，采样组件3包括采样架30和采样盒31；采样架30设置有3个，各个采样架30在竖直方向上并列设置，且各自之间活动连接，位于最上端的采样架30与顶部第一牵引索220的自由端连接，位于最下端的采样架30底部设置有配重块32；采样架30包括镂空板300和空心管301，镂空板300设置有两个，两个镂空板300之前通过空心管301固定连接；采样盒31的数量与采样架30的数量对应一致，采样盒31上设置有卡接槽310，采样盒31活动卡接在采样架30内部，且通过卡接槽310与空心管301活动卡接；采样盒31内部设置有3个收集腔311，各个收集腔311底部均设置有过滤网312，采样盒31侧壁上端与各个收集腔311位置对应处均设置有进样口313；

PLC控制器与悬移质颗粒监测仪5电性连接；PLC控制器、悬移质颗粒监测仪5和收紧器22均为市售产品。

实施例2

本实施例记载的是实施例1的河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置的方法，包括以下步骤：

S1、安装调试；

将装置移动至待监测河道区域，并利用外部电源为悬移质颗粒监测仪5提供电源；调节转杆200在监测箱1上的位置，使桁架21带动采样组件3移动至河道上方；

S2、样品采集；

调节收紧器22，利用第一牵引索220将采样架30和采样盒31下放至河水中，然后将收紧器22与立板20进行固定；河水流动过程中，通过采样盒31上的进样口313进入对应的收集腔311内部，河水中的悬移质颗粒被过滤网312过滤后停留在收集腔311内部；

S3、监测；

再次调节收紧器22，利用第一牵引索220将采样架30和采样盒31拉动至河道上方；再次调节转杆200在监测箱1上的位置，使桁架21带动采样架30和采样盒31移动至河岸；将采样盒31从采样架30上取下，倒出采样盒31内部采集到地悬移质颗粒样品，打开密封盖10，利用PLC控制器控制悬移质颗粒监测仪5开启，进行监测。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图3所示，监测箱1上端设置有调节箱11，调节箱11内部设置有旋转电机12，旋转电机12的输出轴上设置有主齿轮120；转杆200贯穿调节箱11，且转杆200上套设有旋转齿轮201，旋转齿轮201与主齿轮120之间通过链条传动；旋转电机12与PLC控制器电性连接，旋转电机12为市售产品。

实施例4

本实施例记载的是实施例3的河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置的方法，与实施例2不同之处在于：

步骤S1中，通过PLC控制器控制旋转电机12启动，旋转电机12上的主齿轮120带动转杆200上的旋转齿轮201齿轮，从而使立板20带动桁架21旋转。

实施例5

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图5所示，桁架21包括固定架210和伸缩架211，固定架210与立板20固定连接，伸缩架211滑动卡接在固定架210内部，且与伸缩架211连接处设置有阻尼弹簧212，伸缩架211一侧设置有牵引块213，牵引块213上设置有第二牵引索214，固定架210靠近立板20的一端设置有第二导向滚轮215，立板20上上下并列设置有两个收紧器22，第二牵引索214的自由端贯穿第二导向滚轮215后与靠近立板20下端的收紧器22连接；伸缩架211靠近固定架210的一端设置有3个伸缩节2110，各个伸缩节2110之间分别通过阻尼弹簧212连接；

如图6、7所示，收紧器22包括安装盒221和转轮222，安装盒221与立板20固定连接，转轮222通过转轴2220贯穿安装盒221，且与安装盒221转动卡接，转轴2220上套设有卷筒223和锁止齿圈224，安装盒221下端滑动卡接有锁止杆225，锁止杆225上套设有复位弹簧2250，复位弹簧2250下端与安装盒221的内壁抵接，锁止杆225上端设置有弧形齿板2251，弧形齿板2251能够与锁止齿圈224啮合连接；转动转轮222过程中，第一牵引索220和第二牵引索214缠绕在卷筒上，从而实现伸缩架211水平移动距离和采样组件3竖直下探距离的调节。

实施例6

本实施例记载的是实施例5的河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置的方法，与实施例2不同之处在于：

步骤S1完成后，调节位于立板20下方的收紧器，利用第二牵引索214拉动牵引块213，对伸缩架211对水平移动距离进行调节，调节完毕后，锁止杆225在复位弹簧2250的上移，利用弧形齿板2251与锁止齿圈224啮合，实现转轮222锁止；

步骤S2中，采样架30和采样盒31下放过程中，调节位于立板20上方的收紧器22，利用第一牵引索220将采样架30和采样盒31下放至河水中，调节完毕后，锁止杆225在复位弹簧2250的上移，利用弧形齿板2251与锁止齿圈224啮合，实现转轮222锁止。

实施例7

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图2、11所示，采样架30设置3个，位于下端的两个采样架30的顶部均通过防水盒330设置有微型电机33，微型电机33的输出轴上设置有升降螺杆331，升降螺杆331与上一个采样架30内部的空心管301螺纹连接；微型电机33与PLC控制器电性连接，微型电机33为市售产品。

实施例8

本实施例记载的时实施例7的河道水质生态监测用悬移质颗粒监测装置的方法，与实施例2不同之处在于：

步骤S2中，采样架30和采样盒31下放完毕后，通过PLC控制器控制微型电机33启动，利用微型电机33带动升降螺杆331旋转，从而对3个采样架30之间的间距进行调节。

实施例9

如图8、10所示，各个收集腔311内部靠上位置均设置有弧形缓冲板314；各个采样盒31底部均活动卡接有活动底板315，活动底板315上与各个收集腔311位置对应处均设置有拆卸盒316，过滤网312位于拆卸盒316内部；

如图8、9所示，位于采样架30上端的镂空板300上活动卡接有4个限位柱302，限位柱302外壁上卡接有挤压弹簧3020，挤压弹簧3020下端与镂空板300的内壁抵接，限位柱302侧壁上端设置有限位槽，镂空板300上端转动卡接有限位圈303，限位圈303能够与各个限位柱302上的限位槽卡接。