一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置论文和设计-韩红卫

全文摘要

本实用新型公开了一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置。该装置由工作平台及潜水实验舱构成构成，两者之间由牵引缆绳连接，水体、气体、信息通过集束线缆传递；集束线缆由输气管线Ⅰ、输气管线Ⅱ、输水管线、数据线缆以及集束线缆保护套构成；工作平台上搭载有电路总承、蓄电池、抽水泵、换气排扇及太阳能板；潜水实验舱由壳体、导轨、浮板、电控阀门Ⅰ、电控阀门Ⅱ、电控阀门Ⅲ构成；浮板上下面分别安装有温度传感器Ⅱ、氧含量传感器Ⅱ及氧含量传感器Ⅰ、温度传感器Ⅰ；电路总承由单片机、储存器、A\/D转换、无线传输模块组成。本实用新型结构简单，能够自动完成所设定的底泥沉积物耗氧速率检测，节省劳力，方便周期性试验的持续进行和观测。

主设计要求

1.一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置，其特征在于：一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置由漂浮在水面的工作平台(3)及沉在水下的潜水实验舱(1)构成，所述工作平台(3)与潜水实验舱(1)之间由牵引缆绳(9)连接，水体、气体、信息通过集束线缆(2)传递。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置，其特征在于：工作平台(3)上搭载有电路总承(10)、蓄电池(5)、抽水泵(4)、换气排扇(11)及太阳能板(6)；所述工作平台(3)由锚(8)通过缆绳(7)锚固。

3.根据权利要求1所述的一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置，其特征在于：潜水实验舱(1)由下端有刃口的壳体(101)所包裹，在所述壳体(101)内部有导轨(104)，浮板(105)通过滑轮(112)嵌在所述导轨(104)中，使得浮板(105)可沿导轨(104)移动；在所述两个导轨(104)之间的壳体(101)内壁上安装有定栅传感器(110)，在浮板(105)靠近壳体(101)内壁的一侧安装有动栅传感器(111)；在所述浮板(105)上表面并排安装有温度传感器Ⅱ(106)和氧含量传感器Ⅱ(107)，在浮板(105)下表面并排安装有氧含量传感器Ⅰ(108)和温度传感器Ⅰ(109)；在壳体(101)内壁上端安装有与输气管线Ⅰ(203)相通的电控阀门Ⅰ(102)，在所述壳体(101)内壁中端安装有与输水管线(202)相通的电控阀门Ⅱ(103)，在所述电控阀门Ⅰ(102)与电控阀门Ⅱ(103)之间的壳体(101)内壁上安装有与输气管线Ⅱ(205)相通的电控阀门Ⅲ(114)。

4.根据权利要求1所述的一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置，其特征在于：集束线缆(2)由输气管线Ⅰ(203)、输水管线(202)、数据线缆(204)、输气管线Ⅱ(205)以及有包裹保护作用的集束线缆保护套(201)构成；所述输水管线(202)与抽水泵(4)连通，所述输气管线Ⅰ(203)与大气相通、所述输气管线Ⅱ(205)与换气排扇(11)连通。

5.根据权利要求1所述的一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置，其特征在于：电路总承(10)由单片机(1003)、储存器(1002)、A\/D转换(1004)、无线传输模块(1001)组成；氧含量传感器Ⅰ(108)、氧含量传感器Ⅱ(107)、温度传感器Ⅰ(109)、温度传感器Ⅱ(106)、容栅传感器(113)通过A\/D转换(1004)与单片机(1003)连通，单片机(1003)与无线传输模块(1001)、储存器(1002)、电控阀门Ⅰ(102)、电控阀门Ⅱ(103)、电控阀门Ⅲ(114)、抽水泵(4)、换气排扇(11)连通；所述容栅传感器(113)由定栅传感器(110)与动栅传感器(111)构成。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于河流湖泊等底泥沉积物耗氧速率测量技术领域，尤其涉及河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置。

背景技术

底泥耗氧速率是指由水底沉积物氧化和生物呼吸作用引起的上层水体溶解氧的消耗速率，一般以单位面积底泥在单位时间内消耗的溶解氧量表示[mg\/(m^{2<\/sup>*d)]。在一些河流中，底泥作为一个稳态的污染源，对水体溶解氧的消耗有着显著的影响。}

目前对底泥耗氧速率的测定分为两大类：实验室测定法和现场测定法。实验室测定法可分为连续式测定法、箱式培养法、压力测定法和电解质测定法。连续式测定法是利用进出水使系统内部与外界交换溶解氧，即系统从一端进水，经过一定停留时间后，从另一端出水，通过测定入流点与出流点的氧含量差异来计算耗氧速率。

箱式培养法要求容器完全封闭，同时沉积物的表面积与其上覆水体积需保持恒定，过程中使用马达等装置使水体循环或产生一定扰动，将溶氧仪的探头置于泥水界面，每隔一定时间读取数据，通过一定时间内的氧含量的变化，来计算耗氧速率。

压力测定法就是在测量装置中放置一定重量的底泥沉积物，并注入已知体积上覆水，装置顶部需预留一定空气，在恒温状态下测定。压力测定法是在一个恒温恒体积的密闭容器内进行，由于系统内部反应而使系统总气体量产生变化，最主要由沉积物中还原性物质的化学氧化及微生物和无脊椎动物的呼吸作用消耗氧气而产生二氧化碳，二氧化碳利用碱液吸收，由此产生压力变化，通过压力的变化可计算耗氧速率。

电解质测定法的原理是将底泥沉积物看做为一个电极，当上覆水减少使得容器中产生一定真空时，则会导致电解质波动而产生电解反应，电解反应又重新产生氧气直至压力平衡，通过法拉第定律测定产生的电流并计算氧的产生量，再通过计算可得到耗氧速率，这种测定方法需要较高的仪器精度。

实验室测定法中在采集底泥及运输过程中很难避免对底泥的扰动，容易造成底泥再悬浮，同时，采样完毕到送达实验室的时间很难保证不超过规定的6小时，从而对整个实验的精确度和合理性造成了一定程度的影响。

第二种测定方法是现场测定法。目前的现场测定法均采用人工成本较高的方式检测水下测试室内的水体氧含量。但无法满足完成底泥通过上覆水对空气含氧量消耗的测定试验，且由于水力环境复杂而导致试验很难重复和重现。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述现有技术存在的问题，设计河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置，通过微型主机对多个传感器的自动控制实现在现场连续测定底泥的耗氧速率，本实用新型结构简单，在船只辅助下，方便投放回收，全自动检测对人力依赖性小，工作稳定，适于展开长时间、多周期的试验观测任务。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置，由漂浮在水面的工作平台3及沉在水下的潜水实验舱1构成，所述工作平台3与潜水实验舱1之间由牵引缆绳9连接，水体、气体、信息通过集束线缆2传递；所述集束线缆2由输气管线Ⅰ203、输水管线202、数据线缆204、输气管线Ⅱ205以及有包裹保护作用的集束线缆保护套201构成；所述工作平台3上搭载有电路总承10、蓄电池5、抽水泵4、换气排扇11及太阳能板6；所述电路总承10由单片机1003、储存器1002、A\/D转换1004、无线传输模块1001组成；氧含量传感器Ⅰ108、氧含量传感器Ⅱ107、温度传感器Ⅰ109、温度传感器Ⅱ106、容栅传感器113通过A\/D转换1004与单片机1003连通，单片机1003与无线传输模块1001、储存器1002、电控阀门Ⅰ102、电控阀门Ⅱ103、电控阀门Ⅲ114、抽水泵4、换气排扇11连通；所述容栅传感器113由定栅传感器110与动栅传感器111构成；工作平台3由锚8通过缆绳7锚固。潜水实验舱1由下端有刃口的壳体101所包裹，在所述壳体101内部有导轨104，浮板105通过滑轮112嵌在所述导轨104中，使得浮板105可沿导轨104移动；在所述两个导轨104之间的壳体101内壁上安装有定栅传感器110，在浮板105靠近壳体101内壁的一侧安装有动栅传感器111；在所述浮板105上表面并排安装有温度传感器Ⅱ106和氧含量传感器Ⅱ107，在浮板105下表面并排安装有氧含量传感器Ⅰ108和温度传感器Ⅰ109；在壳体101内壁上端安装有与输气管线Ⅰ203相通的电控阀门Ⅰ102，在所述壳体101内壁中端安装有与输水管线202相通的电控阀门Ⅱ103，在所述电控阀门Ⅰ102与电控阀门Ⅱ103之间的壳体101内壁上安装有与输气管线Ⅱ205相通的电控阀门Ⅲ114。

本实用新型结构简单，便于安装及维护，投放测点后能够实现全自动监测试验，极大地减少了人力资源的消耗。能够在不扰动底泥原始生态结构的基础上，利用当地上覆水完成实地测量实验，相比在实验室模拟得到的结果更为合理有效，能够在精度和稳定性上满足河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测。

附图说明

图1是一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置结构示意图；

图2是潜水实验舱结构剖视图；

图3是集束线缆结构剖视图；

图4是浮板结构剖视图；

图5是电路总承结构示意图。

图中件号说明：

1、潜水实验舱；2、集束线缆；3、工作平台；4、抽水泵；5、蓄电池；6、太阳能板；7、缆绳；8、锚；9、牵引缆绳；10、电路总承；11、换气排扇；101、壳体；102、电控阀门Ⅰ；103、电控阀门Ⅱ；104、导轨；105、浮板；106、温度传感器Ⅱ；107、氧含量传感器Ⅱ；108、氧含量传感器Ⅰ；109、温度传感器Ⅰ；110、定栅传感器；111、动栅传感器；112、滑轮；113、容栅传感器；114、电控阀门Ⅲ；1001、无线传输模块；1002、储存器；1003、单片机；1004、A\/D转换；201、集束线缆保护套；202、输水管线；203、输气管线Ⅰ；204、数据线缆；205、输气管线Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方案进行详细描述。一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置，由漂浮在水面的工作平台3及沉在水下的潜水实验舱1构成，所述工作平台3与潜水实验舱1之间由牵引缆绳9连接，水体、气体、信息通过集束线缆2传递；所述集束线缆2由输气管线Ⅰ203、输水管线202、数据线缆204、输气管线Ⅱ205以及有包裹保护作用的集束线缆保护套201构成；所述工作平台3上搭载有电路总承10、蓄电池5、抽水泵4、换气排扇11及太阳能板6；所述电路总承10由单片机1003、储存器1002、A\/D转换1004、无线传输模块1001组成；氧含量传感器Ⅰ108、氧含量传感器Ⅱ107、温度传感器Ⅰ109、温度传感器Ⅱ106、容栅传感器113通过A\/D转换1004与单片机1003连通，单片机1003与无线传输模块1001、储存器1002、电控阀门Ⅰ102、电控阀门Ⅱ103、电控阀门Ⅲ114、抽水泵4、换气排扇11连通；所述容栅传感器113由定栅传感器110与动栅传感器111构成；工作平台3由锚8通过缆绳7锚固。潜水实验舱1由下端有刃口的壳体101所包裹，在所述壳体101内部有导轨104，浮板105通过滑轮112嵌在所述导轨104中，使得浮板105可沿导轨104移动；在所述两个导轨104之间的壳体101内壁上安装有定栅传感器110，在浮板105靠近壳体101内壁的一侧安装有动栅传感器111；在所述浮板105上表面并排安装有温度传感器Ⅱ106和氧含量传感器Ⅱ107，在浮板105下表面并排安装有氧含量传感器Ⅰ108和温度传感器Ⅰ109；在壳体101内壁上端安装有与输气管线Ⅰ203相通的电控阀门Ⅰ102，在所述壳体101内壁中端安装有与输水管线202相通的电控阀门Ⅱ103，在所述电控阀门Ⅰ102与电控阀门Ⅱ103之间的壳体101内壁上安装有与输气管线Ⅱ205相通的电控阀门Ⅲ114。

在作业使用时，通过船舶将设备放置于指定水域，通过潜水实验舱1的自重，在牵引缆绳9的引导下逐渐下沉，直至潜水实验舱1的壳体101下端刃口切入水底淤泥稳定为止，将工作平台3放置于水面上，将牵引缆绳9的一端固定在工作平台3上，并通过抛投缆绳7连接的锚8来稳固工作平台3。太阳能板6将太阳能转换为电能为蓄电池5充电，蓄电池5为整个设备供电。第一次开机时，单片机1003打开电控阀门Ⅰ102和电控阀门Ⅱ103，驱动抽水泵4工作，将潜水实验舱1里的水体通过电控阀门Ⅱ103、输水管线202排出潜水实验舱1，此时，潜水实验舱1内压强降低，水面外的空气在大气压作用下通过输气管线Ⅰ203、电控阀门Ⅰ102进入潜水实验舱1内，随着潜水实验舱1内的水位不断下降，浮板105在滑轮112的引导下沿着导轨104随水位变化而变化；达到预设水位之后，单片机1003控制抽水泵4停止工作，同时关闭电控阀门Ⅰ102与电控阀门Ⅱ103，此时，潜水实验舱1内形成由底泥、水体与空气组成的密闭空间，单片机1003通过A\/D转换1004控制氧含量传感器Ⅰ108、氧含量传感器Ⅱ107、温度传感器Ⅰ109、温度传感器Ⅱ106、容栅传感器113工作，分别记录潜水实验舱1内水体的氧含量、空气的氧含量、水体的温度、空气的温度及水位，并将该数据通过数据线缆204，传回单片机1003，并储存在储存器1002中；此后，每当达到预设的测定周期，单片机1003就会通过A\/D转换1004控制氧含量传感器Ⅰ108、氧含量传感器Ⅱ107、温度传感器Ⅰ109、温度传感器Ⅱ106、容栅传感器113工作，分别记录该时刻的数据并存储在储存器1002中或通过无线传输模块1001将数据上传至终端。若测定的气体氧气含量低于预设阈值，则单片机1003打开电控阀门Ⅰ103和电控阀门Ⅲ114，并开启换气排扇11，通过输气管线Ⅱ205将潜水实验舱1内的气体向外排，受气压作用，外界含氧量相对较高的空气通过输气管线Ⅰ203进入潜水实验舱1，于此同时单片机1003通过A\/D转换1004控制含氧量传感器Ⅱ107不断测定气体中的氧含量，当达到初始阈值后，单片机1003关闭换气排扇11、电控阀门Ⅰ102和电控阀门Ⅲ114，由此，继续开始定时周期性检测。

设计图

一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置论文和设计

一种河流湖泊底泥沉积物耗氧速率检测装置论文和设计-韩红卫

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢