一种用于淡水养殖的水质生态修复监测装置及监测方法与流程

1.本发明涉及淡水养殖监测技术领域，特别涉及一种用于淡水养殖的水质生态修复监测装置及监测方法。


背景技术：

2.淡水养殖技术是指利用池塘、水库、湖泊、江河以及其他内陆水域（含微咸水），饲养和繁殖水产经济动物（鱼、虾、蟹、贝等）及水生经济植物的生产，是内陆水产业的重要组成部分；养殖的对象主要为鱼类，养殖的虾类有罗氏沼虾、海南大虾等，养殖的蟹类主要是河蟹。
3.为了增加单位体积内的养殖产量以及提高养殖质量，养殖户们对淡水水质要求会很高，水质一旦发生变化就会使鱼虾的生存环境造成危害，因此需要对养殖池不同区域不同时间段的水质进行实时监测，并配合后续的水生态修复的完善水产养殖的措施，在实时监测技术方面，海洋的生态监测方法趋于完善，仪器已经逐渐成型，但是鉴于海洋和淡水湖泊的环境差异，特别是水浅的养殖池塘，利用海洋环境监测仪器大材小用，成本高，监测指标也不尽相同，因此不能直接直接利用，得在淡水水质监测方面重新挖掘与其环境相适配的技术。
4.目前在淡水水质监测方面的现有技术存在以下的弊端，第一，装置容易因为移动碰撞而侧翻，并且上下部分均容易碰撞，不方便设置保护措施；第二，采水时只有单组吸管，采样不够分散，容易采取到局部指标浓度聚集还未扩散的位置，导致监测结果不准确；第三，采样吸管容易在浅水区吸附到泥土，造成管道堵塞、测样不准确、管道损坏；第四，只有采样指标监测一种方法，监测方法单一，为此，我们提出一种用于淡水养殖的水质生态修复监测装置及监测方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种用于淡水养殖的水质生态修复监测装置及监测方法，可以有效解决背景技术中监测装置的体积质量大、浮板浮力不够、装置容易因为移动碰撞而侧翻、采水时只有单组吸管、采样吸管容易在浅水区吸附到泥土、造成管道堵塞、管道损坏、监测方法单一的问题。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于淡水养殖的水质生态修复监测装置，包括：两组u型水培漂浮板，所述u型水培漂浮板，包括隔离气囊和侧滑轮，两者在u型水培漂浮板的侧面上下设置，对应作用发生在u型水培漂浮板不同部位的碰撞；监测箱，所述监测箱包括回转式存样器、四组采样管和五组测样管，所述四组采样管向下分别伸入到淡水养殖池的池内，底部均设置有防泥保护结构，所述回转式存样器位于五组测样管的斜下方。
7.优选的，整个监测装置的长度为70cm、宽度为30cm、高度为50cm，应用在水深不超
过2m的淡水养殖池内；所述两组u型水培漂浮板对称固定安装在监测箱的底部，并且包围底部，所述u型水培漂浮板利用eva乙烯-醋酸乙烯共聚物材料制成，每组所述u型水培漂浮板的侧面底部处均开设有轮槽，所述轮槽内并排安装有两组侧滑轮，所述侧滑轮的中心连接有轮轴，围绕轮轴转动，每组所述u型水培漂浮板的两侧面并位于轮槽的上方设置有隔离气囊，所述隔离气囊包括一体的波纹部，波纹部胶接并密封在u型水培漂浮板的侧面。
8.优选的，所述监测箱的底部中线位置处安装有主驱动电机，主驱动电机通过电机支架安装固定，所述主驱动电机的螺旋桨轴水平延伸并贯穿监测箱的前端，所述螺旋桨轴的尾部通过尾轴管轴承套接，所述螺旋桨轴远离主驱动电机的一端焊接有螺旋桨，螺旋桨的下半部分位于池水内。
9.优选的，所述监测箱的内部中间位置处固定设置有抽吸泵，所述抽吸泵的下端部固定安装有四孔接头，四孔接头分别法兰连接四组采样管，所述采样管倾斜向外伸出监测箱，并通过管套和u型水培漂浮板的内壁固定，管底部均设置有防泥保护结构，具体为所述采样管的下端管头处安装有拦截网，所述采样管的下端部靠近管头的位置设置有曲型部，所述曲型部的两侧面上对称活动安装有弹性撑架，所述弹性撑架的顶部水平安装有扭簧，所述曲型部呈下凹曲型，其最低点低于管头管口8cm，所述弹性撑架为网状，两端部围绕固定点铰接，自然状态下两组弹性撑架的夹角为30度。
10.优选的，所述抽吸泵的下半部一周包裹设置有外球形密封座，所述外球形密封座的底部开设有混合腔，所述混合腔的底部并排等距固定设置有五组分流管，所述分流管的上端部内安装有定时电磁阀，所述五组分流管的正下方对应设置有五组测样管，所述五组测样管通过第一管架固定，第一管架的两侧和监测箱的内壁焊接，所述五组测样管的内部从左向右依次安装有溶解氧传感器、ph水质传感器、toc传感器、温度传感器、余氯传感器，最后一组所述测样管的下底角处安装有磁铁，所述五组测样管的底部安装有延时电磁阀，所述监测箱的底部中间位置并且正对五组测样管的下方开设有排液孔，所述溶解氧传感器、ph水质传感器、toc传感器、温度传感器、余氯传感器分别用于监测养殖池水内的氧气溶解量、ph值、有机碳含量、水温和总余氯含量，均通过电压信号电路和微处理器电性连接，微处理器为整个监测装置的核心控制器。
11.优选的，所述回转式存样器包括回转盘、回转电机、固定座、限位柱、环形滚槽和若干组存样试管，所述回转电机固定安装在固定座内，并通过联轴器和回转盘的底部连接，带动回转盘做沿圆周向等速度旋转，并且为间歇式，所述限位柱焊接在固定座上，顶部活动设置有万向滚珠，可在环形滚槽内滚动，所述存样试管均匀分布在回转盘的上端面处，每组所述存样试管上端均活动连接有翻盖；每组所述存样试管均会运动并且暂停在最后一组所述测样管的正下方，收集部分采样的水，存样试管的翻盖在磁铁的吸力下自动打开，离开时通过重力自动合上形成密封。
12.优选的，所述两组箱顶座之间设置有太阳能电池单板，所述太阳能电池单板的底部中心线焊接在转轴上，所述转轴的两端通过轴承座安装在立柱的顶部，所述立柱位于两组箱顶座的间隙内部。
13.优选的，所述所述监测箱上端两组箱顶座的边角处分别安装有报警器和数据发射器，所述报警器内设置有指示灯和喇叭器。
14.一种用于淡水养殖的水质生态修复的监测方法，包括以下步骤：
s1先随着两组u型水培漂浮板在淡水池内任意浮动，或者通过螺旋桨到指定采样位置，两种方式都行；s2启动抽吸泵，在外球形密封座内产生吸力，分别作用在四组采样管上，采样管伸入水底抽取样本到混合腔内，四组采样管的水在混合腔内融合，达到稀释局部浓度的目的；s3采样管在采样过程中遇到泥层或者石头，设置有防泥保护结构，第一道防线为拦截网，用于拦截颗粒物和杂质，第二道防线为当浅水区遇到泥层或者石头时，曲型部比管头位置底，首先触碰到泥层或者石头，起到保护管头的作用，第三道曲型部作为管体一部分，触碰到泥层或者石头会引起整个管道的震动变形，通过两组弹性撑架受力，撑开，起到转移作用力的效果，保护整个管道；s4打开定时电磁阀，混合水均匀从五组分流管下流，分别注入到五组测样管内，进行指标测量，溶解氧传感器、ph水质传感器、toc传感器、温度传感器、余氯传感器分别对管内的氧气溶解量、ph值、有机碳含量、水温和总余氯含量进行测定，数据值均通过电压信号电路传递给微处理器，微处理器处理后转化成无线通信模块的数字信号，通过数据发射器发射给远程控制中心，之后管道内的延时电磁阀打开，将水样从排液孔排出，等待下一次测量；s5通过回转电机带动回转盘做沿圆周向等速度旋转，并且为间歇式，每组存样试管均会运动并且暂停在最后一组测样管的正下方，翻盖在磁铁的吸力下自动打开，收集部分采样的水，再转移走，存样试管的翻盖离开时通过重力自动合上形成密封，达到存样的目的，在每次抽样时完成一管的存样；s6利用微控制器对每组传感器设置有警戒值（如采样水中toc含量≥10mg/l），当水中的样本含量触发警戒值后，电信号传递给报警模块，装置顶部的报警器指示灯闪烁，喇叭语音，提醒工作人员紧急处理优选的，本监测方法分为三种工作模式：第一种，s1-s4，只监测水中的各项指标；第二种，s1-s5，监测水中的各项指标后，再进行存样，便于后续的水质分析和重测第三种，s1-s6，监测水中的各项指标，并存样，再加上样本含量触发警戒值后立即报警提示。
15.本发明与现有技术相比，具有如下显著改进及优点：（1）两组u型水培漂浮板，利用eva乙烯-醋酸乙烯共聚物材料制成，u型结构配合该材料能够显著提升浮力，并且不占空间，很好与监测箱结构契合，适合在淡水区域的运动。
16.（2）隔离气囊和侧滑轮，两者在u型水培漂浮板的侧面上下设置，浮板高处位置发生碰撞时，由隔离气囊起到缓冲减震的作用，浮板靠近水面位置发生碰撞时，侧滑轮将作用力转移为滑动摩擦力，达到转向的作用，对应解决发生在u型水培漂浮板不同部位的碰撞问题，降低侧翻的概率。
17.（3）设置四组吸管，向下分别伸入到淡水养殖池的池内，采集分散区域的水样，四组采样管的水在混合腔内融合，达到稀释局部浓度的目的，使得样本数据更加贴合池内真实状态。
18.（4）采样管采水端设置防泥保护结构，共有三道拦截结构，第一道防线为拦截网，用于拦截颗粒物和杂质，第二道防线为当浅水区遇到泥层或者石头时，曲型部比管头位置
底，首先触碰到泥层或者石头，起到保护管头的作用，第三道曲型部作为管体一部分，触碰到泥层或者石头会引起整个管道的震动变形，通过两组弹性撑架受力，撑开，起到转移作用力的效果，保护整个管道。
19.（5）将单一的监测水质指标模式，更改为加入了利用回转式存样器保存样本，便于后续的水质分析和重测，还有遇到紧急情况报警的模式，更为全面立体的对淡水水质进行实时监控。
20.（6）整个装置和方法设计简单，操作方便，自动化程度高，符合实际的使用标准，使用的效果相对于传统方式更好。
附图说明
21.图1为本发明整体监测装置外部结构示意图；图2为本发明侧滑轮的放大视图；图3为本发明螺旋桨的结构图；图4为本发明监测箱的内部视图；图5为本发明图4中a处的局部放大图；图6为本发明采样管的下端具体结构图；图7为本发明太阳能电池的底部安装图；图8为本发明的控制原理图；图9为本发明的监测模式图。
22.图中：1、u型水培漂浮板；2、监测箱；3、轮槽；4、侧滑轮；5、轮轴；6、隔离气囊；7、波纹部；8、主驱动电机；9、电机支架；10、螺旋桨轴；11、尾轴管轴承；12、螺旋桨；13、抽吸泵；14、四孔接头；15、采样管；16、管套；17、管头；18、拦截网；19、曲型部；20、弹性撑架；21、扭簧；22、外球形密封座；23、混合腔；24、分流管；25、定时电磁阀；26、测样管；27、第一管架；28、溶解氧传感器；29、ph水质传感器；30、toc传感器；31、温度传感器；32、余氯传感器；33、磁铁；34、延时电磁阀；35、排液孔；36、回转式存样器；37、回转盘；38、回转电机；39、固定座；40、限位柱；41、环形滚槽；42、存样试管；43、翻盖；44、报警器；45、数据发射器；46、太阳能电池单板；47、转轴；48、轴承座；49、立柱；50、箱顶座。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.实施例一：如图1-9所示，一种用于淡水养殖的水质生态修复监测装置，包括两组u型水培漂浮板1，利用eva乙烯-醋酸乙烯共聚物材料制成，u型结构配合该材料能够显著提升浮力，并且不占空间，两组u型水培漂浮板1对称安装在监测箱2的底部，并且包围底部，每组u型水培
漂浮板1的侧面底部处均开设有轮槽3，轮槽3内并排安装有两组侧滑轮4，侧滑轮4的中心连接有轮轴5，围绕轮轴5转动，当浮板靠近水面位置发生碰撞时，侧滑轮4将作用力转移为滑动摩擦力，达到转向的作用，在每组u型水培漂浮板1的两侧面并位于轮槽3的上方设置有隔离气囊6，隔离气囊6包括一体的波纹部7，波纹部7胶接并密封在u型水培漂浮板1的侧面，波纹部7在遇到作用力时，被压缩，起到缓冲的效果；监测箱2的内部中间位置处固定设置有抽吸泵13，抽吸泵13的下端部安装有四孔接头14，四孔接头14分别法兰连接四组采样管15，采样管15倾斜向外伸出监测箱2，并通过管套16和u型水培漂浮板1的内壁固定，采样管15向下伸入到淡水养殖池的池内，采样管15为非伸缩式固定设置，采样管15的下端管头17处安装有拦截网18，起到拦截杂质的作用，避免干扰采样结构，采样管15的下端部靠近管头17的位置设置有曲型部19，曲型部19的两侧面上对称安装有弹性撑架20，弹性撑架20的顶部水平安装有扭簧21，扭簧21带动弹性撑架20撑开之后复位；抽吸泵13的下半部一周包裹设置有外球形密封座22，外球形密封座22为密封结构，外球形密封座22的底部开设有混合腔23，混合腔23的底部并排等距设置有五组分流管24，分流管24的上端部内安装有定时电磁阀25，起到开关的作用，五组分流管24的正下方对应设置有五组测样管26，五组测样管26通过第一管架27固定，第一管架27的两侧和监测箱2的内壁焊接，五组测样管26的内部从左向右依次安装有溶解氧传感器28、ph水质传感器29、toc传感器30、温度传感器31、余氯传感器32，最后一组测样管26的下底角处安装有磁铁33，五组测样管26的底部安装有延时电磁阀34，延时电磁阀34在定时电磁阀25打开后30s后自动开启，监测箱2的底部中间位置并且正对五组测样管26的下方开设有排液孔35，将废液重新排入河中。
26.本实施例中，监测箱2上端箱顶座50的边角处设置有数据发射器45。
27.本实施例中，监测箱2的底部中线位置处安装有主驱动电机8，主驱动电机8通过电机支架9安装固定，主驱动电机8的螺旋桨轴10水平10延伸并贯穿监测箱2的前端，螺旋桨轴10的尾部通过尾轴管轴承11套接，螺旋桨轴10远离主驱动电机8的一端设置有螺旋桨12，螺旋桨12的下半部分位于池水内，通过主驱动电机8驱动，螺旋桨12高速旋转带动装置定向移动；曲型部19呈下凹曲型，其最低点低于管头17管口6-8cm，弹性撑架20为网状，可以减小泥层阻力，提高弹性撑架20的灵活性，两端部围绕管道上的固定轴铰接，自然状态下两组弹性撑架20的夹角为20-40度，便于优先撑开，不侧倾，最大程度转移作用力；溶解氧传感器28、ph水质传感器29、toc传感器30、温度传感器31、余氯传感器32分别用于监测养殖池水内的氧气溶解量、ph值、有机碳含量、水温和总余氯含量，均通过电压信号电路和微处理器电性连接，微处理器为整个监测装置的核心控制器；两组箱顶座50之间设置有太阳能电池单板46，太阳能电池单板46的底部中心线焊接在转轴47上，转轴47的两端通过轴承座48安装在立柱49的顶部，转轴47带动太阳能电池单板46转动，立柱49位于两组箱顶座50的间隙内部，太阳能电池单板46向一侧倾斜时，抵靠在箱顶座50上端面上，等漂浮板靠岸的间歇期，可以通过翻转太阳能电池单板46获得更好的光照,之后将产生的电储存在蓄电池内，供整个装置使用。
28.本实施例在使用时，在采样时，随着两组u型水培漂浮板1在淡水池内任意浮动，或者通过螺旋桨12到指定采样位置，两种方式都行，先启动抽吸泵13，在外球形密封座22内产
生吸力，分别作用在四组采样管15上，四组采样管15相对于单组采样管15优势在于采样范围更大，解决在养殖池内容易因为投喂饲料未及时分散或者环境因素（风力温差等）导致很小的局部水域浓度值超标、但不影响整体池塘的现象，采样管15在水底抽取样本到混合腔23内，采样管15设置防泥保护结构，以避免在水深不足的地方，特别是岸边附近触泥碰撞的意外情况，第一道防线为拦截网18，用于拦截颗粒物和杂质，第二道防线为当浅水区遇到泥层或者石头时，曲型部19比管头17位置底，首先触碰到泥层或者石头，起到保护管头17的作用，也保证管头不会吸到泥水，第三道曲型部19作为管体一部分，触碰到泥层或者石头会引起整个管道的震动变形，甚至导致损坏，通过两组弹性撑架20受力，在泥层处撑开一定角度，起到支撑和转移作用力的效果，保护整个管道，四组采样管15的水在混合腔23内融合，达到稀释局部浓度的目的，然后打开定时电磁阀25，混合水均匀从五组分流管24下流，分别注入到五组测样管26内，进行指标测量，溶解氧传感器28、ph水质传感器29 、toc传感器30、温度传感器31、余氯传感器32分别对管内的氧气溶解量、ph值、有机碳含量、水温和总余氯含量进行测定，数据值均通过电压信号电路传递给微处理器，微处理器处理后转化成无线通信模块的数字信号，通过数据发射器45发射给远程控制中心，之后管道内的延时电磁阀34打开，将水样从排液孔35排出，等待下一次测量。
29.实施例二：在实施例一的基础上，增加回转式存样器36，以解决监测装置无法及时存样的技术问题。
30.具体的，五组测样管26的斜下方设置有回转式存样器36，回转式存样器36包括回转盘37、回转电机38、固定座39、限位柱40、环形滚槽41和若干组存样试管42，回转电机38安装在固定座39内，并通过联轴器和回转盘37的底部连接，带动回转盘37做沿圆周向等速度旋转，并且为间歇式，限位柱40焊接在固定座39上，顶部设置有万向滚珠，可在环形滚槽41内滚动，存样试管42均匀分布在回转盘37的上端面处，每组存样试管42上端均设置有翻盖43。
31.本实施例中，每组存样试管42均会运动并且暂停在最后一组测样管26的正下方，收集部分采样的水，存样试管42的翻盖43在磁铁33的吸力下自动打开，离开时通过重力自动合上形成密封。
32.本实施例中，回转式存样器36的运作依赖于采样管15抽取样本后，水样在混合腔23混合，在测样管26内进行水质指标测样，最后延时电磁阀34打开后触发回转式存样器36的回转电机38同步工作，带动一组存样试管42从空挡区域转动到最后一组测样管26的正下方，接取样本。
33.本实施例中，存样试管42设置有多组，均自动密封，可以存取多组样本后，再统一拿回岸上。
34.本实施例中，通过设置四组采样管15，采样水经过均匀混合后，同样可使存样试管42内的存样水质浓度得到精准度的提高，而后续检测存样试管42内水质浓度和五组测样管26内的浓度出现不同时，则可判断混合腔23出现混合不均匀的技术问题。
35.本实施例在使用时，先启动抽吸泵13，在外球形密封座22内产生吸力，分别作用在四组采样管15上，采样管15伸入水底抽取样本到混合腔23内，四组采样管15的水在混合腔23内融合，达到稀释局部浓度的目的，然后打开定时电磁阀25，混合水均匀从五组分流管24
下流，分别注入到五组测样管26内，进行指标测量，溶解氧传感器28、ph水质传感器29、toc传感器30、温度传感器31、余氯传感器32分别对管内的氧气溶解量、ph值、有机碳含量、水温和总余氯含量进行测定，数据值均通过电压信号电路传递给微处理器，微处理器处理后转化成无线通信模块的数字信号，通过数据发射器45发射给远程控制中心，之后管道内的延时电磁阀34打开，将水样从排液孔35排出，等待下一次测量，通过回转电机38带动回转盘37做沿圆周向等速度旋转，并且为间歇式，每组存样试管42均会运动并且暂停在最后一组测样管26的正下方，翻盖43在磁铁33的吸力下自动打开，收集部分采样的水，再转移走，存样试管42的翻盖43离开时通过重力自动合上形成密封，达到存样的目的，在每次抽样时完成一管的存样。
36.实施例三：在实施例二的基础上，增加报警器44；具体的，监测箱2上端箱顶座50的边角处，数据发射器45的斜对面安装有报警器44，报警器44内设置有指示灯和喇叭器；本实施例中，微控住器对每组传感器设置有相对应的警戒值，以报警器44作为输出端。
37.本实施例在使用时，在采样时，先启动抽吸泵13，在外球形密封座22内产生吸力，分别作用在四组采样管15上，采样管15伸入水底抽取样本到混合腔23内，四组采样管15的水在混合腔23内融合，达到稀释局部浓度的目的，然后打开定时电磁阀25，混合水均匀从五组分流管24下流，分别注入到五组测样管26内，进行指标测量，溶解氧传感器28、ph水质传感器29、toc传感器30、温度传感器31、余氯传感器32分别对管内的氧气溶解量、ph值、有机碳含量、水温和总余氯含量进行测定，数据值均通过电压信号电路传递给微处理器，微处理器处理后转化成无线通信模块的数字信号，通过数据发射器45发射给远程控制中心，之后管道内的延时电磁阀34打开，将水样从排液孔35排出，等待下一次测量，通过回转电机38带动回转盘37做沿圆周向等速度旋转，并且为间歇式，每组存样试管42均会运动并且暂停在最后一组测样管26的正下方，翻盖43在磁铁33的吸力下自动打开，收集部分采样的水，再转移走，存样试管42的翻盖43离开时通过重力自动合上形成密封，达到存样的目的，在每次抽样时完成一管的存样;利用微控制器对每组传感器设置警戒值（如采样水中toc含量≥10mg/l），当水中的样本含量出发警戒值后，电信号传递给报警模块，装置顶部的报警器44指示灯闪烁，喇叭语音，提醒工作人员紧急处理。
38.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。