水样现场多点采样装置及cod含量检测方法
水样现场多点采样装置及cod含量检测方法
【专利摘要】本发明涉及光谱检测【技术领域】，尤其涉及一种用于水样现场多点采样装置及COD含量检测方法。该装置包括有潜艇式电驱装置、采样装置、遥控装置，该方法包括：（a）设备准备；（b）采样；（c）多点采样：重复上述步骤（b），直至采样室全部采完；（d）样本回收；（e）光谱检测。该发明可以获取潜艇式电驱装置在水体中准确行进信息和位置信息，操控更方便，水体COD含量分布情况测量更准确；一次性下水可以采集多个样本，采集效率高；光谱测量水体COD含量，快速准确，不会对水体造成二次污染。
【专利说明】水样现场多点采样装置及COD含量检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光谱检测【技术领域】，尤其涉及一种水样现场多点采样装置及COD含量 检测方法。
【背景技术】
[0002] 在评价水体污染状况时，化学需氧量（chemicaloxygendemand,C0D)是一项衡量 水体有机物污染程度的重要指标，很多相关研究表明当水体中的COD浓度超过一定的限值 时，会对水质及水产品的生长造成负面影响，而且会增加水体的处理成本，因此快速检测水 体中的COD浓度具有十分重要的现实意义。传统的COD测定方法包括重铬酸钾滴定法和快 速消解分光光度法等，电化学方法和流动注射分析法等新方法也用于COD的测量，但这些 方法都存在着分析时间长、需要消耗试剂、存在二次污染等风险，兼顾测定数据的准确性、 操作便捷及环保无污染的特性，利用光谱学技术替代常规的化学分析方法已经得到一定程 度的应用。目前对水体采样一般一次只能采集一个点的水样，不能做到多点同时采样，也不 能确定采样的深度信息，这种的采样方式采集到的水体样本代表性不足，对生产实践指导 作用有限。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多点采样更能真实反映水体COD含 量分布情况、快速测量的水体COD含量现场多点采样装置及方法。
[0004] 为达上述目的，本发明采样的技术方案为：一种水样COD现场多点采样装置，包括 有潜艇式电驱装置、采样装置、遥控装置，其中：潜艇式电驱装置，由壳体、电驱螺旋桨、升降 水泵、储水箱组成，壳体为中空结构，电驱螺旋桨悬挂安装在壳体上，升降水泵和储水箱固 定安设在壳体内部，升降水泵的进水口 /出水口与储水箱连通、升降水泵的出水口 /进水口 与壳体外部连通，进水口 /出水口均设有防止水倒灌入壳体的止回阀；采样装置包括有采 样泵、存样箱，采样泵的进水口与壳体外部连通、出水口与存样箱连通，进水口和出水口均 设有防止水样回流的止回阀；遥控装置，包括有监控探头、遥控收发模块、电控模块和遥控 手柄，监控探头安装在壳体头端的外壁上；遥控收发模块安装在壳体后端的侧壁上，遥控收 发模块和遥控手柄无线通讯，电控模块与监控探头、遥控收发模块、升降泵的启停电磁阀、 采样泵的启停电磁阀电连接，发送监控探头的检测信息，并接收遥控手柄指令控制升降泵、 采样泵动作；遥控手柄上设有方向操纵摇杆、液显模块，方向操纵摇杆控制潜艇式电驱装置 前后左右和上下升降全方位方向的运动，液显模块实时显示监控探头的信息。
[0005] 较佳地，所述升降水泵包括有上升水泵和下降水泵，上升水泵的出水口与设置在 壳体底部的出水孔连通、进水口与储水箱连通；下降水泵的出水口与储水箱连通、进水口与 设置在壳体顶部的进水孔连通。
[0006] 较佳地，所述上升水泵、下降水泵和采样泵均为微型齿轮泵。
[0007] 较佳地，所述电驱螺旋桨包括三个螺旋桨，分别悬挂安装在壳体两侧翼和壳体的 尾部。
[0008] 较佳地，所述存样箱设有4个以上独立封闭的存样室，每个存样室分别通过管路 与采样泵出水口连通，且在每根管路设有电磁阀。
[0009] 较佳地，所述壳体为三段式拼装结构，由前端盖、本体和后端盖螺纹联接，联接间 设有密封圈。
[0010] 较佳地，所述螺旋桨的驱动电机塑胶密封，电源线包裹在密封件内。
[0011] 较佳地，所述监控探头包括摄像头和超声波探头，摄像头将视频信息传送给液显 模块显示，超声波探头将深度信息传送给液显模块显示。
[0012] 一种利用上述采样装置水体COD含量检测方法，其特征在于：包括有以下步骤： (1) 设备准备：将潜艇式电驱装置放入试水箱内，调试升降水泵和采样泵，升降水泵和 采样泵运行正常后，再调试螺旋桨电机、摄像头和超声波探头状态是否正常；一切调试正常 后，清空储水箱和采样箱，将潜艇式电驱装置放入被测区域的水体中；启动设备； (2) 采样：配合摄像头和超声波探头，遥控潜艇式电驱装置进入采样点，打开采样泵和 相应采样室管路上的电磁阀门，完成该采样点采样工作； (3)多点采样：重复上述步骤（2)，直至采样室全部采完； (4) 样本回收：遥控打开上升水泵，潜艇式电驱装置浮出水面，驱动螺旋桨将潜艇式电 驱装置推送至样本回收点，取出采样箱水样； (5) 光谱检测： 对水样进行光谱扫描，采用去离子水做基线校正，水样的石英比色皿光程长度为10 臟，利用光谱探头采集检测点处的波长为208nm、223nm、238nm、340nm、355nm、362nm、 372nm、380nm和392nm所对的吸收光谱；理化值计算： Y=15. 336X1+20. 256X2+32. 114X3-26. 458X4+358. 542X5-489. 668X6+256. 334Χ7+214. 789X8-395. 225X9+32. 15,计算得到COD含量，式中Y即为COD含量，Χ1~Χ9 分 别为 208nm、223nm、238nm、340nm、355nm、362nm、372nm、380nm和 392nm所对应的 水的吸收光谱。
[0013] 本发明的有益效果：（1)潜艇式电驱装置可在水中上下升降，解决了现有技术存 在水下采样困难的现状；（2)摄像头和超声波探头配合可以获取潜艇式电驱装置在水体中 准确行进信息和位置信息，操控更方便，水体COD含量分布情况测量更准确；（3)采样箱有 多个采样室，一次性下水可以采集多个样本，采集效率高；（4)遥控控制操作方式，操作简 单方便；（5)采集点图像信息和深度信息在液晶屏上实时显示，直观明了；（6)光谱测量水 体COD含量，快速准确，不会对水体造成二次污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明实施例中潜艇式电驱装置外形三维结构示意图； 图2为本发明实施例中潜艇式电驱装置内部三维结构示意图； 图3为本发明实施例中遥控手柄三维结构示意图； 图4为本发明实施例中光谱检测结构示意图； 图5为本发明实施例中光谱检测结果图。
[0015] 图中标记说明： 101 如端盖，102 本体，103 后端盖，104 电驱螺旋奖； 201无线收发模块，202超声波探头，203摄像头，204电控模块，205左 右方向操作杆，206天线，207遥控手柄本体，208上下方向操作杆，209启停按 钮，210---液显； 301储水箱，302下降用进水管，303升降水泵，304上升用出水管； 401电磁阀，402存样室，403采样管，404采样泵； 501电脑，502光谱仪，503接收探头，504石英比色皿；505光源探头， 506 光源开关。
【具体实施方式】
[0016] 为更好地理解本发明，下面结合【专利附图】
【附图说明】和【具体实施方式】对本发明的技术方案做 进一步的说明，参见图1至图5: 按本发明实施的水样现场多点采样装置及COD含量检测方法，为了能实现水面和水下 不同深度的多点水样采样，该采样装置由潜艇式电驱装置提供动力，完成在水体区域内各 采样点之间的行进，由于水域分布广，潜艇式电驱装置用无线射程可达500米的遥控装置 无线遥控。
[0017] 潜艇式电驱装置的具体结构由壳体、电驱螺旋桨、升降水泵303、储水箱301组成， 壳体为中空结构，为了内部结构的装拆方便，壳体为三段式拼装结构，由前端盖101、本体 102和后端盖103螺纹联接，联接间设有密封圈避免进水。电驱螺旋桨悬挂安装在壳体上， 本实施例中所述电驱螺旋桨采用三个螺旋桨的方式，分别悬挂安装在壳体两侧翼和壳体的 尾部。两侧翼电驱螺旋桨可以方便转弯，尾部的电驱螺旋桨负责推进。螺旋桨的驱动电机 用塑胶密封，电源线包裹在密封件内。
[0018] 升降水泵303和储水箱301固定安设在壳体内部，为了便于控制，所述升降水泵 303包括上升水泵和下降水泵，上升水泵的出水口与设置在壳体底部的出水孔连通、进水口 与储水箱301连通；下降水泵的出水口与储水箱301连通、进水口与设置在壳体顶部的进水 孔连通。这样潜艇式电驱装置需要上升时，只需启动上升水泵，上升水泵从储水箱301将水 抽出排至壳体外，装置所受浮力大于重力，潜艇式电驱装置上升。需要下降时，则启动下降 水泵，下降水泵将水从外界水源中抽至壳体内部的储水箱301，装置所受浮力小于重力，潜 艇式电驱装置上升。因为整个壳体内部空间较小，为了保障不受空间限制，上升水泵、下降 水泵和采样泵404均采用微型齿轮泵，微型齿轮泵的材质为塑料，重力轻，成本低。在进水 口/出水口的管路上均设有防止水倒灌入壳体的止回阀。
[0019] 采样装置包括有采样泵404、存样箱，采样泵404的进水口与壳体外部连通、出水 口与存样箱连通，进水口和出水口均设有防止水样回流的止回阀。为了一次下水能采多个 点的水样，以更真实地了解水域内COD的分布，存样箱设有4个以上独立封闭的存样室402， 每个存样室402分别通过管路与采样泵404出水口连通，且在每根管路设有电磁阀401。存 样室402的个数不宜过多，内部管路所需电磁阀401也相应增多，重量和所需空间也相应增 加。
[0020] 遥控装置，包括有监控探头、遥控收发模块、电控模块204和遥控手柄，监控探头 的作用主要是获取潜艇式电驱装置在水体中视频信息和深度信息，视频信息便于控制整个 装置的运行姿态和运行方向，并大致确定水体的浑浊度以帮助操作者决定是否需要采样。 深度信息则标记了样本在水体中的位置深度，便于记录水体COD的分布情况。所以在本实 施例中，监控探头包括安装在壳体头端外壁上的摄像头203和超声波探头202,摄像头203 将视频信息传送给液显210模块显示，超声波探头202将深度信息传送给液显210模块显 示。遥控收发模块安装在壳体后端的侧壁上，遥控收发模块和遥控手柄无线通讯。电控模块 204与监控探头、遥控收发模块、升降泵的启停电磁阀401、采样泵404的启停电磁阀401电 线连接，电控模块204是潜艇式电驱装置的控制核心，发送监控探头的检测信息给遥控手 柄，并接收遥控手柄指令控制升降泵、采样泵404动作。遥控手柄上设有方向操纵摇杆、液 显210模块，方向操纵摇杆控制潜艇式电驱装置前后左右和上下升降全方位方向的运动， 液显210模块显示监控探头的信息。
[0021] 一种利用上述采样装置水体COD含量检测方法，包括有以下步骤： (1)设备准备：将潜艇式电驱装置放入试水箱内，调试升降水泵303和采样泵404,升降 水泵303和采样泵404运行正常后，再调试螺旋桨电机、摄像头203和超声波探头202状态 是否正常。一切正常后，拧开前端盖101，清空储水箱301和采样箱。将储水箱301和采样 箱装回，再将潜艇式电驱装置放入被测区域的水体中，使用遥控手柄，按下启停键，启动设 备。
[0022] (2)采样：根据摄像头203传送过来的视频信息和超声波探头202深度信息，遥控 潜艇式电驱装置进入采样点，装置姿态和运行方向的调整依靠操作者使用操作手柄掌控来 完成。到位后,打开采样泵404和相应采样室管路上的电磁阀401，完成该采样点采样工作。 采样时间是由采样室的大小和采样泵404流量的大小决定，本实施例中采样时间为5S。
[0023] (3)多点采样：为了一次下水，多点采样，重复上述步骤（2)，直至采样室全部采满 为止。
[0024] (4)样本回收：遥控打开上升水泵，潜艇式电驱装置浮出水面，驱动螺旋桨将潜艇 式电驱装置推送至样本回收点，拧开壳体前端盖101，取出采样箱水样，进行下一步的光谱 检测。
[0025] (5)光谱检测： 开启电脑501，启动光源开关506,使光源预热15分钟，保持光源稳定，对水样进行光谱 扫描，采用去离子水做基线校正，水样的石英比色皿光程长度为10mm。将水样放入石英比 色皿504中，为配合检测，光源探头505和接收探头503高度可调，通过3个定位孔调节高 度，利用接收探头503采集检测点处的波长为208nm、223nm、238nm、340nm、355nm、362 nm、372nm、380nm和392nm所对的吸收光谱；理化值计算： Y=15. 336X1+20. 256X2+32. 114X3-26. 458X4+358. 542X5-489. 668X6+256. 334Χ7+214. 789X8-395. 225X9+32. 15,计算得到COD含量，式中Y即为COD含量，Χ1~Χ9 分 别为 208nm、223nm、238nm、340nm、355nm、362nm、372nm、380nm和 392nm所对应的 水的吸收光谱。
[0026] 本发明所选定的特征波长仅针对水体的COD含量的快速检测，通过多元线性回 归，建立模型，计算得到相应的指标值。
[0027] 利用本发明提供的方法建立模型的相关指标见表1，其中，建模集表示建立模型 时，利用水体的吸光度以及现有方法测试得到水体的COD含量拟合得到模型方程，预测集 表示，预测时，即建立完模型后，依据模型方程，将水体光谱的特征波长吸光度代入模型方 程计算得到的水体的COD含量。
[0028]表1
【权利要求】
1. 一种水样COD现场多点采样装置，其特征在于：包括有潜艇式电驱装置、采样装置、 遥控装置，其中： 潜艇式电驱装置，由壳体、电驱螺旋桨、升降水泵、储水箱组成，壳体为中空结构，电驱 螺旋桨悬挂安装在壳体上，升降水泵和储水箱固定安设在壳体内部，升降水泵的进水口 / 出水口与储水箱连通、升降水泵的出水口 /进水口与壳体外部连通，进水口 /出水口均设有 防止水倒灌入壳体的止回阀； 采样装置包括有采样泵、存样箱，采样泵的进水口与壳体外部连通、出水口与存样箱连 通，进水口和出水口均设有防止水样回流的止回阀； 遥控装置，包括有监控探头、遥控收发模块、电控模块和遥控手柄，监控探头安装在壳 体头端的外壁上；遥控收发模块安装在壳体后端的侧壁上，遥控收发模块和遥控手柄无线 通讯，电控模块与监控探头、遥控收发模块、升降泵的启停电磁阀、采样泵的启停电磁阀电 连接，发送监控探头的检测信息，并接收遥控手柄指令控制升降泵、采样泵动作；遥控手柄 上设有方向操纵摇杆、液显模块，方向操纵摇杆控制潜艇式电驱装置前后左右和上下升降 全方位方向的运动，液显模块显示监控探头的信息。
2. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述升降水泵包 括有上升水泵和下降水泵，上升水泵的出水口与设置在壳体底部的出水孔连通、进水口与 储水箱连通；下降水泵的出水口与储水箱连通、进水口与设置在壳体顶部的进水孔连通。
3. 根据权利要求2所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述上升水泵、下 降水泵和采样泵均为微型齿轮泵。
4. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述电驱螺旋桨 包括三个螺旋桨，分别悬挂安装在壳体两侧翼和壳体的尾部。
5. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述存样箱设有 4个以上独立封闭的存样室，每个存样室分别通过管路与采样泵出水口连通，且在每根管路 设有电磁阀。
6. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述壳体为三段 式拼装结构，由前端盖、本体和后端盖螺纹联接，联接间设有密封圈。
7. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述螺旋桨的驱 动电机塑胶密封，电源线包裹在密封件内。
8. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述监控探头包 括摄像头和超声波探头，摄像头将视频信息传送给液显模块显示，超声波探头将深度信息 传送给液显模块显示。
9. 一种利用上述采样装置水体COD含量检测方法，其特征在于：包括有以下步骤： (1) 设备准备：将潜艇式电驱装置放入试水箱内，调试升降水泵和采样泵，升降水泵和 采样泵运行正常后，再调试螺旋桨电机、摄像头和超声波探头状态是否正常；一切调试正常 后，清空储水箱和采样箱，将潜艇式电驱装置放入被测区域的水体中；启动设备； (2) 采样：配合摄像头和超声波探头，遥控潜艇式电驱装置进入采样点，打开采样泵和 相应采样室管路上的电磁阀门，完成该采样点采样工作； (3) 多点采样：重复上述步骤（2)，直至采样室全部采完； (4) 样本回收：遥控打开上升水泵，潜艇式电驱装置浮出水面，驱动螺旋桨将潜艇式电 驱装置推送至样本回收点，取出采样箱水样； (5)光谱检测： 对水样进行光谱扫描，采用去离子水做基线校正，水样的石英比色皿光程长度为10 臟，利用光谱探头采集检测点处的波长为208 nm、223 nm、238 nm、340 nm、355 nm、362 nm、 372 nm、380 nm和392 nm所对的吸收光谱；理化值计算： Y=15. 336X1+20.256X2+32.114X3-26.458X4+358.542X5-489.668X6+256.334 X7+214. 789X8-395. 225X9+32. 15,计算得到COD含量，式中Y即为COD含量，X1~X9分别为 208 nm、223 nm、238 nm、340 nm、355 nm、362 nm、372 nm、380 nm和392 nm所对应的水的吸 收光谱。
【文档编号】G01N1/14GK104483164SQ201410839848
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】刘雪梅, 章海亮 申请人:华东交通大学, 刘雪梅, 章海亮
【专利摘要】本发明涉及光谱检测【技术领域】，尤其涉及一种用于水样现场多点采样装置及COD含量检测方法。该装置包括有潜艇式电驱装置、采样装置、遥控装置，该方法包括：（a）设备准备；（b）采样；（c）多点采样：重复上述步骤（b），直至采样室全部采完；（d）样本回收；（e）光谱检测。该发明可以获取潜艇式电驱装置在水体中准确行进信息和位置信息，操控更方便，水体COD含量分布情况测量更准确；一次性下水可以采集多个样本，采集效率高；光谱测量水体COD含量，快速准确，不会对水体造成二次污染。
【专利说明】水样现场多点采样装置及COD含量检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光谱检测【技术领域】，尤其涉及一种水样现场多点采样装置及COD含量 检测方法。
【背景技术】
[0002] 在评价水体污染状况时，化学需氧量（chemicaloxygendemand,C0D)是一项衡量 水体有机物污染程度的重要指标，很多相关研究表明当水体中的COD浓度超过一定的限值 时，会对水质及水产品的生长造成负面影响，而且会增加水体的处理成本，因此快速检测水 体中的COD浓度具有十分重要的现实意义。传统的COD测定方法包括重铬酸钾滴定法和快 速消解分光光度法等，电化学方法和流动注射分析法等新方法也用于COD的测量，但这些 方法都存在着分析时间长、需要消耗试剂、存在二次污染等风险，兼顾测定数据的准确性、 操作便捷及环保无污染的特性，利用光谱学技术替代常规的化学分析方法已经得到一定程 度的应用。目前对水体采样一般一次只能采集一个点的水样，不能做到多点同时采样，也不 能确定采样的深度信息，这种的采样方式采集到的水体样本代表性不足，对生产实践指导 作用有限。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多点采样更能真实反映水体COD含 量分布情况、快速测量的水体COD含量现场多点采样装置及方法。
[0004] 为达上述目的，本发明采样的技术方案为：一种水样COD现场多点采样装置，包括 有潜艇式电驱装置、采样装置、遥控装置，其中：潜艇式电驱装置，由壳体、电驱螺旋桨、升降 水泵、储水箱组成，壳体为中空结构，电驱螺旋桨悬挂安装在壳体上，升降水泵和储水箱固 定安设在壳体内部，升降水泵的进水口 /出水口与储水箱连通、升降水泵的出水口 /进水口 与壳体外部连通，进水口 /出水口均设有防止水倒灌入壳体的止回阀；采样装置包括有采 样泵、存样箱，采样泵的进水口与壳体外部连通、出水口与存样箱连通，进水口和出水口均 设有防止水样回流的止回阀；遥控装置，包括有监控探头、遥控收发模块、电控模块和遥控 手柄，监控探头安装在壳体头端的外壁上；遥控收发模块安装在壳体后端的侧壁上，遥控收 发模块和遥控手柄无线通讯，电控模块与监控探头、遥控收发模块、升降泵的启停电磁阀、 采样泵的启停电磁阀电连接，发送监控探头的检测信息，并接收遥控手柄指令控制升降泵、 采样泵动作；遥控手柄上设有方向操纵摇杆、液显模块，方向操纵摇杆控制潜艇式电驱装置 前后左右和上下升降全方位方向的运动，液显模块实时显示监控探头的信息。
[0005] 较佳地，所述升降水泵包括有上升水泵和下降水泵，上升水泵的出水口与设置在 壳体底部的出水孔连通、进水口与储水箱连通；下降水泵的出水口与储水箱连通、进水口与 设置在壳体顶部的进水孔连通。
[0006] 较佳地，所述上升水泵、下降水泵和采样泵均为微型齿轮泵。
[0007] 较佳地，所述电驱螺旋桨包括三个螺旋桨，分别悬挂安装在壳体两侧翼和壳体的 尾部。
[0008] 较佳地，所述存样箱设有4个以上独立封闭的存样室，每个存样室分别通过管路 与采样泵出水口连通，且在每根管路设有电磁阀。
[0009] 较佳地，所述壳体为三段式拼装结构，由前端盖、本体和后端盖螺纹联接，联接间 设有密封圈。
[0010] 较佳地，所述螺旋桨的驱动电机塑胶密封，电源线包裹在密封件内。
[0011] 较佳地，所述监控探头包括摄像头和超声波探头，摄像头将视频信息传送给液显 模块显示，超声波探头将深度信息传送给液显模块显示。
[0012] 一种利用上述采样装置水体COD含量检测方法，其特征在于：包括有以下步骤： (1) 设备准备：将潜艇式电驱装置放入试水箱内，调试升降水泵和采样泵，升降水泵和 采样泵运行正常后，再调试螺旋桨电机、摄像头和超声波探头状态是否正常；一切调试正常 后，清空储水箱和采样箱，将潜艇式电驱装置放入被测区域的水体中；启动设备； (2) 采样：配合摄像头和超声波探头，遥控潜艇式电驱装置进入采样点，打开采样泵和 相应采样室管路上的电磁阀门，完成该采样点采样工作； (3)多点采样：重复上述步骤（2)，直至采样室全部采完； (4) 样本回收：遥控打开上升水泵，潜艇式电驱装置浮出水面，驱动螺旋桨将潜艇式电 驱装置推送至样本回收点，取出采样箱水样； (5) 光谱检测： 对水样进行光谱扫描，采用去离子水做基线校正，水样的石英比色皿光程长度为10 臟，利用光谱探头采集检测点处的波长为208nm、223nm、238nm、340nm、355nm、362nm、 372nm、380nm和392nm所对的吸收光谱；理化值计算： Y=15. 336X1+20. 256X2+32. 114X3-26. 458X4+358. 542X5-489. 668X6+256. 334Χ7+214. 789X8-395. 225X9+32. 15,计算得到COD含量，式中Y即为COD含量，Χ1~Χ9 分 别为 208nm、223nm、238nm、340nm、355nm、362nm、372nm、380nm和 392nm所对应的 水的吸收光谱。
[0013] 本发明的有益效果：（1)潜艇式电驱装置可在水中上下升降，解决了现有技术存 在水下采样困难的现状；（2)摄像头和超声波探头配合可以获取潜艇式电驱装置在水体中 准确行进信息和位置信息，操控更方便，水体COD含量分布情况测量更准确；（3)采样箱有 多个采样室，一次性下水可以采集多个样本，采集效率高；（4)遥控控制操作方式，操作简 单方便；（5)采集点图像信息和深度信息在液晶屏上实时显示，直观明了；（6)光谱测量水 体COD含量，快速准确，不会对水体造成二次污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明实施例中潜艇式电驱装置外形三维结构示意图； 图2为本发明实施例中潜艇式电驱装置内部三维结构示意图； 图3为本发明实施例中遥控手柄三维结构示意图； 图4为本发明实施例中光谱检测结构示意图； 图5为本发明实施例中光谱检测结果图。
[0015] 图中标记说明： 101 如端盖，102 本体，103 后端盖，104 电驱螺旋奖； 201无线收发模块，202超声波探头，203摄像头，204电控模块，205左 右方向操作杆，206天线，207遥控手柄本体，208上下方向操作杆，209启停按 钮，210---液显； 301储水箱，302下降用进水管，303升降水泵，304上升用出水管； 401电磁阀，402存样室，403采样管，404采样泵； 501电脑，502光谱仪，503接收探头，504石英比色皿；505光源探头， 506 光源开关。
【具体实施方式】
[0016] 为更好地理解本发明，下面结合【专利附图】
【附图说明】和【具体实施方式】对本发明的技术方案做 进一步的说明，参见图1至图5: 按本发明实施的水样现场多点采样装置及COD含量检测方法，为了能实现水面和水下 不同深度的多点水样采样，该采样装置由潜艇式电驱装置提供动力，完成在水体区域内各 采样点之间的行进，由于水域分布广，潜艇式电驱装置用无线射程可达500米的遥控装置 无线遥控。
[0017] 潜艇式电驱装置的具体结构由壳体、电驱螺旋桨、升降水泵303、储水箱301组成， 壳体为中空结构，为了内部结构的装拆方便，壳体为三段式拼装结构，由前端盖101、本体 102和后端盖103螺纹联接，联接间设有密封圈避免进水。电驱螺旋桨悬挂安装在壳体上， 本实施例中所述电驱螺旋桨采用三个螺旋桨的方式，分别悬挂安装在壳体两侧翼和壳体的 尾部。两侧翼电驱螺旋桨可以方便转弯，尾部的电驱螺旋桨负责推进。螺旋桨的驱动电机 用塑胶密封，电源线包裹在密封件内。
[0018] 升降水泵303和储水箱301固定安设在壳体内部，为了便于控制，所述升降水泵 303包括上升水泵和下降水泵，上升水泵的出水口与设置在壳体底部的出水孔连通、进水口 与储水箱301连通；下降水泵的出水口与储水箱301连通、进水口与设置在壳体顶部的进水 孔连通。这样潜艇式电驱装置需要上升时，只需启动上升水泵，上升水泵从储水箱301将水 抽出排至壳体外，装置所受浮力大于重力，潜艇式电驱装置上升。需要下降时，则启动下降 水泵，下降水泵将水从外界水源中抽至壳体内部的储水箱301，装置所受浮力小于重力，潜 艇式电驱装置上升。因为整个壳体内部空间较小，为了保障不受空间限制，上升水泵、下降 水泵和采样泵404均采用微型齿轮泵，微型齿轮泵的材质为塑料，重力轻，成本低。在进水 口/出水口的管路上均设有防止水倒灌入壳体的止回阀。
[0019] 采样装置包括有采样泵404、存样箱，采样泵404的进水口与壳体外部连通、出水 口与存样箱连通，进水口和出水口均设有防止水样回流的止回阀。为了一次下水能采多个 点的水样，以更真实地了解水域内COD的分布，存样箱设有4个以上独立封闭的存样室402， 每个存样室402分别通过管路与采样泵404出水口连通，且在每根管路设有电磁阀401。存 样室402的个数不宜过多，内部管路所需电磁阀401也相应增多，重量和所需空间也相应增 加。
[0020] 遥控装置，包括有监控探头、遥控收发模块、电控模块204和遥控手柄，监控探头 的作用主要是获取潜艇式电驱装置在水体中视频信息和深度信息，视频信息便于控制整个 装置的运行姿态和运行方向，并大致确定水体的浑浊度以帮助操作者决定是否需要采样。 深度信息则标记了样本在水体中的位置深度，便于记录水体COD的分布情况。所以在本实 施例中，监控探头包括安装在壳体头端外壁上的摄像头203和超声波探头202,摄像头203 将视频信息传送给液显210模块显示，超声波探头202将深度信息传送给液显210模块显 示。遥控收发模块安装在壳体后端的侧壁上，遥控收发模块和遥控手柄无线通讯。电控模块 204与监控探头、遥控收发模块、升降泵的启停电磁阀401、采样泵404的启停电磁阀401电 线连接，电控模块204是潜艇式电驱装置的控制核心，发送监控探头的检测信息给遥控手 柄，并接收遥控手柄指令控制升降泵、采样泵404动作。遥控手柄上设有方向操纵摇杆、液 显210模块，方向操纵摇杆控制潜艇式电驱装置前后左右和上下升降全方位方向的运动， 液显210模块显示监控探头的信息。
[0021] 一种利用上述采样装置水体COD含量检测方法，包括有以下步骤： (1)设备准备：将潜艇式电驱装置放入试水箱内，调试升降水泵303和采样泵404,升降 水泵303和采样泵404运行正常后，再调试螺旋桨电机、摄像头203和超声波探头202状态 是否正常。一切正常后，拧开前端盖101，清空储水箱301和采样箱。将储水箱301和采样 箱装回，再将潜艇式电驱装置放入被测区域的水体中，使用遥控手柄，按下启停键，启动设 备。
[0022] (2)采样：根据摄像头203传送过来的视频信息和超声波探头202深度信息，遥控 潜艇式电驱装置进入采样点，装置姿态和运行方向的调整依靠操作者使用操作手柄掌控来 完成。到位后,打开采样泵404和相应采样室管路上的电磁阀401，完成该采样点采样工作。 采样时间是由采样室的大小和采样泵404流量的大小决定，本实施例中采样时间为5S。
[0023] (3)多点采样：为了一次下水，多点采样，重复上述步骤（2)，直至采样室全部采满 为止。
[0024] (4)样本回收：遥控打开上升水泵，潜艇式电驱装置浮出水面，驱动螺旋桨将潜艇 式电驱装置推送至样本回收点，拧开壳体前端盖101，取出采样箱水样，进行下一步的光谱 检测。
[0025] (5)光谱检测： 开启电脑501，启动光源开关506,使光源预热15分钟，保持光源稳定，对水样进行光谱 扫描，采用去离子水做基线校正，水样的石英比色皿光程长度为10mm。将水样放入石英比 色皿504中，为配合检测，光源探头505和接收探头503高度可调，通过3个定位孔调节高 度，利用接收探头503采集检测点处的波长为208nm、223nm、238nm、340nm、355nm、362 nm、372nm、380nm和392nm所对的吸收光谱；理化值计算： Y=15. 336X1+20. 256X2+32. 114X3-26. 458X4+358. 542X5-489. 668X6+256. 334Χ7+214. 789X8-395. 225X9+32. 15,计算得到COD含量，式中Y即为COD含量，Χ1~Χ9 分 别为 208nm、223nm、238nm、340nm、355nm、362nm、372nm、380nm和 392nm所对应的 水的吸收光谱。
[0026] 本发明所选定的特征波长仅针对水体的COD含量的快速检测，通过多元线性回 归，建立模型，计算得到相应的指标值。
[0027] 利用本发明提供的方法建立模型的相关指标见表1，其中，建模集表示建立模型 时，利用水体的吸光度以及现有方法测试得到水体的COD含量拟合得到模型方程，预测集 表示，预测时，即建立完模型后，依据模型方程，将水体光谱的特征波长吸光度代入模型方 程计算得到的水体的COD含量。
[0028]表1
【权利要求】
1. 一种水样COD现场多点采样装置，其特征在于：包括有潜艇式电驱装置、采样装置、 遥控装置，其中： 潜艇式电驱装置，由壳体、电驱螺旋桨、升降水泵、储水箱组成，壳体为中空结构，电驱 螺旋桨悬挂安装在壳体上，升降水泵和储水箱固定安设在壳体内部，升降水泵的进水口 / 出水口与储水箱连通、升降水泵的出水口 /进水口与壳体外部连通，进水口 /出水口均设有 防止水倒灌入壳体的止回阀； 采样装置包括有采样泵、存样箱，采样泵的进水口与壳体外部连通、出水口与存样箱连 通，进水口和出水口均设有防止水样回流的止回阀； 遥控装置，包括有监控探头、遥控收发模块、电控模块和遥控手柄，监控探头安装在壳 体头端的外壁上；遥控收发模块安装在壳体后端的侧壁上，遥控收发模块和遥控手柄无线 通讯，电控模块与监控探头、遥控收发模块、升降泵的启停电磁阀、采样泵的启停电磁阀电 连接，发送监控探头的检测信息，并接收遥控手柄指令控制升降泵、采样泵动作；遥控手柄 上设有方向操纵摇杆、液显模块，方向操纵摇杆控制潜艇式电驱装置前后左右和上下升降 全方位方向的运动，液显模块显示监控探头的信息。
2. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述升降水泵包 括有上升水泵和下降水泵，上升水泵的出水口与设置在壳体底部的出水孔连通、进水口与 储水箱连通；下降水泵的出水口与储水箱连通、进水口与设置在壳体顶部的进水孔连通。
3. 根据权利要求2所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述上升水泵、下 降水泵和采样泵均为微型齿轮泵。
4. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述电驱螺旋桨 包括三个螺旋桨，分别悬挂安装在壳体两侧翼和壳体的尾部。
5. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述存样箱设有 4个以上独立封闭的存样室，每个存样室分别通过管路与采样泵出水口连通，且在每根管路 设有电磁阀。
6. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述壳体为三段 式拼装结构，由前端盖、本体和后端盖螺纹联接，联接间设有密封圈。
7. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述螺旋桨的驱 动电机塑胶密封，电源线包裹在密封件内。
8. 根据权利要求1所述的水样COD现场多点采样装置，其特征在于：所述监控探头包 括摄像头和超声波探头，摄像头将视频信息传送给液显模块显示，超声波探头将深度信息 传送给液显模块显示。
9. 一种利用上述采样装置水体COD含量检测方法，其特征在于：包括有以下步骤： (1) 设备准备：将潜艇式电驱装置放入试水箱内，调试升降水泵和采样泵，升降水泵和 采样泵运行正常后，再调试螺旋桨电机、摄像头和超声波探头状态是否正常；一切调试正常 后，清空储水箱和采样箱，将潜艇式电驱装置放入被测区域的水体中；启动设备； (2) 采样：配合摄像头和超声波探头，遥控潜艇式电驱装置进入采样点，打开采样泵和 相应采样室管路上的电磁阀门，完成该采样点采样工作； (3) 多点采样：重复上述步骤（2)，直至采样室全部采完； (4) 样本回收：遥控打开上升水泵，潜艇式电驱装置浮出水面，驱动螺旋桨将潜艇式电 驱装置推送至样本回收点，取出采样箱水样； (5)光谱检测： 对水样进行光谱扫描，采用去离子水做基线校正，水样的石英比色皿光程长度为10 臟，利用光谱探头采集检测点处的波长为208 nm、223 nm、238 nm、340 nm、355 nm、362 nm、 372 nm、380 nm和392 nm所对的吸收光谱；理化值计算： Y=15. 336X1+20.256X2+32.114X3-26.458X4+358.542X5-489.668X6+256.334 X7+214. 789X8-395. 225X9+32. 15,计算得到COD含量，式中Y即为COD含量，X1~X9分别为 208 nm、223 nm、238 nm、340 nm、355 nm、362 nm、372 nm、380 nm和392 nm所对应的水的吸 收光谱。
【文档编号】G01N1/14GK104483164SQ201410839848
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】刘雪梅, 章海亮 申请人:华东交通大学, 刘雪梅, 章海亮
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