一种新型升降式水质COD检测装置的制作方法

本发明涉及水质监测技术领域，具体为一种新型升降式水质cod检测装置。

背景技术：

水质是水体质量的简称。它标志着水体的物理(如色度、浊度、臭味等)、化学(无机物和有机物的含量)和生物(细菌、微生物、浮游生物、底栖生物)的特性及其组成的状况。为评价水体质量的状况，规定了一系列水质参数和水质标准。如生活饮用水、工业用水和渔业用水等水质标准。水资源是自然界中不可或缺的重要组成部分，是人类赖以生存以及生命活动的重要基础，同时，我国也是世界上水资源比较匮乏的国家，人均占有量不足世界平均水平的25％，但是，随着我国工业化进程的高速推进，各种污染物源源不断地被排到了河水中，导致水质量的不断恶化，严重影响了人民的生产生活。水质监测作为污水防控的一个重要手段，它越来越多地受到人们的重视，水质监测常规的监测参数通常包括：水温、溶解氧、色度、浊度、化学需氧量、生化需氧量、总有机碳、总磷、重金属、氨氮等，其中化学需氧量是最重要的指标之一。化学需氧量能够反映水资源被污染性物质的破坏程度，若水体中化学需氧量的值较高，污染物消耗水体中溶解氧就越多，这就会导致水体的缺氧，进一步造成大量生物因缺氧而死亡，同时引发水中的厌氧菌大量地繁殖，加快了水质恶化程度。

申请号为201410537614.3，名称为一种水质监测系统的发明专利，采用了该发明的水质监测系统，一方面通过把各个不同的检测仪固定到可拆支架了，实现了水质检测的模块化合成，可以根据检测类型的不同要求而把不同的检测仪固定到可拆支架上；而该发明采用的水质氨氮指标检测仪的整个检测过程高效、全自动、准确；该发明采用的电极水质检测仪一方面可以保护敏感的感应头，另一方面设置在下筒体内的毛刷可以实时不断的对感应头进行清洁，保证了感应头的灵敏度，使检测结果更加准确。

但是其对于水内部缺氧情况不能进行很好的检测，而且目前很多的水产养殖水质检测不能进行立体式的检测，因此设计了一种新型升降式水质cod检测装置。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种新型升降式水质cod检测装置，通过臭氧协同紫外高级氧化技术融合传感器，采用cod的方法来检测水质，利用臭氧浓度检测测定水体化学需氧量，通过可升降的结构来实现多层次的水质检测，提高了对于水质检测的全面性，并通过无线网络实时传输数据，实现了水质检测数据实时共享，值得推广。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型升降式水质cod检测装置，包括检测外壳，所述检测外壳内部设置有cod检测装置，所述cod检测装置上端连接有储水箱，所述储水箱内设置有ph值传感器、溶氧传感器与温度传感器，所述储水箱上端设置有电磁阀，所述检测外壳内设置有步进电机，所述步进电机连接有驱动轮，所述驱动轮设置在检测外壳外侧，所述驱动轮连接有升降绳，所述升降绳上端固定在行走齿条上，所述行走齿条两端设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮连接有驱动电机；

所述cod检测装置包括石英玻璃反应管道，所述石英玻璃反应管道下端连接有底部管道，所述底部管道右端连接有底部电磁阀，所述底部管道左端连接有底部臭氧浓度计，所述底部臭氧浓度计连接有底部气体流量计，所述底部气体流量计连接有三通阀门，所述三通阀门另两个端口分别连接有臭氧发生器与压力变送器，所述石英玻璃反应管道两端设置有紫外线灯管，所述石英玻璃反应管道上端连接有顶部管道，所述顶部管道连接有顶部电磁阀，所述顶部电磁阀连接有顶部气体流量计，所述顶部流量计连接有顶部臭氧浓度计，所述顶部臭氧浓度计下端连接有尾气回收箱；

所述ph值传感器、溶氧传感器、温度传感器分别连接有ph信号调理电路、溶氧信号调理电路与温度信号调理电路，所述ph信号调理电路、溶氧信号调理电路与温度信号调理电路连接有通信网关，所述通信网关连接有天线，所述天线连接有服务器，所述服务器连接有zigbee模块与客户端，所述zigbee模块连接有单片机控制器，所述电磁阀与步进电机连接在单片机控制器上，所述底部臭氧浓度计、底部气体流量计、顶部气体流量计与顶部臭氧浓度计连接在单片机控制器上，所述单片机控制器连接有数据存储器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述ph值传感器包括不锈钢外壳，所述不锈钢外壳内设置有树脂隔板，所述树脂隔板将不锈钢外壳分隔成上腔体与下腔体，所述上腔体内设置有接线口，所述下腔体内设置有ph玻璃电极与银氯化银参比电极，所述ph玻璃电极下端穿出不锈钢外壳，所述不锈钢外壳下端设置有保护网罩，所述保护网罩采用铜质过滤网制成。

作为本发明一种优选的技术方案，所述臭氧发生器包括气罐外壳，所述气罐外壳内侧设置有外电极，所述外电极与气罐外壳之间设置有冷却水，所述外电极内侧设置有介电层，所述介电层两端分别设置有内气隙与外气隙，所述内气隙内侧设置有内电极，所述内电极内部设置有冷却油。

作为本发明一种优选的技术方案，所述紫外线灯管包括石英玻璃外壳，所述石英玻璃外壳两端设置有密封塞，所述密封塞内插入紫外线电极，所述石英玻璃外壳内部填充有惰性气体，所述惰性气体为为氩气、氩氪气、氩氖气中的任意一种，所述石英玻璃外壳外侧涂覆有一层ptfe保护膜。

作为本发明一种优选的技术方案，所述单片机控制器由5v电源供电，选用型号为pic16f877a的控制芯片，两个电平转换芯片通过de9串口及串口线连接实现单片机控制器与zigbee模块之间的串口通信，控制芯片的ra1、ra2引脚与步进电机相连，通过控制两个引脚的高低电平控制步进电机正反转，引脚ra5、re0分别与电磁阀的常开继电器和常闭继电器连接，从而控制电磁阀的开通关断。

作为本发明一种优选的技术方案，所述通信网关采用m102-rg型symgate远程智能网关，通过其连接的天线以gprs方式实现数据传输，将数据传输给服务器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述溶氧传感器为采用极谱型薄膜传感器，所述溶氧信号调理电路采用反馈式i-v转换电路，电路前一级为ca3140型运算放大器，后一级为反向差动放大器，该级输入为反馈电阻两端的电压信号，输出信号通过lc电路滤波，滤除干扰信号后，最终输出电压信号vout的大小约为0-5v，并通过采集卡采集。

作为本发明一种优选的技术方案，所述ph信号调理电路分为两级的仪用放大器，第一级由两个对称的同相放大器构成，具有抑制零漂和误差的效果，后一级为lm6041型运放构成的反向差动放大器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述温度信号调理电路由电桥和运算放大器构成，通过可调电阻rp校准使电桥达到平衡时，输出电压为0v，当温度变化时会引起电阻pt100阻值发生改变，电桥输出电压将发生变化，该电压再通过运放电路放大输出。

作为本发明一种优选的技术方案，所述尾气回收箱上设置有气压表，所述尾气回收箱下端设置有出气阀门。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过臭氧协同紫外高级氧化技术融合传感器，采用cod的方法来检测水质，利用臭氧浓度检测测定水体化学需氧量，通过可升降的结构来实现多层次的水质检测，提高了对于水质检测的全面性，并通过无线网络实时传输数据，实现了水质检测数据实时共享，值得推广。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明cod检测装置结构示意图；

图3为本发明内部结构框图；

图4为本发明ph值传感器结构示意图；

图5为本发明臭氧发生器结构示意图；

图6为本发明紫外线灯管结构示意图；

图7为本发明溶氧信号调理电路的电路图；

图8为本发明ph信号调理电路的电路图；

图9为本发明温度信号调理电路的电路图。

图中：1-检测外壳，2-cod检测装置，3-储水箱，4-ph值传感器，5-溶氧传感器，6-温度传感器，7-电磁阀，8-步进电机，9-驱动轮，10-升降绳，11-行走齿条，12-驱动齿轮，13-驱动电机，14-石英玻璃反应管道，15-底部管道，16-底部电磁阀，17-底部臭氧浓度计，18-底部气体流量计，19-三通阀门，20-臭氧发生器，21-压力变送器，22-紫外线灯管，23-顶部管道，24-顶部电磁阀，25-顶部气体流量计，26-顶部臭氧浓度计，27-尾气回收箱，28-ph信号调理电路，29-溶氧信号调理电路，30-温度信号调理电路，31-通信网关，32-天线，33-服务器，34-zigbee模块，35-客户端，36-单片机控制器，37-数据存储器，38-不锈钢外壳，39-树脂隔板，40-上腔体，41-下腔体，42-接线口，43-ph玻璃电极，44-银氯化银参比电极，45-保护网罩，46-气罐外壳，47-外电极，48-冷却水，49-介电层，50-内气隙，51-外气隙，52-内电极，53-冷却油，54-石英玻璃外壳，55-密封塞，56-紫外线电极，57-惰性气体，58-ptfe保护膜，59-气压表，60-出气阀门。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1至图9所示，本发明提供了一种新型升降式水质cod检测装置，包括检测外壳1，所述检测外壳1内部设置有cod检测装置2，所述cod检测装置2上端连接有储水箱3，所述储水箱3内设置有ph值传感器4、溶氧传感器5与温度传感器6，所述储水箱3上端设置有电磁阀7，所述检测外壳1内设置有步进电机8，所述步进电机8连接有驱动轮9，所述驱动轮9设置在检测外壳1外侧，所述驱动轮9连接有升降绳10，所述升降绳10上端固定在行走齿条11上，所述行走齿条11两端设置有驱动齿轮12，所述驱动齿轮12连接有驱动电机13。

本发明在使用的时候，将检测外壳1放入水中，通过驱动电机13转动，行走齿条11可采用吊装方式安装固定在水面上方，带动驱动齿轮12转动，使得检测外壳1在行走齿条11上水平移动，将检测外壳1放置到检测的水面上，随后步进电机8在单片机控制器36的控制下，带动驱动轮9转动，使得升降绳10放开，使得设备沉入水中，单片机控制器36随后打开电磁阀7，未开启电磁阀7的时候，设备内部气压大于水压，使得cod检测装置2与储水箱3保持空的状态，内部没有水，而打开电磁阀7之后内部空气通过储水箱3上端排出，水从下往上填满cod检测装置2与储水箱3，使得水进入cod检测装置2内，并从cod检测装置2上端进入储水箱3内，然后通过传感器采集参数信息。

如图2所示，本发明中所述cod检测装置2包括石英玻璃反应管道14，所述石英玻璃反应管道14下端连接有底部管道15，所述底部管道15右端连接有底部电磁阀16，所述底部管道15左端连接有底部臭氧浓度计17，所述底部臭氧浓度计17连接有底部气体流量计18，所述底部气体流量计18连接有三通阀门19，所述三通阀门19另两个端口分别连接有臭氧发生器20与压力变送器21，臭氧通过臭氧发生器20产生之后，利用压力变送器21产生的压力输送出去，此时关闭底部电磁阀16，臭氧发生器20产生的臭氧通过底部气体流量计18、底部臭氧浓度计17后，进入石英玻璃反应管道14内，所述石英玻璃反应管道14左右两侧设置有紫外线灯管22，所述石英玻璃反应管道14上端连接有顶部管道23，所述顶部管道23连接有顶部电磁阀24，所述顶部电磁阀24连接有顶部气体流量计25，所述顶部流量计25连接有顶部臭氧浓度计26，臭氧经过石英玻璃反应管道14后，打开顶部电磁阀24，向上漂浮进入顶部管道23内，经过顶部流量计25与顶部臭氧浓度计26，随后进入顶部臭氧浓度计26下端设置的尾气回收箱27，进行回收尾气，避免造成空气污染；此装置中底部电磁阀16与顶部电磁阀24的开合控制了臭氧的输出，打开底部电磁阀16并关闭顶部电磁阀24的时候，臭氧不进入石英玻璃反应管道14，而打开顶部电磁阀24并关闭底部电磁阀16的时候，臭氧则进入石英玻璃反应管道14。

本发明中，通过安装在石英玻璃反应管道14顶部与底部管道内的浓度计与流量计来记录臭氧气体的浓度和流量等其他参数，利用多个浓度计与流量计信息融合来测定水体化学需氧量，上下两个浓度与流量两者之差值即为待测水样中被氧化消解所消耗的臭氧质量，而化学需氧量是指单位体积内消解水中有机物所消耗氧的量，在使用的时候通过臭氧发生器20发出臭氧，经过压力变送器21输送到石英玻璃反应管道14内，在上下两个管道内设置的两组浓度计与流量计采集到信息参数，通过对比的方式来确定水体化学需氧量，利用紫外线来配合臭氧消解，可在不同温度与压强情况下保持氧化性，反应条件温和容易控制，氧化速率快、效率高且无需添加任何化学试剂，可以满足各种水质的要求。

如图3所示，本发明中所述ph值传感器4、溶氧传感器5、温度传感器6分别连接有ph信号调理电路28、溶氧信号调理电路29与温度信号调理电路30，所述ph信号调理电路28、溶氧信号调理电路29与温度信号调理电路30连接有通信网关31，所述通信网关31连接有天线32，所述天线32连接有服务器33，所述服务器33连接有zigbee模块34与客户端35，所述zigbee模块34连接有单片机控制器36，所述电磁阀7与步进电机8连接在单片机控制器36上，所述底部臭氧浓度计17、底部气体流量计18、顶部气体流量计25与顶部臭氧浓度计26连接在单片机控制器36上，所述单片机控制器36连接有数据存储器37。

本发明在使用的时候ph值传感器4、溶氧传感器5、温度传感器6采集到的信息参数，通过ph信号调理电路28、溶氧信号调理电路29与温度信号调理电路30进行信号调理，调理好的信号通过通信网关31连接的天线32，以gprs的方式传输出去，发送给服务器33，服务器33接收到参数后将参数分别传输给客户端35与zigbee模块，客户端35可供检测人员直接获取数据进行软件分析，单片机控制器36通过rs232与zigbee模块相连接，完成与服务器33的无线通信，通过单片机控制器36即可控制电磁阀7与步进电机8的工作状态，底部臭氧浓度计17、底部气体流量计18、顶部气体流量计25与顶部臭氧浓度计26采集到的模拟信号通过单片机控制器36的a/d转换模块转换成数字信号，存储到数据存储器37内，便于进行对比分析。

如图4所示，本发明中，所述ph值传感器4包括不锈钢外壳38，所述不锈钢外壳38内设置有树脂隔板39，所述树脂隔板39将不锈钢外壳38分隔成上腔体40与下腔体41，所述上腔体40内设置有接线口42，所述下腔体41内设置有ph玻璃电极43与银氯化银参比电极44，所述ph玻璃电极43下端穿出不锈钢外壳38，所述不锈钢外壳38下端设置有保护网罩45，所述保护网罩45采用铜质过滤网制成；

本发明中，ph值传感器4以ph玻璃电极43与银氯化银参比电极44为传感器的检测电极与参比电极，检测出化学能转换成的电能，获取电能参数信息之后，即可间接的看出水中的ph值。

如图5所示，本发明中所述臭氧发生器20包括气罐外壳46，所述气罐外壳46内侧设置有外电极47，所述外电极47与气罐外壳46之间设置有冷却水48，所述外电极47内侧设置有介电层49，所述介电层49两端分别设置有内气隙50与外气隙51，所述内气隙50内侧设置有内电极52，所述内电极52内部设置有冷却油53；

本发明中的臭氧发生器20通过其内部的两个电极进行间隙放电，使得进入臭氧发生器20内的氧气在放电作用下转换成臭氧，并通过另一端排出，臭氧发生器20内设置冷却水48与冷却油53来完成放电过程中电极的冷却，避免设备温度过高导致臭氧发生缓慢，而内部设置的介电层49是为了防止电极击穿设置的，增加了臭氧发生的安全性。

如图6所示，本发明中所述紫外线灯管22包括石英玻璃外壳54，所述石英玻璃外壳54两端设置有密封塞55，所述密封塞55内插入紫外线电极56，所述石英玻璃外壳54内部填充有惰性气体57，所述惰性气体57为为氩气、氩氪气、氩氖气中的任意一种，所述石英玻璃外壳54外侧涂覆有一层ptfe保护膜58。

本发明中紫外线灯管22在两端的紫外线电极56接入电源之后，发出光线，光线透过石英玻璃外壳54之后发散出紫外线，内部的惰性气体57保证电极稳定性，通过外侧涂覆的ptfe保护膜58增加了石英玻璃外壳54的机械强度，避免在发射紫外线的时候石英玻璃外壳54爆裂，提高了紫外线发射的稳定性。

本发明中，值得说明的是，所述单片机控制器36由5v电源供电，选用型号为pic16f877a的控制芯片，两个电平转换芯片通过de9串口及串口线连接实现单片机控制器36与zigbee模块34之间的串口通信，控制芯片的ra1、ra2引脚与步进电机8相连，通过控制两个引脚的高低电平控制步进电机8正反转，引脚ra5、re0分别与电磁阀7的常开继电器和常闭继电器连接，从而控制电磁阀7的开通关断；所述通信网关31采用m102-rg型symgate远程智能网关，通过其连接的天线32以gprs方式实现数据传输，将数据传输给服务器33。

如图7所示，本发明中所述溶氧传感器5为采用极谱型薄膜传感器，因溶氧传感器为极谱型薄膜传感器，输出电流信号非常微弱，故首先需要将该电流信号装换为电压信号，然后再将电压信号放大成标准的采集信号，以方便采集卡采集，所述溶氧信号调理电路29采用反馈式i-v转换电路，电路前一级为ca3140型运算放大器，后一级为反向差动放大器，该级输入为反馈电阻两端的电压信号，输出信号通过lc电路滤波，滤除干扰信号后，最终输出电压信号vout的大小约为0-5v，并通过采集卡采集。

如图8所示，本发明中所述ph信号调理电路28分为两级的仪用放大器，第一级由两个对称的同相放大器构成，具有抑制零漂和误差的效果，后一级为lm6041型运放构成的反向差动放大器，通过调节rg的大小可以输出－5-5v的电压，最后通过加法器将－5-5v的信号调节为0～5v的标准信号，以便采集卡采集，该电路具有高输入阻抗、高共模抑制比、低非线性误差和优良的动态特性。

如图9所示，本发明中所述温度信号调理电路30由电桥和运算放大器构成，通过可调电阻rp校准使电桥达到平衡时，输出电压为0v，当温度变化时会引起电阻pt100阻值发生改变，电桥输出电压将发生变化，该电压再通过运放电路放大输出。

如图2所示，本发明中所述尾气回收箱27上设置有气压表59，可以观察出尾气回收箱27内的气压，所述尾气回收箱27下端设置有出气阀门60，方便排出气体，避免气压过大导致气体回流。

本发明通过臭氧协同紫外高级氧化技术融合传感器，采用cod的方法来检测水质，利用臭氧浓度检测测定水体化学需氧量，通过可升降的结构来实现多层次的水质检测，提高了对于水质检测的全面性，并通过无线网络实时传输数据，实现了水质检测数据实时共享，值得推广。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。