一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法与流程

1.本发明涉及饮用地下水污染监测技术领域，尤其涉及一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法。


背景技术：

2.地下水水质/水环境污染是一个复杂的环境地球化学作用过程，受污染物自身理化性质、水文地质条件、水文地球化学作用、人类活动、土地利用状况等多种因素影响及相互作用，这种干扰加剧了地下水系统的不稳定性，造成了地下水污染的系统复杂性。使地下水污染治理工作难度大、耗资高、耗时长，因此，在地下水资源的保护措施上必须实现从“先污染，后治理”向“预防为主，防治结合”的转变。
3.创建地下水污染监测预警技术体系，成为了地下水污染应急和风险防范的重要科技需求。
4.地下水作为重要的饮用水源，其保护工作尤为重要，现有对饮用地下水是否被污染的监测方式为：监测人员将取水器投放至事先修筑好的监测井内，通过取水器将监测井内的地下水取出取样，进而对该水样进行监测分析，上述人工监测方式不但耗时费力，对监测人员劳动强度大，而且监测效率低。


技术实现要素：

5.基于现有的监测方式不但耗时费力，对监测人员劳动强度大，而且监测效率低的技术问题，本发明提出了一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法。
6.本发明提出的一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法，包括安装在地面上的安装架，所述安装架的上方设置有用于抽取地下水的抽水机构，且抽水机构包括抽水筒、活塞、抽水管和排水管，驱动所述活塞在所述抽水筒内往复升降运动，进而通过抽水管和排水管对地下水分别实现抽出和排水动作；
7.所述抽水机构的后方设置有同步变速的变速机构，且变速机构包括同步带、第一气缸、啮合齿和传动杆，所述第一气缸伸缩驱动啮合齿与同步带实现啮合后，带动所述传动杆实现旋转运动，并通过第一气缸一伸一缩动作实现对抽水机构的抽水速度实现在线变速；
8.所述抽水机构的左侧设置有监测装置，且监测装置包括地下水多参数水质检测传感器，通过所述地下水多参数水质检测传感器对由所述抽水机构排放出的地下水的水质进行监测。
9.优选地，所述抽水筒固定安装在安装架的上表面，所述抽水筒的两个进水端和两个出水端均固定安装有单向阀，所述抽水管固定连通在位于所述抽水筒上端右侧的所述单向阀内壁，所述排水管固定连通在位于所述抽水筒下端左侧的所述单向阀内壁；
10.通过上述技术方案，设置单向阀使得流过抽水筒两个进水端和两个出水端的地下水均具有单向流动性，不会出现地下水回流现象。
11.优选地，位于所述抽水筒下端右侧的所述单向阀内壁固定连通有第一连接管，位于所述抽水管上端左侧的所述单向阀内壁固定连通有第二连接管，所述第一连接管的进水端与抽水管的外表面固定连通，所述第二连接管的出水端与排水管的外表面固定连通，所述活塞滑动套接在抽水筒的内壁，所述活塞的上表面固定连接有贯穿并延伸至抽水筒上表面的升降杆；
12.通过上述技术方案，活塞在抽水筒内沿抽水筒内壁做首次上升运动时，位于抽水筒上端左侧和下端右侧的单向阀处于打开状态，此时，监测井内的地下水通过抽水管、第一连接管和第一连接管处的单向阀，流入至抽水筒下端内部腔体内暂存，因活塞是在抽水筒内做首次上升运动，此时抽水筒上端内部腔体内尚无地下水流入，所以抽水筒上端左侧单向阀在打开时，位于抽水筒上端内部腔体内只有空气通过第二连接管和第二连接管处的单向阀排出；
13.活塞在抽水筒内沿抽水筒内壁做下降运动时，位于抽水筒上端右侧和下端左侧的单向阀处于打开状态，此时监测井内的地下水通过抽水管和抽水管处的单向阀，流入至抽水筒上端内部腔体内暂存，待活塞在做上升运动时排出，抽水筒下端左侧的单向阀在打开时，位于抽水筒下端内部腔体暂存的地下水通过排水管排出。
14.优选地，所述安装架的上表面固定连接有支撑板，所述支撑板的正面固定连接有呈c形状的导向板，所述升降杆的外表面与导向板的轴心处滑动套接，所述升降杆的外表面固定套接有安装块，所述安装块的正面和背面均螺纹连接有安装轴，所述安装轴的一端铰接有摆动架，所述摆动架的一端铰接有转动板；
15.通过上述技术方案，转动板在做旋转运动时，带动摆动架实现摆动运动。
16.优选地，所述传动杆通过轴承固定套接在支撑板的正面，所述传动杆的一端与转动板的背面固定连接，所述支撑板的安装槽内壁固定安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过联轴器固定安装有传动轴，所述传动轴的一端和传动杆的另一端均固定套接有呈六边形形状的转盘；
17.通过上述技术方案，驱动电机驱动传动杆和转盘做旋转运动。
18.优选地，所述第一气缸固定安装在转盘的外表面径向方向上，所述啮合齿固定安装在第一气缸的活塞杆外端上实现径向伸缩。
19.优选地，所述监测装置还包括安装在安装架上表面的监测箱，所述排水管的出水端呈倾斜状，所述监测箱的左侧内壁固定连接有弧形块，所述弧形块的下表面固定安装有用于对所述监测箱内地下水水位监测的液位传感器，所述地下水多参数水质检测传感器固定安装在弧形块的下表面；
20.通过上述技术方案，通过液位传感器和地下水多参数水质检测传感器对流入监测箱内地下水的水量和水质进行监测。
21.优选地，所述监测箱的内底壁呈倾斜状，所述监测箱的内底壁中心处固定连通有延伸至监测箱下表面的电磁阀，所述电磁阀的内壁固定安装有延伸至安装架下表面的放水管；
22.通过上述技术方案，对放水管与监测箱之间的连通状态进行控制。
23.优选地，所述监测箱的上表面固定安装有控制箱，所述控制箱的内壁竖直方向中部通过水平放置的隔板将所述控制箱内部一分为二，所述控制箱的下端腔体内底壁固定安
装有控制器，所述隔板的上表面分别固定安装有无线传输模块和gps定位模块，所述驱动电机、电磁阀、地下水多参数水质检测传感器、液位传感器、无线传输模块和 gps定位模块均与控制器电性连接。
24.优选地，提供一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法的监测方法，具体监测方法为：步骤一，将抽水管的进水端和放水管的出水端均浸入至监测井内的饮用地下水中，其中抽水管伸入地下水中的长度比放水管的伸入长度长；
25.步骤二，抽水取样，控制驱动电机驱动传动轴转动，带动传动轴一端连接的转盘做旋转运动，第一气缸伸缩驱动啮合齿与同步带实现啮合后，带动传动杆实现旋转运动，并通过第一气缸一伸一缩动作实现对抽水机构的抽水速度实现在线变速，传动杆转动的同时带动其一端连接的转动板转动，因转动板与摆动架铰接，摆动架通过安装轴与安装块铰接，进而使得转动板在转动转动时，带动升降杆和活塞沿支撑板的竖直方向实现往复式升降运动，且升降杆的外表面与导向板的轴心处的滑动套接；
26.其中活塞在抽水筒内沿抽水筒内壁做首次上升运动时，位于抽水筒上端左侧和下端右侧的单向阀处于打开状态，此时，监测井内的地下水通过抽水管、第一连接管和第一连接管处的单向阀，流入至抽水筒下端内部腔体内暂存，因活塞是在抽水筒内做首次上升运动，此时抽水筒上端内部腔体内尚无地下水流入，所以抽水筒上端左侧单向阀在打开时，位于抽水筒上端内部腔体内只有空气通过第二连接管和第二连接管处的单向阀排出；
27.活塞在抽水筒内沿抽水筒内壁做下降运动时，位于抽水筒上端右侧和下端左侧的单向阀处于打开状态，此时监测井内的地下水通过抽水管和抽水管处的单向阀，流入至抽水筒上端内部腔体内暂存，待活塞在做上升运动时排出，抽水筒下端左侧的单向阀在打开时，位于抽水筒下端内部腔体暂存的地下水通过排水管排放至监测箱内；
28.步骤三，设置液位传感器对流入监测箱的地下水水量进行控制，设置地下水多参数水质检测传感器对地下水的水质进行监测，并将监测数据反馈给控制器，再由无线传输模块将该监测井的位置信息和对地下水的监测数据远程发送给后台进行处理分析；
29.步骤四，控制电磁阀启动，使位于监测箱内的地下水通过放水管重新流回至监测井内，避免造成地下水资源浪费的问题发生。
30.本发明中的有益效果为：
31.1、通过设置抽水机构，对监测井内的饮用地下水进行自动抽出取样，从而方便监测装置对地下水的水质进行监测、缩短取样时间、提高监测效率的效果，解决了现有人工监测方式对监测人员劳动强度大以及监测效率低的问题。
32.2、通过设置变速机构，对抽水机构的抽水速度实现在线调节的效果，当需要调节对地下水的取样速度时，通过第一气缸的伸缩来驱动啮合齿与同步带啮合运动，对同步带传动，通过第一气缸的活塞杆伸出长度，对抽水机构的抽水速度进行控制，并使调速后的抽水机构具有对地下水的抽水速度均匀、稳定的效果。
33.3、通过设置监测装置与抽水机构配合使用，对地下水进行自动采样，同时通过地下水多参数水质检测传感器对地下水的水质进行智能监测，并将监测数据远程发送给后台进行处理分析，实现一旦发现地下水污染，可以早发现早治理的效果。
附图说明
34.图1为一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法的示意图；
35.图2为一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法的安装轴结构立体图；
36.图3为一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法的传动杆结构立体图；
37.图4为一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法的活塞结构主视图；
38.图5为一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法的液位传感器结构立体图；
39.图6为一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法的电磁阀结构立体图。
40.图中：1、安装架；2、抽水筒；21、单向阀；22、第一连接管； 23、第二连接管；24、升降杆；25、支撑板；26、导向板；27、安装块；28、安装轴；29、摆动架；210、转动板；3、活塞；4、抽水管； 5、排水管；6、同步带；61、驱动电机；62、传动轴；63、转盘；7、第一气缸；8、啮合齿；9、传动杆；10、地下水多参数水质检测传感器；101、监测箱；102、弧形块；103、液位传感器；104、电磁阀；105、放水管；106、控制箱；107、控制器；108、隔板；109、无线传输模块；1010、gps定位模块。
具体实施方式
41.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。
42.参照图1-6，一种饮用地下水污染智能监测装置及其监测方法，包括安装在地面上的安装架1，安装架1的上方设置有用于抽取地下水的抽水机构，且抽水机构包括抽水筒2、活塞3、抽水管4和排水管5，驱动活塞3在抽水筒2内往复升降运动，进而通过抽水管4和排水管5对地下水分别实现抽出和排水动作；
43.抽水机构的后方设置有同步变速的变速机构，且变速机构包括同步带6、第一气缸7、啮合齿8和传动杆9，第一气缸7伸缩驱动啮合齿8与同步带6实现啮合后，带动传动杆9实现旋转运动，并通过第一气缸7一伸一缩动作实现对抽水机构的抽水速度实现在线变速；
44.抽水机构的左侧设置有监测装置，且监测装置包括地下水多参数水质检测传感器10，其选用的品牌型号为云传物联牌atm-w400,该地下水多参数水质检测传感器10配备自动清洁装置，可消除气泡，防止微生物生长，可以从容应对如河流、湖泊、海洋及地下水等多种水环境监测需求，具有良好的可靠性，可在无人值守的环境中运行数月无需维护；通过地下水多参数水质检测传感器10对由抽水机构排放出的地下水的水质进行监测。
45.进一步地，在抽水过程中，为了实现防止地下水回流，抽水筒2 固定安装在安装架1的上表面，抽水筒2的两个进水端和两个出水端均固定安装有单向阀21，抽水管4固定连通在位于抽水筒2上端右侧的单向阀21内壁，排水管5固定连通在位于抽水筒2下端左侧的单向阀21内壁；设置单向阀21使得流过抽水筒2两个进水端和两个出水端的地下水均具有单向流动性，不会出现地下水回流现象。
46.进一步地，为了实现对监测井内的地下水实现快速抽取，位于抽水筒2下端右侧的单向阀21内壁固定连通有第一连接管22，位于抽水管4上端左侧的单向阀21内壁固定连通有第二连接管23，第一连接管22的进水端与抽水管4的外表面固定连通，第二连接管23的出水端与排水管5的外表面固定连通，活塞3滑动套接在抽水筒2的内壁，活塞3的上表面固定
连接有贯穿并延伸至抽水筒2上表面的升降杆24；活塞3在抽水筒2内沿抽水筒2内壁做首次上升运动时，位于抽水筒2上端左侧和下端右侧的单向阀21处于打开状态，此时，监测井内的地下水通过抽水管4、第一连接管22和第一连接管22处的单向阀21，流入至抽水筒2下端内部腔体内暂存，因活塞3是在抽水筒2内做首次上升运动，此时抽水筒2上端内部腔体内尚无地下水流入，所以抽水筒2上端左侧单向阀21在打开时，位于抽水筒2 上端内部腔体内只有空气通过第二连接管23和第二连接管23处的单向阀21排出；
47.活塞3在抽水筒2内沿抽水筒2内壁做下降运动时，位于抽水筒 2上端右侧和下端左侧的单向阀21处于打开状态，此时监测井内的地下水通过抽水管4和抽水管4处的单向阀21，流入至抽水筒2上端内部腔体内暂存，待活塞3在做上升运动时排出，抽水筒2下端左侧的单向阀21在打开时，位于抽水筒2下端内部腔体暂存的地下水通过排水管5排出。
48.进一步地，为了对升降杆24的运动方向实现导向，安装架1的上表面固定连接有支撑板25，支撑板25的正面固定连接有呈c形状的导向板26，升降杆24的外表面与导向板26的轴心处滑动套接，升降杆24在做升降运动时，设置导向板26对升降杆24的运动方向实现导向和限位的效果，升降杆24的外表面固定套接有安装块27，安装块27的正面和背面均螺纹连接有安装轴28，安装轴28的一端铰接有摆动架29，摆动架29在运动时，是以安装轴28的轴心为圆心实现摆动动作，摆动架29的一端铰接有转动板210，转动板210 在做旋转运动时，带动摆动架29实现摆动运动。
49.进一步地，为了实现对抽水机构提供动力源，传动杆9通过轴承固定套接在支撑板25的正面，对传动杆9实现固定，传动杆9的一端与转动板210的背面固定连接，支撑板25的安装槽内壁固定安装有驱动电机61，驱动电机61的输出轴通过联轴器固定安装有传动轴 62，传动轴62的一端和传动杆9的另一端均固定套接有呈六边形形状的转盘63，驱动电机61驱动传动杆9和转盘63做旋转运动。
50.通过设置抽水机构，对监测井内的饮用地下水进行自动抽出取样，从而方便监测装置对地下水的水质进行监测、缩短取样时间、提高监测效率的效果，解决了现有人工监测方式对监测人员劳动强度大以及监测效率低的问题。
51.进一步地，第一气缸7固定安装在转盘63的外表面径向方向上，啮合齿8固定安装在第一气缸7的活塞3杆外端上实现径向伸缩。
52.通过设置变速机构，对抽水机构的抽水速度实现在线调节的效果，当需要调节对地下水的取样速度时，通过第一气缸7的伸缩来驱动啮合齿8与同步带6啮合运动，对同步带6传动，通过第一气缸7 的活塞3杆伸出长度，对抽水机构的抽水速度进行控制，并使调速后的抽水机构具有对地下水的抽水速度均匀、稳定的效果。
53.进一步地，为了实现对流入监测箱101内地下水的水量和水质进行监测，监测装置还包括安装在安装架1上表面的监测箱101，排水管5的出水端呈倾斜状，使得由排水管5流出地下水倾斜排放，进而间接减小了地下水产生的冲击力，避免了垂直排放的地下水产生的冲击力对地下水多参数水质检测传感器10造成损坏的问题发生，监测箱101的左侧内壁固定连接有弧形块102，弧形块102的下表面固定安装有用于对监测箱101内地下水水位监测的液位传感器103，地下水多参数水质检测传感器10固定安装在弧形块102的下表面，通过液位传感器103和地下水多参数水质检测传感器10对流入监测箱101 内地下水的水量和水质进行监测。
54.进一步地，为了实现对地下水进行排放，监测箱101的内底壁呈倾斜状，防止地下水长时间在监测箱101滞留，进而保证了对地下水水质的监测质量，监测箱101的内底壁中心处固定连通有延伸至监测箱101下表面的电磁阀104，电磁阀104的内壁固定安装有延伸至安装架1下表面的放水管105，对放水管105与监测箱101之间的连通状态进行控制。
55.进一步地，监测箱101的上表面固定安装有控制箱106，控制箱 106的内壁竖直方向中部通过水平放置的隔板108将控制箱106内部一分为二，控制箱106的下端腔体内底壁固定安装有控制器107，隔板108的上表面分别固定安装有无线传输模块109和gps定位模块 1010，驱动电机61、电磁阀104、地下水多参数水质检测传感器10、液位传感器103、无线传输模块109和gps定位模块1010均与控制器107电性连接。
56.通过设置监测装置与抽水机构配合使用，对地下水进行自动采样，同时通过地下水多参数水质检测传感器10对地下水的水质进行智能监测，并将监测数据远程发送给后台进行处理分析，实现一旦发现地下水污染，可以早发现早治理的效果。
57.工作原理：步骤一，将抽水管4的进水端和放水管105的出水端均浸入至监测井内的饮用地下水中，其中抽水管4伸入地下水中的长度比放水管105的伸入长度长；
58.步骤二，抽水取样，控制驱动电机61驱动传动轴62转动，带动传动轴62一端连接的转盘63做旋转运动，第一气缸7伸缩驱动啮合齿8与同步带6实现啮合后，带动传动杆9实现旋转运动，并通过第一气缸7一伸一缩动作实现对抽水机构的抽水速度实现在线变速，传动杆9转动的同时带动其一端连接的转动板210转动，因转动板210 与摆动架29铰接，摆动架29通过安装轴28与安装块27铰接，进而使得转动板210在转动转动时，带动升降杆24和活塞3沿支撑板25 的竖直方向实现往复式升降运动，且升降杆24的外表面与导向板26 的轴心处的滑动套接；
59.其中活塞3在抽水筒2内沿抽水筒2内壁做首次上升运动时，位于抽水筒2上端左侧和下端右侧的单向阀21处于打开状态，此时，监测井内的地下水通过抽水管4、第一连接管22和第一连接管22处的单向阀21，流入至抽水筒2下端内部腔体内暂存，因活塞3是在抽水筒2内做首次上升运动，此时抽水筒2上端内部腔体内尚无地下水流入，所以抽水筒2上端左侧单向阀21在打开时，位于抽水筒2 上端内部腔体内只有空气通过第二连接管23和第二连接管23处的单向阀21排出；
60.活塞3在抽水筒2内沿抽水筒2内壁做下降运动时，位于抽水筒 2上端右侧和下端左侧的单向阀21处于打开状态，此时监测井内的地下水通过抽水管4和抽水管4处的单向阀21，流入至抽水筒2上端内部腔体内暂存，待活塞3在做上升运动时排出，抽水筒2下端左侧的单向阀21在打开时，位于抽水筒2下端内部腔体暂存的地下水通过排水管5排放至监测箱101内；
61.步骤三，设置液位传感器103对流入监测箱101的地下水水量进行控制，设置地下水多参数水质检测传感器10对地下水的水质进行监测，并将监测数据反馈给控制器107，再由无线传输模块109将该监测井的位置信息和对地下水的监测数据远程发送给后台进行处理分析；
62.步骤四，控制电磁阀104启动，使位于监测箱101内的地下水通过放水管105重新流回至监测井内，避免造成地下水资源浪费的问题发生。
63.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。