多腔室的激光检测监测仪的制作方法

本申请是申请日：2017年1月17日；申请号：201710035224.x；名称：多腔室的激光检测监测仪及检测方法的分案申请。

本发明属于环保监测技术领域，尤其涉及基于tdlas技术的多腔室、连续激光检测技术，具体为多腔室的激光检测监测仪。

背景技术：

现有的水质监测，一般都是将水样品用容器打捞上来后带到实验室进行检测，存在时效性差、数据可靠性差的问题：

首先，在实践中，处于不同水层的杂质密度与种类是不相同的，将取样点处的水打捞上来的过程成，存在样品被污染、稀释的风险；

其次，打捞上来的水样品在氧气、日照等因素的影响下，会发生挥发、变质、弥散等问题；

再次，从样本点取样，也存在样本容量偏小，测量、统计容易出现误差的问题，缺少累积形成的归纳分析，即存在以点概面的缺憾；

最后，现有的水质监测是离散的、间断的检测方法。虽然有将设备装载的车辆或船只上，但这样做成本高、耗费的人力物力资源多，不适合连续的检测。

tdlas技术，是采用激光对待检测介质的无损、实时采样与检测技术。已从早期由军工领域的引入、应用，逐步推广大气环境、井下安全、危险场所监控等技术领域。目前现有在水下采用tdlas技术的报道与应用。如果能够改进现有水下检测设备进行适当的改进，把tdlas技术与之结合，将有可能对现有的水质环境检测、监测起到积极的作用。

技术实现要素：

针对现有水质监测的不足，本发明提供一种多腔室的激光检测监测仪，具体如下：

一种多腔室的激光检测监测仪，包括样品舱、检测舱、磁控阀、单片机，样品舱分为左侧样品舱、右侧样品舱，检测舱分为左侧检测舱、右侧检测舱和底部检测舱，磁控阀分为前盖板磁控阀、后盖板磁控阀，还包括设备舱，

其中，

设备舱为密闭的腔室。在设备舱内设有单片机和电源，单片机与电源相连接；

左侧样品舱为具有一个开口的腔室，在左侧样品舱开口处设有前盖板磁控阀，在左侧样品舱内设有防水电机和螺母，螺母与左侧样品舱开口的大小相匹配，通过与螺母相连的防水电机的转动，带动左侧样品舱开口开启或闭合；

右侧样品舱为具有一个开口的腔室；在右侧样品舱开口处设有前盖板磁控阀，在右侧样品舱内设有防水电机和螺母，螺母与右侧样品舱开口的大小相匹配，通过与螺母相连的防水电机的转动，带动右侧样品舱开口开启或闭合；

左侧检测舱为具有两个开口的腔室，左侧检测舱的两个开口分别与前盖板磁控阀、后盖板磁控阀连接，在左侧检测舱内设有激光发射模块和激光接收模块，当多腔室的激光检测监测仪沉入水中，且与左侧检测舱相邻的前盖板磁控阀、后盖板磁控阀均打开，左侧检测舱内的激光发射模块和激光接收模块均工作时，对流入左侧检测舱内的液体的成分进行进行激光采样；

右侧检测舱为具有两个开口的腔室。右侧检测舱的两个开口分别与前盖板磁控阀、后盖板磁控阀连接，在右侧检测舱内设有激光发射模块和激光接收模块，当多腔室的激光检测监测仪沉入水中，且与右侧检测舱相邻的前盖板磁控阀、后盖板磁控阀均打开，右侧检测舱内的激光发射模块和激光接收模块均工作时，对流入右侧检测舱内的液体的成分进行进行激光采样。

底部检测舱为具有两个开口的腔室，右侧检测舱的两个开口分别与前盖板磁控阀、后盖板磁控阀连接，在底部检测舱内设有流量计；

通过导线将左侧样品舱开口处的前盖板磁控阀、左侧样品舱内的防水电机、右侧样品舱开口处的前盖板磁控阀、右侧样品舱内的防水电机、左侧检测舱开口处的前盖板磁控阀和后盖板磁控阀、右侧样品舱内的激光发射模块和激光接收模块、右侧检测舱开口处的前盖板磁控阀和后盖板磁控阀、右侧检测舱内的激光发射模块和激光接收模块、底部检测舱开口处的前盖板磁控阀和后盖板磁控阀、底部检测舱内的流量计分别与设备舱内的单片机、电源相连接；

由单片机对前盖板磁控阀、防水电机、后盖板磁控阀、激光发射模块进行驱动，由单片机接收、处理和储存激光接收模块和流量计反馈的信号；

流量计安装在底部检测舱内，由于底部检测舱与左侧检测舱、右侧检测舱规格相同，由流量计检测到的底部检测舱内液体的流量状态，能够模拟出相对准确的左侧检测舱、右侧检测舱中的实际状态。而由于左侧检测舱、右侧检测舱中需要进行激光扫射，故不能在左侧检测舱和右侧检测舱中安装流量计。

有益的技术效果

1)本发明具有左侧样品舱和右侧样品舱，能够把由左侧检测舱或/和右侧检测舱检测到的成分异常的水样品，进行抽取和密封保存，不但避免水样品在打捞的过程中被污染、稀释，还能精确地获取需要进一步检测的水样品；

2)本发明直接在水下进行检测，仅把数据结果通过导线传输上来，避免样品在氧气、日照等因素的影响下而发生的变质等问题；

3)本发明是沉在待检测水域实时、连续地取样检测，能够积累长时期间隔内的数据，样本容量大，测量、统计出来的结果误差较小，是累积形成的归纳分析，数据资料的代表性强、可靠性高；

4)本发明是连续的检测。且采用的激光发射模块、激光接收模块、单片机和电源均为市场上现有的、成熟的、微小型化的可靠产品，成本低、易维护、耗费的人力物力资源少，适合连续多点的检测。

5)本发明具有左侧检测舱和右侧检测舱，交替检测，相互验证，既增强了检测结果的可靠性，也延长了设备的耐用性。

6)本发明的左侧检测舱和右侧检测舱配有不同波长、功率的激光发射模块，能够进行多种介质成分的检测。

7)本发明的左侧检测舱和右侧检测舱配有盖板磁控阀、后盖板磁控阀，既能够动态地进行实施检测，也可以锁定介质，进行不同激光条件下的检测。

8)本发明的左侧检测舱和右侧检测舱配有潜水泵，能够配合盖板磁控阀、后盖板磁控阀对流过的液体进行不同流速的检测，检测的方式丰富。此外，还能够实现“冲洗”，通过产生单一方向的水流，确保左侧检测舱和右侧检测舱不会被杂质堵塞或沉积所造成的误判断。

9)本发明采用丝杠、螺母和防水电机，形成类似针筒的负压采样机构，结构简单，保存样品方便。

10)本发明将tdlas技术成功应用到水下，实现低成本、多监控点、连续线性的持续监测，无需人员值守，特别适合水文、水质监测的长期性、连续性、突变性的特点，将有可能对现有的水质环境检测、监测起到积极的作用。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的立体示意图；

图3是图2的主视图；

图4是图3的a-a剖视图；

图5是图2的后视图；

图6是图2移去后盖板3后的后视图；

图7是图6的b-b剖视图；

图8是激光检测支架17的结构简视图；

图9是图2中壳体1的另一角度立体示意图；

图10是是激光检测支架17的立体示意图。

具体实施方式

现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

参见图1，多腔室的激光检测监测仪，包括设备舱6、左侧样品舱7、右侧样品舱8、左侧检测舱9、右侧检测舱10和底部检测舱11，

其中，

设备舱6为密闭的腔室。在设备舱6内设有单片机和电源。单片机与电源相连接。

左侧样品舱7为具有一个开口的腔室。在左侧样品舱7开口处设有前盖板磁控阀12。在左侧样品舱7内设有防水电机16和螺母15。螺母15与左侧样品舱7开口的大小相匹配，通过与螺母15相连的防水电机16的转动，带动左侧样品舱7开口开启或闭合。

右侧样品舱8为具有一个开口的腔室。在右侧样品舱8开口处设有前盖板磁控阀12。在右侧样品舱8内设有防水电机16和螺母15。螺母15与右侧样品舱8开口的大小相匹配，通过与螺母15相连的防水电机16的转动，带动右侧样品舱8开口开启或闭合。

左侧检测舱9为具有两个开口的腔室。左侧检测舱9的两个开口分别与前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13连接。在左侧检测舱9内设有激光发射模块18和激光接收模块19。当多腔室的激光检测监测仪沉入水中，且与左侧检测舱9相邻的前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13均打开，左侧检测舱9内的激光发射模块18和激光接收模块19均工作时，对流入左侧检测舱9内的液体的成分进行激光采样。

右侧检测舱10为具有两个开口的腔室。右侧检测舱10的两个开口分别与前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13连接。在右侧检测舱10内设有激光发射模块18和激光接收模块19。当多腔室的激光检测监测仪沉入水中，且与右侧检测舱10相邻的前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13均打开，右侧检测舱10内的激光发射模块18和激光接收模块19均工作时，对流入右侧检测舱10内的液体的成分进行激光采样。

底部检测舱11为具有两个开口的腔室。右侧检测舱10的两个开口分别与前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13连接。在底部检测舱11内设有流量计。

通过导线，将左侧样品舱7开口处的前盖板磁控阀12、左侧样品舱7内的防水电机16、右侧样品舱8开口处的前盖板磁控阀12、右侧样品舱8内的防水电机16、左侧检测舱9开口处的前盖板磁控阀12和后盖板磁控阀13、右侧样品舱8内的激光发射模块18和激光接收模块19、右侧检测舱10开口处的前盖板磁控阀12和后盖板磁控阀13、右侧检测舱10内的激光发射模块18和激光接收模块19、底部检测舱11开口处的前盖板磁控阀12和后盖板磁控阀13、底部检测舱11内的流量计分别与设备舱6内的单片机、电源相连接。

由单片机对前盖板磁控阀12、防水电机16、后盖板磁控阀13、激光发射模块18进行驱动。由单片机接收、处理和储存激光接收模块19和流量计反馈的信号。

进一步说，流量计安装在底部检测舱11内。由于底部检测舱11与左侧检测舱9、右侧检测舱10规格相同，由流量计检测到的底部检测舱11内液体的流量状态，能够模拟出相对准确的左侧检测舱9、右侧检测舱10中的实际状态。而由于左侧检测舱9、右侧检测舱10中需要进行激光扫射，故不能在左侧检测舱9和右侧检测舱10中安装流量计。

参见图1，进一步说，左侧检测舱9开口处的后盖板磁控阀13与潜水泵相连，通过潜水泵提高左侧检测舱9的水流速度。与左侧检测舱9相邻的潜水泵与设备舱6内的单片机、电源相连接。

右侧检测舱10开口处的后盖板磁控阀13与潜水泵相连，通过潜水泵提高右侧检测舱10的水流速度。与右侧检测舱10相邻的潜水泵与设备舱6内的单片机、电源相连接。

进一步说，左侧检测舱9的2个开口的开口方向位于同一条直线上，以提高进入左侧检测舱9内液体的流速。

右侧检测舱10的2个开口的开口方向位于同一条直线上，以提高进入右侧检测舱10内液体的流速。

底部检测舱11的2个开口的开口方向位于同一条直线上，以提高进入底部检测舱11内液体的流速。

进一步说，左侧检测舱9内激光发射模块18的功率是右侧检测舱10内激光发射模块18功率的2.0至5.0倍。

左侧检测舱9内激光接收模块19的规格型号与右侧检测舱10内激光接收模块19的规格型号相同。

左侧检测舱9与右侧检测舱10不同时工作：左侧检测舱9内的激光发射模块18与激光接收模块19负责抽检和复检之用。右侧检测舱10内的激光发射模块18与激光接收模块19负责巡检和低功耗检测之用。

进一步说，左侧样品舱7处于常闭的状态。当右侧检测舱10检测到水质异常的时候，左侧样品舱7的开口打开，将检测到异常时的环境水体吸入左侧样品舱7内，并再次闭合开口，供人工或实验室复检之用。

进一步说，右侧样品舱8处于常闭的状态。当左侧检测舱9和右侧检测舱10均检测到水质异常的时候，右侧样品舱8的开口打开，将检测到异常时的环境水体吸入右侧样品舱8内，并再次闭合开口，供人工或实验室复检之用。

进一步说，在设备舱6与左侧样品舱7、设备舱6与右侧样品舱8、设备舱6与左侧检测舱9、设备舱6与右侧检测舱10、设备舱6与底部检测舱11之间均设有壳体通孔。

导线经过壳体通孔，将设备舱6内设备与左侧样品舱7、右侧样品舱8、左侧检测舱9、右侧检测舱10、底部检测舱11内设备相互连接。

导线与壳体通孔之间的缝隙由固化胶水封死、隔水。

参见图2，进一步说，本多腔室的激光检测监测仪，包括壳体1、前盖板2和后盖板3。其中，

参见图2、6、7和9壳体1为圆柱体。在壳体1长度方向一端的外表面设有牵引支架4。在壳体1长度方向另一端的外表面设有平衡尾翼5。

在壳体1长度方向的两个端面之间设有6个中空腔体。6个中空腔体相互平行，且均贯穿壳体1。6个中空腔体即为：设备舱6、左侧样品舱7、右侧样品舱8、左侧检测舱9、右侧检测舱10和底部检测舱11。其中，

壳体1的一端配有前盖板2。优选方案是在设有牵引支架4一侧的壳体1端部配有前盖板2，如图2、3和4所示。在前盖板2上设有5个前盖板通孔，分别与左侧样品舱7、右侧样品舱8、左侧检测舱9、右侧检测舱10和底部检测舱11的前侧开口相对应。在前盖板通孔外侧的前盖板2上配有前盖板磁控阀12。

壳体1的另一端配有后盖板3。优选方案是在设有平衡尾翼5一侧的壳体1端部配有后盖板3，如图2、4和5所示。在后盖板3上设有3个后盖板通孔，分别与左侧检测舱9、右侧检测舱10和底部检测舱11的后侧开口相对应。在后盖板通孔外侧的后盖板3上配有后盖板磁控阀13。

参见图4，在左侧样品舱7和右侧样品舱8内分别配有一根丝杠14。在丝杠14上配有螺母15和防水电机16。通过防水电机16带动螺母15沿着丝杠14长度方向前后移动。螺母15的外径与左侧样品舱7、右侧样品舱8的内径相匹配。

参见图3、5、8和10，在左侧检测舱9和右侧检测舱10内分别配有一根激光检测支架17。激光检测支架17为圆管。在激光检测支架17的两端分别设有激光发射模块18和激光接收模块19。

设备舱6内设有单片机和电源。设备舱6与左侧样品舱7、右侧样品舱8、左侧检测舱9、右侧检测舱10之间均设有壳体通孔，在每个壳体通孔上配有隔水转接头。左侧检测舱9内的激光发射模块18和激光接收模块19、右侧检测舱10内的激光发射模块18和激光接收模块19、左侧样品舱7内的防水电机16、右侧样品舱8内的防水电机16分别通过导线经隔水转接头与设备舱6内的单片机、电源相连接。

参见图6，进一步说，左侧检测舱9、右侧检测舱10和底部检测舱11呈倒三角布置。设备舱6位于左侧检测舱9和右侧检测舱10之间。左侧样品舱7位于左侧检测舱9和底部检测舱11之间。右侧样品舱8位于右侧检测舱10和底部检测舱11之间。

参见图6，进一步说，设备舱6、左侧样品舱7和右侧样品舱8呈正三角布置。

进一步说，在靠近设备舱6的壳体1处开有数据交互窗口。在数据交互窗口处配有隔水转接头。通过一根导线将水面上的工控机与壳体1处的隔水转接头相连接，再通过另一根导线将壳体1处的隔水转接头与单片机相连接。所述导线包括电源线、电信号通讯线和光信号通讯线。

在左侧检测舱9内的激光发射模块18为波长在1000至1400nm，功率不小于20kw的红外激光发射器。在右侧检测舱10内的激光发射模块18所发射的激光为波长在800至1400nm，功率在2.0至5.0kw的红外激光发射器。

前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13均分别通过导线和隔水转接头与单片机相连。前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13常开。螺母15处于靠近前盖板2一侧的丝杠14端部。

进一步说，靠近左侧检测舱9的后盖板磁控阀13配有潜水泵。该靠近左侧检测舱9的潜水泵通过导线和隔水转接头与单片机相连。前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13和潜水泵控制进入左侧检测舱9内的待检测液体的流量与流速。

进一步说，靠近右侧检测舱10的后盖板磁控阀13配有潜水泵。该靠近右侧检测舱10的潜水泵通过导线和隔水转接头与单片机相连。前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13和潜水泵控制进入右侧检测舱10内的待检测液体的流量与流速。

进一步说，靠近右侧检测舱10的潜水泵的功率是靠近左侧检测舱9的潜水泵的功率0.1至0.8倍，即通过不同的激光波长、激光强度与待测液体流速，实现不同参数条件下的实时、动态测量与监测。

所述多腔室的激光检测监测仪的检测方法，按如下步骤进行：

步骤1：由单片机检测并控制前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13处于关闭的状态，激光发射模块18、激光接收模块19不工作。

步骤2：人工向单片机录入检测工作参数。

步骤3：用绳索将本激光检测监测仪拴好后，投入待检测水域。

步骤4：由单片机驱动与左侧检测舱9相连的前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13开启，令周围的液体流入左侧检测舱9中。由单片机驱动左侧检测舱9内的激光发射模块18、激光接收模块19工作，对流入左侧检测舱9中的水体进行检测。

若左侧检测舱9检测结果符合步骤2人工设定的参数要求，则进入步骤5。

若左侧检测舱9检测结果不符合步骤2人工设定的参数要求，则进入步骤6。

步骤5：由单片机命令与左侧检测舱9相连的前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13关闭，命令左侧检测舱9内的激光发射模块18、激光接收模块19停止工作。

由单片机驱动与右侧检测舱10相连的前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13开启，令周围的液体流入右侧检测舱10中。由单片机驱动右侧检测舱10内的激光发射模块18、激光接收模块19工作，对流入右侧检测舱10中的水体进行检测。

若右侧检测舱10检测结果符合步骤2人工设定的参数要求，则持续进行检测。

若右侧检测舱10检测结果不符合步骤2人工设定的参数要求，则由单片机驱动左侧样品舱7开后处的前盖板磁控阀12开启，将此刻周围的环境水体吸入左侧样品舱7后，关闭对应的前盖板磁控阀12，储存该存在异常的液体，报警“常规检测，水质异常”，等待人工处理。

步骤6：由单片机驱动与右侧检测舱10相连的前盖板磁控阀12、后盖板磁控阀13开启，令周围的液体流入右侧检测舱10中。由单片机驱动右侧检测舱10内的激光发射模块18、激光接收模块19工作，对流入右侧检测舱10中的水体进行检测。

若右侧检测舱10检测结果符合步骤2人工设定的参数要求，则由单片机驱动左侧样品舱7开口处的前盖板磁控阀12开启，将此刻周围的环境水体吸入左侧样品舱7后，关闭对应的前盖板磁控阀12，储存该存在检测异常的液体，报警“检测结果矛盾，系统异常”，等待人工处理。

若右侧检测舱10检测结果不符合步骤2人工设定的参数要求，则由单片机驱动右侧样品舱8开口处的前盖板磁控阀12开启，将此刻周围的环境水体吸入右侧样品舱8后，关闭对应的前盖板磁控阀12，储存该存在检测异常的液体，报警“系统复检，水质异常”，等待人工处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。