地下水连续收集与计量系统技术方案

本发明专利技术公开了地下水连续收集与计量系统，包括设备控制中心，还包括计量水箱，计量水箱上方设置有缓冲水箱，缓冲水箱底部通过第二水管与计量水箱的顶部连通，第二水管上设置有电磁阀，计量水箱内设置有水位开关，计量水箱的底部依次通过过滤器、水泵与第一水管连通，第一水管的出水口设置在水槽的上方，水槽由步进电机带动转动，水槽的端部设置有入水口，入水口的旋转轨迹下方均匀设置有采样瓶。本发明专利技术通过全智能控制系统自动完成，不受天气的影响，从根本上解决了极端天气条件下无法准确采样的难题；可以全天候自动运行，能够实时、精确的对地下水计量与采集，大幅节约人力资源，提高科研效益。

【技术实现步骤摘要】
地下水连续收集与计量系统
本专利技术涉及农田地下水与地表径流水的采集计量装置领域，更具体涉及地下水连续收集与计量系统。
技术介绍
地下水是我国许多地区的主要饮用水源。随着现代工业以及农业的发展，导致地下水各种污染物(重金属、有机污染物)以及硝酸盐含量超标，这些污染物会对人体的健康带来严重的威胁。其中氮、磷是导致湖泊水体富营养化的主要因素之一，而水体硝酸盐含量是水质的重要指标之一，饮水中的硝酸盐会导致“兰婴”综合征和胃癌、结直肠癌、淋巴瘤等癌症发病率升。监测地下水硝酸盐的污染是一项值得长期重视，直接关系国民健康的重要工作。目前，地下水的收集一般都是采用人工收集的方法，这需要花费大量人力和物力，而极端降雨的天气对人工收集地下水带来很多不便，一是容易造成地下水的满溢需增加收集的次数，二是没办法根据淋失总量按时间或淋失量进行不同时段淋失量的计量，从而无法正确对不同时段淋失液中污染物的量进行准确测定与分析。目前常用的淋失液收集的方法有：①渗漏计法；②用安装在不同土层的多孔管收集土壤溶液；③通过地下排水瓦管监测流速和污染物浓度；④监测流域内的污染物浓度和溪流速率；⑤采集地下水样，如原状土柱系统。利用原状土柱系统研究水分运移和营养元素运移方面应用广泛，但地下水淋失液都是靠人力采集，无法满足极端天气(强降雨)条件下的计量与采集工作。因此，提供一种能耗低、结构简单、易操作的，可实现地下水渗漏量的连续、精确、实时监测的地下水计量与收集系统实为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供地下水连续收集与计量系统。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：地下水连续收集与计量系统，包括设备控制中心，还包括计量水箱，计量水箱上方设置有缓冲水箱，缓冲水箱底部通过第二水管与计量水箱的顶部连通，第二水管上设置有电磁阀，计量水箱内设置有水位开关，计量水箱的底部依次通过过滤器、水泵与第一水管连通，第一水管的出水口设置在水槽的上方，水槽由步进电机带动转动，水槽的端部设置有出水口，出水口的旋转轨迹下方均匀设置有采样瓶。如上所述的采样瓶的其中一个所处的位置设置有金属片。如上所述的设备控制中心包括系统控制开关、电源转换器、主控板、电磁阀控制板、水泵控制板、驱动板、通讯板和探测器，系统控制开关用于控制电源转换器的输入电源的通断；电源转换器为主控板、电磁阀控制板、水泵控制板、驱动板、通讯板和探测器提供电源；主控板分别与电磁阀控制板、水泵控制板、驱动板、通讯板、探测器和水位开关连接；水位开关将闭合信号发送给主控板；电磁阀控制板与电磁阀连接，主控板根据水位开关接收的闭合信号通过电磁控制板控制电磁阀通断；水泵控制板与水泵连接，主控板通过水泵控制板控制水泵泵水以及停止泵水；驱动板与步进电机连接，主控板通过驱动板控制步进电机进行旋转；探测器将探测到的金属片的位置信号传递给主控板以控制步进电机旋转角度。通讯板将主控板获得的水位信息对外发送。该地下水连续收集与计量系统由设备控制中心控制计量装置和采集装置，包括以下步骤：(1)计量箱中的水位达到设定的体积或时间间隔时，将水位开关收集的水位信号反馈到设备控制中心；(2)设备控制中心接收到水位信号后，启动水泵将水泵入到采样箱；(3)当水流出体积达到设定要求时，设备控制中心控制步进电机，将水槽的出水口对准采样瓶进行采样；同时设备控制中心关闭电磁阀，阻止缓冲水箱的水继续流入计量箱。(4)当计量箱中的水被抽完，设备控制中心关闭水泵，同时将采样次数、采样时间等相关数据存储并通过通讯板给用户发送信息，随及设备控制中心控制步进电机将水槽旋转到下一待采位置，同时控制电磁阀打开，进行下一次计量与采样直至所有采样瓶采集完毕。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、通过全智能控制系统自动完成，不受天气的影响，从根本上解决了极端天气条件下无法准确采样的难题；2、可以全天候自动运行，能够实时、精确的对地下水计量与采集，大幅节约人力资源，提高科研效益。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术采样箱的俯视图；图3为本专利技术的控制流程图；图4为本专利技术电气连接示意图。图中：1-设备控制中心；2-系统控制开关；3-电源转换器；4-主控板；5-电磁阀控制板；6-水泵控制板；7-驱动板；8-通讯板；12-采样箱；13-步进电机；14-水槽；15-探测器；16-采样瓶；17-第一水管；18-缓冲水箱；19-第二水管；20-水位开关；21-电磁阀；22-入水口；23-计量水箱；24-过滤器；25-水泵。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的技术方案作进一步详细描述。在本实施例中，地下水连续收集与计量系统，包括设备控制中心1，还包括计量水箱23，计量水箱23上方设置有缓冲水箱18，缓冲水箱18底部通过第二水管19与计量水箱23的顶部连通，第二水管19上设置有电磁阀21，计量水箱23内设置有水位开关20，计量水箱23的底部依次通过过滤器24、水泵25与第一水管17连通，第一水管17的出水口设置在水槽14的上方，水槽14由步进电机13带动转动，水槽14的端部设置有出水口27，出水口27的旋转轨迹下方均匀设置有采样瓶16。优选的，采样瓶16的其中一个所处的位置设置有金属片28。优选的，设备控制中心1包括系统控制开关2、电源转换器3、主控板4、电磁阀控制板5、水泵控制板6、驱动板7、通讯板8和探测器15；系统控制开关2用于控制电源转换器3的输入电源的通断；电源转换器3为主控板4、电磁阀控制板5、水泵控制板6、驱动板7、通讯板8和探测器15提供电源；主控板4分别与电磁阀控制板5、水泵控制板6、驱动板7、通讯板8、探测器15和水位开关20连接；水位开关20将闭合信号发送给主控板4；电磁阀控制板5与电磁阀21连接，主控板4根据水位开关20接收的闭合信号通过电磁控制板5控制电磁阀21通断；水泵控制板6与水泵25连接，主控板4通过水泵控制板6控制水泵25泵水以及停止泵水；驱动板7与步进电机13连接，主控板4通过驱动板7控制步进电机13进行旋转；探测器15将探测到的金属片28的位置信号传递给主控板4以控制步进电机旋转角度。通讯板8将主控板4获得的水位信息对外发送。计量装置包括：缓冲水箱18与入水口22相连，缓冲水箱18底部通过第二水管19与计量水箱23连接，第二水管19上装有电磁阀21。计量水箱23上部中心位置装有水位开关20，计量水箱23的底部通过第一水管17依次与过滤器24、水泵25和采样箱12连接。采样装置包括：步进电机13与水槽14相连，可以驱动水槽14水平旋转360°，水槽14上部是敞口结构，第一水管17出水口设在采集箱12顶部中心位置，对准水槽14的中心端，水可以流入到水槽14，水槽14外端底部有出水口27，出水口正对采样瓶16瓶口，水可以通过水槽出水口27流入到采样瓶16。水槽14一端顶部安装金属片28，采样箱12上安装的探测器15可以探测到金属片28以便水槽14复位，回到系统第一个采样位置。地下水连续收集与计量系统运作过程如下：地下水从入水口22进入缓冲水箱18，通过第二水管19依次通过电磁阀21进入计量箱23。当计量箱23水量达到设定的体积或设定时间间隔时，会触发水位开关20，水位开关将信号发送给主控板4，在主控板4控制下，电磁阀21本文档来自技高网...

【技术保护点】
地下水连续收集与计量系统，包括设备控制中心（1），其特征在于，还包括计量水箱（23），计量水箱（23）上方设置有缓冲水箱（18），缓冲水箱（18）底部通过第二水管（19）与计量水箱（23）的顶部连通，第二水管（19）上设置有电磁阀（21），计量水箱（23）内设置有水位开关（20），计量水箱（23）的底部依次通过过滤器（24）、水泵（25）与第一水管（17）连通，第一水管（17）的出水口设置在水槽（14）的上方，水槽（14）由步进电机（13）带动转动，水槽（14）的端部设置有入水口（22），入水口（22）的旋转轨迹下方均匀设置有采样瓶（16）。

【技术特征摘要】
1.地下水连续收集与计量系统，包括设备控制中心(1)，其特征在于，还包括计量水箱(23)，计量水箱(23)上方设置有缓冲水箱(18)，缓冲水箱(18)底部通过第二水管(19)与计量水箱(23)的顶部连通，第二水管(19)上设置有电磁阀(21)，计量水箱(23)内设置有水位开关(20)，计量水箱(23)的底部依次通过过滤器(24)、水泵(25)与第一水管(17)连通，第一水管(17)的出水口设置在水槽(14)的上方，水槽(14)由步进电机(13)带动转动，水槽(14)的端部设置有出水口(27)，出水口(27)的旋转轨迹下方均匀设置有采样瓶(16)，采样瓶(16)的其中一个所处的位置设置有金属片(28)，设备控制中心(1)包括系统控制开关(2)、电源转换器(3)、主控板(4)、电磁阀控制板(5)、水泵控制板(6)、驱动板(7)、通讯板(8)和探测器(15)，系统控制开关(2)用于控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭启玲，潘振鹏，胡承孝，孙学成，兰翔，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42