一种便携式原位水体微塑料分级采样系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种便携式原位水体微塑料分级采样系统及控制方法，在采样支架侧壁上方嵌有进水口，进水口通过电磁阀连通过滤机构；其输出端连通出水口，出水口嵌于采样支架侧壁下方，在出水口与过滤机构之间设置抽水泵；在采样支架的内部，与进水口同一水平线上设置液位传感器，液位传感器连接数据采集与控制器；在电磁阀与过滤装置之间设置流量计，流量计连接数据采集与控制器，数据采集与控制器连接电磁阀和抽水泵，根据流量体积信号和液位高度信号对电磁阀和抽水泵进行控制。本发明专利技术可以预先设定采样深度、采样体积等参数实现微塑料的全自动采集，也可手动控制采集过程，实时监控样品的水下采集状态，实现水体微塑料样品的精确定量采集。

A portable in-situ micro plastic sampling system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种便携式原位水体微塑料分级采样系统及控制方法
本专利技术涉及海洋环境污染研究
，具体地说是一种便携式原位水体微塑料分级采样系统及控制方法。
技术介绍
微塑料被称为海洋中的“PM2.5”，是指尺寸小于5mm的塑料颗粒。因其粒径较小，微塑料易被海洋生物摄食，富集在各种海洋生物体内。微塑料暴露可抑制海洋生物摄食，还会对海洋生物产生氧化胁迫，诱发其免疫应答，甚至导致某些生物繁殖力下降和胚胎发育出现异常，影响其生物种群的补充。因此，微塑料会对海洋生态系统造成潜在威胁。研究微塑料的丰度和分布规律对于阐明微塑料在海洋环境中的归趋机制具有重要意义，也为评估我国微塑料的污染水平及其潜在生态风险提供科学依据。目前水体中微塑料采集常用水平拖网的方式，采集水层深度误差较大，难以实现微塑料的剖面分布研究；此外，拖网过程中易受风浪和船体航行产生的波浪影响，网具易破损、易出现倾斜，且网口流量计准确性较差，导致网口进水量不稳定，拖网水体体积偏差较大，计算结果不准确。常用的采样网尺寸较大，微塑料样品易附着于网衣或筛绢上，易导致冲洗不净，样品残留严重，直接影响样品的定量分析。此外，针对不同粒径的微塑料样品，需要更换不同网孔的网具多次拖网，造成分级样品的统一性差，且造成人力物力的浪费。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种便携式原位水体微塑料分级采样系统及控制方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种便携式原位水体微塑料分级采样系统，包括采样支架18，其特征在于：在采样支架18侧壁上方嵌有进水口1，进水口1通过电磁阀3连通过滤机构；过滤机构的输出端连通出水口8，出水口8嵌于采样支架18侧壁下方，在出水口8与过滤机构之间设置抽水泵7；在采样支架18的内部，与进水口1同一水平线上设置液位传感器15，液位传感器15连接数据采集与控制器11，采集液位高度信号发送到数据采集与控制器11；在电磁阀3与过滤装置之间设置流量计4，流量计4连接数据采集与控制器11，采集当前流量体积信号发送到数据采集与控制器11，数据采集与控制器11连接电磁阀3和抽水泵7，根据流量体积信号和液位高度信号对电磁阀3和抽水泵7进行控制。所述过滤机构包括过滤桶5、过滤桶顶盖19和过滤器6；其中过滤桶顶盖19通过锁扣与过滤桶5固定，过滤桶5和过滤桶顶盖19之间通过密封垫28进行密封，且在过滤桶顶盖19中间部分设置进样口27；过滤器6包括若干级过滤装置，且由上至下，下一级过滤装置的过滤精度高于上一级；在过滤桶5内壁下方设置支撑块29，通过“O”型密封圈26抵于最下一级过滤装置，用于支撑最下一级过滤装置，使最下一级过滤装置的筛网与过滤桶底部保持一定距离。所述过滤装置包括上下直径不等的内胆，且内胆上半部直径大于下半部直径，在内胆下部一体成型有筛网24，在筛网24上方设置滤膜或筛绢22，滤膜或筛绢22通过垫片23和卡簧25固定；上级过滤装置的下半部内胆插入下级过滤装置的上半部内胆中，且在上级过滤装置下半部内胆外壁与下级过滤装置上半部内胆内壁之间设置“O”型密封圈26，用于密封。所述进样口27为网状喷射口。在所述进水口1前端设置进样口隔网2，用于阻隔大颗粒物质进入管路，其孔径范围为4mm～6mm。所述数据采集与控制器11密封于数据采集与控制仓10内，其中数据采集与控制器11采用PLC可编程控制器进行系统数据的采集与自动控制。还包括电池组13，密封于电池仓12内，与所述数据采集与控制器11连接，用于在水下状态时为系统供电。还包括水上供电插头通过供电线缆31连接数据采集与控制器11，用于在水上状态时为系统供电，其中供电线缆31通过防水插头16后进入数据采集与控制仓10，与所述数据采集与控制器11连接。还包括手持控制器9通过通信线缆30连接数据采集与控制器11，发送控制信号到数据采集与控制器11，对系统进行外部控制；其中通信线缆30通过防水插头16后进入数据采集与控制仓10，与所述数据采集与控制器11连接。便携式原位水体微塑料分级采样系统的控制方法，包括以下过程：采样系统入水，液位传感器15将采集到的液位高度信号实时反馈到数据采集与控制器11，并通过通信电缆30，将液位高度信号实时传送到手持控制器9；当到达设定深度后，手持控制器9报警提示，采样系统停止下放并保持该深度；设定采样体积、启动时间、流量设定值和警戒时间，待到达启动时间后，系统自动开启，进行样品的采集，流量计4将流量体积信号实时传输至数据采集与控制器11，到达设定采样体积后，系统自动关闭；若流量数据小于流量设定值超过警戒时间，则认为过滤机构堵塞，系统自动关闭，采样体积按照实际采样体积进行存储。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术设置三层过滤器，可配置不同孔径的筛网、滤膜及筛绢，实现样品的分级过滤；2.本专利技术通过软件控制，可实现水体微塑料样品的原位定深采集，结合电磁阀、流量计等相应设计可实现水体微塑料样品的精确定量采集；3.本专利技术可以预先设定采样深度、采样体积等参数实现微塑料的全自动采集，也可手动控制采集过程，实时监控样品的水下采集状态；4.本专利技术进水口固定于采样支架的上部，与液位传感器位于同一水平线，出水口固定于采样支架的下部，有效避免出水对进水口处水体的扰动与影响；5.本专利技术过滤桶顶盖通过锁扣与过滤桶进行固定，可方便拆卸，方便过滤器的安装与取出；6.本专利技术通过密封垫与密封圈的设计，可保证所有样品均经过各个过滤器，从而保证分级样品取样的统一性。附图说明图1是本专利技术的系统结构图；图2是本专利技术的过滤机构示意图；图3是本专利技术的控制方法流程图；其中，1为进水口，2为进样口隔网，3为电磁阀，4为流量计，5为过滤桶，6为过滤器，7为抽水泵，8为出水口，9为手持控制器，10为水下数据采集及控制仓，11为数据采集与控制器，12为电池仓，13为电池组，14为水上供电接头，15为液位传感器，16为防水接插头，17为数据连接线，18为采样支架，19为采样桶顶盖，20、21为锁扣，22为滤膜或筛绢，23为垫片，24为筛网，25为卡簧，26为“O”型圈，27为进样口，28为密封垫，29为支撑块，30为通信线缆，31为供电线缆，32为升降称重缆，33为第一过滤装置，34为第二过滤装置，35为第三过滤装置。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。便携式原位水体微塑料分级采样系统由分级采样模块、水下数据采集及控制模块、供电模块、手持控制器、液位传感器、采样支架等组成。整套系统通过软件控制，可以实现水体微塑料的原位过滤、精确定量及分级采集，可以预先设定采样深度、采样体积、采样时间等参数，也可自动记录采样时间、体积、压力值及流量等数据。分级采样模块由抽水泵、流量计、电磁阀、过滤桶、过滤器、管路及管件等组成。其特征是采样进水口配有电磁阀和流量计，进水口与深度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种便携式原位水体微塑料分级采样系统，包括采样支架(18)，其特征在于：在采样支架(18)侧壁上方嵌有进水口(1)，进水口(1)通过电磁阀(3)连通过滤机构；过滤机构的输出端连通出水口(8)，出水口(8)嵌于采样支架(18)侧壁下方，在出水口(8)与过滤机构之间设置抽水泵(7)；在采样支架(18)的内部，与进水口(1)同一水平线上设置液位传感器(15)，液位传感器(15)连接数据采集与控制器(11)，采集液位高度信号发送到数据采集与控制器(11)；在电磁阀(3)与过滤装置之间设置流量计(4)，流量计(4)连接数据采集与控制器(11)，采集当前流量体积信号发送到数据采集与控制器(11)，数据采集与控制器(11)连接电磁阀(3)和抽水泵(7)，根据流量体积信号和液位高度信号对电磁阀(3)和抽水泵(7)进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种便携式原位水体微塑料分级采样系统，包括采样支架(18)，其特征在于：在采样支架(18)侧壁上方嵌有进水口(1)，进水口(1)通过电磁阀(3)连通过滤机构；过滤机构的输出端连通出水口(8)，出水口(8)嵌于采样支架(18)侧壁下方，在出水口(8)与过滤机构之间设置抽水泵(7)；在采样支架(18)的内部，与进水口(1)同一水平线上设置液位传感器(15)，液位传感器(15)连接数据采集与控制器(11)，采集液位高度信号发送到数据采集与控制器(11)；在电磁阀(3)与过滤装置之间设置流量计(4)，流量计(4)连接数据采集与控制器(11)，采集当前流量体积信号发送到数据采集与控制器(11)，数据采集与控制器(11)连接电磁阀(3)和抽水泵(7)，根据流量体积信号和液位高度信号对电磁阀(3)和抽水泵(7)进行控制。


2.根据权利要求1所述的便携式原位水体微塑料分级采样系统，其特征在于：所述过滤机构包括过滤桶(5)、过滤桶顶盖(19)和过滤器(6)；其中
过滤桶顶盖(19)通过锁扣与过滤桶(5)固定，过滤桶(5)和过滤桶顶盖(19)之间通过密封垫(28)进行密封，且在过滤桶顶盖(19)中间部分设置进样口(27)；
过滤器(6)包括若干级过滤装置，且由上至下，下一级过滤装置的过滤精度高于上一级；
在过滤桶(5)内壁下方设置支撑块(29)，通过“O”型密封圈(26)抵于最下一级过滤装置，用于支撑最下一级过滤装置，使最下一级过滤装置的筛网与过滤桶底部保持一定距离。


3.根据权利要求2所述的便携式原位水体微塑料分级采样系统，其特征在于：
所述过滤装置包括上下直径不等的内胆，且内胆上半部直径大于下半部直径，在内胆下部一体成型有筛网(24)，在筛网(24)上方设置滤膜或筛绢(22)，滤膜或筛绢(22)通过垫片(23)和卡簧(25)固定；
上级过滤装置的下半部内胆插入下级过滤装置的上半部内胆中，且在上级过滤装置下半部内胆外壁与下级过滤装置上半部内胆内壁之间设置“O”型密封圈(26)，用于密封。


4.根据权利要求2所述的便携式原位水体微塑料分级采样系统，其特征在于：所述进样口(27)为网状喷射口。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙西艳，王清，付龙文，刘永亮，张晨，滕佳，赵建民，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37