[發明專利]基于水動力約束原理的突發水污染生物預警裝置及方法

有效

• 申請號: 201310067809.1
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103149336A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 戴會超;毛勁喬;趙倩;宓辰羲;張末
• 申請（專利權）人: 河海大學;南京河海科技有限公司
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

1.一種基于水動力約束原理的突發水污染生物預警裝置，包括生物行為控制單元、動力設備單元和信號采集處理單元，其特征在于：

所述生物行為控制單元包括上下同軸設置的兩個相同的環形旋轉水箱（1；2），每個環形旋轉水箱（1；2）的底部設有進水孔（7；8）、排污管（10；11）和流態調整底槽（5；6），出水管（9）緊貼環形旋轉水箱（1；2）的內圈壁豎直貫穿于兩個環形旋轉水箱（1；2）的中心，待檢測源水和清水分別由進水孔（7；8）進入兩個環形旋轉水箱（1；2）；

所述動力設備單元包括固定在機座（24）上的交流電機（25）、控制箱（27）和豎直安裝在控制箱（27）上的轉桿（26），所述轉桿（26）穿過兩個環形旋轉水箱（1；2）的中心并在所述交流電機（25）和控制箱（27）的驅動下帶動環形旋轉水箱（1；2）勻速轉動；

所述信號采集處理單元包括壓力信號采集部分（3）和圖形信號采集部分，所述壓力信號采集部分（3）安裝在兩個環形旋轉水箱（1；2）的外圈壁內采集并對比預警生物在上下兩個環形旋轉水箱（1；2）里的待測源水和清水中撞擊邊壁產生的動壓力信號，根據是否有異常撞擊邊壁的壓力信號判斷待測源水是否發生突發水污染；所述圖形信號采集部分包括固定在機座（24）上的攝像機（28）向上觀察采集下部的環形旋轉水箱（2）的圖像信號，以及架設在可移動支架（30）上的攝像機（29）向下觀察采集上部的環形旋轉水箱（1）的圖像信號。

2.根據權利要求1所述的基于水動力約束原理的突發水污染生物預警裝置，其特征在于：所述壓力信號采集部分（3）包括壓電式壓力傳感器（16）、電荷放大電路（17）和信號分析儀（18），所述壓電式壓力傳感器（16）表面通過粘結劑（22）附上一層防水保護膜（23）緊貼于兩個環形旋轉水箱（1；2）的外圈壁內采集動壓力信號，每個壓電式壓力傳感器（16）和每個電荷放大電路（17）為一組進行耦合，電荷放大電路（17）輸出電信號給信號分析儀（18）轉換成壓力-時間變化曲線，根據信號突變情況對突發水污染進行在線預警。

3.根據權利要求1或2所述的基于水動力約束原理的突發水污染生物預警裝置，其特征在于：位于上方的所述環形旋轉水箱（1；2）的底部由不透明有機玻璃鋼制成，位于下方的所述環形旋轉水箱（2）的底部由透明有機玻璃鋼制成。

4.根據權利要求1所述的基于水動力約束原理的突發水污染生物預警裝置，其特征在于：所述流態調整底槽（5；6）在其所屬的環形旋轉水箱（1；2）底部呈同心圓布置，由熱固性塑料片制成，高度為環形旋轉水箱（1；2）外圈凈高的1/8~1/6。

5.根據權利要求1所述的基于水動力約束原理的突發水污染生物預警裝置，其特征在于：所述出水管（9）的上端出口處設有過濾網（31）以防止預警生物的外逃。

6.根據權利要求1所述的基于水動力約束原理的突發水污染生物預警裝置，其特征在于：所述排污管（10；11）上設有閥門（14；15），當所述環形旋轉水箱（1；2）排污時所述閥門（14；15）打開。

7.一種基于水動力約束原理的突發水污染預警方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）分別通過進水孔（7；8）向上部環形旋轉水箱（1）和下部環形旋轉水箱（2）通入等量的待測源水和清水；

（2）將相同數量的預警生物分別放入上下兩個環形旋轉水箱（1；2）中，選用的預警生物為深色，體長40~60mm，生命體征正常且非產卵期；

（3）啟動交流電機（25），通過控制箱（27）和轉桿（26）帶動兩個環形旋轉水箱（1；2）勻速轉動，轉速保持在15~20r/min，當上部的環形旋轉水箱（1）的待測源水和下部的環形旋轉水箱（2）的清水開始繞著中心做圓周運動時，調整流態調整底槽（5；6）的高度直到形成穩定的旋轉水流；

（4）開啟機座（24）上和可移動支架（30）上的攝像機（28；29）拍攝兩個環形旋轉水箱（1；2）內預警生物的活動狀態，當預警生物隨著旋轉水流運動且在向心力的約束下被限制在靠近內圈壁附近時，啟動壓力信號采集部分（3）采集外圈壁的動壓力信號，連續記錄壓力-時間關系曲線；

（5）根據壓力-時間關系曲線和拍攝的預警生物活動狀態的圖像判斷是否發生突發水污染：當預警生物在靠近內圈壁附近運動時，上下兩個環形旋轉水箱（1；2）所采集的壓力-時間關系曲線形態相似，壓力值為0~2Mpa，說明待測源水沒有發生突發水污染；若上部的環形旋轉水箱（1）的壓力-時間關系曲線的波動突然變大超過10Mpa，而下部的環形旋轉水箱（2）的壓力-時間關系曲線仍然穩定在0~2Mpa，說明待測源水有可能發生突發水污染，此時對比拍攝的預警生物在上下兩個環形旋轉水箱（1；2）中的活動圖像，若相對于下部的環形旋轉水箱（2）中預警生物平穩的活動狀態，上部的環形旋轉水箱（1）中的預警生物突然運動活躍，活動范圍從內圈壁附近轉移到外圈壁附近，則說明預警生物為了躲避污水掙脫了水動力約束逃到了相對清潔的外圈壁附近水域，并且撞擊外圈壁產生了動壓變化，確認待測源水發生了突發水污染；若上部的環形旋轉水箱（1）中的預警生物并未出現該情況，則為誤報；

（6）待測源水的水位超出出水管（9）上緣高度時順著出水管（9）流出，每隔1小時打開排污管（10；11）上的閥門（14；15）排出兩個環形旋轉水箱（1；2）底部的淤積物。