液体中颗粒物监测系统转让专利
申请号 : CN202110039462.4
文献号 : CN112362548B
文献日 : 2021-04-13
发明人 : 詹姆斯·刘
申请人 : 湖南久钰电子有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种液体中颗粒物监测系统,其特征在于,包括:腔体、多级挡板、颗粒物收集槽和流量传感器;
所述腔体的一端设置有进液口,另一端设置有出液口;
所述多级挡板设置在所述腔体内,所述多级挡板中的第一级挡板正对所述进液口,最后一级挡板正对所述出液口,其它级挡板位于所述第一级挡板和所述最后一级挡板之间,其中,每一级挡板用于阻挡通过所述进液口或上一级挡板的液体,使得液体通过每一级挡板与所述腔体之间的空隙流向下一级挡板或从所述出液体口流出;
每一级挡板下方设置有颗粒物收集槽,用于收集因每一级挡板阻挡而沉积的液体中的颗粒物,每个颗粒物收集槽用于收集对应尺寸的颗粒物;
所述流量传感器设置在所述进液口或所述出液口,所述流量传感器用于测量流过所述腔体的液体总流量,所述液体总流量和各个颗粒物收集槽中的颗粒物用于确定流过所述腔体的液体中的不同尺寸的颗粒物浓度;
所述腔体内壁设置为类似波纹管的结构,在所述腔体的隆起部分设置挡板,相邻两级隆起之间的腔体的横截面积逐级增大,使得所述腔体内的液体流速逐级减小,以将液体中不同尺寸的颗粒物分离开来;每一级挡板与腔体之间的空隙的横截面积等于每一级隆起之前的腔体的横截面积,以保证通过每一级挡板时液体的流速保持平稳。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述颗粒物收集槽为在所述腔体侧壁的底部设置的下凹槽。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括颗粒物监测装置和数据处理装置;
所述颗粒物监测装置用于检测颗粒物收集槽中的颗粒物含量;
所述数据处理装置用于根据各个颗粒物收集槽中的颗粒物含量和所述液体总流量,确定流过所述腔体的液体中的颗粒物浓度。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述数据处理装置用于:根据各个颗粒物收集槽中的颗粒物含量,确定颗粒物总含量;
根据所述颗粒物总含量和所述液体总流量,确定流过所述腔体的液体中的颗粒物总浓度;
针对任一颗粒物收集槽,根据所述任一颗粒物收集槽中的颗粒物含量和所述液体总流量,确定流过所述腔体的液体中对应尺寸的颗粒物的浓度。
5.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述颗粒物监测装置包括光发射器件、光接收器件和处理单元,所述光发射器件用于向颗粒物收集槽内发射检测光,所述光接收器件用于测量检测光经过颗粒物收集槽后的光强度,所述处理单元用于根据所述光接收器件检测到的光强度,确定颗粒物收集槽中的颗粒物含量。
6.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述颗粒物监测装置包括称重传感器,所述称重传感器用于测量颗粒物收集槽中的颗粒物质量。
说明书 :
液体中颗粒物监测系统
技术领域
背景技术
定期到采样点进行人工取样,再带回实验室进行检验分析,由于水样采集量有限且采样时
间较短,一旦水样中颗粒物浓度较小或颗粒物随时间波动较大时,会大大降低检测精度和
准确度,甚至无法检测出颗粒物。
发明内容
之间,其中,每一级挡板用于阻挡通过所述进液口或上一级挡板的液体,使得液体通过每一
级挡板与所述腔体之间的空隙流向下一级挡板或从所述出液体口流出;
述腔体的液体中的颗粒物浓度。
集槽后的光强度,所述处理单元用于根据所述光接收器件检测到的光强度,确定颗粒物收
集槽中的颗粒物含量。
测水域中颗粒物浓度较小或颗粒物浓度随时间波动较大,也可以检测出其中的颗粒物浓
度,提高了检测精度和准确度,并实现了在线监测,且投放后无需监测人员值守,降低了成
本。
附图说明
普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
具体实施方式
所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
及/或功能仅为说明性的。基于本公开,所属领域的技术人员应了解,本文中所描述的一个
方面可与任何其它方面独立地实施,且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。
举例来说,可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外,可使
用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或
实践此方法。
但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻
辑上不存在必要因果关系的步骤中,这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行
顺序。
板、颗粒物收集槽13和流量传感器14。其中,腔体11的一端设置有进液口111,另一端设置有
出液口112,多级挡板设置在腔体11内,多级挡板中的第一级挡板121正对进液口111,最后
一级挡板正对出液口112,其它级挡板位于第一级挡板121和最后一级挡板之间,每一级挡
板用于阻挡通过进液口111或上一级挡板的液体,使得液体通过每一级挡板与腔体11之间
的空隙流向下一级挡板或从出液体口流出。每一级挡板下方设置有颗粒物收集槽13,用于
收集因每一级挡板阻挡而沉积的液体中的颗粒物。流量传感器14设置在进液口111或出液
口112,流量传感器14用于测量流过腔体11的液体总流量,液体总流量和各个颗粒物收集槽
13中的颗粒物用于确定流过腔体11的液体中的颗粒物浓度。
再从第一级挡板121两侧分流,通过第一级挡板121与腔体11之间的空隙流向第二级挡板
122,上述过程中,液体中的部分颗粒物会被第一级挡板121阻挡,并落入第一级挡板121下
方的颗粒物收集槽13。同样的,通过第一级挡板121后的液体流向第二级挡板122,液体中的
部分颗粒物被第二级挡板122阻挡,并落入第二级挡板122下方的颗粒物收集槽13内,然后
液体从第二级挡板122与腔体11之间的空隙流向第三级挡板123。在图1对应的示例中,第三
级挡板123即为最后一级挡板,第三级挡板123横截面积不小于出液口112的口径,并正对出
液口112,防止通过第二级挡板122的液体直接从出液口112流出,液体中的部分颗粒物被第
三级挡板123阻挡,并落入第三挡板下方的颗粒物收集槽13内,然后液体从第三级挡板123
与腔体11之间的空隙流向出液口112,最终流出腔体11,通过三级挡板将流经腔体11的液体
中颗粒物的分离出来。
级挡板、三级挡板,甚至三级以上的挡板,系统包含的挡板级数可根据具体应用需求设定,
本申请实施例不作限定。
级挡板阻挡,并不断在颗粒物收集槽13中累积,当颗粒物累积到一定量时,检测出颗粒物收
集槽13内的颗粒物含量,然后基于流量传感器14确定出流过腔体11的液体总流量,基于液
体总流量和颗粒物收集槽13中的颗粒物含量,即可计算出流过腔体11的液体中的颗粒物浓
度。
颗粒物浓度随时间波动较大,也可以检测出其中的颗粒物浓度,提高了检测精度和准确度,
并实现了在线监测,且投放后无需监测人员值守,降低了成本。
域内的液体以平稳的流速进入腔体11内,可解决平静水域或湍急水域内水流速度、方向不
稳定的问题。
证待监测的颗粒物顺利进入腔体11内。
水流,第二级挡板122中位于下方的挡板正对第一级挡板121下方的水流,第三级挡板123正
对第二级挡板122中两个挡板形成的空隙,以阻挡通过该空隙的水流。
板123与腔体11侧壁之间形成的空隙的横截面积为S3,出液口112的横截面积为S4,可通过
调整各级挡板的大小或腔体11侧壁形状,使得S0
的速度最快,这样较大的颗粒物会沉淀,并落入第一级挡板121下方的颗粒物收集槽13,而
中等或较小的颗粒物会流向第二级挡板122;液体流过第二级挡板122时的速度降低,中等
的颗粒物会沉淀,并落入第二级挡板122下方的颗粒物收集槽13,而较小的颗粒物会流向第
三级挡板123;液体流过第三级挡板123时的速度继续降低,较小的颗粒物会沉淀,并落入第
三级挡板123下方的颗粒物收集槽13,这样可以分离液体中不同尺寸的颗粒物。
分离开来,即每个颗粒物收集槽13用于收集对应尺寸的颗粒物,进而可以获知不同尺寸的
颗粒物在待监测水域中的浓度。
截面积不小于进液口111的口径,并正对进液口111,以阻挡进液口111流入的液体,这样进
液口111流入的液体就会先冲击第一级挡板121,再从第一级挡板121两侧分流,通过第一级
挡板121与腔体11之间的空隙流向第二级挡板122,上述过程中,液体中的部分颗粒物会被
第一级挡板121阻挡,并落入第一级挡板121下方的颗粒物收集槽13。同样的,通过第一级挡
板121后的液体流向第二级挡板122,液体中的部分颗粒物被第二级挡板122阻挡,并落入第
二挡板下方的颗粒物收集槽13内,然后液体从第二级挡板122与腔体11之间的空隙流向第
三级挡板123。在图3对应的示例中,第三级挡板123即为最后一级挡板,第三级挡板123横截
面积不小于出液口112的口径,并正对出液口112,防止通过第二级挡板122的液体直接从出
液口112流出,液体中的部分颗粒物被第三级挡板123阻挡,并落入第三挡板下方的颗粒物
收集槽13内,然后液体从第三级挡板123与腔体11之间的空隙流向出液口112,最终流出腔
体11,通过三级挡板将流经腔体11的液体中颗粒物的分离出来。采用图3所示的波纹管结
构,可通过腔体11隆起的形状以及每一级挡板前一段横截面积一定的管道,稳定液体的流
速,减少湍流和漩涡的出现。
A0,第一级挡板121和第二级挡板122之间的腔体11(即第一管道113)的横截面积为A1,第二
级挡板122和第三级挡板123之间的腔体11(即第二管道114)的横截面积为A2,出液口112的
横截面积为A3,其中A0< A1< A2,为此从进液口111流入的液体的流速最大,即流向第一级
挡板121的液体流速最大,这样较大的颗粒物会沉淀,并落入第一级挡板121下方的颗粒物
收集槽13,而中等或较小的颗粒物会流向第一管道113;液体经过第一管道113后速度降低,
中等的颗粒物会沉淀,并落入第二级挡板122下方的颗粒物收集槽13,而较小的颗粒物会流
向第二管道114;液体经过第二管道114后的速度继续降低,较小的颗粒物会沉淀,并落入第
三级挡板123下方的颗粒物收集槽13,这样可以分离液体中不同尺寸的颗粒物。其中,出液
口112的横截面积A3可与A2基本保持一致,以稳定流速。
稳。以图4为例,第一级挡板121与腔体11侧壁隆起部分之间的空隙的横截面等于A0,第二级
挡板122与腔体11侧壁隆起部分之间的空隙的横截面等于A1,第三级挡板123与腔体11侧壁
隆起部分之间的空隙的横截面等于A2。
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者,颗粒物收集槽13可以是在腔体11侧壁的底部设置的下凹槽,具体结构可参考图4,可以
防止水流带走落入下凹槽的颗粒物。
液体总流量,根据颗粒物收集槽13中的颗粒物含量和液体总流量,确定流过腔体11的液体
中的颗粒物浓度。
装置用于根据各个颗粒物收集槽13中的颗粒物含量和液体总流量,确定流过腔体11的液体
中的颗粒物浓度。
Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可
编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
测光经过颗粒物收集槽13后的光强度,处理单元用于根据光接收器件16检测到的光强度,
确定颗粒物收集槽13中的颗粒物含量。
光,不同物质散射的光的波长不同。
定特殊物质的含量。
到颗粒物收集槽13内的液体和颗粒物的混合溶液,混合溶液中颗粒物的含量越高,颗粒物
对检测光的散射作用越强,因此光接收器件16测量到的光强度越弱。可通过实验预先确定
光接收器件16输出的光强度和混合溶液的颗粒物含量之间的对应关系,进而处理单元可获
取光接收器件16实际测量的光强度,结合上述对应关系确定过颗粒物收集槽13中的颗粒物
含量。
上表面和下表面可镀有铬镀层、金镀层等。称重传感器称重的原理是利用了石英晶体的压
电效应:石英晶体内部每个晶格在不受外力作用时呈正六边形,若在晶片的两侧施加机械
压力,会使晶格的电荷中心发生偏移而极化,则在晶片相应的方向上将产生电场;反之,若
在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形,这种物理现象称为压电效应。
对于刚性沉积物,晶体振荡频率变化△F正比于工作电极上沉积物的质量改变△M。通过这
一关系式可得到QCM电极表面的质量变化。
器表面冲量,根据冲量和质量之间的对应关系,确定颗粒物收集槽13中的颗粒物质量。其
中,冲量和质量之间的关联关系可通过实验确定,并且可测量不同尺寸的颗粒物所对应的
关联关系,用于收集不同尺寸颗粒物的颗粒物收集槽13使用不同的关联关系。
台监测人员,无需监测人员进行人工收集和测量。
确定颗粒物总含量;根据颗粒物总含量和液体总流量,确定流过腔体11的液体中的颗粒物
总浓度。数据处理装置还可以用于:针对任一颗粒物收集槽13,根据该颗粒物收集槽13中的
颗粒物含量和液体总流量,确定流过腔体11的液体中对应尺寸的颗粒物的浓度。
的颗粒物含量M1以及流量传感器14检测到的液体总流量Q,即可得到较大颗粒物的浓度;液
体流过第二级挡板122时的速度降低,中等的颗粒物会沉淀,并落入第二级挡板122下方的
颗粒物收集槽13,根据第二级挡板122下方的颗粒物收集槽13中的颗粒物含量M2以及流量
传感器14检测到的液体总流量Q,即可得到中等颗粒物的浓度;液体流过第三级挡板123时
的速度继续降低,较小的颗粒物会沉淀,并落入第三级挡板123下方的颗粒物收集槽13,根
据第三级挡板123下方的颗粒物收集槽13中的颗粒物含量M3以及流量传感器14检测到的液
体总流量Q,即可得到中等颗粒物的浓度。流过腔体11的液体中的颗粒物总浓度为(M1+M2+
M3)/Q。
统打开对应的排泄口,使得颗粒物收集槽13中颗粒物从排泄口中流出。具体地,打开排泄口
时,可通过进液口111处的水泵将液体泵入腔体11内,通过泵入的液体将颗粒物收集槽13中
的颗粒物从排泄口中冲刷出去;然后关闭排泄口,并重置流量传感器14,进入下一个监测周
期。
涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。