本发明专利技术公开了一种无人值守的动频沉积物采样装置，包括采样器，采样器包括圆筒状本体，圆筒状本体的外部设置有电导率传感器，圆筒状本体的中部设置有主控板，主控板外围设置有沉积物采集装置；所述主控板内嵌主控芯片、传感器通信采集电路和WIFI模块，所述沉积物采集装置包括一组采样瓶，采样瓶底部设有三爪瓣，通过电机牵引实现张开与闭合达到沉积物采集目的。本发明专利技术能够根据所监控河湖沉积物上覆水体的电导率实时过程，测算电导率在一定时间段内的时均值，并以该时均值及其时变行为作为判据，对河湖沉积物采样频次的疏密程度进行自动优化调整，实现河湖上覆水污染物浓度变化小少采样，而污染物浓度变化大多采样，实现河湖底泥样本采集与其上覆水水质变化过程精准匹配的功能，具有自动化作业、效率高、低成本的特点。点。点。
【技术实现步骤摘要】
无人值守的动频沉积物采样装置及方法
[0001]本专利技术涉及无人值守的动频沉积物采样装置及方法。
技术介绍
[0002]沉积物是河湖环境的重要组成部分，其环境质量状况与上覆水污染情势密切相关。精准把握与河湖上覆水污染行为相匹配的沉积物污染物浓度过程，是科学解读河湖底泥环境质量状况的时空分异规律，深入揭示污染物在沉积物
‑
上覆水体系中的多相迁移行为的重要技术保障，同时也是实施河湖水土一体化全方位污染防治的关键环节。如何在兼顾不同河湖污染状况差异的基础上，对代表性沉积物样本进行高分辨率的精准采集，是当前河湖环境研究的重要课题之一。
[0003]天然河湖沉积物上覆水污染物浓度随时间的变化过程往往是不可预知的，无法通过预设可能的上覆水浓度变化曲线来事先确定沉积物采样时间点，因此传统的人工采样方法难以准确采集到与上覆水污染浓度变化过程相匹配的代表性沉积样。而现有的技术中，如申请号200910243744.5的专利技术专利和申请号201320495969.1的技术专利，分别提出一种受沉积物深度限制的沉积物自动采样模式，和随水深变化采集沉积物样品的采样装置，但它们都无法完成上覆水污染物浓度变化下的自适应动频采样，难以实现沉积物样本采集与其上覆水污染物浓度变化过程的准确匹配。申请号202010353011.3的专利技术专利，依据流速变化强度来自动调整沉积物样本采集次数，虽然能够实现沉积物样本与河湖水动力变化过程相匹配，但在实际应用中，对于流速变化较小的河、湖水体，当上覆水污染物浓度发生改变时，流速变化强度却达不到控制阈值水平，无法启动采样程序，致使所采集的沉积物样本不能有效捕捉上覆水污染的变化行为，无法实现沉积物样本采集与上覆水污染物浓度变化过程精准匹配的要求；另一方面，当监测河、湖上覆水目标污染物浓度保持相对稳定，河、湖水体因其自身紊动，或船舶运行等人类活动干扰造成的流速变化超过控制阈值时，沉积物采样程序依然会被激发，但此时其中的上覆水污染物浓度基本不变，从而导致过度采样，造成大量资源浪费。
[0004]事实上，河、湖沉积物上覆水中电导率与重金属、氯化物、COD、高锰酸盐指数等重要水质指标密切相关，其变化情况能够准确表征这些污染物的时变过程。因此，本专利技术开发了一种无人值守的动频沉积物采样装置及方法，可以根据监测河湖上覆水污染变化特征，自动匹配与之相适应的沉积物采样频次，以高效、精准地捕捉与上覆水污染时变行为相匹配的沉积物污染过程，为河湖污染物的环境归趋、风险评价与全方位防控等方面的研究工作提供了有力的技术支撑。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种无人值守的动频沉积物采样装置及方法，能够根据所监控河湖沉积物上覆水的电导率实时过程，测算电导率值在一定时间段内的时均值，以该时均值及其时变行为作为判据，对沉积物采样频次的疏
密程度进行自动调整优化，实现沉积物样本采集与上覆水污染物浓度时变过程精准匹配的功能。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的无人值守的动频沉积物采样装置，包括漂浮本体，在漂浮本体上设有升降电机，漂浮本体上设有太阳能板，太阳能板为升降电机供电，所述升降电机设有电机轴，电机轴上缠绕有连接绳，所述连接绳与采样器连接，采样器包括圆筒状本体，圆筒状本体的外部嵌有电导率传感器，圆筒状本体的中部设置有主控板，主控板外围设置有沉积物采集装置。所述主控板内嵌主控芯片、18650电池组、DCDC降压电路、各种传感器通信采集电路和WIFI模块，其中WIFI模块可连接网络与终端通信，实现电导率数据传输以及用户控制命令传递。控制器获取电导率数据，并计算电导率在一段时间内的时均值。在电导率时均值的相对变化率较小的稳定情况下，系统采用低频、定频的常规采样模式；当电导率时均值的相对变化率超过一定量值(初始控制阈值)时触发应激动频采样模式，这种情况下，系统根据上覆水电导率时均值的时变行为自适应调整沉积物采样频次：在上覆水电导率时均值随时间的变化率相对稳定，即电导率上升或者下降行为呈线性或类线性过程的情形下，降低沉积物采样频率，以实现用最少的采样次数来有效匹配上覆水污染物浓度过程，提高采样效率；反之，在电导率时均值的时变率发生起伏，即上覆水电导率上升或者下降行为的变化较为剧烈、复杂，不满足线性或类线性过程的情形下，维持较高沉积物采样频率，以实现对上覆水污染物浓度复杂变化过程的精准匹配，确保沉积物样本采集精度。
[0007]所述沉积物采集装置包括一组采样瓶，采样瓶顶部有电机与活塞，底部为三爪瓣，由主控芯片控制电机启停。开始采样时，电机驱动活塞与三爪瓣，将底泥收集入瓶中。
[0008]作为优选，所述电导率传感器为一体式电导率探针。
[0009]作为优选，所述主控板内部还安装有18650锂电池组，为一体式电导率传感器、控制器、无线通信装置以及驱动电机供电，锂电池电压为12V，通过两个DC
‑
DC模块分别将12V电压转换成3.3V和5V为各类设备供电，其中12V为驱动电机提供电压，5V为一体式水导电率仪和RS485总线提供电压，3.3V为主控芯片STM32F103提供电压。
[0010]作为优选，所述沉积物采样装置采用至少10个电机作为三爪瓣开合执行器。
[0011]作为优选，所述漂浮本体上设有定位装置，漂浮本体上还设有动力装置，通过动力装置带动漂浮本体移动。当远程控制者设动目标位置后，动力装置带动漂浮本体移动到指定位置，实现该位置的沉积物采集。
[0012]一种利用无人值守的动频沉积物采样装置的采样方法，包括以下步骤：
[0013](1)将本装置通过绳索连接，下降至水中，悬挂布设于研究区域水体中。
[0014](2)调试采样系统，将采样瓶依次编号，为M
p
，其中p为1、2、3
…
10。初始化分析计次变量i＝0，计次清零变量t＝60，采样管计数变量p＝0，采样控制阈值K＝0.15，设定电导率传感器监测频率为1秒2次，每次监测所得的电导率值为c
w
，由控制器每5分钟进行一次分析，并设第i次分析时的电导率时均值
[0015](3)在第0次分析时，控制器分析该时间段内电导率时均值C0；在第i次分析时(i>＝1)，控制器分析该时间段内电导率的时均值C
i
，计算其相对变化率|C
i
‑
C
i
‑1|/C
i
‑1，并与K进行比较，判断进入步骤(4)或步骤(5)。
[0016](4)若第i次分析时的时均值相对变化率|C
i
‑
C
i
‑1|/C
i
‑1≤K，则进入固定低频采样
的常规模式，控制器判断采样计次变量i是否为t；若i<t，令i＝i+1，并重复步骤(3)；若i＝60，控制器驱动M
p
号采样瓶上部电机打开三爪瓣以进行采样，采样结束后主控芯片控制电机本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无人值守的动频沉积物采样装置，其特征在于：包括漂浮本体，在漂浮本体上设有升降电机，漂浮本体上设有太阳能板，太阳能板为升降电机供电，所述升降电机设有电机轴，电机轴上缠绕有连接绳，所述连接绳与采样器连接，采样器包括圆筒状本体，圆筒状本体的外部嵌有电导率传感器，圆筒状本体的中部设置有主控板，主控板外围设置有沉积物采集装置；所述沉积物采集装置包括一组采样瓶底部为可开合的三爪瓣，由采样瓶顶部的电机驱动开合以达到采样目的。2.根据权利要求1所述的无人值守的动频沉积物采样装置，其特征在于：所述电导率传感器为一体式电导率探针。3.根据权利要求1所述的无人值守的动频沉积物采样装置，主控板搭载18650锂电池，通过两个DC
‑
DC模块分别将12V电压转换成3.3V和5V为各类设备供电，其中12V为驱动电机提供电压，5V为一体式水导电率仪和RS485总线提供电压，3.3V为主控芯片STM32F103提供电压。4.根据权利要求1所述的无人值守的动频沉积物采样装置，其特征在于：所述采样装置采用至少10个电机作为三爪瓣开合执行器。5.根据权利要求1所述的无人值守的动频沉积物采样装置，其特征在于：所述漂浮本体上设有定位装置。6.一种如权利要求1至5任一项所述的利用无人值守的动频沉积物采样装置的采样方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过定位装置，将漂浮本体放置在合适位置，通过升降电机将采样器放置合适深度，悬挂布设于研究区域水体中；(2)调试采样系统，将采样管依次编号，为M
p
，其中p为1、2、3
…
n，n为采样管的个数，初始化分析计次变量i＝0，计次清零变量t＝60，采样管计数变量p＝0，采样控制阈值K＝0.15，设定电导率传感器监测频率为1秒2次，每次监测所得的沉积物上覆水电导率值为c
w
，由控制器每5分钟进行一次分析，并设第i次分析时的电导率时均值(3)在第0次分析时，控制器分析该时间段内电导率时均值C0；在第i次分析时(i>＝1)，控制器分析该时间段内电导率的时均值C
i
，计算其相对变化率|C
i
‑
C
i
‑1|/C
i
‑1的值...
【专利技术属性】
技术研发人员：褚克坚，田宗浩，陈朝鸿，郭一泽，栾竣，华欣怡，顾莉，光鹏鸿，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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