專利名稱：用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的制作方法
技術領域：
本發明涉及水環境保護技術領域，具體來說，本發明涉及一種用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標。
背景技術：
伴隨著我國經濟快速發展的同時，生態環境持續惡化。近年來我國水體富營養化日益加劇，藻類過度繁殖產生的有害藻華持續高頻次發生，已嚴重影響到居民的飲水安全、 水產養殖、水體景觀價值等方面，造成了巨大的經濟損失。2007年太湖藍藻水華爆發影響無錫、蘇州等周邊城市的生活、飲用水供水安全，2009年廈門九龍江甲藻水華影響廈門市生活、飲用水供水安全。作為主要飲用水水源地的大中型水庫也頻繁爆發水華，僅2000-2009 年廣東省就有18座水庫發生藍藻水華。2009年三峽水庫香溪河庫灣爆發甲藻水華。為應對日益嚴峻的水華形式，水利部水文局于2008年3月下發《關于開展藻類監測試點工作的通知》(水文質〔2008〕34號)，部署藻類監測試點工作。環保部在2010年9 月下發了《關于進一步加強分散式飲用水水源地環境保護工作的通知》，強調了飲用水水源地保護的緊迫性。藻類監測已經成為了水質監測工作中的重點。目前現有技術中針對藻類監測的方法主要有以下幾種1)顯微鏡法測量細胞數監測人員需要乘船到現場進行采樣并固定，帶回實驗室后由專業人員進行鏡檢分析。2)萃取法測量葉綠素含量監測人員需要現場采樣并過濾濃縮，帶回實驗室后用丙酮等有機溶劑萃取葉綠素并進行測量。3)現場熒光法測量葉綠素含量監測人員攜帶便攜式熒光儀到現場采樣并通過測量藻類色素的熒光強度來獲知藻類葉綠素含量，目前最新的熒光儀已有測量藍藻生物量和總藻類生物量的不同版本。4)藻類色素熒光監測浮標熒光計探頭集成在浮標上，在現場連續監測水體中的藻類生物量，數據無線傳輸到岸上基站。5)無線視頻監測浮標授權公告號為CN 201689088U的中國實用新型專利中提到了采用無線視頻拍攝監測藍藻濃度變化。它在浮標上安裝監控攝像頭，用于拍攝浮標水域的照片，無線傳輸到岸上基站，由監測人員根據水域照片判斷是否發生了水華。6)遙感測量藻類生物量通過衛星搭載的光譜儀來大面積測量水色光譜，用特定公式估算水體的生物量。然而，現有的藻類監測技術分別存在如下缺點1)顯微鏡法測量細胞數樣品從采樣到得出結果整個過程具有較大的時間滯后性，不能做到及時預警。此外，在顯微鏡下藻類分類和計數需要非常專業的人員，并且分析樣品的效率較低(一般而言，對一個樣品同時進行定性、定量分析約需2小時)。2)萃取法測量葉綠素含量采樣回來后丙酮等有機溶劑的萃取時間較長，一般需要1-2天才能獲取數據，無法做到及時預警。
3)現場熒光法測量葉綠素含量雖然獲取數據非常快速，但當藻密度較高時(例如超過IOOyg Chl/L)熒光強度與藻類生物量不再呈線性關系，獲取的數據誤差較大。水體中溶解態有機質(CDOM)較多時，需要消除CDOM發出的本底熒光才能獲得較理想的數據。4)藻類色素熒光監測浮標雖然可以做到無人值守、現場連續監測，但無法消除水體中CDOM熒光對測量產生的干擾，對于很多富營養化嚴重的水體而言，這種干擾非常大。藻密度較高特別是發生水華時，由于喪失了熒光強度與生物量的線性關系，導致測量的結果誤差很大。5)無線視頻監測浮標通過無線傳輸來的現場照片只能對水體中的藻類進行非常不科學的估算，不是嚴謹可靠的定量分析。6)遙感測量藻類生物量購買衛星遙感數據的費用非常昂貴，且需要非常專業的人員進行反演才能得到數據。天空中的云彩、空氣中的浮塵等會直接影響遙感測量的準確性，需要進行地面校準。此外，目前國際上的衛星遙感主要聚焦于海洋領域，對于淡水環境的遙感網格很大，導致數據的精度不高。綜上可知，上述現有的技術如顯微鏡法、萃取法、現場熒光法等都無法做到無人值守連續監測；遙感法需要購買數據，受天氣影響很大；無線視頻監測浮標無法獲得可靠的數據；而熒光監測浮標又容易受到水體中溶解態有機質和藻密度的影響。
發明內容
本發明所要解決的一個技術問題是提供一種用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標，用于在野外無人值守、長期、在線監測飲用水水源地水域的剖面藻類細胞密度，從而進行藻類監測和預警。本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標，可以區分出經常發生水華的微囊藻群體，用于監測單細胞微囊藻和群體微囊藻的密度，進行水華預警。為解決上述技術問題，本發明提供一種用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標， 包括浮標載體部分、支架部分和其余部分，所述浮標載體部分浮于水面，所述支架部分設置于所述浮標載體部分之上且露于水面上方，所述其余部分設置于所述浮標載體部分之下且潛入水面下方；所述浮標載體部分包括浮標載體，其內有儀器艙，所述儀器艙內設置有蠕動泵、藻類監測儀、數據采集器、無線通訊模塊、蓄電池組、光伏控制器和電源板；所述支架部分包括支架及支撐于其上的通訊天線和太陽能電池板；所述其余部分包括連接在所述浮標載體上的浮筒、位于所述浮筒內的升降馬達以及伸入水中的采樣管；其中，所述采樣管用于采集所述水源地的水樣；所述升降馬達與所述采樣管相連接，通過一轉盤控制所述采樣管的升降到達監測剖面水樣所需要的采樣位置；所述蠕動泵與所述采樣管相連接，用于控制所述采樣管采集水樣；所述藻類監測儀與所述蠕動泵相連接，用于監測所述水樣中的總藻類細胞數和微囊藻群細胞數，并計算出細胞密度；
所述數據采集器與所述藻類監測儀相連接，用于采集所述藻類監測儀監測到和/ 或計算到的數據；所述無線通訊模塊與所述數據采集器相連接，用于將上述數據發送到進行藻類監測預警的監測中心；所述通訊天線與所述無線通訊模塊相連接，用于將所述無線通訊模塊要發送的數據通過無線通訊網絡發送到監測中心；所述太陽能電池板用于采集太陽能轉換為電能；所述蓄電池組用于存儲由所述太陽能電池板產生的電能作為備用電能，當太陽能發電不足時補充整個設備運行的電力供應；所述光伏控制器分別與所述太陽能電池板和所述蓄電池組相連接，用于穩定太陽能發電的電壓并使所述太陽能電池板對所述蓄電池組充電；以及所述電源板分別與所述升降馬達、所述藻類監測儀、所述數據采集器、所述無線通訊模塊和所述光伏控制器相連接，用于向所述升降馬達、所述藻類監測儀、所述數據采集器和所述無線通訊模塊提供所需的電力供應。優選地，所述支架部分還包括支撐于所述支架上的風向傳感器，與所述數據采集器相連接，用于采集所述水源地的風向數據；風速傳感器，分別與所述電源板和所述數據采集器相連接，用于采集所述水源地的風速數據；以及光合有效輻射傳感器，分別與所述電源板和所述數據采集器相連接，用于采集所述水源地的光合有效輻射數據。優選地，所述其余部分還包括錨系，連接在所述浮標載體上，用于固定所述浮標。優選地，所述藻類監測儀包括激光產生器，用于產生激光并以90度角照射所述水樣；散射光檢測器，用于接收所述水樣中的顆粒散射過來的光，判斷所述顆粒的大小， 并對其進行計數；熒光檢測器，用于接收所述水樣中的顆粒散射過來的光和藻細胞色素發出的熒光，區分所述藻細胞的類群，并對所述類群的藻細胞進行計數。優選地，所述藻類監測儀中熒光檢測器的個數為3個。優選地，所述激光的波長為488nm。優選地，所述支架為離水面高2米的不銹鋼支架。優選地，所述采樣管底部安裝有過濾頭。優選地，所述數據采集器包括預警模塊，其中設置有預警參數，當所述藻細胞密度達到一閾值時產生報警信號。優選地，所述無線通訊模塊包括手機短信發送模塊，與所述預警模塊相連接，用于給所述監測中心的工作人員發送報警短信。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明將藻類流式細胞測量技術整合進浮標中，通過測量水體中藻類細胞數來進行監測，不受水體中特別是富營養化水體中溶解態有機質熒光的干擾，且能在IO3-IOltl個細胞/L的大濃度范圍中適用，適合于各種不同藻細胞濃度和不同季節(藻細胞濃度在不同季節會發生變化)的水體中，從而大大提高了對飲用水水源地(特別是取水口區域)藻類細胞密度變化和藻群變化監測的準確性和適用性，為飲用水供水安全的早期預警提供了良好的監測工具。本發明采用無線通訊和太陽能供電的工作方式，可以在野外無人值守的情況下長期、連續、在線監測飲用水水源地水體的藻類細胞密度，不需要監測人員到現場去采樣分析，可以每天多次進行監測，避免了由于人力監測頻次不夠而導致的漏報現象發生，并且整個監測過程不受人工干擾，避免了由監測人員手工測量引起的誤差。本發明將采樣管升降到任意所需要的采樣深度，可以對監測點不同水層中的藻類數據進行監測，完整地獲知一個水柱剖面中的藻類數據，在藻類特別是藍藻還沒有遷移到水體表層時就能夠提前預測其垂直遷移的趨勢，用于藍藻水華的早期預警，大大提高了飲用水水源地的供水安全的預警時間。本發明可以區分出經常發生水華的微囊藻群體，用于監測單細胞微囊藻和群體微囊藻的密度，對微囊藻水華的早期預警具有重大價值。本發明由于用于水庫、河流及湖泊中，因此沒有外接市電的供應，故其電源供應采用太陽能電池板和蓄電池組合，既節約了能源同時又保證了浮標的全天候正常運行，不至于出現因一種電源供應中斷而導致浮標無法工作的情形。本發明可以將風速、風向、光合有效輻射等當地氣象數據和所監測的藻類數據與一起無線傳輸到岸上的監測中心，供監測人員綜合判斷藻類的生長趨勢，以便盡早應對可能發生的藻華。本發明除了將監測數據發送到監測中心之外，還可以在數據采集器中設置預警參數，例如當藻細胞密度達到一定閾值時發送報警信號進行自動預警，例如給監測中心的工作人員發送報警短信，實時地提示工作人員采取相應的措施應對可能發生的藻華。
本發明的上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖1為本發明一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的模塊結構圖；圖2為本發明另一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的模塊結構圖；圖3為本發明一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的外觀結構示意圖；圖4為本發明一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的藻類監測儀的工作原理示意圖；圖5為本發明一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的儀器艙的內部結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。圖1為本發明一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的模塊結構圖。該浮標可以布放于水庫、河流、湖泊等水源地，實時監測水體中藻類細胞密度和主要藻群(特別是藍藻微囊藻)的密度，實時傳輸到岸上基站，為飲用水水源地藻類的監測預警提供數據。圖3為本發明一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的外觀結構示意圖。結合圖1和圖3所示，該浮標100大體可以分為浮標載體部分、支架部分和其余部分。其中，浮標載體部分浮于水面，包括一浮標載體7，其內有儀器艙11，蠕動泵16、藻類監測儀8、數據采集器10、無線通訊模塊9、蓄電池組13、光伏控制器12和電源板17設置于儀器艙11內；支架部分設置于浮標載體部分之上，露于水面上方，包括通訊天線3、太陽能電池板5和支撐上述各部件的支架6 ；其余部分設置于浮標載體部分之下，潛入水面下方，包括連接在浮標載體7上的一浮筒18，設置于浮筒18內的一升降馬達19以及伸入水中的采樣管15，升降馬達19通過一轉盤20控制采樣管15的升降。另外，該其余部分還包括連接在浮標載體7上的一個或多個錨系14，用于固定浮標100。圖2為本發明另一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的模塊結構圖。如圖所示，本實施例的浮標200在圖1所示的實施例的基礎上，還可以包括支撐于支架6上的風向傳感器1、風速傳感器4和光合有效輻射傳感器2，其均屬于支架部分，設置于浮標載體部分之上且露于水面上方。下面結合圖3對本發明的浮標的各組成部件進行詳細描述。在圖1所示的浮標 100中，采樣管15用于采集水源地的水樣；升降馬達19用于通過轉盤20控制采樣管15的升降到達監測剖面水樣所需要的采樣位置；蠕動泵16用于控制采樣管15采集水樣；藻類監測儀8，與蠕動泵16相連接，用于監測水樣中的總藻類細胞數和微囊藻群細胞數，并計算出細胞密度；數據采集器10用于采集藻類監測儀8監測到和/或計算到的數據；無線通訊模塊9用于將數據采集器10獲得的上述數據發送到進行藻類監測預警的監測中心40 ；通訊天線3用于將無線通訊模塊9要發送的數據通過無線通訊網絡30發送到監測中心40 ’太陽能電池板5用于采集太陽能轉換為電能；蓄電池組13用于存儲由太陽能電池板5產生的電能作為備用電能，當太陽能發電不足時補充整個設備運行的電力供應；光伏控制器12用于穩定太陽能發電的電壓并使太陽能電池板5對蓄電池組13充電；以及電源板17用于向升降馬達19、藻類監測儀8、數據采集器10和無線通訊模塊9提供所需的電力供應。而在圖2所示的浮標100中，另有位于支架6上的風向傳感器1，用于采集水源地的風向數據；風速傳感器4用于采集水源地的風速數據；以及光合有效輻射傳感器2用于采集水源地的光合有效輻射數據。其中，風向傳感器1不需要電能，只與數據采集器10相連接，而風速傳感器4和光合有效輻射傳感器2均分別與電源板17和數據采集器10相連接。還是如圖3所示，在實際應用時，浮標載體7作為整個監測系統的載體漂浮在水面，由錨系14固定。儀器艙11穩固地安裝于浮標載體7內，兩者的連接處做防水防腐蝕處理，保證內部儀器的正常運行。在浮標載體7的頂部豎一個離水面高兩米的不銹鋼支架6， 在其上部安裝風向傳感器1、風速傳感器4、光合有效輻射傳感器2、通訊天線3和太陽能電池板5。各傳感器通過數據線接到儀器艙11內的數據采集器10上，通訊天線3通過數據線連接到儀器艙11內的無線通訊模塊9上。儀器艙11內安裝有藻類監測儀8、光伏控制器12、蓄電池組13、數據采集器10、無線通訊模塊9和蠕動泵16，并有一根采樣管15穿過儀器艙11和浮標載體7下部的孔延伸到水中，用于采集水樣。在儀器艙11和浮標載體7穿孔處做防水防腐蝕處理。浮標載體7下方懸掛一個圓柱形的浮筒18，內置可以控制采樣管 15的轉盤20和升降馬達19，通過儀器艙11電源板17為升降馬達19供電來控制轉盤20 的旋轉，進而控制采樣管15的升降到達采樣位置。安裝在浮標載體7頂部支架6上的太陽能電池板5與儀器艙11內的光伏控制器12連接，通過該光伏控制器12為蓄電池組13充電，然后為整套系統的正常運轉供電。光伏控制器12通過電源板17連接到藻類監測儀8、 數據采集器10、無線通訊模塊9和升降馬達19上，為其正常工作供電。當太陽能供電不能滿足需求時，蓄電池組13可以提供備用電。數據采集器10采集整套系統監測到的數據，然后傳送給無線通訊模塊9，經過浮標載體7頂部的通訊天線3遠程傳輸至監測中心40 (本圖中未示出)。浮標載體7由實心的橡膠及金屬等材料制成，整個系統懸浮在水面上。浮標載體 7底部通過鋼鏈與沉放在水底的錨系14連接固定。儀器艙11內部安裝的藻類監測儀8、蠕動泵16、蓄電池組13、光伏控制器12、數據采集器10和無線通訊模塊9屬于整個系統的核心部分。蓄電池組13和光伏控制器12組成內部備用供電系統，在天氣不好的情況下(如陰雨天氣)保障系統的正常運行。蠕動泵 16和安裝在浮筒18中的升降馬達19和轉盤20配合，控制采樣管15分層采集水樣到藻類監測儀8中進行測量。該采樣管15通過在浮標載體7底部打孔伸入懸掛在浮標100底部的浮筒18，經過在轉盤20上纏繞幾圈后伸入水中。采樣管15底部安裝有過濾頭，防止水中雜質進入造成阻塞。數據采集器10采集蓄電池組13的電量、風向傳感器1、風速傳感器4、 光合有效輻射傳感器2和藻類監測儀8測量的數據，通過無線通訊模塊9進行遠程傳輸，方便用戶的實時監測。其中藻類監測儀8具體來說是一臺專門用于浮游植物研究的流式細胞測量系統， 通過儀器艙11內的蠕動泵16控制延伸到浮標載體7底部的采樣管15采集水樣。水樣進入藻類監測儀8的流路后，在鞘液的包裹下快速經過測量區。圖4為本發明一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的藻類監測儀的工作原理示意圖。如圖所示，測量區有一束通過一激光產生器501產生的例如488nm波長的激光呈90度角照射到水樣中的藻類和其它顆粒上，這些藻細胞和顆粒會對照射過來的光產生散射，同時藻細胞內部的色素也會發出熒光。藻類監測儀8還包括兩個散射光檢測器502和503，以及三個熒光檢測器 504 506。藻類監測儀8通過內置的熒光檢測器504 506和散射光檢測器502和503 可以接收水樣中的顆粒散射過來的光和藻細胞色素發出的熒光，其中散射光檢測器502和 503判斷顆粒的大小，并對其進行計數，熒光檢測器504 506區分藻細胞的類群，并對類群的藻細胞進行計數，以此來區分檢測到的顆粒是藻細胞還是其它非生物顆粒，并且對它們進行快速計數。另外，再結合進樣體積就可以得出水體中的藻細胞濃度。其通過散射光可以判斷藻細胞和其它顆粒的大小，再結合熒光檢測就可以獲知水體中單細胞藍藻和群體藍藻(特別是微囊藻)的比例，從而對藍藻水華進行早期預警。通過藻細胞大小和色素熒光可以對水體中主要藻群的生物量進行監測。例如每次監測設置不少于10000個藻細胞作為閾值，以保證監測數據的準確性。在數據采集器10中包括預警模塊(未圖示)，其中設置有預警參數，當藻細胞密度達到一閾值(即設定的預警值)時，產生報警信號。系統通過無線通訊系統(包括無線通訊模塊9和通訊天線幻自動向監測中心發送該報警信號。此外，無線通訊系統包括手機短信發送模塊(未圖示)，與預警模塊相連接，用于給監測中心的工作人員的手機發送報警短信，提示工作人員采取相應的措施應對可能發生的藻華。另外，風速傳感器1、風向傳感器4、光合有效輻射傳感器2屬于氣象傳感器，它們安裝在浮標載體7上部，離水面高2米，周圍沒有遮擋物，以保證監測數據的準確性。位于儀器艙11內的蠕動泵16，以及位于浮標載體7下部浮筒18中的升降馬達19、 轉盤20和采樣管15屬于分層采樣系統。升降馬達19通過控制轉盤20的旋轉來控制采樣管15的升降，從而采集不同水層中的水樣。位于儀器艙11內的無線通訊模塊9和位于浮標載體7頂部的通訊天線3屬于無線通訊系統，可以通過無線通訊網絡40將監測數據傳輸到覆蓋了無線通訊信號的任何區域。位于浮標載體7頂部的太陽能電池板5和位于儀器艙11內的光伏控制器12、蓄電池組13以及電源板17屬于太陽能供電系統，為整個浮標系統的運轉(包括數據監測和數據傳輸)提供電力保障。圖5為本發明一個實施例的用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標的儀器艙的內部結構示意圖。如圖所示，在圖3所示的儀器艙11內包括有藻類監測儀8、蠕動泵16、光伏控制器12、蓄電池組13、電源板17、數據采集器10和無線通訊模塊9。同時示出了各儀器之間的電源連接及信號連接，在圖中實線為電源線，虛線為信號線。首先太陽能電池板5連接到光伏控制器12的電源輸入端子a上，光伏控制器12 的輸出端子b與電源板17的輸入端子f連接，進一步通過電源板17的多個輸出端子g分別連接到氣象傳感器(風向傳感器1不需供電，故只需兩個輸入端子分別給風速傳感器4 和光合有效輻射傳感器2供電即可)、無線通訊模塊9 (端子h)、數據采集器10 (端子j)和藻類監測儀8 (端子η)，為它們的正常運轉供電。其中藻類監測儀8還有一個輸出端子m連接到蠕動泵16的輸入端子1上，控制蠕動泵16的采樣。光伏控制器12上還有一個端子c 和蓄電池組13的端子d連接，平時用于為蓄電池組13充電。當太陽能供電不足時，光伏控制器12切換由蓄電池組13提供各儀器正常運行的電源；當太陽能供電充足時，光伏控制器 12切換由太陽能供電，同時給蓄電池組13充電，保證蓄電池組13的電量充足。藻類監測儀 8的信號輸出端子ο、蓄電池組13的信號輸出端子e和氣象傳感器的信號線分別連接到數據采集器10的輸入端子ρ上，然后經數據采集器10的信號輸出端子k連接到無線通訊模塊9的信號輸入端子i上，無線通訊模塊9連接通訊天線3通過無線通訊網絡將測量數據遠程輸送到監測中心(圖中未示出)。儀器艙11內的眾多設備放置要能夠保證浮標100的平衡，即整個浮標100的中心線最好與重心線重合，必要時可以增加配重以保證平衡。本系統由于用于水庫、河流及湖泊中，因此沒有外接市電的供應，所以采用太陽能電池板5作為整套監測設備的電力的提供者，同時配備一組蓄電池組13作為備用電源，如在陰雨天氣，太陽能不足時蓄電池組將提供監測設備運行的電力供應，同時在太陽能電池板5與眾設備之間增加了光伏控制器12，對太陽能電源的電壓起了穩定作用，防止太陽能電池板5在天氣不穩的情況下由于電壓波動影響設備的正常運行，同時也對蓄電池組13起到充電的功能，保證了蓄電池組13電力的穩定。需要注意的是，蓄電池組13在首次使用時最好應充足電量。本發明將藻類流式細胞測量技術整合進浮標中，通過測量水體中藻類細胞數來進行監測，不受水體中特別是富營養化水體中溶解態有機質熒光的干擾，且能在103-1010個細胞/L的大濃度范圍中適用，適合于各種不同藻細胞濃度和不同季節(藻細胞濃度在不同季節會發生變化)的水體中，從而大大提高了對飲用水水源地(特別是取水口區域)藻類細胞密度變化和藻群變化監測的準確性和適用性，為飲用水供水安全的早期預警提供了良好的監測工具。本發明采用無線通訊和太陽能供電的工作方式，可以在野外無人值守的情況下長期、連續、在線監測飲用水水源地水體的藻類細胞密度，不需要監測人員到現場去采樣分析，可以每天多次進行監測，避免了由于人力監測頻次不夠而導致的漏報現象發生，并且整個監測過程不受人工干擾，避免了由監測人員手工測量引起的誤差。本發明將采樣管升降到任意所需要的采樣深度，可以對監測點不同水層中的藻類數據進行監測，完整地獲知一個水柱剖面中的藻類數據，在藻類特別是藍藻還沒有遷移到水體表層時就能夠提前預測其垂直遷移的趨勢，用于藍藻水華的早期預警，大大提高了飲用水水源地的供水安全的預警時間。本發明可以區分出經常發生水華的微囊藻群體，用于監測單細胞微囊藻和群體微囊藻的密度，對微囊藻水華的早期預警具有重大價值。本發明由于用于水庫、河流及湖泊中，因此沒有外接市電的供應，故其電源供應采用太陽能電池板和蓄電池組合，既節約了能源同時又保證了浮標的全天候正常運行，不至于出現因一種電源供應中斷而導致浮標無法工作的情形。本發明可以將風速、風向、光合有效輻射等當地氣象數據和所監測的藻類數據與一起無線傳輸到岸上的監測中心，供監測人員綜合判斷藻類的生長趨勢，以便盡早應對可能發生的藻華。本發明除了將監測數據發送到監測中心之外，還可以在數據采集器中設置預警參數，例如當藻細胞密度達到一定閾值時發送報警信號進行自動預警，例如給監測中心的工作人員發送報警短信，實時地提示工作人員采取相應的措施應對可能發生的藻華。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標，包括浮標載體部分、支架部分和其余部分，所述浮標載體部分浮于水面，所述支架部分設置于所述浮標載體部分之上且露于水面上方，所述其余部分設置于所述浮標載體部分之下且潛入水面下方；所述浮標載體部分包括浮標載體，其內有儀器艙，所述儀器艙內設置有蠕動泵、藻類監測儀、數據采集器、無線通訊模塊、蓄電池組、光伏控制器和電源板； 所述支架部分包括支架及支撐于其上的通訊天線和太陽能電池板； 所述其余部分包括連接在所述浮標載體上的浮筒、位于所述浮筒內的升降馬達以及伸入水中的采樣管；其中，所述采樣管用于采集所述水源地的水樣；所述升降馬達與所述采樣管相連接，通過一轉盤控制所述采樣管的升降到達監測剖面水樣所需要的采樣位置；所述蠕動泵與所述采樣管相連接，用于控制所述采樣管采集水樣； 所述藻類監測儀與所述蠕動泵相連接，用于監測所述水樣中的總藻類細胞數和微囊藻群細胞數，并計算出細胞密度；所述數據采集器與所述藻類監測儀相連接，用于采集所述藻類監測儀監測到和/或計算到的數據；所述無線通訊模塊與所述數據采集器相連接，用于將上述數據發送到進行藻類監測預警的監測中心；所述通訊天線與所述無線通訊模塊相連接，用于將所述無線通訊模塊要發送的數據通過無線通訊網絡發送到監測中心；所述太陽能電池板用于采集太陽能轉換為電能；所述蓄電池組用于存儲由所述太陽能電池板產生的電能作為備用電能，當太陽能發電不足時補充整個設備運行的電力供應；所述光伏控制器分別與所述太陽能電池板和所述蓄電池組相連接，用于穩定太陽能發電的電壓并使所述太陽能電池板對所述蓄電池組充電；以及所述電源板分別與所述升降馬達、所述藻類監測儀、所述數據采集器、所述無線通訊模塊和所述光伏控制器相連接，用于向所述升降馬達、所述藻類監測儀、所述數據采集器和所述無線通訊模塊提供所需的電力供應。
2.根據權利要求1所述的浮標，其特征在于，所述支架部分還包括支撐于所述支架上的風向傳感器，與所述數據采集器相連接，用于采集所述水源地的風向數據； 風速傳感器，分別與所述電源板和所述數據采集器相連接，用于采集所述水源地的風速數據；以及光合有效輻射傳感器，分別與所述電源板和所述數據采集器相連接，用于采集所述水源地的光合有效輻射數據。
3.根據權利要求2所述的浮標，其特征在于，所述其余部分還包括錨系，連接在所述浮標載體上，用于固定所述浮標。
4.根據權利要求3所述的浮標，其特征在于，所述藻類監測儀包括 激光產生器，用于產生激光并以90度角照射所述水樣；散射光檢測器，用于接收所述水樣中的顆粒散射過來的光，判斷所述顆粒的大小，并對其進行計數；熒光檢測器，用于接收所述水樣中的顆粒散射過來的光和藻細胞色素發出的熒光，區分所述藻細胞的類群，并對所述類群的藻細胞進行計數。
5.根據權利要求4所述的浮標，其特征在于，所述藻類監測儀中熒光檢測器的個數為3個。
6.根據權利要求5所述的浮標，其特征在于，所述激光的波長為488nm。
7.根據權利要求1或2所述的浮標，其特征在于，所述支架為離水面高2米的不銹鋼支^K O
8.根據權利要求1所述的浮標，其特征在于，所述采樣管底部安裝有過濾頭。
9.根據權利要求1所述的浮標，其特征在于，所述數據采集器包括預警模塊，其中設置有預警參數，當所述藻細胞密度達到一閾值時產生報警信號。
10.根據權利要求9所述的浮標，其特征在于，所述無線通訊模塊包括手機短信發送模塊，與所述預警模塊相連接，用于給所述監測中心的工作人員發送報警短信。
全文摘要
本發明提供一種用于飲用水水源地藻類監測預警的浮標，包括采樣管，采集水樣；升降馬達，控制采樣管的升降；蠕動泵，控制采樣管采集水樣；藻類監測儀，監測水樣中的總藻類和微囊藻群細胞數，并計算出細胞密度；數據采集器，采集監測到和/或計算到的數據；無線通訊模塊，將數據發送到監測中心；太陽能電池板，采集太陽能轉換為電能；蓄電池組，存儲電能備用；光伏控制器，穩定電壓并使蓄電池組充電；電源板，向各用電模塊提供電力供應。本發明的浮標通過測量藻類細胞數來進行監測，不受CDOM熒光的干擾，且能在103-1010個細胞/L的大濃度范圍中適用，適合于各種不同藻細胞濃度和不同季節的水體中，大大提高了飲用水水源地藻類監測的準確性和適用性。
文檔編號G01N15/10GK102381441SQ20111018284
公開日2012年3月21日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者張會勇, 邱昀, 韓志國, 顧群 申請人:上海澤泉科技有限公司