无人船走航中的水质检测仪器配置方案

一、方案概述

  无人船的应用将污染溯源从“盲人摸象"带入 “数字透视" 时代。它不仅是填补深水区盲区、提升采样精度的工具，更是实现常态化“体检"、打通从发现问题到解决问题“最后一公里"的关键一环。相比与人工排污，应用无人船进行水污染溯源具有以下优点

 1、人工排查需要需沿岸徒步，周期长且盲区多。而采用无人船进行排查可以设定巡航路线，由无人船进行自主巡航，单测巡航就可以完成多点位监测。排查效率大大提高。

 2、人工排查靠肉眼观察或经验推测，难以发现水下暗管。而无人船可水下声呐，对水下暗管进行扫描，可以发现隐藏在水下的排污暗管。

 3、人工排查易受地形限制，难以到达河道中心深水区。无人船可以巡航到河道的几乎任何位置，可以对河道水质进行全面的检测。

 4、人供采样水样，地点分散、间隔周期长，无法实时和全面的反应水质变化，连续在线监测，数据实时回传并生成可视化图谱；

 由于无人船相对传统人工排查和采样的种种优点，近年来无人船走航检测得到了日益广泛的应用，同时也对无人船搭载的水质检测仪器提出了更高的要求

二、搭载在无人船上的水质监测仪器的选型考虑

  与固定式或便携式水质监测设备相比，无人船上搭载的水质监测仪器有许多的特点，包括

 1、多参数同时检测

   应该能同时检测水质常规五参数，包括pH、溶解氧、电导率和浊度等，同时可以检测有机物和营养盐指标，包括氨氮、COD、总磷和总氮，当关心蓝藻水华时，还应该能检测叶绿素a、藻密度、蓝绿藻等藻类指标。

 2、响应时间快

  无人船在进行水质走航检测时，一般要获取水质的时空分布情况，即同时获取采样点的坐标和采样点的水质，而且由于无人船始终处于运动之中，在采样时，水质结果应该在＜60秒内获得结果，才能如实反映水质的时空变化，获得水质的渲染分布图。

 3、有易于集成的数字接口

 无人船的控制系统采用数字化总线，通过总线采集经纬度、航速、航向、电池电量、无线模块的数据，搭载在无人船的水质传感器应该与控制系统的接口兼容，常用的数字接口包括RS485、RS232、网口、CAN总线等等。水质传感器应该有易于采集的寄存器定义，方便无人船进行数据采集。

 4、无需试剂，维护工作量小

 一台湿化学仪器工作时需要多种试剂与水样产生氧化反应、还原反应或显色反应，而且这些化学试剂需要室温或低温贮存。搭载需要试剂的仪表会使无人船可用空间缩小、巡航时间缩短，且检测数据变得不可靠。化学法仪表在运行过程中产生的废液的处置也会带来额外的成本，处置不当会造成水体的二次污染。因此无人船应该选用光学水质传感器、电化学水质传感器或光谱水质传感器等无需试剂的仪器。

 5、功耗低

 无人船通常搭载动力电池作为能源，如果无人船能耗过高，会导致无人船巡航时间缩短到2小时以内，使无人船的应用效率大大减小，因此无人船应该选用功耗低于3W的传感器作为搭载仪器。

三、无人船用水质传感器选型和应用方案

 如图所示，为满足地表水采样要求在水下0.5米处取样的要求，方案中设计了电动采样探头（图中的4），该探头在采样点时，自动摆动90°将取样探头深入水下0.5米，并启动水泵抽取水样。水样抽取后经过过滤，连续通过3个流通池最后排回水体，流通池1中安装水质常规五参数传感器（图中的1），流通池2中安装有机物传感器和藻类传感器（图中的2），流通池3中安装全光谱水质传感器（图中的3）。所有传感器均由基于ModbusRTU协议的RS485接口，无人船的控制系统可以通过轮询方式随时查询水质测量值。

四、无人船搭载的水质传感器的推荐产品组合

1、AL4030S pH传感器

.双盐桥设计，电极使用寿命长；

.采用PT1000温度传感器，温度测量精度达到±0.1℃；

.采用非线性温度补偿，温补精度高；

.内置故障自诊断功能，保证数据准确；

.出厂预校准，内置校准系数，可随时恢复出厂校准参数；

.电极清洗维护方便；

.传感器接口具有错接和反接保护功能；

2、AL4040P电导率传感器

.交流脉冲驱动电极，消除电极极化和电容效应；

.Boxcar信号处理技术，降低检测下限，提高数据稳定性；

.24位Σ-△模拟数字转换分辨力；

.内置故障自诊断功能，保证数据准确；

.出厂预校准，内置校准系数，可随时恢复出厂校准参数；

.电极清洗维护方便；

.传感器接口具有错接和反接保护功能；

3、AL4050S溶解氧传感器

.响应速度快，响应时间≤10秒

.灵敏度高，检测下限低至0.05mg/L

.长期稳定性好，维护工作量小

.温度、气压和盐度自动补偿

.空气中直接校准，校准方便

.荧光膜帽可更换

.出厂预校准，可随时恢复出厂校准参数

.3KV耐压隔离电源供电，抗干扰能力强；

4、AL4060浊度传感器

.环境光自动调零技术，消除环境光影响

.窄带滤光片过滤接收光，消除杂散光影响

.Boxcar信号处理技术，降低检测下限、提高数据稳定性

.电刷定期自动清洁光学窗口，清除水中杂质和气泡附着

.内置故障自诊断功能，保证数据准确

.出厂预校准，可随时恢复出厂校准参数

.半导体LED和光电探测器，使用寿命超过10年

.传感器接口具有错接和反接保护功能

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5、AL4110叶绿素传感器

.样品无需处理和萃取，无需试剂、无污染

.窄带滤光片过滤接收光路，消除杂散光影响

.光纤式传感器，产品体积紧凑，易于集成

.电刷定期自动清洁光学窗口，清除水中杂质和气泡附着

.内置故障自诊断功能，保证数据准确

.出厂预校准，可随时恢复出厂校准参数

.半导体LED和光电探测器，使用寿命超过10年

.3KV耐压隔离电源供电，抗干扰能力强

6、AL4120蓝绿藻水质传感器

.样品无需处理和萃取，无需试剂、无污染

.环境境光自动调零技术，消除环境光影响

.窄带滤光片过滤接收光路，消除杂散光影响

.Boxcar信号处理技术，降低检测下限、提高数据稳定性

.电刷定期自动清洁光学窗口，清除水中杂质和气泡附着

.内置故障自诊断功能，保证数据准确

.出厂预校准，可随时恢复出厂校准参数

.半导体LED和光电探测器，使用寿命超过10年

.传感器接口具有错接和反接保护功能

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7、AL4010S UVCOD传感器

原位式测量，无需取样和预处理

254/530nm双波长检测，自动进行浊度补偿

双参考光路，消除光源衰减对测量值的影响

机械电刷自动定期清洗光学窗口

出厂预校准，用户可随时恢复出厂校准参数

半导体LED和光电探测器，使用寿命超过10年

传感器接口具有错接和反接保护功能

维护工作量极少，使用中无需重新校准

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8、AL4070氨氮传感器

一体式电极，多参数相互进行矩阵修正，测量准确度高；

原位测量，无需试剂和预处理，维护工作量低；

响应时间不到60秒，实时反映氨氮浓度变化；

传感器膜头可更换，降低使用成本；

内置故障自诊断功能，保证数据准确；

出厂预校准，内置校准系数，可随时恢复出厂校准参数；

  传感器接口具有错接和反接保护功能