[发明专利]基于水动力约束原理的突发水污染生物预警装置及方法

权利要求书

1.一种基于水动力约束原理的突发水污染生物预警装置，包括生物行为控制单元、动力设备单元和信号采集处理单元，其特征在于：

所述生物行为控制单元包括上下同轴设置的两个相同的环形旋转水箱（1；2），每个环形旋转水箱（1；2）的底部设有进水孔（7；8）、排污管（10；11）和流态调整底槽（5；6），出水管（9）紧贴环形旋转水箱（1；2）的内圈壁竖直贯穿于两个环形旋转水箱（1；2）的中心，待检测源水和清水分别由进水孔（7；8）进入两个环形旋转水箱（1；2）；

所述动力设备单元包括固定在机座（24）上的交流电机（25）、控制箱（27）和竖直安装在控制箱（27）上的转杆（26），所述转杆（26）穿过两个环形旋转水箱（1；2）的中心并在所述交流电机（25）和控制箱（27）的驱动下带动环形旋转水箱（1；2）匀速转动；

所述信号采集处理单元包括压力信号采集部分（3）和图形信号采集部分，所述压力信号采集部分（3）安装在两个环形旋转水箱（1；2）的外圈壁内采集并对比预警生物在上下两个环形旋转水箱（1；2）里的待测源水和清水中撞击边壁产生的动压力信号，根据是否有异常撞击边壁的压力信号判断待测源水是否发生突发水污染；所述图形信号采集部分包括固定在机座（24）上的摄像机（28）向上观察采集下部的环形旋转水箱（2）的图像信号，以及架设在可移动支架（30）上的摄像机（29）向下观察采集上部的环形旋转水箱（1）的图像信号。

2.根据权利要求1所述的基于水动力约束原理的突发水污染生物预警装置，其特征在于：所述压力信号采集部分（3）包括压电式压力传感器（16）、电荷放大电路（17）和信号分析仪（18），所述压电式压力传感器（16）表面通过粘结剂（22）附上一层防水保护膜（23）紧贴于两个环形旋转水箱（1；2）的外圈壁内采集动压力信号，每个压电式压力传感器（16）和每个电荷放大电路（17）为一组进行耦合，电荷放大电路（17）输出电信号给信号分析仪（18）转换成压力-时间变化曲线，根据信号突变情况对突发水污染进行在线预警。

3.根据权利要求1或2所述的基于水动力约束原理的突发水污染生物预警装置，其特征在于：位于上方的所述环形旋转水箱（1；2）的底部由不透明有机玻璃钢制成，位于下方的所述环形旋转水箱（2）的底部由透明有机玻璃钢制成。

4.根据权利要求1所述的基于水动力约束原理的突发水污染生物预警装置，其特征在于：所述流态调整底槽（5；6）在其所属的环形旋转水箱（1；2）底部呈同心圆布置，由热固性塑料片制成，高度为环形旋转水箱（1；2）外圈净高的1/8~1/6。

5.根据权利要求1所述的基于水动力约束原理的突发水污染生物预警装置，其特征在于：所述出水管（9）的上端出口处设有过滤网（31）以防止预警生物的外逃。

6.根据权利要求1所述的基于水动力约束原理的突发水污染生物预警装置，其特征在于：所述排污管（10；11）上设有阀门（14；15），当所述环形旋转水箱（1；2）排污时所述阀门（14；15）打开。

7.一种基于水动力约束原理的突发水污染预警方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）分别通过进水孔（7；8）向上部环形旋转水箱（1）和下部环形旋转水箱（2）通入等量的待测源水和清水；

（2）将相同数量的预警生物分别放入上下两个环形旋转水箱（1；2）中，选用的预警生物为深色，体长40~60mm，生命体征正常且非产卵期；

（3）启动交流电机（25），通过控制箱（27）和转杆（26）带动两个环形旋转水箱（1；2）匀速转动，转速保持在15~20r/min，当上部的环形旋转水箱（1）的待测源水和下部的环形旋转水箱（2）的清水开始绕着中心做圆周运动时，调整流态调整底槽（5；6）的高度直到形成稳定的旋转水流；

（4）开启机座（24）上和可移动支架（30）上的摄像机（28；29）拍摄两个环形旋转水箱（1；2）内预警生物的活动状态，当预警生物随着旋转水流运动且在向心力的约束下被限制在靠近内圈壁附近时，启动压力信号采集部分（3）采集外圈壁的动压力信号，连续记录压力-时间关系曲线；

（5）根据压力-时间关系曲线和拍摄的预警生物活动状态的图像判断是否发生突发水污染：当预警生物在靠近内圈壁附近运动时，上下两个环形旋转水箱（1；2）所采集的压力-时间关系曲线形态相似，压力值为0~2Mpa，说明待测源水没有发生突发水污染；若上部的环形旋转水箱（1）的压力-时间关系曲线的波动突然变大超过10Mpa，而下部的环形旋转水箱（2）的压力-时间关系曲线仍然稳定在0~2Mpa，说明待测源水有可能发生突发水污染，此时对比拍摄的预警生物在上下两个环形旋转水箱（1；2）中的活动图像，若相对于下部的环形旋转水箱（2）中预警生物平稳的活动状态，上部的环形旋转水箱（1）中的预警生物突然运动活跃，活动范围从内圈壁附近转移到外圈壁附近，则说明预警生物为了躲避污水挣脱了水动力约束逃到了相对清洁的外圈壁附近水域，并且撞击外圈壁产生了动压变化，确认待测源水发生了突发水污染；若上部的环形旋转水箱（1）中的预警生物并未出现该情况，则为误报；

（6）待测源水的水位超出出水管（9）上缘高度时顺着出水管（9）流出，每隔1小时打开排污管（10；11）上的阀门（14；15）排出两个环形旋转水箱（1；2）底部的淤积物。