МОДУЛЬ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ

Техническое решение относится к технике исследовании акватории и может быть использовано для химического контроля водной среды в составе буйковых станций и/или подводных аппаратов для проведения комплексных наблюдений при мониторинге акваторий.
Ряд известных систем мониторинга (см., например [6, 7]) предназначен для работы в составе судового оборудования, такие устройства не могут быть использованы в качестве унифицированных модулей для любых носителей, например, буйковых станций или подводных аппаратов.
Как правило, известные устройства и системы мониторинга водной среды измеряют совокупность параметров и характеристик [8]: гидрологических, гидрохимических, а также биологических, геофизических и технических. Однако, такие устройства и системы или не обладают модульной конструкцией (см., например [5]), или весьма сложны [3, 4], поскольку стремление к расширению числа измеряемых параметров и соответственно - к увеличению числа датчиков, в ряде случаев, неоправданно и приводит к усложнению устройств мониторинга.
Так, система [4] экологического мониторинга акваторий, являющаяся модификацией устройства [3], содержит почти весь спектр датчиков, (гидрологических, гидрохимических, биологических, геофизических, оптических) и является весьма сложной, модульная конструкция для датчиков отдельных групп параметров не предусмотрена, рациональное размещение узлов не рассматривается.
В известных устройствах [2-4] дается, в основном, только состав аппаратуры систем мониторинга, конструктивные же особенности рационального построения, необходимые для адекватного промышленного применения, не анализируются.
В [2] основное внимание уделено составу аппаратуры измерителей и связям датчиков с измерителями, однако конструктивные особенности построения устройства в виде отдельного съемного модуля не рассматриваются.
В последнее время наметилась тенденция к конструированию узлов устройств мониторинга в виде отдельных модулей, которыми могут оснащаться различные системы мониторинга акваторий (буйковые станции, подводные аппараты). Так, например, известна модульная конструкция марки СТБ [1] для измерения параметров воды, включающая датчики электропроводности, температуры и глубины (Conductiity, Temperature, Depth). Модуль модели AQUADOPP [1] 3000 м фирмы ШКТЕК может быть использован в качестве измерителя скорости и направления течения и других гидрологических показателей водной среды.
Радиационно-химический модуль [1] для мониторинга акваторий по патенту RU 133311 U1, 10.10.2013 принят за прототип и выполнен в виде унифицированной модульной конструкции, которая может крепиться к разным носителям с возможностью ее съема, дополняя и оптимизируя состав датчиков и измерительной аппаратуры.
Известный модуль [1] геохимических датчиков для исследования водной среды (прототип) включает герметичный корпус с верхней и нижней крышками, а также встроенные в корпус ионоселективные датчики по числу измеряемых химических параметров.
Однако модуль [1] имеет ограниченный технический ресурс вследствие недостаточной защиты ионоселективных датчиков от воздействия внешней агрессивной среды. Функциональные возможности устройства [1] могут быть расширены путем использования более оптимального числа ионоселективных датчиков, а степень конструктивной унификации устройств геохимического анализа водных сред при их мониторинге может быть повышена за счет их надежности и долговечности. Кроме того, расположение ионоселективных датчиков в один ряд (линию) может быть конструктивно нерационально и практически нецелесообразно (например, при большом числе ионоселективных датчиков).
Основной технический результат полезной модели - увеличение технического ресурса устройства посредством надежной защиты мембран ионоселективных датчиков от нежелательного воздействия агрессивной внешней среды в нерабочем состоянии, а также расширение функциональных возможностей путем использования наиболее оптимального числа рационально размещенных ионоселективных датчиков при продолжительном мониторинге водной среды с помощью унифицированной конструкции с легко заменяемыми ионоселективными датчиками.
Технический результат достигается следующим образом.
Модуль геохимических датчиков для исследования водной среды включает герметичный корпус с верхней и нижней крышками, а также встроенные в корпус ионоселективные датчики по числу измеряемых химических параметров.
Отличительной особенностью модуля является то, что корпус выполнен в виде цилиндра, в верхнее основание которого по окружности встроены ионоселективные датчики, а в центре размещен датчик сравнения. Верхняя крышка корпуса выполнена откидной и снабжена пружиной, герметичным клапаном и карданным механизмом, соединенным со смонтированными внутри корпуса редуктором и двигателем, при этом в нерабочем состоянии верхняя крышка герметично прижата к снабженному уплотнительным кольцом верхнему основанию цилиндра корпуса и образует пространство между ними, которое заполнено инертным газом.
Нижняя крышка корпуса выполнена в виде цоколя с разъемом для вывода линий связи с ионоселективными датчиками и датчиком сравнения.
В конкретных случаях выполнения модуль может содержать от 6 до 12 встроенных в корпус ионоселективных датчиков.
На фиг. 1 показана общая конструктивная схема модуля геохимических датчиков для исследования водной среды, на фиг. 2 представлен вариант конструктивного выполнения модуля.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - герметичный корпус модуля;
2 - нижняя крышки (цоколь);
3 - верхняя откидная крышка;
4 - ионоселективные датчики (в центре - датчик сравнения);
5 - пружина;
6 - уплотнительное кольцо;
7 - двигатель;
8 - редуктор;
9 - карданный механизм;
10 - герметичный клапан.
Работа модуля геохимических датчиков заключается в следующем.
Герметичный корпус 1 модуля выполнен в виде цилиндра и содержит встроенные (установленные в гнезда) в верхнее основание цилиндра корпуса по окружности ионоселективные датчики 4 (включая центральный датчик сравнения). Конструкция и работа ионоселективных датчиков (электродов) и датчика сравнения известны и описаны, например в [8]. Число ионоселективных датчиков 4 определяется по числу измеряемых химических параметров (например, ионы хлора, фтора, кадмия, меди, свинца и др.) и может составлять от 6 до 12 (см. фиг. 1). Пружина 5 предназначена для открывания) в подводном положении (на месте установки модуля) крышки 3, имеющей герметично закрывающийся клапан 10, закрывающийся карданным механизмом 9, вращающимся по команде редуктором 8, который приводится в движение двигателем 7. Герметичность модуля обеспечивается уплотнительным (например, резиновым) кольцом 6.
В нерабочем состоянии модуля, например, при длительном хранении (или транспортировке) пространство между прижатой к корпусу 1 крышкой 3 и корпусом 1 через клапан 10 заполняется инертным газом (например, гелием или аргоном), который после закрытия клапана 10 карданным механизмом 9 обеспечивает долговременное хранение и защиту мембран ионоселективных датчиков 4 от воздействия внешней агрессивной среды.
После погружения в воду модуля (рабочее состояние) по заданной команде вращение двигателя 7 приводит к вращению через редуктор 8 карданного механизма 9, который приоткрывает (отжимает) клапан 10, что приводит к заполнению пространства между крышкой 3 и корпусом 1 водой. Пружина 5 полностью откидывает крышку 3, после чего ионоселективные датчики 4 получают контакт с внешней водной средой, обеспечивая анализ ее химических параметров. При этом нижняя крышка 2 корпуса 1, выполненная в виде цоколя с разъемом, обеспечивает крепление модуля (и его снятие) на различных носителях: буйковых станциях (донных и кабельных), необитаемых и обитаемых подводных аппаратах, исследовательских судах и платформах. Разъем в крышке 2 служит для вывода линии связи с ионоселективными датчиками 4 и линий управления двигателем 7.
При этом достигается технический результат - увеличение технического ресурса модуля, расширение функциональных возможностей и рациональная унифицированная конструкция, - который находится в причинно-следственной связи с совокупностью существенных признаков устройства.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 133311 U1, 10.10.2013 (прототип).
2. RU 2030747 C1, 10.03.1995 (аналог).
3. RU 2331876 C2, 20.08.2008 (аналог).
4. RU 2443001 C1, 20.02.2012 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
5. RU 2344962 C1, 27.01.2009.
6. RU 110068 U1, 10.11.2011.
7. RU 66064 U1, 27.08.2007.
8. Геоэкологический мониторинг морских нефтегазовых акваторий / Лобковский Л.И. и др. - М.: Наука, 2005. - 346 с.