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专利号: 2025108629575
专利类型:发明专利
专利状态:未下证
专利领域: 暂无
更新日期:2024-06-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述采样装置包括采样泵(1)、管道(2)、流量传感器(3)、储水容器(4)、计时器(5)和控制单元(6);

所述采样泵(1)的出水口通过不锈钢波纹管道(2)的入口端连接至地下水井,所述管道(2)的出口端接入储水容器(4)的进水口;

所述流量传感器(3)嵌入管道(2)的中段,所述流量传感器(3)的电极信号输出端通过屏蔽电缆与控制单元(6)的数据采集模块(7)的输入端连接;

所述储水容器(4)的液位浮球开关信号线接入控制单元(6)的逻辑控制模块(8)的输入端口,所述计时器(5)的时钟信号输出端通过I2C总线与控制单元(6)的微控制器通信;

所述控制单元(6)的执行驱动模块(9)的PWM信号输出端连接至采样泵(1)的电机驱动电路;

所述控制单元(6)的内部设置有数据采集模块(7)、控制逻辑模块(8)、执行驱动模块(9)、通信接口模块(10)、电源管理模块(11)和水质自适应模块(12);

所述水质自适应模块(12)由水质数据采集子模块(13)、异常分析决策子模块(14)和反馈执行子模块(15)组成。

2.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述数据采集模块(7)的传感器信号输出端通过屏蔽电缆连接至控制逻辑模块(8)的SPI通信输入端,其中流量传感器(3)的电极信号与计时器(5)的时钟信号分别接入数据采集模块(7)的模拟和数字输入端口;

所述控制逻辑模块(8)的PWM控制信号输出端通过排线连接至执行驱动模块(9)的H桥驱动电路输入端,同时其I2C总线接口与通信接口模块(10)的RS-485芯片通信端相连;

所述执行驱动模块(9)的继电器触点输出端直接接入采样泵(1)的电源控制端和管道(2)的电磁阀电源接口;

所述通信接口模块(10)的4G无线单元通过UART串口与控制逻辑模块(8)的微控制器数据交换端连接;

所述电源管理模块(11)的12V直流输出端通过电源线为数据采集模块(7)、控制逻辑模块(8)及执行驱动模块(9)供电;

所述反馈执行子模块(15)的继电器控制端与执行驱动模块(9)的备用泵驱动电路相连。

3.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述数据采集模块(7)的内部设置有高精度电磁流量计、石英晶体计时器、多参数水质传感器和信号调理电路。

4.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述控制逻辑模块(8)的内部设置有STM32系列微控制器、PID闭环控制算法、非易失性存储器和实时时钟单元;STM32微控制器通过SPI接口接收流量传感器和时间数据,并解析水质传感器信号;PID闭环控制算法根据预设流量阈值动态调整采样泵的PWM占空比,实现流量精确控制;非易失性存储器存储用户设定的采样参数及校准数据,支持断电后数据保留;实时时钟单元与石英晶体计时器同步,记录采样开始与结束时间戳,并通过I2C总线与微控制器通信。

5.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述执行驱动模块(9)的内部设置有H桥电机驱动芯片、隔膜泵功率控制单元、继电器开关电路和故障检测电路。

6.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述通信接口模块(10)的内部设置有RS-485通信芯片、4G无线传输单元、LCD触摸屏接口和Modbus协议栈。

7.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述电源管理模块(11)的内部设置有锂离子电池组、DC-DC降压转换器、过压保护电路和低功耗休眠单元。

8.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述水质数据采集子模块(13)的内部设置有多参数水质传感器、信号调理电路、模数转换单元和通信接口协议。

9.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述异常分析决策子模块(14)基于多模态特征融合与时间序列模式识别实现状态判别,首先构建包含加速度频域能量Ea、压力梯度水位变化率H˙及温度突变量ΔT的16维特征向量F∈R16,采用滑动窗口机制提取时频域联合特征;通过改进的一维深度可分离卷积网络进行特征压缩,生成低维潜在向量z∈R4,同步计算实时数据流与历史正常模式库的KL散度DKL;创新性引入动态置信度门控机制,当DKL>θ时触发多专家投票决策,融合振动定位偏差δvib与地磁匹配残差∈mag生成综合异常指数A,最终通过在线增量学习更新决策边界;

其中多模态特征融合函数的计算公式为:

zi∈R4:第i个模态的潜在特征向量,通过一维深度可分离卷积网络提取;

μi∈R:历史正常数据集中第i模态特征的均值,计算周期为30天;

σi∈R+表示历史正常数据集的标准差,每日动态更新;

δvib∈[0,2.5]表示振动波定位校正单元输出的定位偏差量;

∈mag∈[0,1]表示地磁指纹匹配残差,由改进DTW算法计算得出;

αi∈R表示可学习参数,通过反向传播优化;

β=0.35表示振动定位偏差的融合权重,经500组实测数据标定;

动态置信度更新规则的计算公式为:

式中:

γ=0.92表示历史置信度保留系数,对应半衰期约8小时;

θt∈R+表示t时刻的异常判定阈值,初始值0.7;

N=256表示滑动窗口容量,对应5分钟数据量;

I(·)表示示性函数,当An>θt时输出1,否则0;

An∈[0,5]表示第n个样本的综合异常指数。

10.如权利要求1所述的一种地下水抽取采样装置,其特征在于:所述反馈执行子模块(15)的内部设置有磁保持继电器阵列、H桥电机驱动电路、声光报警组件和隔离保护电路。