一种监测点可移动的水环境在线监测装置的制作方法

1.本发明涉及水环境监测技术领域，特别是一种监测点可移动的水环境在线监测装置。


背景技术：

2.现有的水环境监测方法主要分为两种：1)采用便携式水质监测仪人工采样、实验室分析的方式；2)采用由远程监测中心和若干个监测子站组成的水环境自动监测系统。在水体垂向断面分布中，不同位置的数据不具有规律性和可推测性，因此直接监测水体垂向断面分布中各个位置的数据，对于准确评估水体整体环境来说具有重要的意义。
3.前者虽然可以通过人工操作对水体垂向断面不同水深的水质进行采样检测，但其无法对水环境参数远程实时监测，存在监测周期长、劳动强度大、数据采集慢等问题，无法反映水环境动态变化，不易及早发现污染源并报警。后者虽能实现对水环境参数的远程实时监测，但其只能对固定水深进行监测，无法直接监测水体垂向断面分布中各个位置的数据，并且由于其有预先铺设电缆和建立多个监测子站的施工要求，故有系统成本高、监测水域范围有限的缺点。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种监测点可移动的水环境在线监测装置。
5.实现上述目的本发明的技术方案为，一种监测点可移动的水环境在线监测装置，包括浮动平台和用于对水质进行监测的水质监测装置，所述浮动平台上安装有太阳能发电系统、水上收放卷机构、第一电缆卷筒、第二电缆卷筒、增压空气供给机构和喷气反推机构，所述浮动平台下方设有水下收放卷机构，所述浮动平台底部安装有充气气囊，所述增压空气供给机构与喷气反推机构和充气气囊连接；所述水上收放卷机构通过钢丝与水下收放卷机构连接，所述浮动平台上设有供钢丝和水下收放卷机构活动的第一开口，所述钢丝与水质监测装置连接，所述水质监测装置上还安装有水深压力传感器，所述水下收放卷机构上安装有超声波水下测距传感器；所述第一电缆卷筒的线缆与水下收放卷机构和超声波水下测距传感器电连接，所述第二电缆卷筒的线缆与水质监测装置和水深压力传感器电连接。
6.作为本发明优选的技术方案，所述水上收放卷机构包括固定在浮动平台上的第一支架，第一支架上安装有水上卷筒和水上驱动电机，水上卷筒转动安装在第一支架上，水上驱动电机与水上卷筒传动连接，水上卷筒上固定有水上分隔环板，水上分隔环板将水上卷筒分隔为两个水上收卷部，两个水上收卷部上均缠绕安装有钢丝，第一支架上安装有两个张力检测器，张力检测器与钢丝一一对应，张力检测器和与其对应的钢丝接触配合用于检测其张力。
7.作为本发明优选的技术方案，所述水下收放卷机构包括水下箱体，水下箱体内设有电机腔和收卷腔，电机腔密封设置，电机腔内安装有水下驱动电机，收卷腔内固定有负载
重物，收卷腔内转动安装有水下卷筒，水下驱动电机与水下卷筒传动连接，水上卷筒上固定有水下分隔环板，水下分隔环板将水上卷筒分隔为两个水下收卷部，水下收卷部与钢丝一一对应，水下收卷部和与其对应的钢丝连接；第一电缆卷筒的线缆与水下驱动电机电连接。
8.作为本发明优选的技术方案，所述水质监测装置包括防护网框，防护网框通过至少四根连接绳与两个钢丝连接，防护网框内安装有水质监测探头；所述水深压力传感器安装在防护网框内。
9.作为本发明优选的技术方案，所述喷气反推机构包括对称安装在浮动平台尾部下端的两个喷气反推管，喷气反推管与增压空气供给机构连接。
10.作为本发明优选的技术方案，所述充气气囊设置为两个，充气气囊对称安装在浮动平台底部。
11.作为本发明优选的技术方案，所述增压空气供给机构包括空压机和供给管道，所述空压机安装在浮动平台上；所述供给管道包括主管道，主管道一端与空压机输出端连接另一端连接有第一三通，第一三通的两个输出端分别连接有主动力供气管和主气囊供气管，主动力供气管另一端连接有第二三通，第二三通的两个输出端均连接有分支动力供气管，分支动力供气管与喷气反推管一一对应，分支动力供气管另一端和与其对应的喷气反推管连接，分支动力供气管上安装有动力供气电磁阀，主气囊供气管上安装有气囊供气电磁阀，主气囊供气管另一端连接有第三三通，第二三通的两个输出端均连接有分支气囊供气管，分支气囊供气管与充气气囊一一对应，分支气囊供气管另一端和与其对应的充气气囊管连接。
12.作为本发明优选的技术方案，所述浮动平台上设有供第一电缆卷筒的线缆活动的第二开口，第一电缆卷筒的线缆穿过第二开口与水下收放卷机构和超声波水下测距传感器连接。
13.作为本发明优选的技术方案，所述浮动平台上通过安装架固定有遮阳板，太阳能发电系统的太阳能电池板安装在遮阳板上，太阳能发电系统为水上收放卷机构、第一电缆卷筒、第二电缆卷筒和增压空气供给机构提供电能。
14.作为本发明优选的技术方案，还包括控制装置，控制装置与太阳能发电系统、水上收放卷机构、第一电缆卷筒、第二电缆卷筒、增压空气供给机构电连接，控制装置通过无线信号与接收终端通讯连接。
15.本发明的有益效果：1、通过太阳能发电系统为装置的各电性元件供电，实现自给供电，可使整个装置长期于水上独立工作；2、通过增压空气供给机构为喷气反推机构提供增压空气，增压空气由喷气反推机构喷向水中，利用产生的反推力可实现装置在水面上的移动，从而使装置移动至不同监测点，实现对不同位置水域的移动监测；3、水下收放卷机构即可作为负载锚固定于水底，避免浮动平台在水上随水流漂移，同时可使得钢丝张紧，使水质监测装置可以沿基本处于竖直张紧状态的钢丝直线升降，实现对水体垂直断面不同深度的水质监测；4、通过增压空气供给机构向充气气囊供气，充气气囊通气后浮力逐渐增大，带动浮动平台、水质监测装置微距上升，提高钢丝张紧度，实现对水质监测装置位置的微调，弥
补水上收放卷机构和水下收放卷机构收放卷钢丝的延迟和误差，实现定水深精确检测，提高检测精准度。
附图说明
16.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的侧视图；图3是图1中的水质监测装置的局部放大示意图；图4是增压空气供给机构与喷气反推机构和充气气囊的连接结构框图；图5是本发明的控制装置与各电性元件的连接关系结构框图；图中，1、浮动平台；11、第一开口；12、第二开口；13、安装架；14、遮阳板；15、控制装置；2、太阳能发电系统；3、水上收放卷机构；31、钢丝；32、第一支架；33、水上卷筒；34、水上驱动电机；35、水上分隔环板；36、张力检测器；4a、第一电缆卷筒；4b、第二电缆卷筒；5、增压空气供给机构；51、空压机；52、供给管道；520、分支气囊供气管；521、主管道；522、第一三通；523、主动力供气管；524、主气囊供气管；525、第二三通；526、分支动力供气管；527、动力供气电磁阀；528、气囊供气电磁阀；529、第三三通；6、喷气反推机构；61、喷气反推管；7、充气气囊；8、水下收放卷机构；81、超声波水下测距传感器；82、水下箱体；83、电机腔；84、收卷腔；85、水下驱动电机；86、负载重物；87、水下卷筒；88、水下分隔环板；9、水质监测装置；91、水深压力传感器；92、防护网框；93、连接绳；94、水质监测探头。
具体实施方式
17.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
18.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
20.本发明中“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
21.在一个实施例中，请参考图1~5：一种监测点可移动的水环境在线监测装置，包括浮动平台1和用于对水质进行监测的水质监测装置9，浮动平台1为浮筒式浮动平台1，浮动平台1上安装有太阳能发电系统2、水上收放卷机构3、第一电缆卷筒4a、第二电缆卷筒4b、增压空气供给机构5和喷气反推机构6，浮动平台1下方设有水下收放卷机构8，浮动平台1底部安装有充气气囊7，增压空气供给机构5与喷气反推机构6和充气气囊7连接；水上收放卷机构3通过钢丝31与水下收放卷机构8连接，浮动平台1上设有供钢丝31和水下收放卷机构8活动的第一开口11，钢丝31与水质监测装置9连接，水质监测装置9上还安装有水深压力传感
器91，水下收放卷机构8上安装有超声波水下测距传感器81；第一电缆卷筒4a的线缆与水下收放卷机构8和超声波水下测距传感器81电连接，第二电缆卷筒4b的线缆与水质监测装置9和水深压力传感器91电连接。超声波水下测距传感器81选用宇征1号超声波水下测距传感器81。水深压力传感器91选用ms5837-30ba高精度水深压力传感器91。第一电缆卷筒4a和第二电缆卷筒4b为具有供电传输信号功能的电缆卷筒，为弹簧驱动式电缆卷筒，在其他实施例中也可以为电机驱动式电缆卷筒。
22.太阳能发电系统2为现有技术的太阳能发电系统2，包括太阳能电池板、蓄电池、光伏逆变器和光伏控制器，蓄电池为各电性元件供电，实现自给供电，可使整个装置长期于水上独立工作；增压空气供给机构5为喷气反推机构6提供增压空气，增压空气由喷气反推机构6喷向水中，利用产生的反推力可实现装置在水面上的移动，从而使装置移动至待监测点或更换位置移动至下一监测点；到达监测点后，水下收放卷机构8放卷其缠绕的钢丝31，水下收放卷机构8逐渐下降至水底，水下收放卷机构8拉动第一电缆卷筒4a的电缆，使第一电缆卷筒4a放卷电缆，第一电缆卷筒4a放卷的电缆随水下收放卷机构8一同下降，超声波水下测距传感器81检测其至水底的距离，当其到达水底后，便停止放卷钢丝31，水下收放卷机构8作为水下锚点，对浮动平台1的位置进行固定；在对水体垂直断面不同深度进行检测时，水上收放卷机构3放卷钢丝31，水质监测装置9随钢丝31下降至水中，水下收放卷机构8随第一电缆卷筒4a同步工作收卷钢丝31，使得钢丝31保持一定张紧性，使得水质监测装置9大致可以保持直线下降，从而实现对水体垂直断面不同深度的精准检测，通过水深压力传感器91可检测水质监测装置9所处的水深位置，若要在某一深度对水质进行长期监测，则到达预设水深时，水上收放卷机构3和水下收放卷机构8同步停止作业，即可实现水质监测装置9对固定水深的监测；由于水上收放卷机构3和水下收放卷机构8收放卷钢丝31具有一定延迟和误差，停止收放卷钢丝31时，水质监测装置9的实际位置与预设水深位置有一定偏差，但偏差不会很大，可满足一般检测使用需求，若要对某一具体水深进行精确检测，则需要对水质监测装置9的位置进行微调，具体的，增压空气供给机构5向充气气囊7供气，充气气囊7通气后浮力逐渐增大，带动浮动平台1、水上收放卷机构3、钢丝31、水质监测装置9微距上升，提高钢丝31张紧度，实现对水质监测装置9位置的微调，提高检测精准度。
23.为实现对钢丝31的收放卷，设置水上收放卷机构3包括固定在浮动平台1上的第一支架32，第一支架32上安装有水上卷筒33和水上驱动电机34，水上卷筒33转动安装在第一支架32上，水上驱动电机34与水上卷筒33传动连接，水上卷筒33上固定有水上分隔环板35，水上分隔环板35将水上卷筒33分隔为两个水上收卷部，两个水上收卷部上均缠绕安装有钢丝31，第一支架32上安装有两个张力检测器36，张力检测器36与钢丝31一一对应，张力检测器36和与其对应的钢丝31接触配合用于检测其张力。
24.水上驱动电机34驱动水上卷筒33旋转，收卷或放卷钢丝31，通过设置两个水上收卷部，分别缠绕钢丝31，通过两根钢丝31连接水质监测装置9，可使水质监测装置9更加稳定，减少其在水中晃动幅度，从而提高水质监测的稳定性和精确性；由于水底环境复杂，超声波水下测距传感器81检测的其至水底的距离，无法实现水下收放卷机构8实际着底后，水下收放卷机构8立即停止放卷钢丝31，因此要设置张力检测器36，张力检测器36检测的数据，可得知钢丝31张紧度，若水下收放卷机构8着底后，张力检测器36检测到钢丝31松弛，则通过水上驱动电机34驱动水上卷筒33旋转，收卷钢丝31，使得钢丝31张紧。
25.为实现定点监测水质，使浮动平台1位置保持稳定，设置水下收放卷机构8，水下收放卷机构8包括水下箱体82，水下箱体82内设有电机腔83和收卷腔84，电机腔83密封设置，电机腔83内安装有水下驱动电机85，收卷腔84内固定有负载重物86，收卷腔84内转动安装有水下卷筒87，水下驱动电机85与水下卷筒87传动连接，水上卷筒33上固定有水下分隔环板88，水下分隔环板88将水上卷筒33分隔为两个水下收卷部，水下收卷部与钢丝31一一对应，水下收卷部和与其对应的钢丝31连接；第一电缆卷筒4a的线缆与水下驱动电机85电连接。
26.水下收放卷机构8可作为负载锚固定，避免浮动平台1在水上随水流漂移，同时可使得钢丝31张紧，使水质监测装置9可以沿基本处于竖直张紧状态的钢丝31直线升降，以便于对水体垂直断面的不同深度水质进行监测；水下驱动电机85带动水下卷筒87旋转，收卷或者放假钢丝31；收卷腔84密封设置可避免水进入，损坏水下驱动电机85，第一电缆卷筒4a的线缆固定在水下箱体82上，并进入电机腔83与水下驱动电机85电连接；水下箱体82下降时，可通过自重拉出第一电缆卷筒4a的线缆，使第一电缆卷筒4a的线缆随之一同下降。
27.为实现对水质的监测，设置水质监测装置9，水质监测装置9包括防护网框92，防护网框92通过至少四根连接绳93与两个钢丝31连接，可增加稳定性，防护网框92内安装有水质监测探头94；水深压力传感器91安装在防护网框92内。水质监测探头94上安装有ph传感器、溶解氧传感器和浑浊度传感器等，可对该水域水质的多项数据进行监测。
28.为实现装置在水面上的移动，设置喷气反推机构6，喷气反推机构6包括对称安装在浮动平台1尾部下端的两个喷气反推管61，喷气反推管61与增压空气供给机构5连接。通过两个喷气反推管61同时喷气，可实现装置的直线移动，通过单个喷气反推管61的喷气，可实现装置移动方向的调节。
29.为便于实现对水质监测装置9位置的微调，设置充气气囊7，充气气囊7设置为两个，充气气囊7对称安装在浮动平台1底部。通过增压空气供给机构5向两个充气气囊7同时充气，使充气气囊7浮力同步增加，使得浮动平台1整体相对水面平稳、微量升高，实现对对水质监测装置9位置的微调。
30.为实现对喷气反推机构6和充气气囊7的供气，设置增压空气供给机构5，增压空气供给机构5包括空压机51和供给管道52，空压机51安装在浮动平台1上；供给管道52包括主管道521，主管道521一端与空压机51输出端连接另一端连接有第一三通522，第一三通522的两个输出端分别连接有主动力供气管523和主气囊供气管524，主动力供气管523另一端连接有第二三通525，第二三通525的两个输出端均连接有分支动力供气管526，分支动力供气管526与喷气反推管61一一对应，分支动力供气管526另一端和与其对应的喷气反推管61连接，分支动力供气管526上安装有动力供气电磁阀527，主气囊供气管524上安装有气囊供气电磁阀528，主气囊供气管524另一端连接有第三三通529，第二三通525的两个输出端均连接有分支气囊供气管520，分支气囊供气管520与充气气囊7一一对应，分支气囊供气管520另一端和与其对应的充气气囊7管连接。
31.当装置需要移动至监测点时，两个动力供气电磁阀527开启，空压机51向主管道521、第一三通522、主动力供气管523供气，主动力供气管523通过第二三通525向两个分支动力供气管526等量供气，两个喷气反推管61同时向水中喷气，利用反推力可实现装置的直线移动，通过开启单个动力供气电磁阀527，由单个喷气反推管61的喷气，可实现装置移动
方向的调节；当需要对水质监测装置9位置进行微调时，气囊供气电磁阀528开启，空压机51向主管道521、第一三通522、主气囊供气管524供气，主气囊供气管524通过第三三通529向分支气囊供气管520、充气气囊7等量供气，充气气囊7充气后浮力逐渐增大，使得浮动平台1整体相对水面升高，进而实现对对水质监测装置9位置的微调；充气气囊7放气时，可在关闭空压机51的前提下，开启气囊供气电磁阀528，排出充气气囊7内的空气。
32.为便于第一电缆卷筒4a的线缆向下进入水中与水下收放卷机构8和超声波水下测距传感器81连接，在浮动平台1上设有供第一电缆卷筒4a的线缆活动的第二开口12，第一电缆卷筒4a的线缆穿过第二开口12与水下收放卷机构8和超声波水下测距传感器81连接。
33.为避免雨水侵袭水上收放卷机构3、增压空气供给机构5、第一电缆卷筒4a、第二电缆卷筒4b，同时为了便于安装太阳能发电系统2的太阳能电池板，在浮动平台1上通过安装架13固定有遮阳板14，遮阳板14位于水上收放卷机构3、增压空气供给机构5、第一电缆卷筒4a、第二电缆卷筒4b上方，可遮挡雨水，太阳能发电系统2的太阳能电池板安装在遮阳板14上，太阳能发电系统2为水上收放卷机构3、第一电缆卷筒4a、第二电缆卷筒4b和增压空气供给机构5提供电能。
34.为便于远程控制装置15的运行，还设置了控制装置15，控制装置15为stc单片机，控制装置15与太阳能发电系统2、水上收放卷机构3、第一电缆卷筒4a、第二电缆卷筒4b、增压空气供给机构5电连接，具体的，控制装置15与太阳能发电系统2、水上驱动电机34、第一电缆卷筒4a、第二电缆卷筒4b、空压机51、动力供气电磁阀527、气囊供气电磁阀528、张力检测器36电连接，控制装置15通过第二电缆卷筒4b的电缆与水质监测探头94和水深压力传感器91电连接，水质监测探头94和水深压力传感器91通过第二电缆卷筒4b的电缆将检测信号发送至控制装置15，控制装置15通过第一电缆卷筒4a的电缆与超声波水下测距传感器81和水下驱动电机85电连接，超声波水下测距传感器81通过第一电缆卷筒4a的电缆将检测信号发送至控制装置15；控制装置15通过其无线收发模块收发无线信号，与接收终端通讯连接，通过接收终端可获取控制装置15发送的水质检测数据。
35.上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。