一体式水文水质监测仪的制作方法

1.本实用新型涉及水文状态监测技术领域，特别涉及一体式水文水质监测仪。


背景技术：

2.对河流中水文状态的监测通常包括对水位和流速的监测，目前最常见的方法为使用基于雷达/超声波传感器的装置，将相应的传感器通过杆子安装在河面上方，利用测量电磁波/超声波发射和接收的时间差测量水位，以及测量电磁波/超声波在顺流和逆流中的频率差/时间差来测量流速。其他方法例如使用浮子式传感器利用其位移测量水位和使用涡轮/转轮利用其转速测量流速的误差都比较大。
3.对河流中水质状态的监测通常采用基于光谱法/电极法的传感器监测水中的物质情况。水质监测装置被投放入河中进行监测。应用场景下需要同时对河流的水文和水质状况进行监测时需要两套分别安装在河面上和河水中的独立装置，在增加成本的同时带来了不便捷。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷与不足，为此本实用新型提供了一体式水文水质监测仪，能够降低成本，提高水流流速的测量精度。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供了一体式水文水质监测仪，从上往下包括密封连接的上盖组件、水位检测组件和水质检测组件；所述上盖组件包括盖体，所述盖体的底部设置有信号处理电路板；所述水位检测组件和水质检测组件均与所述信号处理电路板进行数据交互连接；所述水位检测组件用于检测水压；所述信号处理电路板配置成能够将水压信号换算成水位和水流流速信号；所述信号处理电路板通过通讯线向外界进行信号数据传输。
6.进一步地，所述水位检测组件包括筒体，所述筒体沿轴线方向均布设置有若干个压力检测孔组，所述压力检测孔组包括两个方向上相互垂直且位于相同高度的压力孔；所述压力孔螺纹密封连接有压力传感器；所述压力传感器通过信号线a与所述信号处理电路板连接；所述筒体与所述盖体法兰密封连接。
7.进一步地，所述水质检测组件包括圆盘，所述圆盘上密封连接有若干个不同检测功能的水质传感器；若干个所述水质传感器通过信号线b与所述信号处理电路板连接；所述圆盘与所述筒体螺纹密封连接。
8.进一步地，所述信号处理电路板通过连接架固定在所述盖体的底部。
9.进一步地，所述盖体的顶部还设置有吊环。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
11.(1)通过压力传感器对水位和流速进行测量且能够与水质传感器进行一体化设计，使用便捷；
12.(2)将压力传感器一个面向水流，另一个侧向水流方向，通过计算压力差测得水文
参数中的流速，以此避免了使用高成本的雷达/超声波测速装置；同时，通过侧向水流方向的压力传感器测量出的静水压力即可计算得到水位高度。整体上，降低了成本。
附图说明
13.图1为本实用新型的结构示意图。
14.图2为图1的主视图。
15.图3为图1中压力传感器的连接位置图。
16.其中：1、上盖组件；2、水位检测组件；3、水质检测组件；11、盖体；12、连接架；13、信号处理电路板；14、通讯线；15、吊环；21、压力传感器；22、筒体；31、圆盘；32、水质传感器；221、压力孔。
具体实施方式
17.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
18.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
19.实施例
20.请参阅图1至图3，本实用新型提供了一体式水文水质监测仪，从上往下包括密封连接的上盖组件1、水位检测组件2和水质检测组件3；上盖组件1包括盖体11，盖体11的底部设置有信号处理电路板13；水位检测组件2和水质检测组件3均与信号处理电路板13进行数据交互连接；水位检测组件2用于检测水压；信号处理电路板13配置成能够将水压信号转换成水位和水流流速信号；信号处理电路板13通过通讯线14向外界进行信号数据传输。
21.作为本实用新型的一个实施例，水位检测组件2包括筒体22，筒体22沿轴线方向均布设置有若干个压力检测孔组，压力检测孔组包括两个相互垂直且相同高度的压力孔221，也就是说两个压力孔221的方向相互垂直；压力孔221螺纹密封连接有压力传感器21；压力传感器21通过信号线a与信号处理电路板13连接；筒体22与盖体11法兰密封连接。
22.作为本实用新型的一个实施例，水质检测组件3包括圆盘31，圆盘31上密封连接有若干个不同检测功能的水质传感器32；若干个水质传感器32通过信号线b与信号处理电路板13连接；圆盘31与筒体22螺纹密封连接。
23.作为本实用新型的一个实施例，信号处理电路板13通过连接架12固定在盖体11的底部。
24.作为本实用新型的一个实施例，盖体11的顶部还设置有吊环15。
25.由于本实用新型整体浸入在水中，因此，通讯线14处需要密封处理的。
26.本实用新型的原理：
27.测量水文参数时，如图3，压力检测孔组上的一个压力传感器21面向水流方向，另一个侧向水流方向，在不同高度下有若干个压力检测孔组，通过压力传感器21测量水的压力，即水压。面向水流方向的压力传感器21，正对水流的冲击，测量水流的动力势能，侧向水流方向的压力传感器21，测出这一点水流的静水压力势能。
28.伯努利方程指出流体在流动过程中，流体上任意两点的压力势能、动能与重力势能之和等于一个常数，即流体的机械能守恒。其表达式为p (ρ
×
v^2)/2 ρ
×g×
h＝c，其中，p表示流体中某点的压强，ρ表示流体的密度，v表示流体的流速，h表示流体所在的高度，g为重力加速度，c代表常量，在流体运动过程中c保持不变。等高流动时，流速越大，压力越小。
29.在同一高度下放置的面向水流方向和侧向水流方向的压力传感器21测得的压力分别为p1和p2，压力传感器21的受压面积s，通过p＝p/s换算成压强分别为p1和p2，由于面向水流方向和侧向水流方向的压力传感器21呈90度分布，因此，侧向水流方向的压力传感器21受到水流的冲击为0，这就造成p1大于p2，相应的p1大于p2，而面向水流方向的压力传感器21位置的水流流速v1为0，侧向水流方向的压力传感器21位置的水流流速v2为该位置水流流速。根据公式：p1 (ρ
×
v1^2)/2 ρ
×g×
h1＝p2 (ρ
×
v2^2)/2 ρ
×g×
h2，h1＝h2，两个压力传感器21位置的压强差δp＝p
1-p2＝(ρ
×
v2^2)/2，由此可以计算出面向水流方向的水流流速v2，v2＝(2
×
(p
1-p2)/ρ)
1/2
。同时，可以通过在不同高度下设置多个压力检测孔组的方式，利用多次测量求平均值的方式进一步降低流速v的误差，以此提高水流流速的测量精度。
30.根据流体的压力公式，p＝ρ
×g×
h，其中，p为流体的压力，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为流体所在的高度，通过侧向水流方向的压力传感器21测量出的压力p2可计算得到水位高度。
31.本实用新型在使用时，还可以安装在一个以步进电机驱动的固定杆上，根据测得的压力值自动控制步进电机保证装置整体浸入水中，根据步进电机运动计算出装置的位置结合通过压力传感器21测得的水位，可以估算出当前水深。
32.综上所述，压力传感器21和水质传感器32均为现有产品，具体不再赘述。其中，上述若干个不同检测功能的水质传感器32可以为浊度传感器、toc传感器、ph传感器、余氯传感器、溶解氧传感器、电导率传感器和orp传感器中至少两种的组合。
33.本实用新型可用其他的不违背本实用新型的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本实用新型的上述实施方案都只能认为是对本实用新型的说明而不能限制本实用新型，权利要求书指出了本实用新型的范围，而上述的说明并未指出本实用新型的范围，因此，在与本实用新型的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本实用新型的权利要求书的范围内。