一种水体温深盐浊度监测设备

1.本实用新型专利涉及水文测量领域，尤其涉及野外悬浮物浓度测量领域。


背景技术：

2.水体悬浮物浓度变化与水体中的物理、化学和生物过程息息相关。目前，对现场悬浮物浓度变化的观测方法，有传统方法和现代方法。其中，传统方法是在野外现场获取水体悬浮物水样，通过室内实验分析计算获取悬浮物浓度值。现代方法包括利用光学和声学传感器进行观测，通过采样标定获得现场连续高时空分辨率的悬浮物浓度信息，其中利用光学传感器进行悬浮物浓度观测是目前应用最为广泛的方法。
3.随着传感器技术不断进步，多参数集成到同一个测量系统上成为主流的测量方式。本发明主要针对浊度仪现状及市场的需要，研制一种集成浊度、压力、温度和盐度传感器于一体的便携式多功能浊度仪。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种水体温深盐浊度监测设备，用于野外悬浮物度测量，包括：主体装置和数据采集装置，所述主体装置包括主体防水外壳和设置于主体防水外壳内的电路板组和电池舱，所述数据采集装置包括套接于主体防水外壳下端的传感器保护罩和设置于传感器保护罩内部的传感器组；其有益效果是提供一种结构简单的水体温深盐浊度监测设备。
6.进一步，所述主体防水外壳为中空圆筒状，两端开口，开口处分别设置有第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞的端部分别设置有第一凸缘和第二凸缘，其中，第一活塞和第二活塞的外径小于主体防水外壳的圆筒内径，第一凸缘和第二活塞的外径大于主体防水外壳的圆筒内径。其有益效果是提供一种密封性好、便于拆卸的水体温深盐浊度监测设备。
7.进一步，所述第二活塞上设置有若干支撑柱，电路板组层叠设置于支撑柱上；其有益效果是提供一种体积小、集成度高、便携式的水体温深盐浊度监测设备。
8.进一步，所述电池舱设置于电路板组上方，其一端与电路板组接触，另一端与第一活塞接触；其有益效果是提供一种可自容工作的水体温深盐浊度监测设备。
9.进一步，所述电路板组包括电源接口板、数据采集板、蓝牙通讯板、模拟信号电源板、温度信号处理板、盐度信号处理板和压力信号处理板，所述数据采集板与温度信号处理板、盐度信号处理板和压力信号处理板电连接，所述数据采集板通过蓝牙通讯板与外界链接，所述模拟信号电源板与传感器组电连接；其有益效果是提供一种低功耗、可实时在线采集温度、盐度、压力和浊度信息的水体温深盐浊度监测设备。
10.进一步，所述第一活塞上方设置有不锈钢提手、防水连接器、防水磁开关和led工作指示灯，所述防水连接器与所述电源接口板连接，用于监测设备和外界设备通信；其有益效果是提供一种便携式、可水下长时间工作的水体温深盐浊度监测设备。
11.进一步，所述传感器保护罩为中空圆柱状镂空结构，底部设置有传感器固定装置，传感器组固定设置于传感器固定装置上。
12.进一步，所述传感器组包括浊度传感器、温度传感器、盐度传感器和压力传感器，分别与温度信号处理板、盐度信号处理板和压力信号处理板电连接。
13.进一步，所述传感器保护罩与主体防水外壳套接处通过螺丝固定连接。
14.本实用新型的有益效果是提供一种水体温深盐浊度监测设备，在观测水体浊度的同时，也同步采集高精度盐度、压力和温度数据，同时通过电路板的层叠设置使得设备更加轻巧、便携，通过电源接口板的特殊功能使得设备的功耗较低，通过蓝牙无线通信可实现对设备的实时监控和相关设置，通过防水连接器实现设备与外界的rs232、usb有线通讯。
附图说明
15.图1为本实用新型的一种水体温深盐浊度监测设备的外部结构示意图；
16.图2为本实用新型的一种水体温深盐浊度监测设备的内部结构示意图；
17.图3为本实用新型的电路板组之间的连接关系示意图；
18.图4为本实用新型监测设备浊度传感器、盐度传感器、温度传感器校准示意图；
19.图5为本实用新型监测设备在野外现场工作示意图；
20.附图标记说明：10主体装置；11主体防水外壳；111第一活塞；1111第一凸缘；112第二活塞；1121第二凸缘；1122支撑柱；12电路板组；13电池舱；20数据采集装置；21传感器保护罩；22传感器组；23传感器固定装置； 30不锈钢提手；40防水连接器；50防水磁开关；60led工作指示灯。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于理解本实用新型，并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
22.本技术实施例提供了一种水体温深盐浊度监测设备，参照图1、图2，包括：主体装置10和数据采集装置20，所述主体装置10包括主体防水外壳11 和设置于主体防水外壳11内部的电路板组12、电池舱13，主体防水外壳11 为中空圆筒状，两端开口，用于放置电路板组12和电池舱13，采用高强度合成材料制成，可以在承受水深200米的压力，主体防水外壳11两端分别设置有活塞，如图一所示，位于上方的为第一活塞111，位于下方的为第二活塞112，用于密封固定电路板组12和电池舱13，第一活塞111和第二活塞112的端部分别设置有第一凸缘1111和第二凸缘1121，其中第一活塞111和第二活塞112 的外径略小于主体防水外壳11的圆筒内径，使得活塞可相对主体防水外壳11 的圆筒内侧活动，第一凸缘1111和第二凸缘1121的外径大于主体防水外壳 11的圆筒内径，使得活塞可卡扣于主体防水外壳11的圆筒两端；第二活塞112 上方垂直设置有两根支撑柱1122，电路板组12层叠设置于两根支撑柱1122 上，从上到下依次为电源接口板、数据采集板、蓝牙通讯板、模拟信号电源板、温度信号处理板、盐度信号处理板和压力信号处理板，其中，如图3所示，温度信号处理板、盐度信号处理板和压力信号处理板和数据采集板通信连接，数据采集板通过蓝牙通讯板与
外界链接；电路板组12采用按功能划分的多电路板层叠结构，以实现最小化空间的使用和模块化设计，其中电源接口板负责协调外部电源和内部电池电源，外部电源优先使用，同时负责将供电电压转换为系统需要的5v和3.3v电压，并把mcu的外部通讯串口转换为标准的rs232信号；数据采集板为仪器的核心处理单元，安装有mcu微控制器，负责整个系统的智能化工作，与每个传感器信号板通讯，负责数据的计算、存储，通过外部接口发送数据并接受外部控制命名；蓝牙通讯板负责以蓝牙无线通讯方式将微处理器和外部链接起来，负责ttl信号与蓝牙信号的转换；模拟信号电源板为温度、盐度等模拟量传感器提供稳定的正负电源；温度信号处理板负责将物理温度信号转换为电信号；盐度信号处理板采用7电极工作原理，负责将物理电导率值转换为电信号；压力信号处理板负责将压力转换为电信号。
23.电路板组12的上方设置有电池舱13，电池舱13的一端与电路板12连接，用于给电路板组12供电，电池舱13的另一端与上端活塞111的下方连接，本实用新型电池舱13支持使用多种标准电池，例如1.5v碱性电池、1.2v镍氢电池和3.7v锂电池。第一活塞111上方分别设置有不锈钢提手30、防水连接器40、防水磁开关50、led工作指示灯60，其中不锈钢提手30采用316l 材质，通过中心孔悬挂式，使仪器整体能够保持垂直状态。防水连接器40与电源接口板连接，用于监测设备和外界设备通信，可水下500米长期工作，本实用新型具有rs232、蓝牙和usb三种外部通信方式，其中rs232通讯为通用的串行通讯方式，方便进行实时数据传输和接受外部控制命令；蓝牙通讯方便与带有蓝牙笔记本电脑、智能手机及平板等设备通讯；usb通讯像u 盘一样实现数据下载，无需特殊软件。磁开关50与内部物理隔离以保证开关转动不影响内部防水，通过磁场耦合控制内部电路；led系统指示灯60红/ 蓝双色显示，可水下200米长时间工作。
24.所述数据采集装置20包括套接于主体防水外壳11下端的传感器保护罩 21和设置于传感器保护罩21内部的传感器组22，所述传感器保护罩21为中空的圆柱状镂空结构，用于放置传感器组22，且便于传感器组22与测量水质充分接触，上端开口可套接于主体防水外壳11下端，传感器保护罩21和主体防水外壳11下端套接处通过螺丝固定连接，传感器保护罩21采用高分子材质，优选为铜材质，在保护传感器的同时，可以避免由于长时间安置而产生的生物附着现象。传感器保护罩21的底部设置有传感器固定装置23，所述传感器组22固定设置于传感器固定装置23上，传感器组22包括浊度传感器、温度传感器、盐度传感器和压力传感器，其中浊度传感器采用2通道高量程传感器，可测20000ntu；盐度传感器采用7电极结构设计，测量数据不受环境遮挡物影响；温度传感器采用pt100铂电阻温度传感器，用壁厚0.1mm的 316l不锈钢封装；压力传感器采用压阻式扩散硅充油芯体，316l不锈钢外壳。
25.使用时，打开主体防水外壳11的第一活塞111，放入新购置或充满电量的指定型号的电池若干节，按提示正负极放入完成后盖上第一活塞111，然后打开第一活塞111上的防水磁开关50，此时led工作指示灯闪烁，表明设备已通电，可以进行相关的设置。
26.把水体温深盐浊度监测设备专用的操作软件安装到手机上，打开已安装好的设备操作软件，完成设备与手机蓝牙配对连接，连通后根据软件界面对设备进行设计：
27.第一步：对仪器压力传感器进行压力修正，注意此步骤是在空气中操作的；
28.第二步：选择压力单位、bar或m，可以选择波特率；
29.第三步：选择工作环境淡水或海水；
30.第四步：选择采样模式，连续和burst模式，如选择连续模式就在下一菜单中选择
采样的频率；如选择burst模式，在下一菜单中还要选择采样频率、时间间隔和平均采样数；
31.第五步：设置好后点击确认，仪器就可以根据设置参数开始工作，软件界面也会显示工作的参数信息；
32.数据采集完成后，再打开已安装在手机上的设备软件，打开手机蓝牙，重新连接，停止仪器工作；
33.仪器停止工作后，利用仪器配备的数据线，在可以读取u盘数据的电脑或工作站上，就要以把数据导出，导出数据后根据自己的需要进行分析与处理。
34.第一实施例，野外使用仪器前要对仪器传感器进行校准，参照图4：
35.浊度传感器校准：利用标准浊度液(formazin，4000ntu)对浊度传感器进行校准；
36.盐度传感器校准：利用标准海水对浊度仪的盐度传感器进行校准；如利用5psu、10psu、20psu、25psu、30psu及40psu对盐度传感器进行标准。同时利用专业ctd(sbe37)进行比测；
37.温度传感器校准：在温度波动度小于0.01度的恒温槽内，以一等铂电阻温度计示值为基准值，记录下本发明仪器温度采集原始值，计算得出温度转换的4次多项式系数(a4...a0)，y＝a4*x4 a3*x3 a2*x2 a1*x a0.(y为计算值，x 为测量原始值)
38.表1温度传感器校准
39.基准值测量原始值计算值示值误差37.8386823594.5432537.840671 0.00199134.8688621755.1740734.865324-0.00353624.8653615566.7625024.868756 0.00339614.922579379.2341714.919391-0.0031794.942203157.338334.944393 0.002193-0.0756832.05417-0.076546-0.000866
40.压力传感器校准：压力基准采用ge德鲁克pace5000型压力控制器，控制稳定度0.003％fs。
41.表2压力传感器校准(最大量程fs＝1000kpa)
42.基准值kpa测量值kpa示值误差kpa误差％fs1010.0850.0850.00085％fs6060.2060.2060.0206％fs94.92095.0580.1380.0138％fs110110.1110.1110.0111％fs500500.1040.1040.0104％fs10001000.2200.2200.022％fs
43.第二实施例，野外试验实施方式
44.仪器到达野外现场后，首先，检查仪器外观是否有破损，传感器表面是否有异物附着。打开仪器主体防水外壳11的第一活塞111，放入新购置或充满电量5型号的电池8节，按提示正负极装好，密封圈涂好硅脂，密封第一活塞 111，此时打开仪器的工作开关，指到on的位置，仪器指示灯闪烁，表明仪器已通电，可以根据观测需要进行设置。
45.打开安装好的仪器操作软件，完成仪器与手机蓝牙配对连接，连通后根据软件界
面就可以对仪器进行参数设置。
46.在空气中对仪器压力传感器进行修正。
47.选择压力单位m，同时选择波特率，如115200。
48.选择工作环境为海水。
49.选择采样模式，如连续采样模式，在下一菜单中选择采样的频率，如1hz；
50.设置好后点击确实，仪器就可以根据设置参数开始工作，软件界面也会显示工作的参数信息。
51.数据采集完成后，取回仪器，关闭仪器的工作开关，停止仪器工作(off)。
52.如需要导出数据，利用仪器配备的数据线，连接电脑或工作站上，就可以把数据导出，再打开仪器工作开关(on),导出数据后根据需要进行分析。
53.本实施例提供的温深盐浊度仪在野外现场采集的实验数据参见图5，其中，横坐标是工作时间，纵坐标(左侧)分别是温度值(a1)、盐度值(a2)和浊度值(a3)；纵坐标右侧为压力值(水深)。
54.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。