CN105438408A - 全方位智能检测浮标 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水环境自动在线监测***的技术领域，具体为全方位智能检测浮标，其中包括浮体、连接在浮体上的设备平台、太阳能方阵、绞车、无线传输装置、无线充供电装置、有线充电拔插、对称锚链，以及贯穿固定在浮体中央的检测舱，舱内设置检测装置，检测装置包括水质传感器、取样器、摄像装置、机械手，以及但不限于用于检测水体其他动态变化的仪器设备，检测装置通过直径为0.5mm-9mm的钢索与绞车连接，按程序指令完成水体任何层面、位置、连续的、或间断的检测内容，本发明涉及光机电多学科，科技含量高，具备检验、测量、提取、拍摄多种功能，适用范围广，浮标采用独特的二点布锚，构思新颖、使用方便、安全可靠。

Description

全方位智能检测浮标

技术领域

本发明涉及水环境自动在线检测***的技术领域，具体为全方位智能检测浮标。

背景技术

传统的浮标常用于水面的航标和检测水体表面水质参数的浮标，随着水环境的变化和科研实验的需求，需要在线监测水体变化和深层次水质状况，传统浮标显然不能满足检测要求。

特别是库区及海洋的深层次研究，不仅需要大量不同层次深水的水质参数、水样、藻类、浮生物、沉积物等物质，还需要不同层次深水的图片、画面等实况录像；同时需要针对不同的水域、不同的位置、不同的深度、进行定期、频繁、重复的检测，传统剖面浮标曾试图用凯夫拉缆加挂水质传感器来实现水质检测。

如中国发明专利申请号为201410816761.4的一种剖面测量浮标监测***，该***将绞车固定在浮标体上，水质传感器与压力传感器安装在吊笼内，通过凯夫拉缆与绞车连接，其中凯夫拉缆扮演全程供电、通信及绞索的功能，虽然似乎可行，但仔细分析，无法成为真实产品。

其一绞盘及标体不能满足要求；一个五芯的凯夫拉缆直径就达到9mm左右，当测量深度达到100m时，以直径1500mm普通测量浮标为例，绞车绞盘的直径将达到440mm，当测量深度达到200m时，绞车绞盘的直径将达到520mm，以此类推，现有浮标的体积、重心、结构、电源***，都要发生根本的变化，它需要一个庞大的、完全不同的标体支撑。

其二无法承受较重的其它检测装置；凯夫拉缆内部由两根正负极电源线和数根屏蔽信号线组成，中间包裹钢丝网，外部包裹橡胶，随着长度增加，其强度都无法承担自身的重量，无法加挂较重的检测装置。

其三凯夫拉缆由橡胶包裹，经不起绞车的反复扭拉；按实际检测要求，每天都需要对水域不同深度或不同位置的深水环境状况进行大量检测，绞车需要反复运转，凯夫拉缆作为高强度电缆，悬挂不动尚有一定的强度，但作为绞索使用，其橡胶皮根本经不起绞车的反复扭拉。

同时，由于水库或者湖泊在不同的季节中都存在巨大的水位落差，最高水位与最低水位往往相差十几米，甚至几十米，当水位变化时，当浮标发生自转时，锚链与绞索极易发生缠绕，不仅影响绞车的正常运行，甚至会破坏浮标的结构部件，同时传统的三锚、四锚使布锚安装十分困难，工作量极大，不适应频繁检测的要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构稳定、设计合理、满足不同水深，不同需求的全方位智能检测浮标***。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：全方位智能检测浮标，包括浮体、连接在浮体上的设备平台、固定在浮体上的检测舱、检测装置和固定在浮体上且用于驱动检测装置下沉或复位的绞车，还包括为检测装置供电的蓄电池，检测装置为水质传感器、取样器、机械手或摄像头，绞车与检测装置通过直径为0.5mm-9mm的钢索连接；

还包括充供电装置，所述的充供电装置包括对接端盖、对接机构和为检测装置供电的蓄电池，对接端盖连接在绞车上，检测装置复位时，对接端盖与对接机构形成充电状态，对接机构内设有无线充电接收模块，对接端盖上设有与无线充电接收模块适配的无线充电发射模块；

还包括信号传输***，信号传输装置包括设置在设备平台内且带有第一通讯模块的控制器和对接机构内设有的第二通讯模块。

本发明进一步设置为，还包括两组用于固定所述浮标且对称的锚链组，所述的锚链组包括第一锚链、第二锚链、浮球和锚，第一锚链一端与所述浮标相连、另一端与浮球相连，第二锚链一端与浮球相连，另一端与锚相连。

本发明进一步设置为，在最高水位时，所述的第一锚链的长度与第二锚链的长度关系为（S+L）²=Dmax²+R²，在最底水位时，所述的第一锚链的长度与第二锚链的长度关系为S²=Dmin²+(R-L)²，按公式计算数据设置第一锚链及第二锚链的长度后，不仅布锚十分方便，而且无论最高水位、最低水位或标体发生自转，锚链与绞索都不会发生缠绕现象。

本发明进一步设置为，所述的充供电装置包括与检测装置相连的对接机构、连接在绞车上与对接机构形成充电状态的对接端盖和为检测装置供电的蓄电池，所述的对接端盖上设有插头，对接机构上设有与插头适配的插座，检测装置复位时，插头与插座形成插拔式的有线充电。

本发明进一步设置为，所述的第一通讯模块为蓝牙或者433短波，所述的第二通讯模块为蓝牙或者433短波。

本发明进一步设置为，所述浮标的浮力大于浮球的浮力，浮球的浮力大于第一锚链的重力。

本发明进一步设置为，所述的设备平台内设有密闭仪器舱，所述的控制器、绞车和对接端盖设在密闭仪器舱内。

本发明进一步设置为，所述钢索的直径为2.5mm。

本发明进一步设置为，还包括用于清洁检测装置的清洁装置。

对比现有技术的不足，本发明提供的技术方案所带来的有益效果：1.绞车与检测装置通过直径为0.5mm-9mm的钢索连接，所述钢索的直径优选为为2.5mm，钢索的长度为0--1000米，甚至以上，利用钢索作为绞索，可以经得起绞车的反复扭拉；在能够足以支撑检测装置重量的同时，保证绞车中的绞盘及完全卷起钢索后所占据的空间不会过大；同时，也大大减少了绞车的重量和体积。2.无线充电发射模块与无线充电接收模块形成无线充电，进而可持续地为蓄电池充电，以便不中断的为检测装置供电，那么就不需要凯夫拉缆来作为检测装置与浮标电源***通电的介质。3.当绞车驱动检测装置复位时，对接机构内设有的第二通讯模块将信号传递给带有第一通讯模块的控制器，实现了无线传讯，由控制器收集、编码和处理数据，也不需要凯夫拉缆来作为检测装置与控制器之间通讯的介质。4.基于公式得到的第一锚链和第二锚链的长度，不限于适当的加长，以便浮标适应水库或湖泊等检测地出现最高水位、最低水位和标体自转的情况。5.本发明设计第一锚链固定在浮体的下方、检测舱的上方，如此一来，只要保证检测舱足够长，即使浮标发生自转，锚链也只是搅合在检测舱外表面，不会与钢索发生缠绕而影响钢索正常工作的现象发生，进一步防止第一锚链弯曲严重，浮标将可能发生自转而导致第一锚链和钢索之间发生搅合。

附图说明

图1本发明的设备平台打开及对接机构复位时与对接端盖实现充电的结构示意图。

图2本发明中检测装置处于下沉状态时的结构示意图。

图3本发明中在最高水位时的锚链结构示意图。

图4本发明中在最底水位时的锚链结构示意图。

图5本发明中在中间水位时的锚链结构示意图。

图6为图1的K部放大结构示意图。

图7本发明在设备平台打开、绞车打开、进行检测装置取出时的结构示意图。图8为图7的G部放大结构示意图。

具体实施方式

参照图1-图8本发明做进一步说明,以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书揭露的内容轻易的了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内；同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明的可实施的范畴。

以下将通过具体实施例来对本发明的全方位智能检测浮标进行详细的说明。

实施例1

如图1或图2所示：全方位智能检测浮标，包括浮体11、连接在浮体11上的设备平台12、固定在浮体11上的检测舱13、检测装置2和固定在浮体11上且用于驱动检测装置2下沉或复位的绞车3，检测装置为水质传感器、取样器、机械手或摄像头，绞车3与检测装置2通过直径为0.5mm-9mm的钢索31连接。

本发明的水下检测***由控制器5***、信号传输***、充供电***、绞车3、检测组合和程序软件等组成，检测组合按控制指令，自动深入水下工作，完成相应的指令任务，指令任务采用菜单式组合，按远程设置、指令接收、绞车3运转、程序校正、检测启动、采集存储、组合复位、无线发送等步骤完成检测的全过程，其中，远程设置可以一次性完成，也可以随时设置修改；检测启动可以一次，也可以N次，视具体指令而定，且绞车3利用程控电机、伺服电机或步进电机来实现收放钢索31的，进而驱动检测装置2下沉或复位，以便检测装置深入水底，来测量不同深度水域的水质，其中控制器5用于控制程控电机，当检测装置受到特殊原因干扰时，不能按时完成程序任务，或无法顺利下潜时，控制器5自动控制绞车3驱动检测装置复位至原始位置，信号传输***发出故障信号，并重新处于待命状态；

如图7所示：所述的设备平台12上安装避雷、监控、测量、警示装置及雷达反射器，平台下方的密闭箱对***控制器5、绞车装置、充供电装置、限位锁定装置起到安全保护作用，平台可0°-150°打开，方便检测装置的改装和维护；

当浮标接受程序指令后，绞车工作驱动检测装置下沉，按控制程序到达指定位置后锁定，水深传感器输出测量信号与程序指令校对正确后，启动检测装置。

检测装置为水质传感器，可以检测不同层面水体的水质状况，如水的PH、ORP、电导率、水温、溶解度、叶绿素、蓝绿藻、蚀度、CDOM等等。

绞车3与检测装置2通过直径为0.5mm-9mm的钢索31连接，所述钢索31的直径优选为为2.5mm，钢索31的长度为0-1000米，甚至以上，能承担150kg以上重量的检测装置，利用钢索31作为绞索，可以经得起绞车3的反复扭拉；在能够足够支撑检测装置2的同时，防止绞车3中的卷筒完全卷起钢索31后所占据的空间过大；同时，也使减轻了绞车3的整体质量。

如图1所示：还包括为蓄电池充电的充供电装置，所述的充供电装置包括对接端盖42、对接机构41和蓄电池，对接端盖42连接在绞车3上，对接机构41固定在钢索31上，内部安装蓄电池，并与检测装置2相连。无线充电接收模块与无线充电发射模块配对使用，当***处于复位状态时，无线充供电装置开始工作，对上述蓄电池进行充电；

蓄电池用于对检测装置供电，对接端盖42通过支架32铰链连接在绞车3上的，且对接端盖42内设有无线充电发射模块，对接机构41内设有无线充电接收模块，当绞车3驱动检测装置2复位时，接端盖就通过支架移动至对接对接机构的上方，那么无线充电发射模块与无线充电接收模块形成无线充电，无线充电模块与无线接收模块对接，构成同步保险充电状态，进而可持续的为蓄电池充电，以便不中断的为检测装置供电，那么就不需要凯夫拉缆来作为检测装置与设在浮标内电源通电的介质，使结构更加稳定、设计更加合理。

还包括信号传输***，信号传输装置包括设置在设备平台12内且带有第一通讯模块的控制器5和对接机构41内设有的第二通讯模块，所述的第一通讯模块为蓝牙或者433短波，所述的第二通讯模块为蓝牙或者433短波。

当绞车3驱动检测装置2复位时，对接机构41内设有的第二通讯模块将信号传递给带有第一通讯模块的控制器5，实现了无线传讯的目的，无线通信装置与***控制器5对接，完成检测数据、控制指令交换，实现水体任何层面、位置、连续的、或间断的检测目标，由控制器5收集、整编和处理数据，那么就不需要凯夫拉缆来作为检测装置与控制器5之间通讯的介质，使结构更加稳定、设计更加合理。

其中所述的第一通讯模块为蓝牙或者433短波，所述的第二通讯模块为蓝牙或者433短波，且均具有双工通讯的收发功能。

值得注意的是：对接结构41可以固定在钢索上，对接机构41内的蓄电池和检测装置2中的水质传感器、取样器、机械手或摄像头之间的距离可人为调节，而它们之间可以利用电缆001连接，以达到传递信号和接通电源的目的；

对接机构41也可以直接安装在检测装置2内，其具体安装情况视现场检测环境而定。

如图3或图4所示：还包括两组用于固定所述浮标且平行的锚链组，两组锚链组的夹角为180度，所述的锚链组包括第二锚链51和一端与所述浮标相连的第一锚链52，另一端与浮球53相连，第二锚链51的一端与浮球53相连，另一端连接有锚54。

在最高水位时，所述的第一锚链52的长度与第二锚链51的长度关系为（S+L）²=Dmax²+R²，在最底水位时，所述的第一锚链52的长度与第二锚链51的长度关系为S²=Dmin²+(R-L)²。

在利用锚链和锚54固定浮标时，需要考虑一下几个问题，首先，第一锚链52弯曲并处在在检测舱13以下，导致第一锚链52与钢索31搅合的问题，其次，当水位位于最高水位或最低水位时，浮标是否能正常工作的问题。安全范围问题？

针对以上问题，本发明采用以下技术方案：使用2条锚链，并且在锚链中间增加浮球53，沉在水底的2个锚54之间的距离2R由用户确定，第二锚链51的长度为S，第一锚链52的长度为L，最大水深为Dmax，最小水深为Dmin。

考虑到最高水位这一极限情况（如图3所示），此时，第一锚链52与第二锚链51成一条直线，因此有以下公式：（S+L）²=Dmax²+R²；

考虑到最低水位这一极限情况（如图4所示），此时，假设此时的第一锚链52和第二锚链51都是直线，因此有以下公式：S²=Dmin²+(R-L)²；

在以上两式中，其中2个锚54之间的距离2R由用户确定，最大水深为Dmax，最小水深为Dmin，因此，我们可以解出第二锚链51的长度为S，第一锚链52的长度为L。

所述浮标的浮力大于浮球53的浮力，浮球53的浮力大于第一锚链52的重力。

水位处于最高水位时，为了使第一锚链52与第二锚链51成一条直线，特设计浮标的浮力大于浮球53的浮力；水位处于最底水位时，为了第一锚链52不会拉沉浮球53，特设计浮球53的浮力大于第一锚链52的重力。

以上均为理想状态下的数学模型，而实际情况下，第一锚链52和第二锚链51都会出现不同程度的弯曲，所以，基于上面两式得到的第一锚链52和第二锚链51的长度，可以适当的加长，以便浮标适应水库或湖泊等检测地出现最高水位和最低水位的情况，但是如果他们弯曲严重（特别是第一锚链52），浮标将可能发生自转，导致第一锚链52和钢索31之间发生搅合。针对这一问题，本发明设计第一锚链52固定在浮标中检测舱13的上方，如此一来，只要保证检测舱13足够长，即使浮标发生自转，锚链也只是搅合在检测舱13外表面，不会与钢索31发生缠绕而导致影响钢索31的正常工作的情况发生（如图5所示）。

如图1或2所示：所述的设备平台12内设有密闭仪器舱121，所述的控制器5、绞车3、对接端盖42均设在密闭仪器舱121内。

在设备平台12内设置密闭仪器舱121，将控制器5、绞车3、对接端盖42设在密闭仪器舱121内，防止水进入控制器5内而损毁设备的现象发生。

还包括用于清洁检测装置的清洁装置，该清洁装置包括潜水泵、导气管、接头，其产生的水柱对检测装置进行冲洗，利用泵内真空原理吸入大气混合水柱，产生水气混合体，当小气泡达到探头位置时产生***，其***力足以清除探头上的污垢，然后由水流带走污垢，当检测装置复位后，清洁装置在程序或指令控制下启动清洁工作。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是：所述的充供电装置包括与检测装置2相连的对接机构41、连接在绞车3上与对接机构41形成充电状态的对接端盖42和蓄电池，所述的对接端盖42上设有插头，对接机构上设有与插头适配的插座，检测装置复位时，插头与插座形成插拔式的有线充电，值得注意的是：插头和插座均具有防水功能。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是：所述的检测装置2为取样器或机械手，可取回不同层面水体的水样、藻类、浮生物、以及水底的沉积物等其他物资。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是：所述的检测装置2为摄像头，可拍摄水体、水底周边的实况录像。

值得注意的是，检测装置还可以是其他检测设备，检测水体动态变化情况，为水体变化提供第一手的数据和物质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.全方位智能检测浮标，包括浮体、连接在浮体上的设备平台、固定在浮体上的检测舱、检测装置和固定在浮体上且用于驱动检测装置下沉或复位的绞车，其特征在于:检测装置为水质传感器、取样器、机械手或摄像头，绞车与检测装置通过直径为0.5mm-9mm的钢索连接；

还包括充供电装置，所述的充供电装置包括对接端盖、对接机构和蓄电池，对接端盖连接在绞车上，检测装置复位时，对接端盖与对接机构形成充电状态，对接机构内设有无线充电接收模块，对接端盖上设有与无线充电接收模块适配的无线充电发射模块；

还包括信号通信装置，所述的信号通信装置包括设置在设备平台内，且带有第一通讯模块的控制器和对接机构内设有的第二通讯模块。

2.根据权利要求1所述的全方位智能检测浮标，其特征在于:还包括两组用于固定所述浮标且对称的锚链组，所述的锚链组包括第一锚链、第二锚链、浮球和锚，第一锚链一端与所述浮标相连、另一端与浮球相连，第二锚链一端与浮球相连，另一端与锚相连。

3.根据权利要求2所述的全方位智能检测浮标，其特征在于:在最高水位时，所述的第一锚链的长度与第二锚链的长度关系为（S+L）²=Dmax²+R²，在最低水位时，所述的第一锚链的长度与第二锚链的长度关系为S²=Dmin²+(R-L)²。

4.根据权利要求1所述的全方位智能检测浮标，其特征在于:所述的充供电装置包括蓄电池、与检测装置相连的对接机构和连接在绞车上与对接机构形成充电状态的对接端盖，所述的对接端盖上设有插头，对接机构上设有与插头适配的插座，检测装置复位时，插头与插座形成插拔式的有线充电。

5.根据权利要求1所述的全方位智能检测浮标，其特征在于:所述的第一通讯模块、第二通讯模块均为蓝牙或者433短波。

6.根据权利要求4所述的全方位智能检测浮标，其特征在于:所述浮标的浮力大于浮球的浮力，浮球的浮力大于第一锚链的重力。

7.根据权利要求2所述的全方位智能检测浮标，其特征在于:所述的设备平台内设有密闭仪器舱，所述的控制器、绞车和对接端盖设在密闭仪器舱内。

8.根据权利要求1所述的全方位智能检测浮标，其特征在于:所述钢索的直径为2.5mm。

9.根据权利要求1所述的全方位智能检测浮标，其特征在于:还包括用于清洁检测装置的清洁装置。