CN108469276A - 野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其中：重量块一端沉入水中，水深测量部件、温度测量部件随之沉入水中，重量块另一端通过缆绳与动力部件连接；采液部件一端连接于重量块上，另一端连接动力部件，且采液部件与储液部件相通；抽真空部件，通过负压将采集的液体存入储液部件；定位部件，用于提供测量点的位置信息，并传给采集控制部件；采集控制部件，用于获取测量数据，并控制动力部件的工作，显示和/或储存各测量数据和定位数据。本发明实现水体温度与所在位置的水深同步测量及水体自动采样，数据自动存储，并提供测量位置，集成一体化，易携带、安装、拆卸，单人即可完成测量操作。

Description

野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***

技术领域

本发明涉及水利与环境工程技术领域，具体地，是一种用于野外水体水深、温度的定点同步测量和水体同步采样的***，为水库、河道、湖泊及海洋等野外水体的水深、温度的同步测量和水体同步采样提供一种设备。

背景技术

水体的水深和温度，以及水质参数是水利工程建设及水环境保护工作需要的基本参数，因此，需要大量而先进的相关测量技术与设备。

经检索，申请号为CN201010289443.9的中国专利申请，其公开一种海水温度测量***，包括非平衡电桥电路单元、恒流源产生电路单元、电压跟随电路单元和滤波放大电路单元；所述非平衡电桥电路单元输入端通过电阻R8与直流电压的正极相连；所述非平衡电桥电路单元输出端与所述电压跟随电路单元相连；所述恒流源产生电路单元的输出端与所述非平衡电桥电路单元相连；所述电压跟随电路单元通过电阻R9、电阻R10与滤波放大电路单元相连；所述恒流源产生电路单元的输入端与+5V电源相连。该发明的不足之处是：既不具备同步测量和水体采样的功能，也不具备大地坐标定位的功能。

另外，申请号为CN201610545575.0的中国专利申请，其公开一种多功能重力式海底沉积物取样器，包括超声传感器、单片机控制单元、数据采集模块、温度传感器、锂电池电源、驱动放大电路组成的信号检测与处理组件；所述锂电池电源分别与所述驱动放大电路、所述单片机控制单元、所述数据采集模块相连；所述超声传感器、所述温度传感器分别与所述数据采集模块相连；所述单片机控制单元与所述数据采集模块以及所述驱动放大电路连接。该专利集成海底沉积物取样与取样站位海底深度测量功能，但是不足之处在于：用于海底沉积物取样调查时，需将该取样器连同单片机测量模块同步沉入水中，如遇水密性不足，整体将会失去工作能力，工作过程中无法实时查看当前下沉深度及设备工作状态；且不具备大地坐标定位的功能，无法获知当前测点的所在位置信息。

总体而言，无论是国外还是国内，现有的绝大多数仪器设备均不具备同步测量和水体采样的功能，也不具备大地坐标定位的功能，且现有设备体型较大，质量较重，不利于携带和安装收放，为野外工作带来很大困难。为此，急需开发相应的***设备。因此，研发野外水体水深、温度的定点同步测量和水体同步采样设备是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种为野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样提供一种设备。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，包括：重量块、水深测量部件、温度测量部件、采液部件、储液部件、定位部件、动力部件以及采集控制部件，其中：

所述水深测量部件、所述温度测量部件设置于所述重量块上，用于分别测量水体的深度、温度；

所述重量块一端沉入水中，所述水深测量部件、温度测量部件随之沉入水中，所述重量块另一端通过缆绳与所述动力部件连接；

所述采液部件一端连接于所述重量块上，另一端连接所述动力部件，且所述采液部件与所述储液部件相通；在所述采液部件与所述储液部件之间设有抽真空部件，通过负压将采集的液体存入所述储液部件；

所述定位部件，用于提供野外测量测点的经纬度或相对于起测点的相对坐标信息，并传给所述采集控制部件；

所述采集控制部件，用于获取所述水深测量部件、所述温度测量部件的测量数据，并控制所述动力部件的工作，显示和/或储存各测量数据和定位数据。

优选地，所述水深测量部件为水深传感器，该水深传感器根据通过的电流或电压大小不同，测量水体中指定位置的水深。

更优选地，所述水深传感器由压电陶瓷和电流或电压测量元件组成，不同水体压强所引起的阻力不同，导电能力不同，通过的电流或电压大小不同，以此原理测量水深。

优选地，所述温度测量部件为温度传感器，该温度传感器根据通过的电流或电压大小不同，测量水体中指定位置处的水体温度。

更优选地，所述温度传感器由热敏元件和电流或电压测量元件组成，不同水体温度所引起的阻力不同，导电能力不同，通过的电流或电压大小不同，以此原理测量水体温度。

优选地，所述重量块采用铅鱼，所述铅鱼比重大且在水体中阻力小。

优选地，所述储液部件为含有多个储存室的轮盘，所述储存室大小相同并绕轮盘圆心均匀圆周排列，每个储存室可存储一次采集到的水样。

优选地，所述***进一步包括支撑部件，所述储液部件、所述动力部件、所述抽真空部件均安装在所述支撑部件上。

更优选地，所述***进一步包括滑轮，所述滑轮设置在支撑部件上，所述缆绳经所述滑轮后连接所述动力部件与所述重量块，所述滑轮是为缆绳和采液管运动提供导向和减少摩檫力的滚动部件。

优选地，所述***，进一步具有以下一种或多种特征：

-所述动力部件采用卷扬机，为控制所述重量块的下放或提升提供动力；

-所述抽真空部件采用真空泵，通过负压将水体吸到储液盘内；

-所述采集控制部件设有数据采集卡，用于从所述水深测量部件、所述温度测量部件自动读取和保存测得的电压或电流信号并将其转换为数字信号，以及从所述定位部件中自动实时读取和保存位置信息，也用于控制所述动力部件的启动、转向和转速。

本发明该野外水体水深、温度的定点同步测量和水体同步采样***工作时，通过采集控制部件发出的指令完成不同的操作。首先开启采集控制部件，通过操作将重量块放到水底，测量水体总深度。其次，通过水体总深度和输入沿水深方向测量点的个数N，采集控制部件自动分析计算各测点的间距及每个测点处的测量频率和采样时长；然后，在采集控制部件的指令控制下，动力部件转动回收缆绳开始自动测量与采集，同时抽真空部件开始工作，储液盘开始储存从采液部件输入的采集的水体到储存室，一个储存室完成存储后，储液盘自动转动换至下一储存室；采集控制部件实时读取测得的水深、温度及测点位置的经纬度坐标和相对起始测点的相对坐标等参数并予以保存，以供工后读取分析；最后，当重量块接近水面时，停止采集控制部件工作，完成测量和同步采样。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过上述各个部件的配合，实现了水体温度与对应水深的同步测量及自动控制，水体样本自动采集储存，测量数据自动存储，并提供测量位置的经纬度及相对起始测点的相对坐标、测量轨迹图。

本发明适用于水库、河道、湖泊及海洋等野外水体的水深、温度的定点同步测量和水体同步采样，集成一体化，易携带、安装、拆卸，单人即可完成测量操作，广泛适用于水利与水环境工程。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一较优实施例的结构示意图；

图中：水深传感器1、温度传感器2、铅鱼3、缆绳4、信号线5、采液管6、储液盘7、滑轮8、支架9、卷扬机10、真空泵11、数据采集卡12、采集控制平台13、电源14、***15。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

附图中，相同的附图标记代表相同的零部件或作用同等的零部件，且描述中使用的“上”、“下”、“第一”、“第二”等类似的术语仅指相对于图形而言，目的是为了方便地描述本发明。

所有附图仅仅是为了便于解释说明本发明的技术内容；构成最优实施方式所采用的数字、零部件的位置、零部件之间的相互关系以及零部件的尺寸等技术特征不构成对技术方案本身的限定，而应延伸至该技术领域所覆盖的整个领域。

本发明推背感的一种野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，包括：重量块、水深测量部件、温度测量部件、采液部件、储液部件、定位部件、动力部件以及采集控制部件。还可以进一步包括支撑部件、滑轮等。在以下实施例中，为了更好的说明，对上述各个部件可以采用以下优选的技术特征：

-水深测量部件，采用水深传感器；

所述水深传感器可以是由压电陶瓷和电流或电压测量元件组成，不同水体压强所引起的阻力不同，导电能力不同，通过的电流或电压大小不同，以此原理测量水深，用于测量水体中指定位置的水深。

-温度测量部件，采用温度传感器；

所述温度传感器可以是由热敏元件和电流或电压测量元件组成，不同水体温度所引起的阻力不同，导电能力不同，通过的电流或电压大小不同，以此原理测量水体温度，用于测量指定位置处的水体温度。

-重量块，采用铅鱼；

所述铅鱼是由比重较大的、在水体中阻力较小的物体，用于将测量传感器稳定地沉入水中。

-采液部件，采用采液管；

所述采液管可以由高抗拉强度PE等材料制作的细管，其作用是作为水体采样的输送通道。

-储液盘，可以是由金属或高抗拉强度非金属材料制作的含有多个储存室的轮盘，用于储存被采集到的水样。

-滑轮可以是由金属或高抗拉强度非金属材料制作的部件，为缆绳和采液管运动提供导向和减少摩檫力的滚动部件。

-动力部件，采用卷扬机；

所述卷扬机是由金属材料制作的动力部件，用于为控制铅鱼的下放或提升提供动力。

-支撑部件，采用支架；

所述支架是由高强铝合金材料焊接的不易变形框架，为滑轮、储液盘、卷扬机、真空泵等提供支撑固定。

-抽真空部件，采用真空泵；

所述真空泵是一种负压泵，通过负压将水体通过采液管吸到储液盘内。

-采集控制部件，包含数据采集卡和采集控制平台；

所述数据采集卡指从传感器和***等测量单元中自动实时读取或收集传感器的测量信息，对传感器反馈上来的电流或电压模拟信号进行分析与处理，转换成对应的数字信号值并上传至采集控制平台；

所述采集控制平台用于控制卷扬机的启动、转向与转速，显示并储存传感器的测量数据。

-定位部件，采用***；

所述***支持GPS、北斗、伽利略、GLONASS等国际主流定位***，为野外测量提供测点的经纬度或相对于起测点的相对坐标等位置信息。

另外，本发明中上述部分部件还需要连接电源，所述电源可以是干电池或直流电源，为上述的传感器、数据采集卡、真空泵、卷扬机、***、采集控制部件等供电。

以上是本发明部分优选结构选择，上述各个部件也可以是其他的结构。上述各个优选结构可以单独使用，在互相不冲突的前提下，也可以任意组合使用，组合使用时效果会更好。

具体的，以下为了更好理解本发明的技术方案，基于上述优选特征对本发明装置的部分实施例进行详细说明：

实施例1

本实施例为最大水深10m的水体提供一种野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，如图1所示，包括水深传感器1、温度传感器2、铅鱼3、缆绳4、信号线5、采液管6、储液盘7、滑轮8、支架9、卷扬机10、真空泵11、数据采集卡12、采集控制平台13、电源14和***15等。其中：水深传感器1和温度传感器2设置在铅鱼3上；缆绳4一端通过滑轮8连接卷扬机10，另外一端连接铅鱼3；信号线5一端连接水深传感器1、温度传感器2，另外一端连接数据采集卡12；采液管6一端设置在铅鱼3上，另外一端设置在卷扬机10，并连接到储液盘7；滑轮8、卷扬机10、真空泵11和储液盘7安装在支架9上；信号线5将数据采集卡12与采集控制平台13连接，水深传感器1、温度传感器2、数据采集卡12、采集控制平台13、***15分别与电源14连接。

本实施例中，所述水深传感器1是由压电陶瓷和电压测量元件组成，电压±5V。

本实施例中，所述温度传感器2是由PTC热敏元件和电压测量元件组成，电压±5V。

本实施例中，所述铅鱼3是外形像鱼的重物，重量3kg。

本实施例中，所述缆绳4是由高抗拉强度凯夫拉高分子纤维制成，直径3mm，具有较高的抗拉强度和较轻的质量。

本实施例中，所述信号线5是由防渗绝缘***和导电铜线8芯线组成，采用485信号通讯，其作用是连接传感器形成供电和信号传递通道。

本实施例中，所述采液管6是由高抗拉强度PE材料制作的软细管。

本实施例中，所述储液盘7是由金属材料制作的含有8个储存室的轮盘。

本实施例中，所述滑轮8是由金属材料制作部件，直径10cm。

本实施例中，所述卷扬机10是由金属材料制作转动部件，功率100w。

本实施例中，所述支架9是由金属材料制作部件，用于支撑滑轮、储液盘等的部件。

本实施例中，所述真空泵11是一种负压泵，功率50w。

本实施例中，所述数据采集卡12从传感器和***等测量单元中自动实时读取或收集测量信息，并对传感器反馈上来的电流或电压模拟信号进行分析与处理，转换成对应的数字信号后上传至采集控制平台。

本实施例中，所述采集控制平台13是由计算机语言编写的数据采集、分析和控制的管理平台。

本实施例中，所述电源14是向电子设备提供能量的装置，额定功率300w，电压60V。

本实施例中，所述的***是GPS定位传感器。

上述实施例的工作过程是：通过采集控制平台13发出的指令完成不同的操作。首先打开电源，开启采集控制平台，通过视窗操作，将铅鱼3放到水底，测量水体总深度；其次，通过水体总深度和输入测量点的个数N，数据采集卡12、采集控制平台13自动分析计算各测点的间距及每个测点处的测量频率和采样时长；然后，在采集控制平台13的指令控制下，开始自动测量与采集，卷扬机10开始转动回收缆绳4开始自动测量与采集，同时真空泵11开始工作，储液盘7开始储存输入的水体并按要求转动换至下一储存室；数据采集卡12实时读取水深传感器1、温度传感器2测得的电压值及测点位置的经纬度坐标和相对起始测点的相对坐标等参数，转换成数字信号后上传至采集控制平台13予以保存，以供工后读取分析；最后，当铅鱼3接近水面时，停止采集控制平台13工作，关闭电源。

本实施例能实现最大水深10米内的水体温度与对应水深的同步测量及自动控制，水体样本自动采集储存，测量数据自动存储，并提供测量位置的经纬度及相对起始测点的相对坐标、测量轨迹图。

实施例2

本实施例为最大水深100m的水体提供一种野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，如图1所示，主要包括水深传感器1、温度传感器2、铅鱼3、缆绳4、信号线5、采液管6、储液盘7、滑轮8、支架9、卷扬机10、真空泵11、数据采集卡12、采集控制平台13、电源14和***15等。各部件连接关系与实施例1中相同。

本实施例中，所述水深传感器1是由压电陶瓷和电流测量元件组成，电流24mA。

本实施例中，所述温度传感器2是由PTC热敏元件和电流测量元件组成，电流24mA。

本实施例中，所述铅鱼3是外形像鱼的重物，重量8kg。

本实施例中，所述缆绳4是由高抗拉强度凯夫拉高分子纤维制成，直径6mm。

本实施例中，所述信号线5是由防渗绝缘***和导电铜线8芯线组成。

本实施例中，所述采液管6是由高抗拉强度PE材料制作的软细管。

本实施例中，所述储液盘7是由金属材料制作的含有32个储存室的轮盘。

本实施例中，所述滑轮8是由金属材料制作部件，直径30cm。

本实施例中，所述卷扬机10是由金属材料制作转动部件，功率400w。

本实施例中，所述支架9是由金属材料制作部件，用于支撑滑轮、储液盘等的部件。

本实施例中，所述真空泵11是一种负压泵，功率100w。

本实施例中，所述数据采集卡12从传感器和***等测量单元中自动实时读取或收集测量信息，并对传感器反馈上来的电流或电压模拟信号进行分析与处理，转换成对应的数字信号后上传至采集控制平台。

本实施例中，所述采集控制平台13是由计算机语言编写的数据采集、分析和控制的管理平台。

本实施例中，所述电源14是向电子设备提供功率的装置，额定功率2200w，电压220V。

本实施例中，所述***15是北斗定位传感器。

基于上述结构，本实施例工作过程是：通过采集控制平台13发出的指令完成不同的操作。首先打开电源，开启采集控制平台13，通过视窗操作，将铅鱼3放到水底，测量水体总深度。其次，通过水体总深度和输入测量点的个数N，数据采集卡12、采集控制平台13自动分析计算各测点的间距及每个测点处的测量频率和采样时长；然后，在采集控制平台13的指令控制下，开始自动测量与采集，卷扬机10开始转动回收缆绳4开始自动测量与采集；然后，按下自动测量与采集键，卷扬机10开始转动回缆绳4，同时真空泵11开始工作，储液盘7开始储存输入的水体并按要求转动换至下一储存室；数据采集卡12实时读取水深传感器1、温度传感器2测得的电压值水深、温度及测点位置的经纬度坐标和相对起始测点的相对坐标等参数，转换成数字信号后并上传至采集控制平台13予以保存，以供工后读取分析；最后，当铅鱼3接近水面时，停止采集控制平台13工作，关闭电源。

本实施例实现了最大水深100米内的水体温度与对应水深的同步测量及自动控制，水体样本自动采集储存，测量数据自动存储，并提供测量位置的经纬度及相对起始测点的相对坐标、测量轨迹图。

以上是本发明的两个优选实施例说明，在其他实施例中，上述的支撑部件、滑轮也可以省略，同样的，各部件也可以替换为能实现相同功能的其他结构，这对实现本发明的目的没有影响。

综上实施例，本发明实现水体温度与所在位置的水深同步测量及水体自动采样，数据自动存储，并提供测量位置，集成一体化，易携带、安装、拆卸，单人即可完成测量操作。

图中，相同的附图标记代表相同的零部件或作用同等的零部件，目的是为了方便地描述本发明。所有附图仅仅是为了便于解释说明本发明的技术内容；构成最优实施方式所采用的数字、零部件的位置、零部件之间的相互关系以及零部件的尺寸等技术特征不构成对技术方案本身的限定，而应延伸至该技术领域所覆盖的整个领域。

上述通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：包括：重量块、水深测量部件、温度测量部件、采液部件、储液部件、定位部件、动力部件以及采集控制部件，其中：

所述水深测量部件、所述温度测量部件设置于所述重量块上，用于分别测量水体的深度、温度；

所述重量块一端沉入水中，所述水深测量部件、温度测量部件随之沉入水中，所述重量块另一端通过缆绳与所述动力部件连接；

所述采液部件一端连接于所述重量块上，另一端连接所述动力部件，且所述采液部件与所述储液部件相通；在所述采液部件与所述储液部件之间设有抽真空部件，通过负压将采集的液体存入所述储液部件；

所述定位部件，用于提供野外测量测点的经纬度或相对于起测点的相对坐标信息，并将所测数据上传给所述采集控制部件；

所述采集控制部件，用于获取所述水深测量部件、所述温度测量部件的测量数据，并控制所述动力部件的工作，显示和/或储存各测量数据和定位数据。

2.根据权利要求1所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：所述水深测量部件为水深传感器，该水深传感器根据通过的电流或电压大小不同，测量水体中指定位置的水深。

3.根据权利要求2所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：所述水深传感器由压电陶瓷和电流或电压测量元件组成，不同水体压强所引起的阻力不同，导电能力不同，通过的电流或电压大小不同，以此原理测量水深。

4.根据权利要求1所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：所述温度测量部件为温度传感器，该温度传感器根据通过的电流或电压大小不同，测量水体中指定位置处的水体温度。

5.根据权利要求4所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：所述温度传感器由热敏元件和电流或电压测量元件组成，不同水体温度所引起的阻力不同，导电能力不同，通过的电流或电压大小不同，以此原理测量水体温度。

6.根据权利要求1所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：所述重量块采用铅鱼，所述铅鱼比重大且在水体中阻力小。

7.根据权利要求1所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：所述储液部件为含有多个储存室的轮盘，所述储存室大小相同并绕轮盘圆心均匀圆周排列，每个储存室可存储一次采集到的水样。

8.根据权利要求1-7任一项所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：所述***进一步包括支撑部件，所述储液部件、所述动力部件、所述抽真空部件均安装在所述支撑部件上。

9.根据权利要求8所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：所述***进一步包括滑轮，所述滑轮设置在支撑部件上，所述缆绳经所述滑轮连接所述动力部件与所述重量块，所述滑轮是为缆绳和采液管运动提供导向和减少摩檫力的滚动部件。

10.根据权利要求1-7任一项所述的野外水体水深、温度的同步测量和水体同步采样***，其特征在于：具有以下一种或多种特征：

-所述动力部件采用卷扬机，为控制所述重量块的下放或提升提供动力；

-所述抽真空部件采用真空泵，通过负压将水体吸到储液盘内；

-所述采集控制部件设有数据采集卡，用于从所述水深测量部件、所述温度测量部件自动读取和保存测得的电压或电流信号并将其转换为数字信号，以及从所述定位部件中自动实时读取和保存位置信息，也用于控制所述动力部件的启动、转向和转速。