CN113844591B - 一种用于监测海水水质的浮标 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测海水水质的浮标，包括浮力单元、配重单元、监测单元、推力单元、位置平衡单元、卫星导航单元和控制单元，其特征在于：所述浮力单元通过绳索与所述配重单元连接；所述浮力单元的一侧连接有所述推力单元；所述浮力单元上还搭载有卫星导航单元和控制单元；该用于监测海水水质的浮标，具有监测准确、智能、应用性强等优势，还具有监测数据实时、稳定等功能特点。

Description

一种用于监测海水水质的浮标

技术领域

本发明属于海洋水质监测设备领域，具体涉及一种用于监测海水水质的浮标。

背景技术

海洋污染一直是世界难题，造成海洋污染的因素有很多，包括陆地污染物的流入、石油运输过程中发生的泄漏、海底油井在开采过程中的溢漏和井喷、核泄漏等。为了对海洋水质做出有针对性的监测，经常采用带有水质监测仪器的浮标进行实时监测，然而采用浮标进行水质监测的过程中，由于海里环境复杂，操作者很难对浮标的所处环境做出准确掌握，并对浮标的潜入海水中的深度以及所处的经纬度位置做出调整。

本发明提供一种用于监测海水水质的浮标，利用浮标携带水质监测仪器对海水的相关指标做出实时监测，同时浮力单元、配重单元、监测单元、推力单元、位置平衡单元、卫星导航单元和控制单元之间的协调配合，对浮标潜入海水中的深度以及所处的经纬度位置做出适时掌握并做出即使调整。具有监测准确、智能、应用性强等优势，还具有监测数据实时、稳定等功能特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于监测海水水质的浮标，数据监测准确，适用于复杂的海洋工作环境，对浮标的所处位置能够进行适时掌握并进行适时调整。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案是：一种用于监测海水水质的浮标，其包括浮力单元、配重单元、监测单元、推力单元、位置平衡单元、卫星导航单元和控制单元，其特征在于：所述浮力单元通过绳索与所述配重单元连接；所述浮力单元的一侧连接有所述推力单元；所述浮力单元上还搭载有卫星导航单元和控制单元；

所述浮力单元包括漂浮壳体，所述漂浮壳体为中空结构，所述漂浮壳体的表面均匀开设有导槽，所述漂浮壳体的内部可拆卸设置有圆筒，所述圆筒通过横置的隔板将其分为上筒腔和下筒腔，所述下筒腔为水箱，所述水箱底部设置有水泵，所述水箱底部均匀分布有多个水管，所述水箱底部还设置有多个压力传感器，所述上筒腔内设置有压力气罐，所述压力气罐通过导气管与所述下筒腔相连通；所述上筒腔内还设置有绕线轮和绕线轮驱动装置，所述绕线轮驱动装置驱动绕线轮顺时针或逆时针旋转，以实现缠线或放线，所述绳索穿过隔板和圆筒底壁；

所述圆筒的底壁的外侧设置有监测单元，所述监测单元包括水质监测器；

所述位置平衡单元安装在所述圆筒的底端，所述位置平衡单元包括多个扇叶板，所述多个扇叶板均匀地铰接在所述圆筒的底端，且扇叶邻近铰接端的位置与圆筒之间还通过弹簧连接；

所述卫星导航单元用于获取所述浮标的位置信息；所述卫星导航单元包括信号接收器、数据传输器和信号处理器，所述数据传输器用于接收卫星信号并将接收的卫星信号传输给信号接收器，所述信号接收器将信号传送给信号处理器，信号处理器对所述信号进行处理，将获取的所述浮标的实际位置信息与目标位置信息进行比较从而获取差值信息，并将所述差值信息传输给所述控制单元；所述控制单元向所述浮力单元发出调整指令，所述浮力单元响应所述控制单元的指令，以调整所述浮标的经纬度位置。

进一步的，所述绕线轮驱动装置包括双轴电机；所述推力单元包括螺旋桨和螺旋桨外罩，所述双轴电机一端与螺旋桨连接，双轴电机另一端通过蜗轮蜗杆与所述绕线轮连接。

进一步的，其还包括环境探测单元，所述环境探测单元与所述浮力单元连接；所述环境探测单元包括超声波传感器、双目摄像头；多个所述超声波传感器均布在所述圆筒侧壁的周围，所述圆筒侧壁上还设置有电子发声器；所述环境探测单元用于收集所述浮标所处水域位置周围的障碍物信息；所述超声波传感器用于识别障碍物与所述浮标之间的距离，所述双目摄像头用于获取所述浮标所处水域位置周围的图像信息，超声波传感器将测得的距离信息、双目摄像头将拍摄到的图像信息分别传递给避障控制***，所述避障控制***将上述信息进行数据融合，当测得的距离小于第一安全距离，且图像信息显示障碍物为可移动障碍物时，所述避障控制***启动电子发生器，所述电子发生器持续发出声音对所述障碍物进行驱赶；当所述避障控制***显示可移动障碍物与所述浮标之间的距离小于第二安全距离时，所述避障控制***依据所述可移动障碍物与所述浮标之间的距离，计算出为避开障碍物浮标移动所需的推动力，并将执行指令传送给所述双轴电机；所述第一安全距离大于第二安全距离。

进一步的，所述压力传感器用于监测所述水箱内的水压，并将所述水压信号传递给所述控制单元，从而表征所述浮标下端潜入海水的深度；所述导气管上设置有控制气体导出的第一电磁阀，所述水管上设置有第二电磁阀；当所述浮标下端潜入海水的深度超过预定深度时，所述控制单元控制第一电磁阀打开，向所述下筒腔内通气，控制单元控制所述第二电磁阀打开，且控制水泵将水箱内的水通过水管排出，控制单元控制所述绕线驱动装置驱动绕线轮旋转实现对绳索的放线；当所述浮标下端潜入海水的深度未达到预定深度时，所述控制单元控制第一电磁阀关闭，所述控制单元控制所述水泵向所述水箱内加水，同时控制所述绕线驱动装置驱动绕线辊旋转实现对绳索的缠线。

进一步的，所述圆筒与漂浮壳体之间为密封连接。

进一步的，所述水管的截面处设置有过滤网。

进一步的，所述上筒腔内还设置有蓄电池，所述蓄电池与所述双轴电机连接。

同时，还提供了一种基于用于监测海水水质的浮标的使用方法，所述方法包括如下步骤：

S1:将所述浮标投放在海域的定点监测区域；所述控制单元根据设定的浮标下端潜入海水的深度，控制水泵工作，向水箱内注入海水，所述控制单元还控制绕线轮驱动装置工作，所述绕线轮驱动装置驱动绕线轮顺时针或逆时针旋转，进而控制浮标下端入水深度；

S2:所述控制单元控制位置平衡单元，所述位置平衡单元的多个扇叶板完全打开，多个扇叶板完全打开后，所述多个扇叶板所在的平面与所述圆筒的轴线垂直；

S3:所述监测单元对水域海水信息进行监测，并将监测信息实时传送给所述控制单元，进行存储、分析；

S4:工作过程中，卫星导航单元还实时对所述浮标的位置信息进行实时监测，当监测到的浮标实际位置信息与目标位置发生偏离值超过预设偏离值时，控制单元启动推力单元，调整所述浮标的位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过在海洋中设置用于监测海水水质的浮标，在浮标上携带水质监测器，从而在海洋中的水质环境做出适时监测；同时在浮标的漂浮壳体的内部可拆卸设置有圆筒，所述圆筒通过横置的隔板将其分为上筒腔和下筒腔，所述下筒腔为水箱，所述上筒腔内设置有压力气罐和绕线轮，通过控制单元控制气罐、水箱和绕线轮，从而实现对整个浮力单元的浮力大小做出调整，进而实现对浮体潜入水下的深度做出准确调整；同时运用卫星导航单元对浮体的所处经纬度信息做出准确掌握，并控制推力单元运行实现对浮体的位置进行准确调整；同时还设置环境探测单元，以防止所述浮体被海域中的障碍物进行躲避，采用电子发生器和浮标位置逃离相结合的方式实现避障；同时圆筒底端位置平衡单元的设置，即将多个扇叶板均匀地铰接在所述圆筒的底端，且扇叶邻近铰接端的位置与圆筒之间还通过弹簧连接，从而实现对浮标所述的位置进行稳定平衡。

附图说明

图1为本发明一种用于监测海水水质的浮标的整体结构示意图；

图2为本发明圆筒与配重单元连接结构示意图

图3为本发明圆筒内部结构示意图；

图4为本发明推力单元结构示意图。

附图标记说明：1.漂浮壳体 2.圆筒 3.隔板 4.绳索 5. 配重单元 6.压力气罐7. 导气管 8. 第一电磁阀 9. 水泵 10. 水管 11. 第二电磁阀 12. 绕线轮 13.双轴电机 14. 螺旋桨。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：

如图1-4，一种用于监测海水水质的浮标，其包括浮力单元、配重单元、监测单元、推力单元、位置平衡单元、卫星导航单元和控制单元，所述浮力单元通过绳索4与所述配重单元连接；所述浮力单元的一侧连接有所述推力单元；所述浮力单元上还搭载有卫星导航单元和控制单元；

所述浮力单元包括漂浮壳体1，所述漂浮壳体1为中空结构，并在所述漂浮壳体1的表面均匀开设有导槽，其目的在于导水，降低阻力；所述漂浮壳体1的内部可拆卸设置有圆筒2，所述圆筒2与漂浮壳体1之间为密封连接，以避免海水进入到所述漂浮壳体1内。

所述圆筒2通过横置的圆形隔板3将其分为上筒腔和下筒腔，所述下筒腔形成为水箱，且在所述水箱底部设置有水泵9，所述水箱底部均匀分布有多个水管10，多个水管10的作用在于向所述水箱内导入水或将水箱内的水排出到水箱外部；

所述水箱底部还设置有多个压力传感器，所述压力传感器的作用在于测定水箱内水的压力；所述上筒腔内设置有压力气罐6，所述压力气罐6通过导气管7与所述下筒腔相连通；所述上筒腔内还设置有绕线轮12和绕线轮驱动装置，所述绕线轮驱动装置驱动绕线轮12顺时针或逆时针旋转，以实现缠线或放线，所述绕线轮驱动装置包括双轴电机13，所述绳索4穿过隔板3和圆筒底壁；

所述圆筒2的底壁的外侧设置有监测单元，所述监测单元包括水质监测器；水质监测器可以设置多个，同时监测的指标可以根据需要作出调整；

所述位置平衡单元安装在所述圆筒的底端，所述位置平衡单元包括多个扇叶板，所述多个扇叶板均匀地铰接在所述圆筒的底端，且扇叶板邻近铰接端的位置与圆筒2之间还通过弹簧连接；

所述卫星导航单元用于获取所述浮标的位置信息；所述卫星导航单元包括信号接收器、数据传输器和信号处理器，所述数据传输器用于接收卫星信号并将接收的卫星信号传输给信号接收器，所述信号接收器将信号传送给信号处理器，信号处理器对所述信号进行处理，将获取的所述浮标的实际位置信息与目标位置信息进行比较从而获取差值信息，并将所述差值信息传输给所述控制单元；所述控制单元向所述浮力单元发出调整指令，所述浮力单元响应所述控制单元的指令，以调整所述浮标的经纬度位置。

所述推力单元的作用在于对浮标所处的经纬度位置做出调整，所述推力单元包括螺旋桨14和螺旋桨外罩，所述双轴电机13一端与螺旋桨14连接，从而实现对螺旋桨14的驱动，实现对所述浮标的位置进行调整；双轴电机13另一端通过蜗轮蜗杆与所述绕线轮12连接，驱动所述绕线轮的旋转，实现放线或缠线，双轴电机13的使用节约了动力装置，所述上筒腔内还设置有蓄电池，所述蓄电池与所述双轴电机13连接，为双轴电机13提供电力来源。

其还包括环境探测单元，所述环境探测单元与所述浮力单元连接；所述环境探测单元包括超声波传感器、双目摄像头；多个所述超声波传感器均布在所述圆筒侧壁的周围，所述圆筒侧壁上还设置有电子发声器；所述环境探测单元用于收集所述浮标所处水域位置周围的障碍物信息；所述超声波传感器用于识别障碍物与所述浮标之间的距离，所述双目摄像头用于获取所述浮标所处水域位置周围的图像信息，超声波传感器将测得的距离信息、双目摄像头将拍摄到的图像信息分别传递给避障控制***，所述避障控制***将上述信息进行数据融合，当测得的距离小于第一安全距离，且图像信息显示障碍物为可移动障碍物时，所述避障控制***启动电子发生器，所述电子发生器持续发出声音对所述障碍物进行驱赶；当所述避障控制***显示可移动障碍物与所述浮标之间的距离小于第二安全距离时，所述避障控制***依据所述可移动障碍物与所述浮标之间的距离，计算出为避开障碍物浮标移动所需的推动力，并将执行指令传送给所述双轴电机13，推动浮标，对浮标的位置做出调整以实现避障。所述第一安全距离大于第二安全距离。

用于监测所述水箱内的水压的压力传感器，将所述水压信号传递给所述控制单元，从而换算并表征出所述浮标潜入海水的深度；所述导气管7上设置有控制气体导出的第一电磁阀8，所述水管10上设置有第二电磁阀11；当所述浮标潜入海水的深度超过预定深度时，所述控制单元控制第一电磁阀8打开，将压力气罐中的气体向所述下筒腔内通气，控制单元控制所述第二电磁阀11打开，且控制水泵9将水箱内的水通过水管10排出，控制单元控制所述绕线驱动装置驱动绕线轮旋转实现对绳索的放线；所述浮标潜入海水的深度未达到预定深度时，所述控制单元控制第一电磁阀8关闭，所述控制单元控制所述水泵9向所述水箱内抽水，同时控制所述绕线驱动装置驱动绕线辊旋转实现对绳索的缠线；而为了避免水管被堵塞，在所述水管的截面处设置有过滤网。

具体的，基于用于监测海水水质的浮标的使用方法，所述方法包括如下步骤：

S1:将所述浮标投放在海域的定点监测区域；所述控制单元根据设定的浮标下端潜入海水的深度，控制水泵工作，向水箱内注入海水，所述控制单元还控制绕线轮驱动装置工作，所述绕线轮驱动装置驱动绕线轮顺时针或逆时针旋转，进而控制浮标下端入水深度；

S2:所述控制单元控制位置平衡单元，所述位置平衡单元的多个扇叶板完全打开，多个扇叶板完全打开后，所述多个扇叶板所在的平面与所述圆筒的轴线垂直；

S3:所述监测单元对水域海水信息进行监测，并将监测信息实时传送给所述控制单元，进行存储、分析；

S4:工作过程中，卫星导航单元还实时对所述浮标的位置信息进行实时监测，当监测到的浮标实际位置信息与目标位置发生偏离值超过预设偏离值时，控制单元启动推力单元，调整所述浮标的位置。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于监测海水水质的浮标，其包括浮力单元、配重单元、监测单元、推力单元、位置平衡单元、卫星导航单元和控制单元，其特征在于：所述浮力单元通过绳索与所述配重单元连接；所述浮力单元的一侧连接有所述推力单元；所述浮力单元上还搭载有卫星导航单元和控制单元；所述浮力单元包括漂浮壳体，所述漂浮壳体为中空结构，所述漂浮壳体的表面均匀开设有导槽，所述漂浮壳体的内部可拆卸设置有圆筒，所述圆筒通过横置的隔板将其分为上筒腔和下筒腔，所述下筒腔为水箱，所述水箱底部设置有水泵，所述水箱底部均匀分布有多个水管，所述水箱底部还设置有多个压力传感器，所述上筒腔内设置有压力气罐，所述压力气罐通过导气管与所述下筒腔相连通；所述上筒腔内还设置有绕线轮和绕线轮驱动装置，所述绕线轮驱动装置驱动绕线轮顺时针或逆时针旋转，以实现缠线或放线，所述绳索穿过隔板和圆筒底壁；所述圆筒的底壁的外侧设置有监测单元，所述监测单元包括水质监测器；所述位置平衡单元安装在所述圆筒的底端，所述位置平衡单元包括多个扇叶板，所述多个扇叶板均匀地铰接在所述圆筒的底端，且扇叶邻近铰接端的位置与圆筒之间还通过弹簧连接；所述卫星导航单元用于获取所述浮标的位置信息；所述卫星导航单元包括信号接收器、数据传输器和信号处理器，所述数据传输器用于接收卫星信号并将接收的卫星信号传输给信号接收器，所述信号接收器将信号传送给信号处理器，信号处理器对所述信号进行处理，将获取的所述浮标的实际位置信息与目标位置信息进行比较从而获取差值信息，并将所述差值信息传输给所述控制单元；所述控制单元向所述浮力单元发出调整指令，所述浮力单元响应所述控制单元的指令，以调整所述浮标的经纬度位置；所述压力传感器用于监测所述水箱内的水压，并将所述水压信号传递给所述控制单元，从而表征所述浮标下端潜入海水的深度；所述导气管上设置有控制气体导出的第一电磁阀，所述水管上设置有第二电磁阀；当所述浮标下端潜入海水的深度超过预定深度时，所述控制单元控制第一电磁阀打开，向所述下筒腔内通气，控制单元控制所述第二电磁阀打开，且控制水泵将水箱内的水通过水管排出，控制单元控制所述绕线轮驱动装置驱动绕线轮旋转实现对绳索的放线；当所述浮标下端潜入海水的深度未达到预定深度时，所述控制单元控制第一电磁阀关闭，所述控制单元控制所述水泵向所述水箱内加水，同时控制所述绕线轮驱动装置驱动绕线辊旋转实现对绳索的缠线；所述绕线轮驱动装置包括双轴电机；所述推力单元包括螺旋桨和螺旋桨外罩，所述双轴电机一端与螺旋桨连接，双轴电机另一端通过蜗轮蜗杆与所述绕线轮连接；其还包括环境探测单元，所述环境探测单元与所述浮力单元连接；所述环境探测单元包括超声波传感器、双目摄像头；多个所述超声波传感器均布在所述圆筒侧壁的周围，所述圆筒侧壁上还设置有电子发声器；所述环境探测单元用于收集所述浮标所处水域位置周围的障碍物信息；所述超声波传感器用于识别障碍物与所述浮标之间的距离，所述双目摄像头用于获取所述浮标所处水域位置周围的图像信息，超声波传感器将测得的距离信息、双目摄像头将拍摄到的图像信息分别传递给避障控制***，所述避障控制***将上述信息进行数据融合，当测得的距离小于第一安全距离，且图像信息显示障碍物为可移动障碍物时，所述避障控制***启动电子发生器，所述电子发生器持续发出声音对所述障碍物进行驱赶；当所述避障控制***显示可移动障碍物与所述浮标之间的距离小于第二安全距离时，所述避障控制***依据所述可移动障碍物与所述浮标之间的距离，计算出为避开障碍物浮标移动所需的推动力，并将执行指令传送给所述双轴电机；所述第一安全距离大于第二安全距离；所述圆筒与漂浮壳体之间为密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于监测海水水质的浮标，其特征在于：所述水管的截面处设置有过滤网。

3.根据权利要求2所述的一种用于监测海水水质的浮标，其特征在于：所述上筒腔内还设置有蓄电池，所述蓄电池与所述双轴电机连接。

4.一种基于权利要求1-3任一项所述用于监测海水水质的浮标的使用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

S1:将所述浮标投放在海域的定点监测区域；所述控制单元根据设定的浮标下端潜入海水的深度，控制水泵工作，向水箱内注入海水，所述控制单元还控制绕线轮驱动装置工作，所述绕线轮驱动装置驱动绕线轮顺时针或逆时针旋转，进而控制浮标下端入水深度；

S2:所述控制单元控制位置平衡单元，所述位置平衡单元的多个扇叶板完全打开，多个扇叶板完全打开后，所述多个扇叶板所在的平面与所述圆筒的轴线垂直；

S3:所述监测单元对水域海水信息进行监测，并将监测信息实时传送给所述控制单元，进行存储、分析；

S4:工作过程中，卫星导航单元还实时对所述浮标的位置信息进行实时监测，当监测到的浮标实际位置信息与目标位置发生偏离值超过预设偏离值时，控制单元启动推力单元，调整所述浮标的位置。