CN115792166B - 一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，包括承重安放底座和水下连接缆绳，所述水下连接缆绳安装在承重安放底座上端外壁中心处，通过在该河流用流速缓冲式水下水质监测装置的水下连接缆绳与监测主机之间增加有一个新型的沉浮缓冲装置，当监测主机受到水流冲击而下沉然后再上浮时，此时沉浮缓冲装置能够对水下连接缆绳起到一定长度的放线作用，使得水下连接缆绳正常连接承重安放底座与监测主机的同时又能够改变两者之间的连接距离，这样则能够保证监测主机在上下沉浮时不会对承重安放底座产生拉动作用，从而能够保证承重安放底座一直安放在河流底部且不会产生位移，从而能够保证该水下水质监测装置可定点进行水质监测。

Description

一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置

技术领域

本发明属于水质监测相关技术领域，具体涉及一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置。

背景技术

城镇化步伐的加快和区域经济的发展，加重了局部水资源的负荷，也加剧了城市地下水的污染，很多城市的地下水均出现了水质富营养化、铁锰超标等问题，水污染问题已经成为我国经济社会发展的最重要制约因素之一，已经引起国家和地方政府的高度重视，现有技术中通常使用水质监测装置实现对河流水质的管理，避免水污染造成的环境问题。

现有的河流用流速缓冲式水下水质监测装置技术存在以下问题：现有的河流用流速缓冲式水下水质监测装置在使用时，主要是通过承重安放底座把监测主机沉入到水中，使得监测主机处于水体中层并一直对水质进行监测，而承重安放底座则会通过自身重量把监测装置锁定在当前位置上，但是河流中的水是流动的，所以水流较急时会对监测主机产生较大的冲击力，这样则会容易造成监测主机带动承重安放底座在河流中出现大范围位移，这样会影响到监测装置对水质的监测效果，同时也会容易丢失监测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，以解决上述背景技术中提出的河流中的水是流动的，所以水流较急时会对监测主机产生较大的冲击力，这样则会容易造成监测主机带动承重安放底座在河流中出现大范围位移，这样会影响到监测装置对水质的监测效果，同时也会容易丢失监测装置的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，包括承重安放底座和水下连接缆绳，所述水下连接缆绳安装在承重安放底座上端外壁中心处，所述承重安放底座靠近两侧上端外壁上均设置有吊环，所述水下连接缆绳上端外部设置有沉浮缓冲装置，所述沉浮缓冲装置上端设置有监测主机，所述监测主机上端外壁上设置有电池箱，所述监测主机靠近上下两侧圆形外壁外部设置有水流缓冲装置，所述电池箱上端外壁上设置有充电连接缆绳，所述充电连接缆绳上端设置有浮漂，所述浮漂上端外壁内部内嵌有太阳能板，所述沉浮缓冲装置包括限位挡环、沉浮缓冲筒、缓冲复位弹簧和连接式挡块，所述沉浮缓冲筒竖向连接在监测主机下端外壁中心处，所述沉浮缓冲筒下端开口圆形内壁上设置有限位挡环，所述水下连接缆绳上端设置有连接式挡块，所述连接式挡块位于沉浮缓冲筒的内部，所述连接式挡块下端外壁与限位挡环上端内壁之间设置有缓冲复位弹簧，所述缓冲复位弹簧套接在水下连接缆绳的外部，所述水流缓冲装置包括锥形缓冲环套和固定贴片，所述锥形缓冲环套设置有两个，两个所述锥形缓冲环套均通过多个固定贴片和螺丝分别套接在监测主机靠近上下两侧圆形外壁外部。

优选的，所述监测主机靠近上侧前端外壁内部内嵌有无线模块，所述无线模块下侧且位于监测主机外壁内部等距内嵌有四个水质检测传感器，四个所述水质检测传感器之间分别设置有水温检测传感器、pH值检测传感器等多种检测传感器。

优选的，所述浮漂横截面形状呈圆形，所述浮漂与太阳能板连接处采用防水处理，所述太阳能板的上端外露在浮漂上端外壁外部。

优选的，所述充电连接缆绳的中心处内部设置有电线，所述电池箱内部设置有蓄电池，所述太阳能板通过电线与电池箱内部的电池电性连接。

优选的，所述限位挡环内部直径小于连接式挡块的直径，所述连接式挡块可在沉浮缓冲筒内部上下活动，所述缓冲复位弹簧内部直径大于限位挡环内部直径。

优选的，所述锥形缓冲环套在监测主机的外部呈上大下小的锥形环状结构，所述锥形缓冲环套未被锁定时可在监测主机的外部上下活动。

与现有技术相比，本发明提供了一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，具备以下有益效果：

1、本发明通过在该河流用流速缓冲式水下水质监测装置的水下连接缆绳与监测主机之间增加有一个新型的沉浮缓冲装置，当监测主机在水体中层受到水流冲击而出现上下沉浮现象时，此时因为整个河流用流速缓冲式水下水质监测装置是通过承重安放底座沉在水中的，所以监测主机受到水流影响而上下沉浮时则会容易造成整个河流用流速缓冲式水下水质监测装置在水中出现位移，且位移距离过大时会丢失该河流用流速缓冲式水下水质监测装置，并且水位上涨时，会容易造成漂浮在水面的浮漂带动太阳能板沉入到水体中，这样会造成浮漂失去标记作用，同时也会阻碍到太阳能板的发电，而该新型的沉浮缓冲装置则能够有效的避免上述情况发生，当监测主机受到水流冲击而下沉然后在上浮时，监测主机会产生阻力和上下起伏的冲击力，而上下起伏产生的冲击力以及水流的冲击力都会造成河流用流速缓冲式水下水质监测装置在水中出现大幅度位移，此时沉浮缓冲装置能够对水下连接缆绳起到一定长度的放线作用，使得水下连接缆绳正常连接承重安放底座与监测主机的同时又能够改变两者之间的连接距离，这样则能够保证监测主机在上下沉浮时不会对承重安放底座产生拉动作用，从而能够保证承重安放底座一直安放在河流底部且不会产生位移，从而能够保证该水下水质监测装置可定点进行水质监测，且当水位上涨时，浮漂会通过浮力随着水位一起上涨，这样则会对承重安放底座产生向上的拉动作用，此时沉浮缓冲装置则能够避免该情况发生，浮漂上浮时会通过监测主机向上拉动沉浮缓冲筒，而沉浮缓冲筒向上活动时则会使得水下连接缆绳通过顶端的连接式挡块向下活动，这样则会增加整个水下水质监测装置的使用长度，使得浮漂可正常随着水位上涨而上浮，同时又不会对承重安放底座产生较大力度的上拉力，从而能够保证浮漂可一直漂浮在水面上起到标记作用，也保证太阳能板充分采集光能并转换为电能给电池箱内部电池进行充电，保证该水下水质监测装置一直处于充足电量情况下进行水质监测。

2、本发明通过在监测主机外部增加有一个新型的水流缓冲装置，该新型的水流缓冲装置在不影响到监测主机正常对水质进行监测的同时，又能够保证监测主机在受到水流冲击时而出现较大幅度的上下沉浮，避免监测主机沉浮幅度较大而容易造成浮漂和太阳能板沉入水中，这样能够大大增加该水下水质监测装置的监测效果和监测稳定性，当水流通过监测主机时，水流会同步通过两个锥形缓冲环套，而因为两个锥形缓冲环套下端外壁为向上倾斜的斜面外壁，所以水流通过时会通过锥形缓冲环套下端斜面外壁作用而把锥形缓冲环套向上推动，水流通过时对锥形缓冲环套产生向上推力则会保证监测主机不会在水中出现大幅度沉浮，从而能够保证监测主机在水中处于一个稳定的深度范围中进行水质监测。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明提出的一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置立体结构示意图；

图2为本发明提出的一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置主视结构示意图；

图3为本发明提出的沉浮缓冲装置平面结构示意图；

图4为本发明提出的水流缓冲装置平面结构示意图；

图中：1、吊环；2、承重安放底座；3、水下连接缆绳；4、沉浮缓冲装置；5、监测主机；6、水质检测传感器；7、无线模块；8、电池箱；9、充电连接缆绳；10、浮漂；11、太阳能板；12、水温检测传感器；13、水流缓冲装置；14、限位挡环；15、沉浮缓冲筒；16、缓冲复位弹簧；17、连接式挡块；18、锥形缓冲环套；19、固定贴片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，包括承重安放底座2和水下连接缆绳3，水下连接缆绳3安装在承重安放底座2上端外壁中心处，承重安放底座2靠近两侧上端外壁上均设置有吊环1，水下连接缆绳3上端外部设置有沉浮缓冲装置4，沉浮缓冲装置4上端设置有监测主机5，监测主机5上端外壁上设置有电池箱8，监测主机5靠近上下两侧圆形外壁外部设置有水流缓冲装置13，电池箱8上端外壁上设置有充电连接缆绳9，充电连接缆绳9的中心处内部设置有电线，电池箱8内部设置有蓄电池，太阳能板11通过电线与电池箱8内部的电池电性连接，充电连接缆绳9上端设置有浮漂10，浮漂10上端外壁内部内嵌有太阳能板11，浮漂10横截面形状呈圆形，浮漂10与太阳能板11连接处采用防水处理，太阳能板11的上端外露在浮漂10上端外壁外部，浮漂10带动太阳能板11漂浮在水面上，能够保证太阳能板11充分采集光能并转化为电能，从而能够在有太阳的情况下持续给电池箱8内部的电池进行充电，监测主机5靠近上侧前端外壁内部内嵌有无线模块7，无线模块7下侧且位于监测主机5外壁内部等距内嵌有四个水质检测传感器6，四个水质检测传感器6之间分别设置有水温检测传感器12、pH值检测传感器等多种检测传感器，该水下水质监测装置可在极短的时间内，将监测点所采集的数据通过无线模块7传至用户端，确保数据的及时性和有效性，通过***平台，用户可设置所监测参数的安全值域，一旦前端传感器监测到某处水质参数超过安全值域，***将发送报警信息通知用户，以便及时处理，沉浮缓冲装置4包括限位挡环14、沉浮缓冲筒15、缓冲复位弹簧16和连接式挡块17，限位挡环14内部直径小于连接式挡块17的直径，连接式挡块17可在沉浮缓冲筒15内部上下活动，缓冲复位弹簧16内部直径大于限位挡环14内部直径，沉浮缓冲筒15竖向连接在监测主机5下端外壁中心处，沉浮缓冲筒15下端开口圆形内壁上设置有限位挡环14，水下连接缆绳3上端设置有连接式挡块17，连接式挡块17位于沉浮缓冲筒15的内部，连接式挡块17下端外壁与限位挡环14上端内壁之间设置有缓冲复位弹簧16，缓冲复位弹簧16套接在水下连接缆绳3的外部，水流缓冲装置13包括锥形缓冲环套18和固定贴片19，锥形缓冲环套18设置有两个，两个锥形缓冲环套18均通过多个固定贴片19和螺丝分别套接在监测主机5靠近上下两侧圆形外壁外部，锥形缓冲环套18在监测主机5的外部呈上大下小的锥形环状结构，锥形缓冲环套18未被锁定时可在监测主机5的外部上下活动，当水流通过监测主机5时，水流会同步通过两个锥形缓冲环套18，而因为两个锥形缓冲环套18下端外壁为向上倾斜的斜面外壁，所以水流通过时会通过锥形缓冲环套18下端斜面外壁作用而把锥形缓冲环套18向上推动，水流通过时对锥形缓冲环套18产生向上推力则会保证监测主机5不会在水中出现大幅度沉浮，从而能够保证监测主机5在水中处于一个稳定的深度范围中进行水质监测。

本发明的工作原理及使用流程：本发明安装好过后，首先需要把起吊设备的吊钩挂到吊环1上，然后通过起吊设备把承重安放底座2安放到船上，然后则需要把承重安放底座2上的水下连接缆绳3通过沉浮缓冲装置4与监测主机5连接固定好，然后再在监测主机5上端的电池箱8上通过充电连接缆绳9与浮漂10连接固定好，然后船在河流上到达投放位置上后，需要通过起吊设备下放承重安放底座2，使得整个河流用流速缓冲式水下水质监测装置会被沉入到河流中，此时监测主机5则处于水体中层，而浮漂10则漂浮在水面上，然后即可正常使用该河流用流速缓冲式水下水质监测装置对水质进行监测，该水下水质监测装置可在线实时监测水体溶解氧、浊度、PH值、电导率、水温、悬浮物等参数的变化情况，且该水下水质监测装置可在极短的时间内，将监测点所采集的数据传至用户端，确保数据的及时性和有效性，通过***平台，用户可设置所监测参数的安全值域，一旦前端传感器监测到某处水质参数超过安全值域，***将发送报警信息通知用户，以便及时处理，确保蓄水池、水库的水质良好，且检测主机上的水质检测传感器6主要是超声波水质传感器，而超声波水质传感器是利用超声波在不同介质中传播速度的不同进行氨氮浓度识别，超声波传感器的发射面和反射面的距离是固定的，超声波探头（收发一体）发出声波脉冲到反射挡板，然后反射回探头，这里采用TOF的方法测时间，TOF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机，我们这里采用的反射面的方式，之间往返的飞行时间来测量节点间的距离，通俗的说，就是通过向被测物体发射红外光源，光波被物体反射回来后，被传感器收集，***通过计算接收光波的脉冲差或时间差，从而计算被测物体与相机间的距离，我们在这里采用反射面，超声波由MCU(微控制单元)控制，从换能器发射出去，经过定长的飞行管道，碰到对面的反射面，然后返回，再被传感器接收，传递给MCU(微控制单元)，进而计算出当前超声波在此种介质中的传播速度，通过多次循环计算平均飞行时间（TOF），在固定温度以及氨氮浓度溶液中，TOF几乎是固定不变的，在不同的介质或不同氨氮浓度中，超声波的传播速度有所区别，那反应到在我们的设备中的表现，就是发射和接收的飞行时间有所区别，从而能够进行识别，使用这种TOF的方法，进行水质检测的最大的难点有两个，第一个是在于建立不同浓度和温度下的超声波传播标准曲线图，只有足够稳定和准确的曲线进行标准对比，才能准确的判断当前的水质是否是合格的，再就是在不同温度下，对超声波传播速度的影响，这里就需要通过大量的数据分析，建立足够可靠的温度补偿函数，进行温度补偿，第二个是这个检测时间，因为定长飞行管道不会很长，一般约为五至十厘米，在这个距离下，相对于超声波的传播速度，时间非常之短，一般这个时间是在纳秒范围内，超声波传播速度对氨氮浓度的变化反映十分敏感，不同氨氮浓度的水质，时间的偏差也就是几十纳秒，这里就要求我们对时间的采集必须足够精确，足够稳定，我们的解决方案时采用高精度高灵敏度的超声波控制和检测芯片对超声波的发射进行控制，严格和MCU(微控制单元)进行对时，并且对反射回来的超声波高灵敏度检测，也严格和MCU(微控制单元)进行对时，减小***误差，并且在画图上对整体线路板的布线进行等长处理，在MCU(微控制单元)程序中，对控制、检测进行算法上的处理，并且对获取的时间数据进行专门的数据滤波和数据清洗，建立二次拟合曲线，通过二次拟合曲线，在进行统一化取值，得到一个最为接近的，最真实时间数据，多次时间数据进行比较，再次拟合，获得一个数据。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，包括承重安放底座（2）和水下连接缆绳（3），其特征在于：所述水下连接缆绳（3）安装在承重安放底座（2）上端外壁中心处，所述承重安放底座（2）靠近两侧上端外壁上均设置有吊环（1），所述水下连接缆绳（3）上端外部设置有沉浮缓冲装置（4），所述沉浮缓冲装置（4）上端设置有监测主机（5），所述监测主机（5）上端外壁上设置有电池箱（8），所述监测主机（5）靠近上下两侧圆形外壁外部设置有水流缓冲装置（13），所述电池箱（8）上端外壁上设置有充电连接缆绳（9），所述充电连接缆绳（9）上端设置有浮漂（10），所述浮漂（10）上端外壁内部内嵌有太阳能板（11），所述沉浮缓冲装置（4）包括限位挡环（14）、沉浮缓冲筒（15）、缓冲复位弹簧（16）和连接式挡块（17），所述沉浮缓冲筒（15）竖向连接在监测主机（5）下端外壁中心处，所述沉浮缓冲筒（15）下端开口圆形内壁上设置有限位挡环（14），所述水下连接缆绳（3）上端设置有连接式挡块（17），所述连接式挡块（17）位于沉浮缓冲筒（15）的内部，所述连接式挡块（17）下端外壁与限位挡环（14）上端内壁之间设置有缓冲复位弹簧（16），所述缓冲复位弹簧（16）套接在水下连接缆绳（3）的外部，所述水流缓冲装置（13）包括锥形缓冲环套（18）和固定贴片（19），所述锥形缓冲环套（18）设置有两个，两个所述锥形缓冲环套（18）均通过多个固定贴片（19）和螺丝分别套接在监测主机（5）靠近上下两侧圆形外壁外部；

所述限位挡环（14）内部直径小于连接式挡块（17）的直径，所述连接式挡块（17）可在沉浮缓冲筒（15）内部上下活动，所述缓冲复位弹簧（16）内部直径大于限位挡环（14）内部直径；

所述锥形缓冲环套（18）在监测主机（5）的外部呈上大下小的锥形环状结构，所述锥形缓冲环套（18）未被锁定时可在监测主机（5）的外部上下活动。

2.根据权利要求1所述的一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，其特征在于：所述监测主机（5）靠近上侧前端外壁内部内嵌有无线模块（7），所述无线模块（7）下侧且位于监测主机（5）外壁内部等距内嵌有四个水质检测传感器（6），四个所述水质检测传感器（6）之间分别设置有水温检测传感器（12）、pH值检测传感器。

3.根据权利要求1所述的一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，其特征在于：所述浮漂（10）横截面形状呈圆形，所述浮漂（10）与太阳能板（11）连接处采用防水处理，所述太阳能板（11）的上端外露在浮漂（10）上端外壁外部。

4.根据权利要求1所述的一种河流用流速缓冲式水下水质监测装置，其特征在于：所述充电连接缆绳（9）的中心处内部设置有电线，所述电池箱（8）内部设置有蓄电池，所述太阳能板（11）通过电线与电池箱（8）内部的电池电性连接。

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