一种水质监测系统及其水质监测方法与流程

1.本发明涉及水质监测领域，尤其涉及一种水质监测系统及其水质监测方法。


背景技术：

2.随着工业日益发展，直接或间接引发的水污染问题也日益严重，因此水质监测的重要性也日益提升。传统的水质监测系统主要由分布在水域中的多个固定监测点完成，但这类由固定监测点所架构水质监测系统，监测范围受限，更需庞大的架构空间。在公开号为cn208672560u的中国专利中公开了一种可连续性监测三维水域的水质监测系统，包括移动载体单元、整合控制单元、感测单元以及电源供应单元。该装置通过多个感测模块实时感测特定位置及特定时间的水质感测数据，可实现三维水域的连续性监测，进而提供完整的大数据分析。上述现有技术的缺陷在于：感测单元与移动载体单元的动力来源相互独立，装置整体体积较大，而且感测单元的缆绳在水流湍急时容易飘动，不容易准确测量所需水深的水质，移动载体单元待机时也容易随波逐流，在一定时间后会飘离目标水域，需要重新控制返回目标水域。


技术实现要素：

3.本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种水质监测系统及其水质监测方法，动力系统结构更加紧凑，并提高水质检测的准确度。
4.本发明解决其技术问题采用的技术方案：一种水质监测系统，包括水质监测系统平台和漂浮型水质监测站，漂浮型水质监测站包括主控模块、无线通信模块、漂浮移动平台和水质传感器，无线通信模块和水质传感器均电性连接于主控模块，无线通信模块通过无线网络连接于水质监测系统平台，所述漂浮移动平台上设有驱动装置、移动装置和船锚装置，所述驱动装置包括传动轴和两个电机，传动轴与漂浮移动平台转动连接，两个电机分别设置在传动轴两端，所述移动装置包括两组分别转动安装在漂浮移动平台两侧的轮浆和轮轴，轮浆与轮轴的外端固定连接，两边的所述电机的输出轴与轮轴的内端之间、电机的输出轴与传动轴的一端之间均设有电控离合器，所述船锚装置包括卷绳器、缆绳和锚体，卷绳器与传动轴之间设有蜗轮蜗杆传动机构，卷绳器固定连接缆绳，缆绳固定连接锚体，锚体上固定安装水质传感器，所述电机和电控离合器均与主控模块电性连接。
5.进一步完善，所述电控离合器包括离合齿盘、电动伸缩缸、第一传动齿盘和第二传动齿盘，所述离合齿盘周向固定、轴向滑动安装在电机的输出轴上，所述第一传动齿盘和第二传动齿盘分别固定安装在轮轴的内端和传动轴的一端上，第一传动齿盘和第二传动齿盘之间设置离合齿盘，所述电动伸缩缸与主控模块电性连接，电动伸缩缸的伸缩端设有用于拨动离合齿盘进行轴向移动的拨叉，离合齿盘可以分别与第一传动齿盘和第二传动齿盘进行离合操作。
6.进一步完善，所述轮轴的内端和传动轴的一端均设有端孔，两个端孔之间滑动安装有导杆，导杆上固定安装有支撑轮，所述离合齿盘上设有环形导槽，所述支撑轮上端与环
形导槽凹凸配合。
7.进一步完善，所述锚体上设有水质采样器，水质采样器包括壳体、旋转分度机和样本存储盘，所述壳体内安装有旋转分度机，旋转分度机用于控制样本存储盘的转动角度，样本存储盘的表面上周向分布有若干个样本格子，所述壳体上设有取样泵，取样泵连接输液管道，输液管道的内端位于样本格子的上方。
8.一种水质监测方法：取样泵启动时可以将外界的水抽取到壳体内，并通过输液管道送到样本格子，旋转分度机可以驱动样本存储盘转动，切换不同的样本格子，从而存储不同的水质样本。监测站回收后，可以取出样本存储盘，提取样本送往实验室进行详细检测。
9.进一步完善，所述漂浮移动平台包括相互固定连接的机架和漂浮圈，漂浮圈的底部设有伸缩气囊，伸缩气囊连接气动系统，气动系统均与主控模块电性连接。
10.进一步完善，所述机架上设有安装平台，安装平台上安装有太阳能电池板和升降机构，升降机构包括连接气动系统的升降气囊，升降气囊与安装平台固定连接，升降气囊上端设有横杆，横杆的两端转动连接有滑块，所述太阳能电池板的背面固定安装有导轨，导轨与滑块滑动连接，导轨下端与安装平台转动连接，所述横杆上设有云台，云台上设有摄像头、警报器和天线，天线与无线通信模块电性连接。
11.进一步完善，所述锚体包括第一配重盘、第二配重盘和杠杆，杠杆转动安装在第一配重盘边缘，第一配重盘上设有通孔，所述第二配重盘位于第一配重盘的下方，第二配重盘铰接支撑杆，支撑杆穿过通孔，支撑杆铰接杠杆的内端，杠杆的外端设有抓钩。
12.与现有技术相比，本发明有益的效果是：
13.1、动力系统结构紧凑，通过离合器可以将电机的动力在轮浆和卷绳器之间进行切换，动力切换到轮浆上时，两个电机可以分别带动两个轮浆独立运动，动力切换到卷绳器上时，两个电机可以同时带动卷绳器进行工作，动力更加强劲。
14.2、船锚装置包括卷绳器、缆绳和锚体，锚体上固定安装水质传感器，水质传感器在水流湍急时不容易飘动，可以准确测量所需水深的水质，水质监测站待机时可以放下锚体，固定位置，在一定时间后水质监测站也不会飘离目标水域。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图；
16.图2为电控离合器的结构示意图；
17.图3为水质采样器的结构示意图；
18.图4为锚体的结构示意图；
19.图5为太阳能电池板展开和锚体沉底时的结构示意图；
20.图6为本发明的系统电路结构示意图；
21.附图标记说明：100、漂浮移动平台，110、机架，111、安装平台，112、太阳能电池板，113、升降气囊，114、横杆，115、滑块，116、导轨，120、漂浮圈，121、伸缩气囊，122、气动系统，130、云台，131、摄像头，132、警报器，133、天线，200、驱动装置，210、传动轴，220、电机，230、蜗轮蜗杆传动机构，300、移动装置，310、轮浆，320、轮轴，400、船锚装置，410、卷绳器，420、缆绳，430、锚体，431、第一配重盘，432、第二配重盘，433、杠杆，434、通孔，435、支撑杆，436、抓钩，440、水质传感器，500、电控离合器，510、离合齿盘，520、电动伸缩缸，530、第一传动齿
盘，540、第二传动齿盘，550、拨叉，560、导杆，570、支撑轮，600、水质采样器，610、壳体，620、旋转分度机，630、样本存储盘，640、样本格子，650、取样泵，660、输液管道。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步说明：
23.参照附图1：本实施例1中一种水质监测系统，包括水质监测系统平台和漂浮型水质监测站，漂浮型水质监测站包括主控模块、无线通信模块、漂浮移动平台100和水质传感器440，无线通信模块和水质传感器440均电性连接于主控模块，水质传感器440至少采集含酸碱值、温度、含氧浓度、氨氮浓度、氧化还原电位、总固含量、导电度、盐度或其他离子浓度等中的一种水质监测值。无线通信模块通过无线网络连接于水质监测系统平台，无线通信模块组配无线网进行传送或接收数据信号，可选用带gps定位功能的产品。所述漂浮移动平台100上设有驱动装置200、移动装置300和船锚装置400，所述驱动装置200包括传动轴210和两个电机220，传动轴210与漂浮移动平台100转动连接，两个电机220分别设置在传动轴210两端，所述移动装置300包括两组分别转动安装在漂浮移动平台100两侧的轮浆310和轮轴320，轮浆310与轮轴320的外端固定连接，两边的所述电机220的输出轴与轮轴320的内端之间、电机220的输出轴与传动轴210的一端之间均设有电控离合器500，所述船锚装置400包括卷绳器410、缆绳420和锚体430，卷绳器410与传动轴210之间设有蜗轮蜗杆传动机构230，蜗轮蜗杆传动机构230可以减速增大扭矩，而且具有自锁特性，卷绳器410固定连接缆绳420，缆绳420固定连接锚体430，锚体430上固定安装水质传感器440，所述电机220和电控离合器500均与主控模块电性连接。
24.工作原理：通过主控模块控制移动装置300工作，电控离合器500将动力切换到轮轴320上时，两个电机220可以分别带动两个轮浆310独立运动，实现前进、后退转向等动作。驱动漂浮移动平台100移动到目标水域，让水质传感器440采集该处实际的水质感测数据，然后通过无线通信模块将数据传输给水质监测系统平台进行储存和显示，方便后续利用数据进行分析处理，得到目标水质结果。电控离合器500将动力切换到传动轴210上时，两个电机220可以一起带动卷绳器410工作，扭力更大，电机220带动卷绳器410的卷轴正转时可以将缆绳420放出，使锚体430下沉到距离水面不同深度水域里，令水质传感器440不同深度的水质感测数据。电机220带动卷绳器410的卷轴反转时可以将缆绳420卷起，使锚体430上移到水面附近，减小移动阻力。锚体430沉底时可以锚定漂浮移动平台100在水面的位置，避免长时间待机后水质监测站飘离目标水域。
25.如附图2所示，实施例2，在实施例1的基础上，所述电控离合器500包括离合齿盘510、电动伸缩缸520、第一传动齿盘530和第二传动齿盘540，所述离合齿盘510周向固定、轴向滑动安装在电机220的输出轴上，所述第一传动齿盘530和第二传动齿盘540分别固定安装在轮轴320的内端和传动轴210的一端上，第一传动齿盘530和第二传动齿盘540之间设置离合齿盘510，所述电动伸缩缸520与主控模块电性连接，电动伸缩缸520的伸缩端设有用于拨动离合齿盘510进行轴向移动的拨叉550，离合齿盘510可以分别与第一传动齿盘530和第二传动齿盘540进行离合操作。通过上述技术方案，主控模块可以控制电动伸缩缸520进行伸缩，拨动离合齿盘510进行轴向移动，离合齿盘510右移时可以与第一传动齿盘530结合并与第二传动齿盘540分离，从而将电机220的动力传递给轮轴320，带动轮浆310转动。离合齿
盘510左移时可以与第一传动齿盘530分离并与第二传动齿盘540结合，从而将电机220的动力传递给传动轴210，传动轴210通过蜗轮蜗杆传动机构230带动卷绳器410工作。离合齿盘510移动到中间位置使，与第一传动齿盘530、第二传动齿盘540分离，实现动力切断，也可以避免轮浆310带动电机220转动造成其使用寿命下降。
26.实施例3，在实施例2的基础上，所述轮轴320的内端和传动轴210的一端均设有端孔，两个端孔之间滑动安装有导杆560，导杆560上固定安装有支撑轮570，所述离合齿盘510上设有环形导槽，所述支撑轮570上端与环形导槽凹凸配合。通过上述技术方案，离合齿盘510移动时带动导杆560和支撑轮570轴向移动，支撑轮570对离合齿盘510形成支撑，提高其定位精度，离合齿盘510与第一传动齿盘530或第二传动齿盘540结合时可以更加稳定，离合齿盘510、第一传动齿盘530或第二传动齿盘540不容易因为抵接而扭转变形，传动更加平稳和牢靠，零件不容易松动和损坏，使用寿命可以得到延长。
27.如附图3所示，实施例4，在实施例1的基础上，所述锚体430上设有水质采样器600，水质采样器600包括壳体610、旋转分度机620和样本存储盘630，所述壳体610内安装有旋转分度机620，旋转分度机620用于控制样本存储盘630的转动角度，样本存储盘630的表面上周向分布有若干个样本格子640，所述壳体610上设有取样泵650，取样泵650连接输液管道660，输液管道660的内端位于样本格子640的上方。通过上述技术方案，提供了一种水质监测方法：取样泵650启动时可以将外界的水抽取到壳体610内，并通过输液管道660送到样本格子640，旋转分度机620可以驱动样本存储盘630转动，切换不同的样本格子640，从而存储不同的水质样本。输液管道660上可以额外设置其他水质传感器440进行简单检测，监测站回收后，可以取出样本存储盘630，提取样本送往实验室进行详细检测。
28.如附图4-5所示，实施例5，在实施例1的基础上，所述锚体430包括第一配重盘431、第二配重盘432和杠杆433，杠杆433转动安装在第一配重盘431边缘，第一配重盘431上设有通孔434，所述第二配重盘432位于第一配重盘431的下方，第二配重盘432铰接支撑杆435，支撑杆435穿过通孔434，支撑杆435铰接杠杆433的内端，杠杆433的外端设有抓钩436。通过上述技术方案，锚体430沉底时，第二配重盘432相对第一配重盘431上移，通过支撑杆435推动杠杆433转动，将抓钩436插入底面中，提高锚体430的抓地能力。锚体430上提时，第一配重盘431带动杠杆433支点上移，第二配重盘432相对第一配重盘431下移，通过支撑杆435拉动杠杆433反向转动，将抓钩436拔出底面中，解除锚定。
29.实施例6，在实施例1的基础上，所述漂浮移动平台100包括相互固定连接的机架110和漂浮圈120，漂浮圈120的底部设有伸缩气囊121，伸缩气囊121连接气动系统122，气动系统122主要包括充放气泵，气动系统122均与主控模块电性连接。通过上述技术方案，气动系统122可以对伸缩气囊121进行充放气操作，改变伸缩气囊121体积来调节浮力，调整漂浮移动平台100的吃水线，漂浮移动平台100浮力增大时可以帮助提起锚体430，漂浮移动平台100浮力减小时可以更容易被锚定。
30.此外，所述机架110上设有安装平台111，安装平台111上安装有太阳能电池板112和升降机构，升降机构包括连接气动系统122的升降气囊113，升降气囊113与安装平台111固定连接，升降气囊113上端设有横杆114，横杆114的两端转动连接有滑块115，所述太阳能电池板112的背面固定安装有导轨116，导轨116与滑块115滑动连接，导轨116下端与安装平台111转动连接，所述横杆114上设有云台130，云台130上设有摄像头131、警报器132和天线
133，天线133与无线通信模块电性连接。通过上述技术方案，如附图6所述，太阳能电池板112可以实现太阳能供电，确保水质检测系统持续稳定运行。通过气动系统122可以控制升降气囊113伸缩，驱动横杆114及云台130进行升降，横杆114上升时可以推动太阳能电池板112偏转，调节太阳能电池板112表面的倾角，提高对太阳能的利用效率。云台130可以驱动摄像头131、警报器132和天线133进行360度旋转，摄像头131可以通过摄像采集水面数据，警报器132可以进行声光报警。天线133可以提高无线通信模块收发的信号强度。天线133可以不断调整接收信号的方位，得到最佳的信号强度。
31.虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

技术特征：
1.一种水质监测系统，包括水质监测系统平台和漂浮型水质监测站，漂浮型水质监测站包括主控模块、无线通信模块、漂浮移动平台(100)和水质传感器(440)，无线通信模块和水质传感器(440)均电性连接于主控模块，无线通信模块通过无线网络连接于水质监测系统平台，其特征在于：所述漂浮移动平台(100)上设有驱动装置(200)、移动装置(300)和船锚装置(400)，所述驱动装置(200)包括传动轴(210)和两个电机(220)，传动轴(210)与漂浮移动平台(100)转动连接，两个电机(220)分别设置在传动轴(210)两端，所述移动装置(300)包括两组分别转动安装在漂浮移动平台(100)两侧的轮浆(310)和轮轴(320)，轮浆(310)与轮轴(320)的外端固定连接，两边的所述电机(220)的输出轴与轮轴(320)的内端之间、电机(220)的输出轴与传动轴(210)的一端之间均设有电控离合器(500)，所述船锚装置(400)包括卷绳器(410)、缆绳(420)和锚体(430)，卷绳器(410)与传动轴(210)之间设有蜗轮蜗杆传动机构(230)，卷绳器(410)固定连接缆绳(420)，缆绳(420)固定连接锚体(430)，锚体(430)上固定安装水质传感器(440)，所述电机(220)和电控离合器(500)均与主控模块电性连接。2.根据权利要求1所述的一种水质监测系统，其特征在于：所述电控离合器(500)包括离合齿盘(510)、电动伸缩缸(520)、第一传动齿盘(530)和第二传动齿盘(540)，所述离合齿盘(510)周向固定、轴向滑动安装在电机(220)的输出轴上，所述第一传动齿盘(530)和第二传动齿盘(540)分别固定安装在轮轴(320)的内端和传动轴(210)的一端上，第一传动齿盘(530)和第二传动齿盘(540)之间设置离合齿盘(510)，所述电动伸缩缸(520)与主控模块电性连接，电动伸缩缸(520)的伸缩端设有用于拨动离合齿盘(510)进行轴向移动的拨叉(550)，离合齿盘(510)可以分别与第一传动齿盘(530)和第二传动齿盘(540)进行离合操作。3.根据权利要求2所述的一种水质监测系统，其特征在于：所述轮轴(320)的内端和传动轴(210)的一端均设有端孔，两个端孔之间滑动安装有导杆(560)，导杆(560)上固定安装有支撑轮(570)，所述离合齿盘(510)上设有环形导槽，所述支撑轮(570)上端与环形导槽凹凸配合。4.根据权利要求1所述的一种水质监测系统，其特征在于：所述锚体(430)上设有水质采样器(600)，水质采样器(600)包括壳体(610)、旋转分度机(620)和样本存储盘(630)，所述壳体(610)内安装有旋转分度机(620)，旋转分度机(620)用于控制样本存储盘(630)的转动角度，样本存储盘(630)的表面上周向分布有若干个样本格子(640)，所述壳体(610)上设有取样泵(650)，取样泵(650)连接输液管道(660)，输液管道(660)的内端位于样本格子(640)的上方。5.根据权利要求1所述的一种水质监测系统，其特征在于：所述漂浮移动平台(100)包括相互固定连接的机架(110)和漂浮圈(120)，漂浮圈(120)的底部设有伸缩气囊(121)，伸缩气囊(121)连接气动系统(122)，气动系统(122)均与主控模块电性连接。6.根据权利要求5所述的一种水质监测系统，其特征在于：所述机架(110)上设有安装平台(111)，安装平台(111)上安装有太阳能电池板(112)和升降机构，升降机构包括连接气动系统(122)的升降气囊(113)，升降气囊(113)与安装平台(111)固定连接，升降气囊(113)上端设有横杆(114)，横杆(114)的两端转动连接有滑块(115)，所述太阳能电池板(112)的背面固定安装有导轨(116)，导轨(116)与滑块(115)滑动连接，导轨(116)下端与安装平台
(111)转动连接，所述横杆(114)上设有云台(130)，云台(130)上设有摄像头(131)、警报器(132)和天线(133)，天线(133)与无线通信模块电性连接。7.根据权利要求1所述的一种水质监测系统，其特征在于：所述锚体(430)包括第一配重盘(431)、第二配重盘(432)和杠杆(433)，杠杆(433)转动安装在第一配重盘(431)边缘，第一配重盘(431)上设有通孔(434)，所述第二配重盘(432)位于第一配重盘(431)的下方，第二配重盘(432)铰接支撑杆(435)，支撑杆(435)穿过通孔(434)，支撑杆(435)铰接杠杆(433)的内端，杠杆(433)的外端设有抓钩(436)。

技术总结
一种水质监测系统，包括水质监测系统平台和漂浮型水质监测站，漂浮型水质监测站包括主控模块、无线通信模块、漂浮移动平台和水质传感器，无线通信模块通过无线网络连接于水质监测系统平台，漂浮移动平台上设有驱动装置、移动装置和船锚装置，船锚装置包括卷绳器、缆绳和锚体，卷绳器与传动轴之间设有蜗轮蜗杆传动机构，卷绳器固定连接缆绳，缆绳固定连接锚体，锚体上固定安装水质传感器。本发明的动力系统结构紧凑，体积小巧，水质监测站待机时可以放下锚体，水质检测更加准确。水质检测更加准确。水质检测更加准确。


技术研发人员：尹雪
受保护的技术使用者：深圳市环境科学研究院
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/6/4