一种水文监测用光电浮标

1.本发明涉及水文监测技术领域，尤其涉及一种水文监测用光电浮标。


背景技术：

2.土壤侵蚀中的径流含沙量是衡量水土流失的重要参数之一，无论是评价流域还是河道的侵蚀程度，都必须测定量化泥沙含量，这样才有可能准确模拟土壤侵蚀动力过程，并为水土流失治理决策提供合理的科学依据。
3.目前，对径流泥沙含量检测的方法，通常可分为两大类。一类是取样法，即直接去现场取样测量，样品取回后，先后采用烘干和比重瓶两种方式进行对比测量，但直接测量存在取样代表性差、取样麻烦以及精度受人工操作影响大等问题。另一类是采用电学方法、光学方法、声学方法和核物理方法等技术手段测量泥沙含量，即不取样的直接测量法，其能够实现对径流含沙量的实时和连续检测。光电法的原理是红外光束通过含泥沙径流时被吸收、折散射后，剩余的透射部分光通量符合朗伯一比尔定律；其最关键的是k值的确定, 它与光的波长、悬浮物颗粒的折光系数、颜色及粒径等有关。
4.常见的河流、渠道泥沙测量方式有三种，固定式、浮船式和浮标式。固定式是将测沙传感器固定于岸边，这种方式只能测定河道中近岸点的泥沙含量，对于汛期水流变化速度较大时，选点要求较高，得到的检测信息也并不全面；浮船式的基础成本较高，并且体积较大，对河道的深宽选择有一定的要求；浮标式由于成本较低，测量结果较好，是目前水文检测中对径流含沙量检测普遍采用的测量方式。但目前的浮标式检测设备，多结构复杂，稳定性差，易受水体中杂物的影响，且检测精度低，测量结果存在不同步性和局限性，并且需要人员实时值守操作，使用不便。


技术实现要素：

5.为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
6.具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种水文监测用光电浮标，以解决目前的浮标式检测设备，多结构复杂，稳定性差，易受水体中杂物的影响，且检测精度低，测量结果存在不同步性和局限性，并且需要人员实时值守操作，使用不便的技术问题。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种水文监测用光电浮标，包括浮力体，所述浮力体的顶部固定安装有安装基座板，所述安装基座板上固定安装有防水电气箱，所述防水电气箱内设有太阳能供电系统，所述安装基座板上还安装有包覆所述防水电气箱的外罩壳，所述外罩壳上固定安装有与所述太阳能供电系统电连接的太阳能电池板；所述浮力体的底部固定安装有水下防护栅，所述水下防护栅上固定安装有光电式泥沙侧头和流速测量仪，且所述水下防护栅形成围设所述流速测量仪的防护区，所述外罩壳的顶部安装有与所述光电式泥沙侧头、所述流速测量仪电连接的防水电线。
8.作为一种改进的技术方案，所述浮力体的顶部中间位置具有一与所述防水电气箱相适配的容纳槽，所述安装基座板上开设有用以实现所述防水电气箱避让的避让口，所述防水电气箱固定安装于所述安装基座板上、且位于所述容纳槽内，所述防水电气箱上还密封固定安装有箱盖，所述箱盖上安装有若干防水接头，所述太阳能电池板的接线通过所述防水接头与所述太阳能供电系统电连接。
9.作为一种改进的技术方案，所述太阳能供电系统包括蓄电池、信号采集传输控制器、接线盒和开关电源，所述太阳能电池板通过所述信号采集传输控制器、所述接线盒、所述开关电源与所述蓄电池电连接。
10.作为一种改进的技术方案，所述安装基座板上设有把手，所述外罩壳铰接安装于所述安装基座板上，并利用安装螺栓与所述安装基座板固定连接。
11.作为一种改进的技术方案，所述外罩壳上固定安装有若干安装板，所述安装板的两侧均螺纹安装有锁紧旋拧，所述太阳能电池板通过所述锁紧旋拧分别固定安装于所述安装板上。
12.作为一种改进的技术方案，所述浮力体上螺纹安装有拉绳环，所述拉绳环位于所述浮力体的底部。
13.作为一种改进的技术方案，所述水下防护栅包括上安装板、下安装板和防护条，所述防护条设有若干，若干所述防护条于所述上安装板和所述下安装板间均匀排列设置，且所述防护条的两端分别与所述上安装板、所述下安装板固定连接，所述水下防护栅通过所述上安装板与所述浮力体固定连接。
14.作为一种改进的技术方案，所述水下防护栅还包括加强环，所述加强环位于所述上安装板和所述下安装板之间，所述防护条分别贯穿所述加强环、且与所述加强环固定连接。
15.作为一种改进的技术方案，所述上安装板上固定安装有泥沙侧头安装导轨，所述光电式泥沙侧头至少设有一个，且所述光电式泥沙侧头固定安装于所述泥沙侧头安装导轨上。
16.作为一种改进的技术方案，所述上安装板和所述下安装板间沿竖直方向还设有安装测杆，所述安装测杆的两端分别与所述上安装板、所述下安装板固定连接，所述流速测量仪为磁悬浮旋桨式流速仪，且所述流速测量仪安装于所述安装测杆上，并于所述光电式泥沙侧头的下方设置。
17.采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：（1）该水文监测用光电浮标，结构简单紧凑，使用时，将其置于河流、渠道等流域内，浮力体能够确保该光电浮标漂浮于水体上，且稳定好，光电式泥沙侧头和流速测量仪浸没于水体内，通过流速测量仪实现对水体流速的实时、连续检测，通过光电式泥沙侧头实现对径流含沙量的实时、连续检测，从而实现对水体流速和含沙量的精准检测，能够对水体中泥沙的空间分布、动态运动过程给于直接、实时、连续和全面的检测，且测量精度高，同时将检测信息通过防水电线以无线方式传输至工作人员手中，能够帮助水文工作者更快、更准的获取径流中泥沙含量的大小及有关信息，大大提高了野外水体检测的工作效率，并实现了对光电浮标的全天候无人值守，方便实用；此外，设有的太阳能电池板及太阳能供电系统能够为光电式泥沙侧头和流速测量仪的工作持续提供所需电能，不但安装成本低，使用寿
命长，且安全可靠，环保无污染。
18.（2）浮力体顶部中间位置具有的容纳槽，便于防水电气箱的安装，从而为蓄电池、信号采集传输控制器、接线盒和开关电源等元器件的安装提供了便利，使得该光电浮标体积小、结构紧凑的同时，于水体内使用时的稳定性好，不会出现侧歪、倾倒。
19.（3）通过防水电气箱实现太阳能供电系统各元器件的安装，且防水电气箱上密封固定安装有箱盖，并利用防水接头实现内外接线，实现了防水电气箱内部各元器件的防水保护。
20.（4）安装基座板上设有的把手，便于通过把手对该光电浮标进行搬运、移动；外罩壳铰接安装于安装基座板上，并利用安装螺栓与安装基座板固定连接，松开安装螺栓可将外罩壳打开，便于对内部的太阳能供电系统进行检修维护。
21.（5）通过安装板和锁紧旋拧实现太阳能电池板于外罩壳上的安装固定，松开锁紧旋拧，可实现对太阳能电池板安装高度、倾斜角度的灵活调节，调节完毕，重新旋紧锁紧旋拧即可，操作简单方便。
22.（6）浮力体上安装有的拉绳环，使用时，将拉绳的一端系于拉绳环上，能够避免该光电浮标随水流飘走，可实现无人值守，同时便于该光电浮标的收取。
23.（7）设有的水下防护栅，在便于光电式泥沙侧头和流速测量仪安装的同时，实现对光电式泥沙侧头和流速测量仪的有效防护，避免了水体中杂物对光电式泥沙侧头和流速测量仪工作的影响。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
25.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的剖视结构示意图；图3为本发明的爆炸结构示意图；图4为本发明浮力体与水下防护栅的安装结构示意图；图5为本发明浮力体与水下防护栅配合安装的另一立体结构示意图；图6为本发明浮力体与水下防护栅配合安装的剖视结构示意图；图7为本发明水下防护栅部分的结构示意图；图8为本发明水下防护栅部分的另一立体结构示意图；附图标记：1-浮力体；101-容纳槽；2-安装基座板；201-避让口；202-把手；3-防水电气箱；4-箱盖；5-防水接头；6-外罩壳；7-太阳能电池板；8-安装板；9-锁紧旋拧；10-蓄电池；11-信号采集传输控制器；12-接线盒；13-开关电源；14-拉绳环；15-水下防护栅；1501-上安装板；1502-下安装板；1503-防护条；1504-加强环；16-泥沙侧头安装导轨；17-光电式泥沙侧头；18-安装测杆；19-流速测量仪；20-防水电线。
具体实施方式
26.下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目
的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
27.如图1至图8共同所示，本实施例提供了一种水文监测用光电浮标，包括浮力体1，浮力体1的顶部固定安装有安装基座板2，安装基座板2上固定安装有防水电气箱3，防水电气箱3内设有太阳能供电系统，安装基座板2上还安装有包覆防水电气箱3的外罩壳6，外罩壳6上固定安装有与太阳能供电系统电连接的太阳能电池板7。
28.浮力体1的底部固定安装有水下防护栅15，水下防护栅15上固定安装有光电式泥沙侧头17和流速测量仪19，且水下防护栅15形成围设流速测量仪19的防护区，外罩壳6的顶部安装有与光电式泥沙侧头17、流速测量仪19电连接的防水电线20。
29.本实施例中，浮力体1的顶部中间位置具有一与防水电气箱3相适配的容纳槽101，安装基座板2上开设有用以实现防水电气箱3避让的避让口201，防水电气箱3固定安装于安装基座板2上、且位于容纳槽101内；浮力体1具有的容纳槽101，便于防水电气箱3的安装，从而为太阳能供电系统的各元器件的安装提供了便利，使得该光电浮标体积小、结构紧凑的同时，于水体内使用时的稳定性好，不会出现侧歪、倾倒。
30.本实施例中，防水电气箱3上还密封固定安装有箱盖4，箱盖4上安装有若干防水接头5，太阳能电池板7的接线通过防水接头5与太阳能供电系统电连接；通过防水电气箱3实现太阳能供电系统各元器件的安装，且防水电气箱3上密封固定安装有箱盖4，并利用防水接头5实现内外接线，实现了防水电气箱3内部各元器件的防水保护。
31.太阳能供电系统包括蓄电池10、信号采集传输控制器11、接线盒12和开关电源13，太阳能电池板7通过信号采集传输控制器11、接线盒12、开关电源13与蓄电池10电连接，将光能转换为电能，并储存在蓄电池10内，从而为光电式泥沙侧头17和流速测量仪19的工作提供所需电能。本实施例中，太阳能供电系统选用太阳能储控一体锂电池系统，由于太阳能系统为本领域技术人员所共识的，故在此不作赘述。
32.本实施例中，安装基座板2上设有把手202，把手202于安装基座板2的周向外围均匀排列设置，便于通过把手202对该光电浮标进行搬运、移动。
33.本实施例中，外罩壳6铰接安装于安装基座板2上，并利用安装螺栓与安装基座板2固定连接，松开安装螺栓可将外罩壳6打开，便于对内部的太阳能供电系统进行检修维护。
34.为实现太阳能电池板7的安装，本实施例中，外罩壳6上固定安装有若干安装板8，安装板8的两侧均螺纹安装有锁紧旋拧9，太阳能电池板7通过锁紧旋拧9分别固定安装于安装板8上，松开锁紧旋拧9，可实现对太阳能电池板7安装高度、倾斜角度的灵活调节，调节完毕，重新旋紧锁紧旋拧9即可，操作简单方便。
35.本实施例中，浮力体1上螺纹安装有拉绳环14，拉绳环14位于浮力体1的底部，使用时，将拉绳的一端系于拉绳环14上，能够避免该光电浮标随水流飘走，可实现无人值守，同时便于该光电浮标的收取。
36.水下防护栅15包括上安装板1501、下安装板1502和防护条1503，防护条1503设有若干，若干防护条1503于上安装板1501和下安装板1502间均匀排列设置，且防护条1503的两端分别与上安装板1501、下安装板1502固定连接。
37.本实施例中，水下防护栅15还包括加强环1504，加强环1504位于上安装板1501和下安装板1502之间，防护条1503分别贯穿加强环1504、且与加强环1504固定连接。
38.水下防护栅15通过上安装板1501与浮力体1固定连接；本实施例中，上安装板1501利用安装螺栓固定安装于浮力体1的底部，便于水下防护栅15与浮力体1的拆装。
39.为实现光电式泥沙侧头17的安装，上安装板1501上固定安装有泥沙侧头安装导轨16，光电式泥沙侧头17至少设有一个，且光电式泥沙侧头17固定安装于泥沙侧头安装导轨16上。
40.本实施例中，光电式泥沙侧头17设有两个，两个光电式泥沙侧头17于竖直方向上固定安装于泥沙侧头安装导轨16上。
41.本实施例中，光电式泥沙侧头17选用专利号为201820710258.4公开的一种水体悬浮物浓度实时在线监测传感器，当然，光电式泥沙侧头17也可选用其他的市售产品，在此不作赘述。
42.为实现流速测量仪19的安装，上安装板1501和下安装板1502间沿竖直方向还设有安装测杆18，安装测杆18的两端分别与上安装板1501、下安装板1502固定连接，流速测量仪19为磁悬浮旋桨式流速仪，且流速测量仪19安装于安装测杆18上，并于光电式泥沙侧头17的下方设置。
43.本实施例中，流速测量仪19选用ls25-3e/f型磁悬浮旋桨式流速仪，其用于测定过水断面中预定测点的水流平均速度，从而确定该断面的水流，具有测速范围大、测量精度高、不惧泥沙、绕流影响小、使用可靠、维护便捷、可长时间工作的优点。
44.设有的水下防护栅15，在便于光电式泥沙侧头17和流速测量仪19安装的同时，实现对光电式泥沙侧头17和流速测量仪19的有效防护，避免了水体中杂物对光电式泥沙侧头17和流速测量仪19工作的影响。
45.基于上述结构的该水文监测用光电浮标，结构简单紧凑，使用时，将其置于河流、渠道等流域内，浮力体1能够确保该光电浮标漂浮于水体上，且稳定好，光电式泥沙侧头17和流速测量仪19浸没于水体内，通过流速测量仪19实现对水体流速的实时、连续检测，通过光电式泥沙侧头17实现对径流含沙量的实时、连续检测，从而实现对水体流速和含沙量的精准检测，能够对水体中泥沙的空间分布、动态运动过程给于直接、实时、连续和全面的检测，且测量精度高，同时将检测信息通过防水电线20以无线方式传输至工作人员手中，能够帮助水文工作者更快、更准的获取径流中泥沙含量的大小及有关信息，大大提高了野外水体检测的工作效率，并实现了对光电浮标的全天候无人值守，方便实用。
46.此外，该水文监测用光电浮标设有的太阳能电池板7及太阳能供电系统能够为光电式泥沙侧头17和流速测量仪19的工作持续提供所需电能，不但安装成本低，使用寿命长，且安全可靠，环保无污染。
47.应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水文监测用光电浮标，其特征在于：包括浮力体，所述浮力体的顶部固定安装有安装基座板，所述安装基座板上固定安装有防水电气箱，所述防水电气箱内设有太阳能供电系统，所述安装基座板上还安装有包覆所述防水电气箱的外罩壳，所述外罩壳上固定安装有与所述太阳能供电系统电连接的太阳能电池板；所述浮力体的底部固定安装有水下防护栅，所述水下防护栅上固定安装有光电式泥沙侧头和流速测量仪，且所述水下防护栅形成围设所述流速测量仪的防护区，所述外罩壳的顶部安装有与所述光电式泥沙侧头、所述流速测量仪电连接的防水电线。2.如权利要求1所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述浮力体的顶部中间位置具有一与所述防水电气箱相适配的容纳槽，所述安装基座板上开设有用以实现所述防水电气箱避让的避让口，所述防水电气箱固定安装于所述安装基座板上、且位于所述容纳槽内，所述防水电气箱上还密封固定安装有箱盖，所述箱盖上安装有若干防水接头，所述太阳能电池板的接线通过所述防水接头与所述太阳能供电系统电连接。3.如权利要求2所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述太阳能供电系统包括蓄电池、信号采集传输控制器、接线盒和开关电源，所述太阳能电池板通过所述信号采集传输控制器、所述接线盒、所述开关电源与所述蓄电池电连接。4.如权利要求2所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述安装基座板上设有把手，所述外罩壳铰接安装于所述安装基座板上，并利用安装螺栓与所述安装基座板固定连接。5.如权利要求4所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述外罩壳上固定安装有若干安装板，所述安装板的两侧均螺纹安装有锁紧旋拧，所述太阳能电池板通过所述锁紧旋拧分别固定安装于所述安装板上。6.如权利要求5所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述浮力体上螺纹安装有拉绳环，所述拉绳环位于所述浮力体的底部。7.如权利要求1-6任一项所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述水下防护栅包括上安装板、下安装板和防护条，所述防护条设有若干，若干所述防护条于所述上安装板和所述下安装板间均匀排列设置，且所述防护条的两端分别与所述上安装板、所述下安装板固定连接，所述水下防护栅通过所述上安装板与所述浮力体固定连接。8.如权利要求7所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述水下防护栅还包括加强环，所述加强环位于所述上安装板和所述下安装板之间，所述防护条分别贯穿所述加强环、且与所述加强环固定连接。9.如权利要求8所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述上安装板上固定安装有泥沙侧头安装导轨，所述光电式泥沙侧头至少设有一个，且所述光电式泥沙侧头固定安装于所述泥沙侧头安装导轨上。10.如权利要求9所述的水文监测用光电浮标，其特征在于：所述上安装板和所述下安装板间沿竖直方向还设有安装测杆，所述安装测杆的两端分别与所述上安装板、所述下安装板固定连接，所述流速测量仪为磁悬浮旋桨式流速仪，且所述流速测量仪安装于所述安装测杆上，并于所述光电式泥沙侧头的下方设置。

技术总结
本发明属于水文监测技术领域，提供了一种水文监测用光电浮标，包括浮力体，浮力体顶部安装有安装基座板，安装基座板上安装有防水电气箱，防水电气箱内设有太阳能供电系统，安装基座板上还安装有包覆防水电气箱的外罩壳，外罩壳上安装有太阳能电池板；浮力体的底部固定安装有水下防护栅，水下防护栅上安装有光电式泥沙侧头和流速测量仪，且水下防护栅形成围设流速测量仪的防护区，外罩壳的顶部安装有与光电式泥沙侧头、流速测量仪电连接的防水电线。本发明能够实现对水体流速和含沙量的精准检测，且测量精度高，同时将检测信息通过防水电线以无线方式传输至工作人员手中，大大提高了野外水体检测的工作效率，并实现了对光电浮标的全天候无人值守。的全天候无人值守。的全天候无人值守。


技术研发人员：高伟 郑源 刘丽静 张玉 张莹 窦英伟 李军德 曹燕文
受保护的技术使用者：河海大学智能感知技术创新研究院
技术研发日：2023.02.04
技术公布日：2023/3/14