一种水环境因素监测装置及其使用方法与流程

1.本发明属于水环境监测技术领域，具体涉及一种水环境因素监测装置及其使用方法。


背景技术：

2.水环境是装备产品在其寿命期内经历的最基本的自然环境之一，包括海洋、河流、湖泊、沼泽的水体及地下水等。舰艇、船只等装备产品直接在水环境中使用，受水环境的影响很大。由于不同水环境中环境因素的量值水平存在差异，对装备产品的影响程度也不同，严重时将直接引起装备产品失效。因此，对水中环境因素进行观测，掌握其量值水平与分布规律，可为装备产品及工程设施设计选材、腐蚀防护以及使用维护提供数据支撑。
3.目前，水环境因素观测方法主要包括实验室分析法和现场观测法。实验室分析法主要通过采集水样后带回实验室进行分析的方式获取水中环境因素数据，此方法存在工作量大，对水样采集要求高，分析结果易受影响等问题。针对江河、海洋等大范围水环境因素特别是深水（深度不小于30m）的环境因素观测，需采用现场观测的方法全方位掌握水环境因素分布情况，而如何保持观测仪器/设备在流动水环境特别是漩涡环境中的稳定性是现场观测的一大技术难题。
4.中国科学院海洋研究所（cn2638068）提供了一种水环境自动观测系统锚定装置，在主钢丝绳下端设沉入水底的重锤置于定位地点，上端通过电动绞车抻紧固定在平台上，并经通过斜拉钢丝绳、滑轮、电动绞车拉紧并固定在平台上，重锤和滑轮把主钢丝绳拉成垂直线，使其在距平台一定距离的海平面与海底垂直定位，观测系统箱固定在主钢丝绳上的合适位置。尽管该方案能够实现水文观测仪器系统在水中相对定位固定，使其不会因动物及活动物体的碰撞而摇摆，但由于该方案采用了足够重的重锤并置于海底，其在实际使用过程中必须配置起重设施，实施成本非常高昂且不方便操作。
5.上海亨通海洋装备有限公司（cn108007505a）开发了一款水下锚泊立体观测系统，在海面浮台和锚系底座的结构连接部分均安装万向节，为水下动态线缆连接到海面浮台和锚系底座上提供过渡连接点，让水下动态线缆与海面浮台隔离式连接、水下动态线缆与锚系底座隔离式连接，减小水下动态线缆和锚系底座受到的海流扰动，保证系统在恶劣海况条件下的使用寿命和稳定性。然而这种观测系统的水下仪器包在使用过程中会随着水下动态线缆摆动，无法精确地实现水环境因素的定点监测。
6.更为关键地是，采用现有的设施/方法均无法以低成本、简单的方式精确调节水环境因素观测点。


技术实现要素：

7.本发明目的在于至少解决背景技术中提到的“如何以低成本、简单的方式精确调节水环境因素观测点”的技术问题，而提供一种水环境因素监测装置及其使用方法。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。
9.一种水环境因素监测装置，包括锚索，在锚索末端设置有锚钩，在锚索上设置有环境因素观测仪，环境因素观测仪通过双曲抱箍连接在锚索上，环境因素观测仪的护笼上连接有拉索；其中，双曲抱箍（类似于“8”字形的管夹）包括用于箍紧环境因素观测仪主体的第一抱箍，以及与第一抱箍一体成型的第二抱箍，在第二抱箍内腔设置有滑套，滑套套设在锚索上；环境因素观测仪和滑套整体能够顺着锚索滑动；锚索通过张拉机构连接在稳定设施上。
10.作为优选方案，张拉机构包括支撑架，在支撑架前部设置有转轴，转轴连接电机组件的电机，电机用于驱动转轴转动，在支撑架后部设置有第三抱箍，第三抱箍用于固定连接稳定设施，锚索首端固定连接在转轴上；当电机组件的电机运行并带动转轴正向转动时，锚索被收紧；当电机组件的电机运行并带动转轴反向转动时，锚索被放松。
11.进一步地，拉索其中一端延伸至张拉机构附近，当拉索未拴住且环境因素观测仪未被轴向限位时，环境因素观测仪和滑套整体顺着锚索下滑。
12.作为优选方案，所述的拉索采用麻绳或尼龙绳。
13.一种采用前述水环境因素监测装置的使用方法，步骤包括：步骤11，将张拉机构安装在待测区域的稳定设施上；步骤12，抛锚钩，并调节锚索使锚钩稳定地钩扣在水下，并连接、绷紧锚索；步骤13，将环境因素观测仪连接在锚索上；步骤14，缓慢松开拉索，此时，环境因素观测仪和滑套整体顺着锚索下滑；步骤15，当环境因素观测仪没入水中并下移到指定观测点后，开启张拉机构将锚索再次绷紧，并将拉索固定；步骤16，实时监测水环境因素，每当锚索松动后，立即控制张拉机构运行并将锚索再次绷紧。
14.为了能够在顺利取、放环境因素观测仪的同时确保其在使用过程中的稳定性和精确性，所述的拉索采用塑胶绳，塑胶绳栓在护笼上，塑胶绳末段设置有至少两个呈中空结构的膨胀段，膨胀段位于滑套两端并套设在锚索上，膨胀段固定连接滑套；在塑胶绳内部设置有孔道，孔道其中一端连接流体介质注入系统、另一端与膨胀段内腔相通，在塑胶绳上设置有孔道开关；当膨胀段内腔未注入流体介质时，膨胀段能够随着滑套同步移动；当膨胀段内腔被注入流体介质后，膨胀段胀大并抱紧在锚索上，此时，滑套被卡紧在两个相邻的膨胀段之间。采用这样地方案，能够始终确保环境因素观测仪的稳定可靠，能精确地实现水环境因素的定点监测。
15.作为优选方案，每个膨胀段的长度为20-30cm。
16.作为更优选方案，设置有三个膨胀段，其中两个膨胀段位于滑套外侧，中膨胀段位于两个滑套之间；当中膨胀段内腔未注入流体介质时，中膨胀段被绷直，中膨胀段内壁与锚索之间具有间隙。
17.另一种采用前述水环境因素监测装置的使用方法，步骤包括：步骤21，将张拉机构安装在待测区域的稳定设施上；步骤22，抛锚钩，并调节锚索使锚钩稳定地钩扣在水下；步骤23，将滑套和膨胀段套在锚索首段，将环境因素观测仪的第二抱箍箍紧在滑套上，此时即将环境因素观测仪连接在了锚索上；
步骤24，缓慢松开拉索，此时，环境因素观测仪、膨胀段和滑套整体顺着锚索下滑；步骤25，当环境因素观测仪没入水中并下移到指定观测点后，开启张拉机构将锚索再次绷紧，并将拉索固定；步骤26，打开孔道开关，通过流体介质注入系统往膨胀段内注入适量流体介质使膨胀段膨胀后关闭孔道开关，此时，膨胀段抱紧锚索，滑套被卡紧在两个相邻的膨胀段之间；步骤27，实时监测水环境因素，每当锚索松动后，立即控制张拉机构运行并将锚索再次绷紧。
18.作为优选方案，所述流体介质密度为被测水密度的1-1.3倍，该流体介质优先采用饱和浓度的盐水。
19.有益效果：本发明中的水环境因素监测装置，利用了船只抛锚停船的原理，将锚作为传送并在水下固定环境因素观测仪的桥梁，该装置通过锚索、锚钩、拉索、张拉机构以及环境因素观测仪与锚索连接结构的相互配合，不仅能够将环境因素观测仪精确、顺利地送至指定监测点，而且能够有效支撑环境因素观测仪在水中指定深度进行稳定、实时地观测，保障了环境因素观测仪在动态水环境中的安全，在流动水环境中使用时不存在环境因素观测仪顺着锚索上串的问题，尤其适用于河流、海洋、湖泊中流动水环境特特别是漩涡环境中的水环境因素监测；采用本发明的方案，在实施过程中能够灵活地将水环境因素监测装置安装在已有稳定设施（如海洋平台、栈桥、桥梁）附近，无需采用重型机械配合安装，以低成本、简单的方式实现了水环境因素监测装置的安装以及水环境因素观测点的精确调节。
附图说明
20.图1是实施例1中水环境因素监测装置示意图；图2是实施例1中a部位放大图；图3是实施例1中b部位放大图；图4是实施例1中环境因素观测仪所在部位的示意图；图5是实施例2中环境因素观测仪所在部位的示意图；图6是实施例2中膨胀段的结构示意图（膨胀后的状态）；图7是实施例3中环境因素观测仪所在部位的示意图。
实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例
22.如图1至图4所示，一种水环境因素监测装置，包括锚索1，在锚索1末端设置有锚钩2，在锚索1上设置有环境因素观测仪3，环境因素观测仪3通过双曲抱箍4（双曲抱箍4采用类似于“8”字形的管夹）连接在锚索1上，环境因素观测仪3的护笼5上连接有拉索8；其中，双曲
抱箍4包括用于箍紧环境因素观测仪3主体的第一抱箍41，以及与第一抱箍41一体成型的第二抱箍42，在第二抱箍42内腔设置有滑套9，滑套9套设在锚索1上，环境因素观测仪3主体通过连接件（如抱箍）固定连接护笼5；环境因素观测仪3和滑套9整体能够顺着锚索1滑动；锚索1通过张拉机构连接在稳定设施7上，拉索8其中一端延伸至张拉机构附近，当拉索8未拴住环境因素观测仪3且未被轴向限位时，环境因素观测仪3和滑套9整体能够顺着锚索1下滑。
23.结合图3所示，张拉机构包括支撑架10，支撑架10的侧板设置有孔洞13，在支撑架10前部设置有转轴11，电机组件的电机连接并用于驱动转轴11转动，电机组件的电机安装在电机护罩14内部，在支撑架10后部设置有第三抱箍12，第三抱箍12用于固定连接稳定设施7，锚索1首端（即锚索1上端）固定连接在转轴11上；当电机组件的电机运行并带动转轴11正向转动时，锚索1被收紧；当电机组件的电机运行并带动转轴11反向转动时，锚索1被放松。
24.本实施例中，拉索8采用塑胶绳，该塑胶绳在承受10kn拉力时应不发生不变形，塑胶绳栓在护笼5上，如图2、图4所示，塑胶绳末段设置有至少两个呈中空结构的膨胀段（包括第一膨胀段60和中膨胀段61），每个膨胀段的长度为20-30cm，膨胀段位于滑套9两端并套设在锚索1上（第一膨胀段60位于靠上部的滑套9上端，中膨胀段61位于靠上部的滑套9下端），膨胀段固定连接滑套9；在塑胶绳内部设置有孔道，孔道其中一端连接流体介质注入系统（如带有水泵的管路，或者高压注液/水器）、另一端与膨胀段内腔相通，在塑胶绳上设置有孔道开关；当膨胀段内腔未注入流体介质时，膨胀段能够随着滑套9同步移动；当膨胀段内腔被注入流体介质后，膨胀段胀大并抱紧在锚索1上，此时，滑套9被卡紧在两个相邻的膨胀段之间，膨胀段膨胀后的结构类似于两端敞口的管段，其管腔（膨胀段内腔）用于容纳锚索1。
25.一种采用本实施例中水环境因素监测装置的使用方法，用于海洋中测量15米水深处的水环境因素，步骤包括：步骤21，将张拉机构安装在待测区域的稳定设施7上，具体是将第三抱箍12箍紧在某海洋平台的立柱（稳定设施7）上；步骤22，在临时固定好锚索1首端的情况下抛锚钩2，并调节锚索1使锚钩2稳定地钩扣在水下；步骤23，将锚索1首端取下，将滑套9和膨胀段套在锚索1首段，将环境因素观测仪3的第二抱箍42箍紧在滑套9上，此时即将环境因素观测仪3连接在了锚索1上，随后再将锚索1首端固定在转轴11上；步骤24，缓慢松开拉索8，预先拉索8首端（即拉索8上端）也固定在稳定设施7上，此时，环境因素观测仪3、膨胀段和滑套9整体顺着锚索1下滑；步骤25，当环境因素观测仪3没入水中并下移到指定观测点后，开启张拉机构将锚索1再次绷紧，并将拉索8固定；步骤26，打开孔道开关，通过流体介质注入系统往膨胀段内注入适量流体介质（流体介质采用饱和浓度的盐水）使膨胀段膨胀后关闭孔道开关，此时，膨胀段抱紧锚索1，滑套9被卡紧在两个相邻的膨胀段之间，从而实现了环境因素观测仪3被卡紧；步骤27，实时监测水环境因素，每当锚索1松动后，立即控制张拉机构运行并将锚
索1再次绷紧。
实施例
26.一种水环境因素监测装置，参照实施例1并结合图5和图6所示，其与实施例1的区别在于：设置有三个膨胀段，三个膨胀段均通过连接件62连接在两个滑套9上，其中两个第一膨胀段60位于滑套9外侧，中膨胀段61位于两个滑套9之间，当中膨胀段61内腔未注入流体介质时，中膨胀段61被绷直，中膨胀段61内壁与锚索1之间具有3-5mm的间隙，通过流体介质注入系统往膨胀段内注入适量流体介质后三个膨胀段均抱紧锚索1。
27.对于前述实施例中的方案，下放（下滑）环境因素观测仪3时，膨胀段内腔未注入介质，此时的膨胀段和滑套9均能够顺着锚索1灵活移动，从而能够很方便、顺利地将其移动到指定位置，并在移动到位后往膨胀段内腔注入适量介质，使膨胀段抱紧锚索1；使用过程中，当膨胀段抱紧锚索1后，无论水下的液流来自哪个方向，均不会导致滑套9沿着锚索1移动，从而始终确保环境因素观测仪3被卡紧在锚索1的指定位置（在海南某海洋平台附近，按实施例1和实施例2中方案分别实施水环境因素监测1个月后，环境因素观测仪3位置交初始位置的高度偏差为零）。拆除环境因素观测仪3时，只需要先打开孔道开关（此时将膨胀段内腔泄压），然后通过向上拉动拉索8就可以顺利地将环境因素观测仪3顺着锚索1拉出。
实施例
28.如图7并结合图1所示，一种水环境因素监测装置，包括锚索1，在锚索1末端设置有锚钩2，在锚索1上设置有环境因素观测仪3，环境因素观测仪3通过双曲抱箍4（双曲抱箍4采用类似于“8”字形的管夹）连接在锚索1上，环境因素观测仪3的护笼5上连接有拉索8；其中，双曲抱箍4包括用于箍紧环境因素观测仪3的第一抱箍41，以及与第一抱箍41一体成型的第二抱箍42，在第二抱箍42内腔设置有滑套9，滑套9套设在锚索1上；环境因素观测仪3和滑套9整体能够顺着锚索1滑动；锚索1通过张拉机构连接在稳定设施7上，拉索8其中一端延伸至张拉机构附近，当拉索8未拴住且环境因素观测仪3未被轴向限位时，环境因素观测仪3和滑套9整体顺着锚索1下滑。张拉机构包括支撑架10，支撑架10的侧板设置有孔洞13，在支撑架10前部设置有转轴11，电机组件的电机连接并用于驱动转轴11转动，电机组件的电机安装在电机护罩14内部，在支撑架10后部设置有第三抱箍12，第三抱箍12用于固定连接稳定设施7，锚索1首端固定连接在转轴11上；当电机组件的电机运行并带动转轴11正向转动时，锚索1被收紧；当电机组件的电机运行并带动转轴11反向转动时，锚索1被放松。
29.一种采用本实施例中水环境因素监测装置的使用方法，用于某河流中测量4米水深处的水环境因素，步骤包括：步骤11，将张拉机构安装在待测区域的稳定设施7上，可以将第三抱箍12箍紧在桥梁的水泥柱上，预先拉索8首端也固定在稳定设施7上，步骤12，抛锚钩2，并连接、绷紧锚索1；步骤13，将环境因素观测仪3连接在锚索1上；步骤14，缓慢松开拉索8，此时，环境因素观测仪3和滑套9整体顺着锚索1下滑；步骤15，当环境因素观测仪3没入水中并下移到指定观测点后，开启张拉机构将锚索1再次绷紧，并将拉索8固定；
步骤16，实时监测水环境因素，每当锚索1松动后，立即控制张拉机构运行并将锚索1再次绷紧。
30.各实施例中：锚钩2、张拉机构、抱箍等金属部件均采用316l不锈钢，其表面做腐蚀防护处理；所用市售的环境因素观测仪3因具有水深测试功能，其外接的显示端应能够实时显示环境因素观测仪3所述深度。
31.实施例中的水环境因素监测装置，利用了船只抛锚停船的原理，将锚作为传送并在水下固定环境因素观测仪的桥梁，利用了电机组件收放锚索，该装置通过锚索、锚钩、拉索、张拉机构以及环境因素观测仪与锚索连接结构的相互配合，不仅能够将环境因素观测仪精确、顺利地送至指定监测点，而且能够有效支撑环境因素观测仪在水中指定深度进行稳定、实时地观测，保障了环境因素观测仪在动态水环境中的安全，在流动水环境中使用时不存在环境因素观测仪顺着锚索上串的问题，尤其适用于河流、海洋、湖泊中流动水环境特特别是漩涡环境中的水环境因素监测；在实施过程中能够灵活地将水环境因素监测装置安装在已有稳定设施（如海洋平台、栈桥、桥梁）附近，无需采用重型机械配合安装，以低成本、简单的方式实现了水环境因素监测装置的安装以及水环境因素观测点的精确调节。

技术特征：
1.一种水环境因素监测装置，包括锚索（1），在锚索（1）末端设置有锚钩（2），在锚索（1）上设置有环境因素观测仪（3），其特征在于：环境因素观测仪（3）通过双曲抱箍（4）连接在锚索（1）上，环境因素观测仪（3）的护笼（5）上连接有拉索（8）；其中，双曲抱箍（4）包括用于箍紧环境因素观测仪（3）的第一抱箍（41），以及与第一抱箍（41）一体成型的第二抱箍（42），在第二抱箍（42）内腔设置有滑套（9），滑套（9）套设在锚索（1）上；环境因素观测仪（3）和滑套（9）整体能够顺着锚索（1）滑动；锚索（1）通过张拉机构连接在稳定设施（7）上。2.根据权利要求1所述的水环境因素监测装置，其特征在于：张拉机构包括支撑架（10），在支撑架（10）前部设置有转轴（11），转轴（11）连接电机组件的电机，电机用于驱动转轴（11）转动，在支撑架（10）后部设置有第三抱箍（12），第三抱箍（12）用于固定连接稳定设施（7），锚索（1）首端固定连接在转轴（11）上；当电机组件的电机运行并带动转轴（11）正向转动时，锚索（1）被收紧；当电机组件的电机运行并带动转轴（11）反向转动时，锚索（1）被放松。3.根据权利要求2所述的水环境因素监测装置，其特征在于：拉索（8）其中一端延伸至张拉机构附近，当拉索（8）未拴住且环境因素观测仪（3）未被轴向限位时，环境因素观测仪（3）和滑套（9）整体顺着锚索（1）下滑。4.根据权利要求3所述的水环境因素监测装置，其特征在于：所述的拉索（8）采用麻绳或尼龙绳。5.根据权利要求3所述的水环境因素监测装置，其特征在于：所述的拉索（8）采用塑胶绳，塑胶绳栓在护笼（5）上，塑胶绳末段设置有至少两个呈中空结构的膨胀段，膨胀段位于滑套（9）两端并套设在锚索（1）上，膨胀段固定连接滑套（9）；在塑胶绳内部设置有孔道，孔道其中一端连接流体介质注入系统、另一端与膨胀段内腔相通，在塑胶绳上设置有孔道开关；当膨胀段内腔未注入流体介质时，膨胀段能够随着滑套（9）同步移动；当膨胀段内腔被注入流体介质后，膨胀段胀大并抱紧在锚索（1）上，此时，滑套（9）被卡紧在两个相邻的膨胀段之间。6.根据权利要求5所述的水环境因素监测装置，其特征在于：每个膨胀段的长度为20-30cm。7.根据权利要求5所述的水环境因素监测装置，其特征在于：设置有三个膨胀段，其中两个第一膨胀段（60）位于滑套（9）外侧，中膨胀段（61）位于两个滑套（9）之间；当中膨胀段（61）内腔未注入流体介质时，中膨胀段（61）被绷直，中膨胀段（61）内壁与锚索（1）之间具有间隙。8.一种采用权利要求1-4任一项所述水环境因素监测装置的使用方法，其特征在于步骤包括：步骤11，将张拉机构安装在待测区域的稳定设施（7）上；步骤12，抛锚钩（2），并连接、绷紧锚索（1）；步骤13，将环境因素观测仪（3）连接在锚索（1）上；步骤14，缓慢松开拉索（8），此时，环境因素观测仪（3）和滑套（9）整体顺着锚索（1）下滑；步骤15，当环境因素观测仪（3）没入水中并下移到指定观测点后，开启张拉机构将锚索（1）再次绷紧，并将拉索（8）固定；
步骤16，实时监测水环境因素，每当锚索（1）松动后，立即控制张拉机构运行并将锚索（1）再次绷紧。9.一种采用权利要求5-7任一项所述水环境因素监测装置的使用方法，其特征在于步骤包括：步骤21，将张拉机构安装在待测区域的稳定设施（7）上；步骤22，抛锚钩（2）；步骤23，将滑套（9）和膨胀段套在锚索（1）首段，将环境因素观测仪（3）的第二抱箍（42）箍紧在滑套（9）上，此时即将环境因素观测仪（3）连接在了锚索（1）上；步骤24，缓慢松开拉索（8），此时，环境因素观测仪（3）、膨胀段和滑套（9）整体顺着锚索（1）下滑；步骤25，当环境因素观测仪（3）没入水中并下移到指定观测点后，开启张拉机构将锚索（1）再次绷紧，并将拉索（8）固定；步骤26，打开孔道开关，通过流体介质注入系统往膨胀段内注入适量流体介质使膨胀段膨胀后关闭孔道开关，此时，膨胀段抱紧锚索（1），滑套（9）被卡紧在两个相邻的膨胀段之间；步骤27，实时监测水环境因素，每当锚索（1）松动后，立即控制张拉机构运行并将锚索（1）再次绷紧。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述流体介质密度为被测水密度的1-1.3倍。

技术总结
本发明提供了一种水环境因素监测装置及其使用方法，环境因素观测仪通过双曲抱箍连接在锚索上，双曲抱箍的第二抱箍内腔设置有滑套，滑套套设在锚索上，环境因素观测仪和滑套整体能够顺着锚索滑动，锚索通过张拉机构连接在稳定设施上；使用方法步骤包括缓慢松开拉索时，环境因素观测仪和滑套整体顺着锚索下滑，当环境因素观测仪没入水中并下移到指定观测点后，开启张拉机构将锚索再次绷紧并将拉索固定，每当锚索松动后，立即控制张拉机构运行并将锚索再次绷紧。本发明不仅能够将环境因素观测仪精确、顺利地送至指定监测点，而且能够有效支撑环境因素观测仪在水中指定深度进行稳定、实时地观测，保障了环境因素观测仪在动态水环境中的安全。水环境中的安全。水环境中的安全。


技术研发人员：李旭 刘聪 周堃 张伦武 刘群 吴帅 郭赞洪 罗丹
受保护的技术使用者：中国兵器装备集团西南技术工程研究所
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/7/13