CN103430901A - 一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构 - Google Patents

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王致情
莫振敏
沈明霞
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Abstract

一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，属于水产养殖技术领域。本发明利用抽水装置将待检测水抽到溶氧检测水路中供溶氧传感器检测溶氧值，降低了待测水域环境对溶氧传感器的潜在损坏威胁。利用两个驱动舵机构成的二自由度机械臂使溶氧传感器能在清洗箱体与溶氧检测水路之间运动，完成在检测水路中检测、在清洗箱体中摆动清洗和在清洗箱中保持静态浸润等3个动作，实现溶氧传感器定时检测、检测区域与清洁区域相分离的目的，有效解决了溶氧传感器在待测水域中易受污染和损坏的问题。抽水管长度可调节设计实现了对不同深度水域的溶氧检测，增强了检测机构的灵活性。

Description

一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构
技术领域
本发明涉及水产养殖中溶解氧检测与自动增氧的技术领域，尤其涉及一种用于全自动智能增氧系统的溶氧检测传感器自清洁和保护方法及装置。
背景技术
目前，市场上全自动智能增氧系统的种类繁多，其中一个非常重要的功能就是检测水中的溶解氧含量。而水中的溶解氧含量通过溶氧传感器采集，溶氧传感器的使用寿命，直接影响着整个增氧控制系统的使用寿命和增氧效果。在全自动智能增氧系统实际使用中，影响溶氧传感器寿命的因素除了溶氧传感器本身的性能外，另外一个非常重要的因素是溶氧传感器的性能和使用寿命易受到检测水域环境状况的影响，溶氧传感器膜表面容易附着水中的污染物比如藻类、淤泥等，这些污染物会直接导致溶氧传感器失效，进而导致系统的误判断和误操作。针对这种情况就需要不断清洗溶氧传感器甚至更换溶氧传感器，这样不仅给用户带来了定时清洗溶氧传感器的麻烦，甚至还增加了过多的系统维护费用。
国内学者在近年来从事溶解氧检测机构的研发工作中，针对以上问题的解决办法之一是在溶氧传感器检测端添加潜水泵，通过在溶氧传感器附近产生一定流速的水流，带来一定的清洗作用，但其效果不是很明显。另外一种方法是在溶氧传感器端加微型电刷，自动定期清洗，保持传感器膜的干净，但是这种微型电刷的设计工艺要求比较高，成本也比较高，刷洗过程中也容易对溶氧传感器膜造成一定程度的损伤。溶氧检测机构中增加溶氧传感器的自清洁和保护装置是当前诸多智能增氧系统所欠缺的，是目前该领域亟待解决的技术问题。
国内涉及溶解氧传感器保护技术并已获授权的相关专利有：常州智能农业装备研究院有限公司的实用新型专利“用于智能增氧系统的提升机构”(CN201210004350.6)，该专利提出了一种检测溶解氧的提升机构，其实施方式为：在需要检测水中溶解氧时，通过电机将溶氧传感器降至水下，检测结束通过电机将溶氧传感器升至水面上，溶氧传感器机构在转动的过程中，的确对溶氧传感器有一定的清洗作用，但溶氧传感器上仍然有可能附着一些藻类，并且在下降和上升过程中溶氧传感器膜也可能与一些水中杂物发生碰撞，导致溶氧传感器膜的损坏。另外，其存在的主要问题是：检测结束后，溶氧传感器重新升至水面暴露在空气中，这使得溶氧传感器膜在夏天高温环境下极易干坏。本发明的实施方式与此有明显差异。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，在检测水中溶解氧含量的同时，对溶氧传感器进行有效的保护。利用该检测机构，溶氧传感器无需下降至被检测水环境中就能实现水的溶氧检测，大大降低了水域环境对溶氧传感器的潜在损坏威胁，同时溶氧传感器检测结束后被移动至干净水环境中来回摆动清洗，让溶氧传感器的清洗效果更加彻底与安全，同时确保了溶氧传感器膜的有效浸润，解决了溶氧传感器在检测过程中易受污染和损坏的问题。通过调节抽水管的长度可以实现不同深度水域的溶氧检测，增强了检测机构的灵活性。
本发明的技术方案是：
一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，它由主安装箱、溶氧检测与控制机构以及功能附件组成。主安装箱由溶氧检测水路、溶氧传感器清洗箱体、漂浮箱体和箱体顶盖构成，溶氧检测与控制机构由溶氧传感器、驱动舵机和若干安装连接件构成，功能附件包括抽水管路总成、抽水电机总成和电路控制模块；所述溶氧检测与控制机构通过螺纹安装在主安装箱上的溶氧检测与控制机构安装位置处；所述抽水管路总成在主安装箱上的抽水管路总成连接位置处使用螺纹拧合的方式与主安装箱连接；所述抽水电机总成通过螺纹安装在主安装箱上抽水电机总成安装位置处；所述电路控制模块固定在箱体顶盖内侧；所述箱体顶盖通过螺钉固定在主安装箱的安装孔上。
本发明的溶氧传感器清洗箱体是由四个侧面和一个底面构成的长方体空箱，高度为300mm，底面为200mm*200mm的正方形，溶氧传感器清洗箱体位于主安装箱内部中心区域，溶氧传感器清洗箱体中盛有适量的干净水，用来清洗溶氧传感器。
本发明的漂浮箱体是由四个外侧面、一个“回”字形底面以及四个内侧面构成的空腔，“回”字底面总体尺寸为300mm*300mm，其中心200mm*200mm的正方形区域与溶氧传感器清洗箱体外壁贯穿连接，漂浮箱体高度为200mm，溶氧传感器清洗箱体底面低于漂浮箱体底面100mm，漂浮箱体的空腔区域为整个机构提供浮力。
本发明的溶氧检测水路包括进水通路、检测通路和出水通路，进水通路竖直放置在漂浮箱体一侧的外壁与内壁之间，出水通路紧贴与进水通路相对一侧的溶氧传感器清洗箱体内壁并竖直放置，检测通路位于溶氧传感器清洗箱体中上部，并水平贯通进水通路和出水通路，使溶氧检测水路构成一个倒U形的通路。
本发明的溶氧检测与控制机构利用两个驱动舵机构成二自由度机械臂，机械臂使溶氧传感器产生以下动作：(a)将溶氧传感器从溶氧传感器清洗箱体移至检测通路之中，实现溶氧检测；(b)完成溶氧检测后，将溶氧传感器移回至溶氧传感器清洗箱体中；(c)使溶氧传感器在溶氧传感器清洗箱体内来回摆动清洗，清洗完成后保持溶氧传感器静止于溶氧传感器清洗箱体水中，等待下一次溶氧检测。
本发明的抽水管路总成包括抽水管、过滤网和过滤罩，过滤网和过滤罩安装于抽水管底端，抽水管顶端通过螺纹拧合的方式连接在进水通路底端，通过调节抽水管的长度可以实现检测不同深度水的溶解氧含量。
本发明的抽水电机总成包括直流电机、传动轴和叶轮，直流电机通过联轴器连接传动轴，传动轴通过螺丝连接叶轮，直流电机通过螺丝固定安装在进水通路顶端位置，整个抽水电机总成镶嵌安装在进水通路内部。
本发明的电路控制模块包括检测控制电路、无线传输电路、无线传输天线和防水盒，使用螺丝将检测控制电路和无线传输电路固定在防水盒中，使用螺丝分别将防水盒和无线传输天线安装在箱体顶盖内侧和外侧。电路控制模块控制溶氧检测与控制机构的工作状态，并读取溶氧传感器的检测数据，检测数据以无线的方式向外发送，被远程主控器接收。
本发明的有益效果：
本发明中溶氧传感器无需下降至被检测水环境中就能实现水的溶氧检测，大大降低了水域环境对溶氧传感器的潜在损坏威胁。
本发明中溶氧传感器检测结束后被移动至干净水环境中来回摆动清洗，让溶氧传感器的清洗效果更加彻底与安全，同时确保了溶氧传感器膜的有效浸润，解决了溶氧传感器在检测过程中易受污染和损坏的问题。
本发明通过调节抽水管的长度可以实现不同深度水域的溶氧检测，增强了检测机构的灵活性。
附图说明
图1是本发明的主安装箱结构图A；
图2是本发明的主安装箱结构图B；
图3是本发明的溶氧检测与控制机构结构图；
图4是本发明的功能附件图；
图5是本发明的溶氧检测水路、溶氧检测与控制机构、抽水电机总成与抽水管路总成组装图；
图6是本发明的智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构整体结构图；
其中：1、溶氧检测水路；2、溶氧传感器清洗箱体；3、漂浮箱体；4、箱体顶盖；5、无线传输天线；6、溶氧检测与控制机构安装位置；7、抽水电机总成安装位置；8、箱体顶盖安装孔；9、1号舵机；10、1号舵机和2号舵机的连接件；11、2号舵机；12、2号舵机与溶氧传感器的连接件；13、溶氧传感器；14、防水盒；15、直流电机；16、传动轴；17、叶轮；18、抽水管；19、过滤网；20、过滤罩；21、抽水管螺纹位置；22、抽水电机总成；23、抽水管路总成；24、进水通路；25、检测通路；26、出水通路；27、抽水管路总成连接位置
具体实施方式
一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，由主安装箱、溶氧检测与控制机构以及功能附件构成。
下面结合附图和实施对本发明作进一步的说明。
(1)抽水电机总成、抽水管路总成和溶氧检测水路的具体实施方案
抽水电机总成22包括直流电机15、传动轴16及叶轮17，抽水管路总成23包括抽水管18、过滤网19及过滤罩20，溶氧检测水路1包括进水通路24、检测通路25及出水通路26。直流电机15使用联轴器连接传动轴16，传动轴16通过螺丝连接叶轮17，直流电机15、传动轴16和叶轮17连接为一个整体镶嵌安装在进水通路24中，抽水管18的底端安装过滤网19和过滤罩20，抽水管18顶端21通过螺纹拧合的方式连接在进水通路24底端27，通过调节抽水管18的长度可以实现检测不同深度水的溶解氧含量。直流电机15转动，带动传动轴16转动，传动轴16带动叶轮17转动，被检测水流经抽水管道18和进水通路24被抽到检测通路25中，溶氧传感器13采集检测通路25中水的溶氧值，检测通路25中的被检测水经过出水通路26流回被检测水环境中。
(2)溶氧检测与控制机构的具体实施方案
溶氧检测与控制机构包括1号舵机9、2号舵机11、溶氧传感器13、1号舵机和2号舵机的连接件10、2号舵机与溶氧传感器的连接件12。其中1号舵机9、1号舵机和2号舵机的连接件10、2号舵机11和2号舵机与溶氧传感器的连接件12构成溶氧检测与控制机构中的一个二自由度机械臂，机械臂使溶氧传感器13完成检测水溶氧值和被清洗的动作，具体操作如下：
当无线传输电路收到启动采集命令时，首先，控制电路启动直流电机15转动，将被检测水抽到检测通路25中，然后控制电路启动1号舵机9向上转动规定角度(溶氧传感器13的初始位置是在检测通路25下方、左侧的溶氧传感器清洗箱体2水中)，使溶氧传感器13上升离开溶氧传感器清洗箱体2，控制电路启动2号舵机11向右转动规定角度，使溶氧传感器13位于检测通路25正上方，控制电路再启动1号舵机9向下转动规定角度，使溶氧传感器13下降静止停放在检测通路25的被检测水中，此时控制电路启动检测电路对检测通路25中的被检测水开始定时采集溶氧值。
当采集溶氧值结束，首先，控制电路控制直流电机15停止转动，停止抽水，然后控制电路启动1号舵机9向上转动规定角度，使溶氧传感器13上升离开检测通路25，控制电路启动2号舵机11向左转动规定角度，使溶氧传感器13位于检测通路25左侧的溶氧传感器清洗箱体2区域上方，控制电路启动1号舵机9向下转动规定角度，使溶氧传感器13下降到溶氧传感器清洗箱体2的干净水中，此时，控制电路再启动2号舵机11分别向左向右来回转动规定的角度3次，使溶氧传感器13在溶氧传感器清洗箱体2的干净水中来回摆动3次，清洗溶氧传感器13，清洗完成后保持溶氧传感器13静止于溶氧传感器清洗箱体(2)水中，等待下一次溶氧检测。
(3)主安装箱的具体实施方案
主安装箱包括溶氧检测水路1、溶氧传感器清洗箱体2、漂浮箱体3和箱体顶盖4。溶氧传感器清洗箱体2是由四个侧面和一个底面构成的长方体空箱，高度为300mm，底面为200mm*200mm的正方形，溶氧传感器清洗箱体2位于主安装箱内部中心区域，溶氧传感器清洗箱体2中盛有适量的干净水，用来清洗溶氧传感器13。
漂浮箱体3是由四个外侧面、一个“回”字形底面以及四个内侧面构成的空腔，“回”字底面总体尺寸为300mm*300mm，其中心200mm*200mm的正方形区域与溶氧传感器清洗箱体2外壁贯穿连接，漂浮箱体3高度为200mm，溶氧传感器清洗箱体2底面低于漂浮箱体3底面100mm，漂浮箱体3的空腔区域为整个机构提供浮力。
溶氧检测水路1中的进水通路24竖直放置在漂浮箱体(3)一侧的外壁与内壁之间，出水通路26紧贴与进水通路24相对一侧的溶氧传感器清洗箱体3内壁并竖直放置，检测通路25位于溶氧传感器清洗箱体2中上部，并水平贯通进水通路24和出水通路26，使溶氧检测水路1构成一个倒U形的通路。
以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落入本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，其特征是它包括主安装箱(图1)、溶氧检测与控制机构(图3)以及功能附件(图4)。主安装箱(图1)由溶氧检测水路(1)、溶氧传感器清洗箱体(2)、漂浮箱体(3)和箱体顶盖(4)构成，溶氧检测与控制机构(图3)由溶氧传感器(13)、驱动舵机(9、11)和若干安装连接件(10、12)构成，功能附件(图4)包括抽水管路总成(23)、抽水电机总成(22)和电路控制模块；所述溶氧检测与控制机构(图3)通过螺纹安装在主安装箱(图1)上的溶氧检测与控制机构安装位置(6)处；所述抽水管路总成(23)在主安装箱(图1)上的抽水管路总成连接位置(27)处使用螺纹拧合的方式与主安装箱(图1)连接；所述抽水电机总成(22)通过螺纹安装在主安装箱(图1)上抽水电机总成安装位置(7)处；所述电路控制模块固定在箱体顶盖(4)内侧；所述箱体顶盖(4)通过螺钉固定在主安装箱(图1)的安装孔(8)上。
2.根据权利要求1所述的一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，其特征是所述溶氧传感器清洗箱体(2)是由四个侧面和一个底面构成的长方体空箱，高度为300mm，底面为200mm*200mm的正方形，溶氧传感器清洗箱体(2)位于主安装箱(图1)内部中心区域，溶氧传感器清洗箱体(2)中盛有适量的干净水，用来清洗溶氧传感器(13)。
3.根据权利要求1所述的一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，其特征是所述漂浮箱体(3)是由四个外侧面、一个“回”字形底面以及四个内侧面构成的空腔，“回”字底面总体尺寸为300mm*300mm，其中心200mm*200mm的正方形区域与溶氧传感器清洗箱体(2)外壁贯穿连接，漂浮箱体(3)高度为200mm，溶氧传感器清洗箱体(2)底面低于漂浮箱体(3)底面100mm，漂浮箱体(3)的空腔区域为整个机构提供浮力。
4.根据权利要求1所述的一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，其特征是所述溶氧检测水路(1)包括进水通路(24)、检测通路(25)和出水通路(26)，进水通路(24)竖直放置在漂浮箱体(3)一侧的外壁与内壁之间，出水通路(26)紧贴与进水通路(24)相对一侧的溶氧传感器清洗箱体(3)内壁并竖直放置，检测通路(25)位于溶氧传感器清洗箱体(2)中上部，并水平贯通进水通路(24)和出水通路(26)，使溶氧检测水路(1)构成一个倒U形的通路。
5.根据权利要求1所述的一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，其特征是所述的溶氧检测与控制机构(图3)利用两个驱动舵机(9、11)构成二自由度机械臂，机械臂使溶氧传感器(13)产生以下动作：(a)将溶氧传感器(13)从溶氧传感器清洗箱体(2)移至检测通路(25)之中，实现溶氧检测；(b)完成溶氧检测后，将溶氧传感器(13)移回至溶氧传感器清洗箱体(2)中；(c)使溶氧传感器(13)在溶氧传感器清洗箱体(2)内来回摆动清洗，清洗完成后保持溶氧传感器(13)静止于溶氧传感器清洗箱体(2)水中，等待下一次溶氧检测。
6.根据权利要求1所述的一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，其特征是所述的抽水管路总成(23)包括抽水管(18)、过滤网(19)和过滤罩(20)，过滤网(19)和过滤罩(20)安装于抽水管(18)底端，抽水管(18)顶端(21)通过螺纹拧合的方式连接在进水通路(24)底端(27)，通过调节抽水管(18)的长度可以实现检测不同深度水的溶解氧含量。
7.根据权利要求1所述的一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，其特征是所述的抽水电机总成(22)包括直流电机(15)、传动轴(16)和叶轮(17)，直流电机(15)通过联轴器连接传动轴(16)，传动轴(16)通过螺丝连接叶轮(17)，直流电机(15)通过螺丝固定安装在进水通路(24)顶端位置(7)，整个抽水电机总成(22)镶嵌安装在进水通路(24)内部。
8.根据权利要求1所述的一种智能增氧系统的溶氧检测与自清洁机构，其特征是所述的电路控制模块包括检测控制电路、无线传输电路、无线传输天线(5)和防水盒(14)，使用螺丝将检测控制电路和无线传输电路固定在防水盒(14)中，使用螺丝分别将防水盒(14)和无线传输天线(5)安装在箱体顶盖(4)内侧和外侧。电路控制模块控制溶氧检测与控制机构的工作状态，并读取溶氧传感器的检测数据，检测数据以无线的方式向外发送，被远程主控器接收。
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