CN104655108A - 一种浅水湖泊垂直剖面观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浅水湖泊剖面观测领域的监测装置，尤其是关于一种浅水湖泊垂直剖面观测装置，包括固定底板、防滑锥、中空套管、承重杆、连接杆、安装横梁、控制模块、驱动模块、定滑轮、钢丝绳、传感器模块、风向风速仪。本装置采用钢板等固定安置，能在一定波浪条件下稳固使用，同时又保持了良好的移动性，可以根据需求安装、移动。由于整套系统的传感器等均为市售常见配件，更换和维修相当方便。本装置由于采用伺服电机来牵引传感器模块的上下往复运动，能精准、高效的对水柱不同水层进行持续观测。而且伺服电机运动参数可调，可以根据实际情况设定参数，为整个装置的移植提供支持。

Description

一种浅水湖泊垂直剖面观测装置

技术领域

本专利涉及一种浅水湖泊剖面观测领域的监测装置，尤其是关于一种湖泊垂直剖面湖泊参数监测的装置。

背景技术

近年来随着湖沼学学科的迅猛发展，越来越多的研究表明浅水湖泊，尤其是大型浅水湖泊与深水湖泊在湖泊理化性质、变化规律等方面有着本质的不同。欧美学者发展的传统经典湖沼学理论运用在浅水湖泊中显得捉襟见肘。深水湖泊由于受外界扰动较小，湖泊各种理化参数如光、温、营养盐等变化相对稳定，而浅水湖泊则容易受到外界例如风浪过程的影响，造成底泥悬浮、从而改变水柱中光的分布，进一步引起温度的变化等等，而这一系列过程往往在极短的时间内完成。需要对这些过程有进一步的认识，就亟须高频次的全方位的观测。

浅水湖泊水体参数的时空变化与深水湖泊相比，显得非常快，而且水柱中变化不均匀，这就需要对定点垂直剖面上或者多点水平面上各个要素进行高频次的、不间断、长时间（甚至数年）的现场原位观测。近些年来，在海洋和深水湖泊中不断研制了一些新型的观测平台，例如系缆式剖面观测仪。它是一种由测量平台携带传感器沿系缆循环升降的仪器，可对水环境要素进行长期、定点、多层面、多参数的同步观测，其测量平台的升降运动主要有电机驱动、浮力驱动、波浪驱动等几种形式。目前国外的系缆式剖面测量仪器有：美国的McLance锚定式剖面仪（电机驱动）、Wirewalker剖面测量平台（波浪驱动式）、加拿大的Seahorse剖面测量平台（波浪驱动式），法国的Yoyo剖面测量平台（浮力驱动式），德国的EP/CC-Yoyo剖面测量平台（浮力驱动式）等；中国的系缆式剖面测量仪有：国家海洋技术中心的滚轮旋转系缆式垂直剖面测量平台（电机驱动式），中科院海洋研究所的点式垂直剖面测量系统（波浪驱动式），中船重工710所的深海定点垂直剖面测量平台（浮力驱动式）。

但是，由于浅水湖泊特有的性质：水浅，而且易受风浪扰动等特点，系缆式在浅水湖运用并不广泛。以往大多数的湖泊垂直剖面的观测基于在野外搭建观测平台、在水柱中分层悬挂多套监测设备。然而即便通过3-5层分层布设探头，也无法捕捉到真正意义上的垂直剖面参数的变化。而且搭建平台这种测量方式极大程度依赖于湖上观测平台和监测设备，而且平台的建设耗费大量的人力、物力和财力。不仅如此，不同设备之间也存在测定精度和稳定性不一致的情况，很难反应不同水层之间的微小变化。此外，上述平台的建设往往是一次性的，不利于重复使用。这些特点都限制了上述监测技术在的浅水湖泊的运用。

发明内容

要解决的技术问题

针对上述问题，本发明提供了一种浅水湖泊垂直剖面观测装置，提供了一种低成本、便捷使用的解决方案。

技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本专利的一种浅水湖泊垂直剖面观测装置，包括固定底板1、防滑锥2、中空套管3、承重杆4、连接杆5、安装横梁6、控制模块7、驱动模块8、定滑轮9、钢丝绳10、传感器模块11、风向风速仪12。固定底板1通过防滑锥2穿过通孔固定在湖底，固定底板1上固设有垂直布置的中空套管3，承重杆4穿设在中空套管3内，连接杆5通过锁扣16固定在承重杆4上，安装横梁6水平固定在连接杆5上，控制模块7固定在连接杆5上，驱动模块8固定在安装横梁6上，定滑轮9设置在安装横梁6的端部，钢丝绳10一端连接驱动模块8，另一端通过定滑轮9吊装传感器模块11，所述的驱动模块8能够通过钢丝绳10驱动传感器模块11沿垂直方向升降运动，所述的风向风速仪12设置在安装横梁6上，控制模块7通过信号线分别与驱动模块8、传感器模块11、风向风速仪12连通。

上述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，还包括配重器15，所述的配重器15安装在钢丝绳10上近传感器模块11位置。

上述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，所述的承重杆4底部设置有尖锐端。

上述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，所述的驱动模块8包括伺服电机、绕线器和防雨罩，钢丝绳10设置在绕线器上，伺服电机驱动绕线器转动，防雨罩罩设在伺服电机、绕线器上。

上述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，所述的防滑锥2上设置有圆环13。

有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

1、本装置由于采用钢板等固定安置，能在一定波浪条件下稳固使用，同时又保持了良好的移动性，可以根据需求安装、移动。由于整套系统的传感器等均为市售常见配件，更换和维修相当方便。

2、本装置由于采用伺服电机来牵引传感器模块的上下往复运动，能精准、高效的对水柱不同水层进行持续观测。而且伺服电机运动参数可调，可以根据实际情况设定参数，为整个装置的移植提供支持。

3、本装置由于底部固定部分与驱动模块和传感器模块等可以分开安装，因此可以根据需要将驱动模块和传感器模块安装到其他平台上，例如在船只上，因此理论上也适用于深水湖泊和海洋等其他水体的垂直剖面观测。

4、本装置由于自带控制模块，可根据需要设置数据处理模块等，因此系统工作时不需要定期人工进行数据的维护，可以实现无人值守和数据远程获取。

5、本装置由于传感器模块采用独立安装，因此理论上可替换为市面所售任何水质监测仪器，也可以根据监测需求自行安装各类传感器。只需对数据处理模型进行简单的再加工便能正常使用。基于以上优点，本专利可以广泛应用与浅水湖泊垂直剖面要素的监测中，进行简单的拆装，也能运用于其他水体中。

附图说明

图1为浅水湖泊垂直剖面观测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，本专利的一种浅水湖泊垂直剖面观测装置，包括固定底板1、防滑锥2、中空套管3、承重杆4、连接杆5、安装横梁6、控制模块7、驱动模块8、定滑轮9、钢丝绳10、传感器模块11、风向风速仪12。

固定底板1是一块厚实的不锈钢钢板，钢板上设置有通孔，防滑锥2穿过通孔将固定底板1固定在湖底，作为更进一步的技术方案，防滑锥2上还可设置圆环13，用于穿过绳索，当需要回收设备时，可通过穿过圆环13的绳索将防滑锥2拉出；在固定底板1上还固设有垂直布置的中空套管3，承重杆4穿设在中空套管3内，连接杆5通过锁扣16固定在承重杆4上，安装横梁6水平固定在连接杆5上，连接杆5、安装横梁6共同组成主要的设备安装结构。承重杆4底部设置有尖锐端，穿过中空套管3插入到湖底泥土中，整体结构更加稳定。

控制模块7固定在连接杆5上，驱动模块8固定在安装横梁6上，定滑轮9设置在安装横梁6的端部，钢丝绳10一端连接驱动模块8，另一端通过定滑轮9吊装传感器模块11，驱动模块8具体包括伺服电机、绕线器和防雨罩，钢丝绳10设置在绕线器上，伺服电机驱动绕线器转动，防雨罩罩设在伺服电机、绕线器上，驱动模块8能够通过钢丝绳10驱动传感器模块11沿垂直方向升降运动。传感器模块11主要用于水质监测，可根据监测需要选用市售的各类传感器，选择面更广。

风向风速仪12设置在安装横梁6上，控制模块7通过信号线分别与驱动模块8、传感器模块11、风向风速仪12连通，控制模块7用于上述各传感器的控制、数据记录等。通过各个部分的协同工作，实现高频次、多水层、无人值守式实时测量、反馈水体垂直剖面的各要素。

上述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，还包括配重器15，所述的配重器15安装在钢丝绳10上近传感器模块11位置，配重器15可以根据水质监测设备的实际重量和水流情况确定是否需要。

装置安装结束后，确认各部件连接结实后可以开通电源，首先伺服电机应处于锁死状态，根据实地测量水深以及考虑监测要求等，确定伺服电机的延时时间、电机运行速度、电机运动方向、运动位移等一系列参数；然后设定传感器模块11的采样时间间隔，并启动设备；打开控制模块7，接通风向风速仪12，将各部分的数据传输到控制模块7，系统开始工作。

可以将伺服电机设置成每隔10分钟牵引传感器模块11朝下缓慢运动（例如2cm/s），同时设置传感器模块11采样时间间隔为5s（或其他需要的时间间隔）一次，这样每层采样距离为10cm。待传感器模块11运动到湖底后，再以同样的速度返回直到伺服电机牵引传感器模块11回到初始状态，停止等待下一次观测开始。

控制模块7可以采用单片机读取传感器模块11传送回来的数据，进行储存或通过GPRS网络将数据传送到服务器端，确保数据安全不丢失。

为提高设备整体的稳定性，还可将供电模块，例如蓄电池14固定在固定底板1上。

Claims (5)

1.一种浅水湖泊垂直剖面观测装置，其特征在于：包括固定底板（1）、防滑锥（2）、中空套管（3）、承重杆（4）、连接杆（5）、安装横梁（6）、控制模块（7）、驱动模块（8）、定滑轮（9）、钢丝绳（10）、传感器模块（11）、风向风速仪（12），固定底板（1）通过防滑锥（2）固定在湖底，固定底板（1）上固设有垂直布置的中空套管（3），承重杆（4）穿设在中空套管（3）内，连接杆（5）通过锁扣（16）固定在承重杆（4）上，安装横梁（6）水平固定在连接杆（5）上，控制模块（7）固定在连接杆（5）上，驱动模块（8）固定在安装横梁（6）上，定滑轮（9）设置在安装横梁（6）的端部，钢丝绳（10）一端连接驱动模块（8），另一端通过定滑轮（9）吊装传感器模块（11），所述的驱动模块（8）能够通过钢丝绳（10）驱动传感器模块（11）沿垂直方向升降运动，所述的风向风速仪（12）设置在安装横梁（6）上，控制模块（7）通过信号线分别与驱动模块（8）、传感器模块（11）、风向风速仪（12）连通。

2.根据权利要求1所述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，其特征在于：还包括配重器（15），所述的配重器（15）安装在钢丝绳（10）上近传感器模块（11）位置。

3.根据权利要求1所述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，其特征在于：所述的承重杆（4）底部设置有尖锐端。

4.根据权利要求1所述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，其特征在于：所述的驱动模块（8）包括伺服电机、绕线器和防雨罩，钢丝绳（10）设置在绕线器上，伺服电机驱动绕线器转动，防雨罩罩设在伺服电机、绕线器上。

5.根据权利要求1所述的浅水湖泊垂直剖面观测装置，其特征在于：所述的防滑锥（2）上设置有圆环（13）。