CN109187896A - 一种模块组合式多参数水质数据采集装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种模块组合式多参数水质数据采集装置及其使用方法,属于水质监测测技术领域，包括手持终端、主体支架、水质传感器模块、线缆连接模块。装置各部分采用模块组合方式，各水质传感器模块和线缆连接模块均单独封装，模块与主支架通过挂钩连接，水质传感器的线缆和承重线缆与线缆连接模块通过水下连接器连接。线缆连接模块通过承重线缆与手持终端连接，手持终端接收水质传感器发送的水质数据，进行处理、显示和储存。本发明采用模块组合式结构，方便维护升级；测定每个参数的水质传感器模块在主体支架外上布置至少两个，通过数据的比较和平均实现传感器的故障自检功能，降低传感器造成的测量误差，根据需要选择使用水质传感器模块的种类和数量。

Description

一种模块组合式多参数水质数据采集装置及其使用方法

技术领域

本发明属于水质监测测技术领域，涉及到一种多参数水质数据采集装置及其使用方法。

背景技术

水是基础性自然资源和战略性经济资源，是人类耐赖以生存的基本要素，也是社会和经济发展的基本保障。随着社会经济快速发展，在污染超标排放和水资源过度开发的双重压力下，我国水环境污染问题愈发突显，各级管理部门和广大群众对水环境保护工作日益重视。了解和掌握水环境状态是水环境保护工作开展的重要基础和基本条件。因此，如何能够全面准确的了解水环境状态，已经成为水资源管理和水环境保护的关键问题。

水质监测是掌握和监控水质状态，了解水环境情况的重要手段。水质监测的常规数据主要包括温度、深度、溶解氧、Ph、电导率、氧化还原电位、浊度等指标。随着电子信息技术的发展和水质传感器技术的日益完善，依靠水质传感器的常规水质参数原位测量开始逐渐取代传统的人工采样和实验室监测的测量方式。监测人员将多参数水质检测仪器下放实现水质参数的原位获取，但是现阶段多参数水质检测仪仪器的应用仍存在维修困难、升级换代成本高和过于依赖单一传感器等不足。例如，德国xylem公司YSI EXO2多参数水质监测仪可以测定水体深度、温度、pH值、溶解氧、电导率、氧化还原电位、浊度等水质数据，采用了一系列技术提高传感器精度的同时实现了故障检测，当仪器无法正常工作时能够及时报警。但其水质数据的获取完全依赖单个水质传感器，一旦传感器测量准确性出现偏差必然影响检测数据，仪器采用一体式封闭结构，一旦出现故障，后期维修需厂家专业人员进行，维修周期长，维修费用高，当部分水质传感器升级换代后，只能重新购买整个设备，升级成本高。

显然，现有的水质监测装置不具备结构简单易于维护升级，传感器精度自检等功能，因此，急需一种安全可靠，高精度，结构简单便于后期维护升级并能够实现传感器精度自检的水质数据采集装置。

发明内容

本发明致力于解决现有水质数据采集装置的不足，通过将采集装置各构件独立模块组合的方式，提出一种成本低廉，安全可靠，高精度，结构简单便于后期维护升级并能够实现防触底和传感器精度自检的水质数据采集装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模块组合式多参数水质数据采集装置，包括主体支架1、水质传感器模块2、线缆连接模块3、装置下保护网4、连接螺栓5、承重线缆6、手持终端7。

所述的主体支架1包括主支架1-1，线缆固定片1-2和线缆固定螺栓1-3。主支架1-1是不锈钢丝加工而成圆柱笼形结构，圆柱轴向分为上中下三层，每一层又包括内中外三层圆环结构，内层用于悬挂线缆连接模块3，中层和外层均用于悬挂不同的水质传感器模块2。所述的主支架1-1下层圆环设有装置下保护网4；上层圆环的上方焊接用于固定承重线缆6的三根钢丝，钢丝顶端交汇处设有圆环，圆环内焊有一个与线缆固定片1-2对应的钢片，与线缆固定片1-2在线缆固定螺栓1-3的连接下，夹紧承重线缆6，限制其与主支架1-1间的相对位移。

所述的水质传感器模块2包括多个水质传感器2-1、水质传感器上支架2-2、水质传感器下支架2-3。所述的每个水质传感器2-1均单独进行封装实现防水功能，水质传感器2-1为上下两个圆柱体叠加结构，上圆柱体外径大于下圆柱体；所述的水质传感器2-1上的传感器接线通过通用水下连接器插头与线缆连接模块3连接。所述的水质传感器上支架2-2和水质传感器下支架2-3均由不锈钢丝加工而成，两者高度之和与水质传感器2-1上圆柱高度相同，并通过螺栓连接。所述的水质传感器上支架2-2上方设有挂钩用于将传感器固定于主支架1-1上，水质传感器上支架2-2包括上下两个圆环，上方圆环的外径与水质传感器2-1上圆柱体外径相同，下方圆环内径与水质传感器2-1上圆柱体外径相同并在两侧布有两个带有螺栓孔的铁片，上下两个圆环间通过钢丝连接。所述的水质传感器下支架2-3包括上下两个圆环，上方圆环内径与水质传感器2-1上圆柱体外径相同，并在两侧布有两个与水质传感器上支架2-2，下方圆环外径与水质传感器2-1上圆柱体外径相同，上下两个圆环间通过钢丝连接。所述的各个水质传感器模块2均采用相同的水下连接器插头与线缆连接模块3匹配连接，在现场根据实际监测需要选择采集水质参数的水质传感器模块2种类和数量。

所述的线缆连接模块3是封装为圆柱形的信号整合装置，防护等级满足日常使用的防水需求，内部通过电路板将各水质传感器信号整合并由一根线缆输出，线缆连接模块3顶端和底端平面分布有与水质传感器2-1水下连接器插头对应的通用插座，顶端还有一个与承重线缆6水下连接器插头对应的通用插座，线缆连接模块3上有挂钩用于将其固定在主支架1-1上。

所述的装置下保护网4由不锈钢丝加工而成内圈与主支架1-1内层直径相同，外圈与主体支架1外层直径相同，内外圈之间均匀焊有由钢丝组成的网状结构，外圈焊有四个螺孔铁片用于将装置下保护网4固定于主体支架1上。

手持终端7通过承重线缆6与线缆连接模块3连接，接收水质传感器2-1发送的水质数据、进行显示，绘制水质参数数据的变化曲线，还能够获得经纬度信息和时间信息，并保存水质数据、地理位置信息和时间信息。手持终端7显示的水质参数数据是各对应传感器发送的数据均值，并可查询各个传感器测量的具体数值，当同一参数的水质传感器2-1数据结果出现较大分歧时，手持终端7会显示警告，提示检查对应参数的传感器。

装置各部分采用模块组合式组装方式，各水质传感器模块2和线缆连接模块3均单独进行封装，模块与主支架1-1通过挂钩连接，水质传感器2-1的线缆和承重线缆6与线缆连接模块3通过水下连接器连接，能够实现各模块的简便安装与替换，便于个别模块发生故障时的快速拆卸和更换及针对部分模块的设备升级。

一种模块组合式多参数水质数据采集装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：测定每个参数的水质传感器模块2分别在主支架1-1的中层圆环和外层圆环各布置至少一个；并根据水质监测需要，选择使用的水质传感器型号和数量，增加重要指标对应水质传感器模块2数量。将各个水质传感器模块2组装完毕。将各个水质传感器模块2和线缆连接模块3通过支架的挂钩固定于主支架1-1上并将承重线缆6与线缆连接模块3和手持终端7连接，安装线缆固定片1-2，拧紧线缆固定螺栓1-3，安装装置下保护网4。

步骤2：参考手持终端7显示的经纬度坐标信息；若到达指定采样点后，开始下放装置进行水质参数采集。

步骤3：采集装置工作时，各个水质传感器2-1同时采集数据并将数据经由线缆传输至手持终端7。手持终端7将从水质传感器2-1处接收到的水质参数数据以变化曲线的形式进行绘制、显示。同时，水质参数数据和相应的地点信息、时间信息会以数据库的形式被保存到手持终端7中。即手持终端7显示每个水质参数的平均值、绘制水质参数数据的变化曲线并储存水质参数数据、地理位置信息和时间信息，通过多传感器测量值的平均降低传感器造成的测量误差，并可以通过操作查看每个参数的各个水质传感器2-1的数值。

步骤4：在水质参数数据采集过程中；当同一水质参数的不同水质传感器2-1数据结果超过误差限值时，手持终端7会显示警告，提示检查对应参数的传感器；此时，可以在主体支架1上增加该参数的水质传感器模块2，再次放入水中测试，找出与其它数据出入较大的水质传感器模块2并将其替换；也可在完成采样后进行以上寻找错误传感器的步骤，在使用数据时剔除错误传感器的数据，以实现水质传感器的故障自检。所述的误差限值为传感器精度值的2倍。

步骤5：当装置持续下放而手持终端7上显示的深度不再变化时，装置已经到达水底，然后提升装置，装置提升完成即结束本次监测。

本发明的益处与优点在于：传感器单元使用模块组合式设计，拆卸方便，降低了后期维护和升级的难度和费用；针对每个水质参数装置携带多个传感器，并能在手持终端查询各传感器测量数据，从而实现传感器精度自检，同时通过多个传感器取均值的方式也能够降低传感器造成的测量误差。

附图说明

图1是一种模块组合式多参数水质数据采集装置整体示意图。

图2是水下监测部分构成示意图。

图3是主体支架构成示意图。

图4是水质传感器模块构成示意图。

图中：1主体支架；2水质传感器模块；3线缆连接模块；4装置下保护网；5连接螺栓；6承重线缆；7手持终端；1-1主支架；1-2线缆固定片；1-3线缆固定螺栓；2-1水质传感器；2-2水质传感器上支架；2-3水质传感器下支架；2-4支架闭合螺栓。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

一种模块组合式多参数水质数据采集装置，包括主体支架1、水质传感器模块2、线缆连接模块3、装置下保护网4、连接螺栓5、承重线缆6、手持终端7。

所述的主体支架1包括主支架1-1，线缆固定片1-2和线缆固定螺栓1-3。主支架1-1下层圆环设有装置下保护网4；上层圆环的上方焊接用于固定承重线缆6的三根钢丝，钢丝顶端交汇处设有圆环，圆环内焊有一个与线缆固定片1-2对应的钢片，与线缆固定片1-2在线缆固定螺栓1-3的连接下，夹紧承重线缆6。

所述的水质传感器模块2包括多个水质传感器2-1、水质传感器上支架2-2、水质传感器下支架2-3、支架闭合螺栓2-4。安装时，将水质传感器2-1放入水质传感器下支架2-3，上方套入水质传感器上支架2-3，拧紧支架闭合螺栓2-4，根据需要选择采集水质参数的水质传感器模块2，将水质传感器模块2放入主支架1-1内圈与外圈之间，用挂钩将水质传感器模块2固定，将水质传感器2-1的线缆与线缆连接模块3连接，测定每个参数的水质传感器模块2分别在主支架1-1的中层和外层各布置至少一个。

所述的线缆连接模块3是封装为圆柱形的信号整合装置，内部通过电路板将各水质传感器信号整合并由一根线缆输出，线缆连接模块3顶端和底端平面分布有与水质传感器2-1水下连接器插头对应的通用插座，顶端还有一个与承重线缆6水下连接器插头对应的通用插座，线缆连接模块3上有挂钩用于将其固定在主支架1-1上。

手持终端7通过承重线缆6与线缆连接模块3连接，接收水质传感器2-1发送的水质数据、进行显示，绘制水质参数数据的变化曲线，还能够获得经纬度信息和时间信息，并保存水质数据、地理位置信息和时间信息。

一种模块组合式多参数水质数据采集装置水体水质数据采集具体实施步骤如下：

步骤1：根据水质监测需要，选择使用的水质传感器型号和数量，增加重要指标对应水质传感器模块2数量。将各个水质传感器模块2组装完毕。将各个水质传感器模块2和线缆连接模块3通过支架的挂钩固定于主支架1-1上并将承重线缆6与线缆连接模块3和手持终端7连接，安装线缆固定片1-2，拧紧线缆固定螺栓1-3，安装装置下保护网5。

步骤2：参考手持终端7显示的经纬度坐标信息；若到达指定采样点后，开始下放装置进行水质参数采集。

步骤3：手持终端7将从水质传感器2-1处接收到的水质参数数据，并将水质参数数据以变化曲线的形式进行绘制、显示。同时，水质参数数据和相应的地点信息、时间信息会以数据库的形式被保存到手持终端7中。

步骤4：当水质参数数据采集过程中；同一水质参数的不同水质传感器2-1数据结果出现较大分歧时；手持终端7会显示警告；提示检查对应参数的传感器；此时；可以在主体支架1上增加该参数的水质传感器模块2；再次放入水中测试；找出与其它数据出入较大的水质传感器模块2并将其替换；也可在完成采样后进行以上寻找错误传感器的步骤，在使用数据时剔除错误传感器的数据。

步骤5：当装置持续下放而手持终端7上显示的深度不再变化时，装置已经到达水底，然后提升装置，装置提升完成即结束本次监测。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种模块组合式多参数水质数据采集装置，其特征在于，所述的模块组合式多参数水质数据采集装置包括主体支架(1)、水质传感器模块(2)、线缆连接模块(3)、装置下保护网(4)、连接螺栓(5)、承重线缆(6)、手持终端(7)；

所述的主体支架(1)包括主支架(1-1)、线缆固定片(1-2)和线缆固定螺栓(1-3)；所述的主支架(1-1)为圆柱笼形结构，圆柱轴向分为上中下三层，每一层又包括内中外三层圆环结构，内层用于悬挂线缆连接模块(3)，中层和外层均用于悬挂不同的水质传感器模块(2)；所述的主支架(1-1)下层圆环设有装置下保护网(4)；上层圆环的上方焊接用于固定承重线缆(6)的三根钢丝，钢丝顶端交汇处设有圆环，线缆固定片(1-2)通过线缆固定螺栓(1-3)与承重线缆(6)固接；

所述的水质传感器模块(2)包括多个水质传感器(2-1)、水质传感器上支架(2-2)、水质传感器下支架(2-3)；所述的每个水质传感器(2-1)均单独封装实现防水功能，上下两个圆柱体叠加结构，上圆柱体外径大于下圆柱体；所述的水质传感器(2-1)上的传感器接线与线缆连接模块(3)连接，根据实际监测需要选择采集水质参数的水质传感器模块(2)种类和数量；所述的水质传感器上支架(2-2)和水质传感器下支架(2-3)两者高度之和与水质传感器(2-1)上圆柱高度相同，并通过螺栓连接；所述的水质传感器上支架(2-2)上方设有挂钩用于将传感器固定于主支架(1-1)上，水质传感器上支架(2-2)包括上下两个通过钢丝连接的圆环，上方圆环的外径与水质传感器(2-1)上圆柱体外径相同，下方圆环内径与水质传感器(2-1)上圆柱体外径相同并在两侧布有两个带有螺栓孔的铁片；所述的水质传感器下支架(2-3)包括上下两个通过钢丝连接的圆环，上方圆环内径与水质传感器(2-1)上圆柱体外径相同，并在两侧布有两个与水质传感器上支架(2-2)，下方圆环外径与水质传感器(2-1)上圆柱体外径相同；用于测定每个参数的水质传感器模块(2)分别在主支架(1-1)的中层圆环和外层圆环各布置至少一个；

所述的线缆连接模块(3)单独封装为圆柱形的信号整合装置，设于主支架(1-1)内层圆环结构内，内部通过电路板将各水质传感器信号整合并由一根线缆输出；水质传感器(2-1)的线缆和承重线缆(6)与线缆连接模块(3)通过水下连接器连接；

所述的手持终端(7)通过承重线缆(6)与线缆连接模块(3)连接，接收水质传感器(2-1)发送的水质数据、进行显示，绘制水质参数数据的变化曲线，还能够获得经纬度信息和时间信息，并保存水质数据、地理位置信息和时间信息；手持终端(7)显示的水质参数数据是各对应传感器发送的数据均值，并可查询各个传感器测量的具体数值。

2.根据权利要求1所述的一种模块组合式多参数水质数据采集装置，其特征在于，所述的装置下保护网(4)由不锈钢丝加工而成内圈与主支架(1-1)内层直径相同，外圈与主体支架(1)外层直径相同，内外圈之间均匀焊有由钢丝组成的网状结构，外圈焊有螺孔铁片。

3.权利要求1或2所述的一种模块组合式多参数水质数据采集装置的使用方法，其特征在于以下步骤：

步骤1：测定每个参数的水质传感器模块(2)分别在主支架(1-1)的中层圆环和外层圆环各布置至少一个；并根据水质监测需要，选择使用的水质传感器型号和数量，增加重要指标对应水质传感器模块(2)数量；将各个水质传感器模块(2)组装完毕后，将各个水质传感器模块(2)和线缆连接模块(3)通过支架的挂钩固定于主支架(1-1)上，并将承重线缆(6)与线缆连接模块(3)和手持终端(7)连接，安装线缆固定片(1-2)，拧紧线缆固定螺栓(1-3)，安装装置下保护网(4)；

步骤2：参考手持终端(7)显示的经纬度坐标信息；若到达指定采样点后，开始下放装置进行水质参数采集；

步骤3：采集装置工作时，各个水质传感器(2-1)同时采集数据并将数据经由线缆传输至手持终端(7)；手持终端(7)显示每个水质参数的平均值、绘制水质参数数据的变化曲线并储存水质参数数据、地理位置信息和时间信息，通过多传感器测量值的平均降低传感器造成的测量误差，并可查看每个参数的各个水质传感器(2-1)的数值；

步骤4：在水质参数数据采集过程中；当同一水质参数的不同水质传感器(2-1)数据结果超过误差限值时，手持终端(7)显示警告，提示检查对应参数的传感器；此时，可以在主体支架(1)上增加该参数的水质传感器模块(2)，再次放入水中测试，找出与其它数据出入大的水质传感器模块(2)并将其替换；也可在完成采样后进行以上寻找错误传感器的步骤，在使用数据时剔除错误传感器的数据，实现水质传感器的故障自检；

步骤5：当装置持续下放而手持终端(7)上显示的深度不再变化时，装置已经到达水底，然后提升装置，装置提升完成即结束本次监测。

4.权利要求3所述的一种模块组合式多参数水质数据采集装置的使用方法，其特征在于，所述的误差限值为传感器精度值的2倍。