CN109470517A - 一种可移动的水质在线系统监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动的水质在线系统监测装置，涉及水质监测设备技术领域，包括箱体和安装在箱体底部的浮板，箱体顶面上安装有太阳能电池板，将转换得到的电能存储在箱体内部的蓄电池中，同时箱体内部具有使用波浪发电的装置，浮板底面上还具有推进电机，推进电机带动推进桨叶带动箱体移动，浮板底面上由舵机控制的转向舵控制移动方向，在箱体移动到一个位置后，箱体内部的水质检测设备抽取水样后进行水质检测，将检测结果实时发送至监测中心，本发明的监测装置可以在一定的范围内移动，对移动范围内的水体进行检测，充分保证水质检测数据的准确，同时通过太阳能和波浪发电相结合的方式提供电源，可以使监测装置进行更长时间的全天候监测。

Description

一种可移动的水质在线系统监测装置

技术领域

本发明涉及水质监测设备技术领域，特别是涉及一种可移动的水质在线系统监测装置。

背景技术

水质监测涉及到每个人的切身利益，对于水质的实时、准确监控能够保障城市供水安全，为千家万户带来清洁的水源。

为了实现对水质的实时监控，目前大多数都是将监测装置放在水里或者水面上，监测装置可以定期对水质进行检测后将水质数据发送给监测中心，监测中心也可以给监测装置发送即时的检测命令，监测装置即响应该命令进行水质检测。由于这种方式中监测装置是长时间放在水中或水面上的，其电源需要特殊设计，对于放在水中的监测装置由于无法自行发电因此只能使用通过线缆供给的电源，而放在水面的监测装置则可以采用太阳能或者风能进行发电，免去铺设线缆的麻烦。

但是，监测装置一般都是放在开阔的水面上，而水面上天气情况可能变化很快，经常会发生长时间晴天或长时间阴天下雨的情况，如果仅使用太阳能的方式则会造成电源短缺的情况。由于监测装置贴近水面，风速比较慢，风能发电也不能提供有效的补充。同时由于水中物质的扩散需要一个过程，而传统的监测装置都是在固定的点上进行检测，如果一个区域内水面上放置的监测装置数量比较少则只能反应几个点上的水质情况，无法对整个水域进行准确的监控。

发明内容

本发明实施例提供了一种可移动的水质在线系统监测装置，使用太阳能发电和波浪发电相结合的方式提供电源，使蓄电池任何时候都能得到充足的能源供给，同时采用推进桨叶驱动监测装置在一定的范围内移动，监测移动范围内的水质，可以在一定程度上反应整个水域的水质情况。

本发明提供了一种可移动的水质在线系统监测装置，该监测装置包括箱体和安装在箱体顶面上的支架，所述箱体底部固定安装有浮板，所述支架上安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板产生的电能经过处理后存储在箱体内部的蓄电池中；

所述浮板底面上固定安装有推进电机，该推进电机的转轴上安装有推进桨叶，所述箱体的内底面安装有舵机，所述舵机的转轴向下穿过所述箱体的底壁以及所述浮板并从浮板的下方伸出，所述舵机的转轴末端安装有转向舵；

所述箱体的内底面上安装有水泵、检测室和处理器，所述浮板的底部安装有管道，所述管道穿过所述浮板和箱体的底壁伸入到箱体的内部，且与所述水泵连接，所述水泵通过管道与所述检测室连通，所述检测室内部具有用于进行水质检测的多个传感器；

所述箱体的两个相对侧壁上分别开设有一个通孔，每个所述通孔下方的侧壁上分别转动安装有滑轮，每个所述滑轮上均卷绕有一根拉线，其中一根拉线的一端连接在位于箱体外部的第一配重块上，另一端穿过位于对应滑轮上的通孔伸入到所述箱体内部，并连接在第一齿条的一端，该第一齿条通过弹簧连接在固定于所述箱体内侧壁上的固定柱上，另一根拉线的一端连接在位于所述箱体外部的第二配重块上，另一端穿过对应滑轮上方的通孔后伸入到所述箱体内部，并连接在第二齿条的一端，该第二齿条的另一端通过一个弹簧连接在所述固定柱上，所述第一配重块和第二配重块上分别安装有浮子；

所述第一齿条和第二齿条上具有多个齿，所述第一齿条上的齿与转动安装在所述箱体内侧面上的第一单向转动机构上的齿啮合，同时该第一单向转动机构与安装在所述箱体内侧面上的发电机的转轴传动连接，所述第二齿条上的齿与转动安装在所述箱体内侧面上的第二单向转动机构上的齿啮合，同时该第二单向转动机构与所述发电机的转轴传动连接。

本发明提供的一种可移动的水质在线系统监测装置，包括箱体和安装在箱体底部的浮板，箱体顶面上安装有太阳能电池板，将转换得到的电能存储在箱体内部的蓄电池中，同时箱体内部具有使用波浪发电的装置，充分弥补太阳能发电量的不足，提供源源不断的能源供给，浮板底面上还具有推进电机，推进电机带动推进桨叶带动箱体移动，浮板底面上由舵机控制的转向舵控制移动方向，在箱体移动到一个位置后，箱体内部的水质检测设备抽取水样后进行水质检测，将检测结果实时发送至监测中心，本发明的监测装置可以在一定的范围内移动，对移动范围内的水体进行检测，充分保证水质检测数据的准确，同时通过太阳能和波浪发电相结合的方式提供电源，可以使监测装置进行更长时间的全天候监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可移动的水质在线系统监测装置的外部结构示意图；

图2为图1中监测装置的内部结构示意图；

图3为图2中单向转动机构的结构示意图。

元件标号说明：

100-箱体，101-通孔，102-滑轮，110-浮板，120-第一配重块，121-拉线，122-浮子，123-第一齿条，124-第一单向转动机构，1240-中心轴，1241-主齿轮，1242-棘齿轮，1243-驱动轮，1244-锁定齿，130-第二配重块，131-第二齿条，132-传动齿轮，133-第二单向转动机构，140-安装架，150-固定柱，151-弹簧，200-支架，300-推进电机，310-推进桨叶，400-安装管，410-摄像头安装盒，420-水泵，430-检测室，440-处理器，500-转向舵，510-舵机，600-蓄电池，700-发电机，800-通信单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1和图2，本发明实施例中提供了一种可移动的水质在线系统监测装置，该监测装置包括箱体100和安装在箱体100顶面上的支架200，所述箱体100为空心结构，其底部固定安装有浮板110，该浮板110使用低密度材料制成，例如泡沫板，可以将所述箱体100及其内部和外部的设备浮在水面上。所述支架200上安装有太阳能电池板(图未示)，所述太阳能电池板产生的电能经过处理后存储在箱体100内部的蓄电池600中。在本实施例中所述支架110为两块平板倾斜拼接在一起，纵向截面为三角形，两个平板的外侧面上分别可以安装一块太阳能电池板。当然支架110可以是其他形状，本发明实施例不做具体限制。

所述浮板110底面上固定安装有推进电机300，该推进电机300的转轴上安装有推进桨叶310，所述推进电机300通电后即可带动所述推进桨叶310转动，进而带动所述浮板110以及箱体100前进或者后退。所述箱体100的内底面安装有舵机510，所述舵机510的转轴向下穿过所述箱体100的底壁以及所述浮板110并从浮板110的下方伸出，所述舵机510的转轴末端安装有转向舵500，所述舵机510转动后控制所述转向舵500转动，进而对所述浮板110和箱体100的前进或后退方向进行控制。应理解，由于所述推进电机300位于水面以下，因此需要做好密封工作，避免水进入电机造成损坏。

在本实施例中，所述推进电机300转轴的轴向所在的竖直平面经过所述浮板110的中心，所述舵机510穿过浮板110的位置位于所述浮板110的中心。

所述箱体100的内底面上安装有水泵420、检测室430和处理器440，所述浮板110的底部安装有空心的安装管400，所述安装管400的内部具有进水管和排水管，所述进水管和排水管均穿过所述浮板110和箱体100的底壁伸入到箱体100的内部，且分别与所述水泵420连接。所述水泵420通过管道与所述检测室430连通，所述检测室430内部具有用于进行水质检测的各种传感器，所述水泵420将水从进水管抽送到检测室430中，检测室430中的传感器对水质进行检测后，水泵420再将检测室430中的水抽出，通过排水管再排放到下方的水体中。

水质检测过程中，检测指标包括PH、化学需氧量、生物需氧量、余氯、浑浊度等，其中PH可通过PH传感器检测得到，化学需氧量、生物需氧量和余氯可分别通过COD快速测定仪、BOD测定仪和余氯总氯测定仪检测得到，而浑浊度可以通过摄像头拍摄的照片处理后得到。

检测得到的水质数据由处理器440通过安装在所述箱体100内部的通信单元800发送到监测中心。当然所述进水管和排水管可以共用一根管道，该管道可以使用软质管道，所述安装管400可以为可伸缩结构，在控制器的控制下调整长度，进而控制管道伸入到水面以下的深度。

在本实施例中，所述安装管400的外侧壁上还具有摄像头安装盒410，该摄像头安装盒410中安装有摄像头，摄像头采集水体的照片后由所述处理器440连同水质数据一并发送给所述监测中心。应理解，为了便于透光，所述摄像头安装盒410应采用透明材料制成。

所述箱体100的两个相对侧壁上分别开设有一个通孔101，每个所述通孔101下方的侧壁上分别转动安装有一个滑轮102，每个所述滑轮102上均卷绕有一根拉线121，其中一根拉线121的一端连接在位于箱体100外部的第一配重块120上，另一端穿过位于对应滑轮102上的通孔101伸入到所述箱体100内部，并连接在第一齿条123的一端，该第一齿条123通过一个弹簧151连接在固定于所述箱体100内侧壁上的固定柱150上。另一根拉线121的一端连接在位于所述箱体100外部的第二配重块130上，另一端穿过对应滑轮102上方的通孔101后伸入到所述箱体100内部，并连接在第二齿条131的一端，该第二齿条131的另一端通过一个弹簧150连接在所述固定柱150上。

所述第一配重块120和第二配重块130上分别安装有浮子122，在浮子122的浮力作用下，所述第一配重块120和第二配重块130可以浮在水面上，而一旦经过波浪的低位时又可以在配重块的重力作用下迅速下降，为相应的齿条提供移动所需的拉力。

本实施例中，为了使所述第一齿条123和第二齿条131仅能在水平方向上左右移动，所述第一齿条123和第二齿条131分别安装在从所述箱体100的顶壁上向下伸出的安装架140上，所述安装架140的优选数量为四个，所述第一齿条123的两端分别安装在其中两个所述安装架140上，所述第二齿条131的两端分别安装在其余两个所述安装架140上，具体地，所述第一齿条123和第二齿条131两端的纵截面为矩形、三角形等非圆形状，每个所述安装架140靠近下端的侧面上分别开设有与齿条纵截面形状匹配的贯穿孔，所述第一齿条123和第二齿条131分别插入到两个所述安装架140上的贯穿孔中，即可在拉线121和弹簧151的拉力作用下左右滑动。

所述第一齿条123和第二齿条131在上侧面或下侧面上均有多个齿，所述第一齿条123上的齿与转动安装在所述箱体100内侧面上的第一单向转动机构124上的齿啮合，同时该第一单向转动机构124还与安装在所述箱体100内侧面上的发电机700的转轴传动连接。所述第二齿条131上的齿与安装在所述箱体100内侧面上的传动齿轮132啮合，所述传动齿轮132与转动安装在所述箱体100内侧面上的第二单向转动机构133上的齿啮合，同时该第二单向转动机构133与所述发电机700的转轴传动连接。

由于所述第一齿条123可以左右移动，进而带动第一单向转动机构124上的齿轮来回转动，而所述第二齿条131可以左右移动，进而带动第二单向转动机构133上的齿轮来回转动，而第一单向转动机构124和第二单向转动机构133又是直接与发电机700的转轴啮合的，因此只要保证所述第一单向转动机构124和第二单向转动机构133的单向转动方向相同即可使所述发电机700的转轴始终向同一个方向转动，进而将机械能转换为电能存储在所述蓄电池600中。

当然第一齿条123也可以通过一个或多个传动齿轮132与第一单向转动机构124传动连接，第一单向转动机构124也可以通过一个或多个传动齿轮132与发电机700的转轴传动连接，而第二齿条131也可以直接或者通过多个传动齿轮132与第二单向转动机构133传动连接，第二单向转动机构133也可以通过一个或多个传动齿轮132与发电机700的转轴传动连接，只要能够使所述发电机700的转轴能够向同一个方向转动即可。上面提到的仅仅是为了实现该目的的一个具体方式，本领域的技术人员应该理解实现该目的的方式并不仅限于上述的一种。

参照图3，所述第一单向转动机构124和第二单向转动机构133的结构相同，下面以第一单向转动机构124为例进行详细说明。所述第一单向转动机构124包括中心轴1240、主齿轮1241、棘齿轮1242、驱动轮1243和锁定齿1244，所述中心轴1240两端分别固定在所述箱体100的相对内侧面上，所述主齿轮1241、棘齿轮1242和驱动轮1243均转动套接在所述中心轴1240上，且所述主齿轮1241和棘齿轮1242同轴固定在一起，所述主齿轮1241上的齿为等腰三角形齿，而棘齿轮1242上的齿为直角三角形的齿，即齿的一个侧面与棘齿轮1242的外接圆垂直。

所述驱动轮1243的侧面上固定安装有L型的连杆，连杆的末端转动安装有所述锁定齿1244，该锁定齿1244的末端活动卡接在所述棘齿轮1242上的齿之间。且所述锁定齿1244上安装有扭簧，以在所述锁定齿1244滑过一个所述棘齿轮1242上的齿后能够迅速回复，保证所述驱动轮1243仅能在所述棘齿轮1242的转动方向为单向转动方向时被一起带动转动。

所述第一单向转动机构124和第二单向转动机构133与发电机700的传动连接方式可以为齿轮啮合、皮带传动或者其他常用的传动方式。

所述处理器440定期控制所述舵机510和推进电机300工作，将所述浮板110和箱体100移动至预定的位置，然后控制所述水泵420抽水，以及控制摄像头采集图片，水质检测和拍照完成后将水质数据和图片通过所述通信单元800将其发送到监测中心。当然所述处理器440也可以通过通信单元800接收来自监测中心临时下发的控制指令，进行临时的水质检测操作。

在日常使用过程中，太阳能电池板将太阳能转换为电能存储在蓄电池600中，而当阴天或下雨时，一般都会伴随比较明显的波浪。此时配重块会随着波浪上下起伏，带动齿条左右移动，进而通过单向转动机构带动发电机700的转轴转动，将产生的电能存储在蓄电池600中，供摄像头、水泵420、处理器440、舵机510、推进电机300和通信单元800的使用。

在具体控制所述浮板110和箱体100移动的过程中，所述处理器440在预定的移动范围内随机确定几个需要到达的点，然后通过控制舵机510和推进电机300将浮板110和箱体100移动到确定的点上进行水质检测和拍摄工作，当所有点的检测和拍摄工作都完成后返回原位置。处理器440再计算所有水质数据的平均值，最后将水质数据平均值以及拍摄的所有图片一并发送到监测中心。

由于本发明中用电设备较多，而蓄电池600受体积和能量密度限制能存储的能量有限，因此可能发生没电的情况。当蓄电池600电量过低时，处理器440通过通信单元800向监测中心发送一个提醒信息，提醒工作人员前往更换蓄电池，以保证正常监测任务的进行。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，该监测装置包括箱体和安装在箱体顶面上的支架，所述箱体底部固定安装有浮板，所述支架上安装有太阳能电池板，所述太阳能电池板产生的电能经过处理后存储在箱体内部的蓄电池中；

所述浮板底面上固定安装有推进电机，该推进电机的转轴上安装有推进桨叶，所述箱体的内底面安装有舵机，所述舵机的转轴向下穿过所述箱体的底壁以及所述浮板并从浮板的下方伸出，所述舵机的转轴末端安装有转向舵；

所述箱体的内底面上安装有水泵、检测室和处理器，所述浮板的底部安装有管道，所述管道穿过所述浮板和箱体的底壁伸入到箱体的内部，且与所述水泵连接，所述水泵通过管道与所述检测室连通，所述检测室内部具有用于进行水质检测的多个传感器；

所述箱体的两个相对侧壁上分别开设有一个通孔，每个所述通孔下方的侧壁上分别转动安装有滑轮，每个所述滑轮上均卷绕有一根拉线，其中一根拉线的一端连接在位于箱体外部的第一配重块上，另一端穿过位于对应滑轮上的通孔伸入到所述箱体内部，并连接在第一齿条的一端，该第一齿条通过弹簧连接在固定于所述箱体内侧壁上的固定柱上，另一根拉线的一端连接在位于所述箱体外部的第二配重块上，另一端穿过对应滑轮上方的通孔后伸入到所述箱体内部，并连接在第二齿条的一端，该第二齿条的另一端通过一个弹簧连接在所述固定柱上，所述第一配重块和第二配重块上分别安装有浮子；

所述第一齿条和第二齿条上具有多个齿，所述第一齿条上的齿与转动安装在所述箱体内侧面上的第一单向转动机构上的齿啮合，同时该第一单向转动机构与安装在所述箱体内侧面上的发电机的转轴传动连接，所述第二齿条上的齿与转动安装在所述箱体内侧面上的第二单向转动机构上的齿啮合，同时该第二单向转动机构与所述发电机的转轴传动连接。

2.如权利要求1所述的可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，所述处理器在预定的移动范围内随机确定多个需要到达的点，控制所述舵机和推进电机将所述箱体移动到确定的点上进行水质检测工作，当所有点的检测工作完成所述处理器计算所有水质数据的平均值，将水质数据平均值发送到监测中心。

3.如权利要求1所述的可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，所述支架使用两块平板倾斜拼接在一起，纵向截面为三角形，两个平板的外侧面上分别安装有一块太阳能电池板。

4.如权利要求1所述的可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，所述推进电机的转轴的轴向所在的竖直平面经过所述浮板的中心，所述舵机穿过浮板的位置位于所述浮板的中心。

5.如权利要求1所述的可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，所述浮板的底部安装有空心的安装管，穿过所述浮板和箱体底壁并与所述水泵连接的管道位于所述安装管的内部，该管道包括进水管和排水管，所述水泵将水从进水管抽送到所述检测室中，所述检测室中的传感器对水质进行检测后，所述水泵将检测室中的水抽出，通过所述排水管排放到下方的水体中。

6.如权利要求5所述的可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，所述安装管为可伸缩结构，所述安装管在控制器的控制下调整长度，进而控制管道伸入到水面以下的深度。

7.如权利要求5所述的可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，所述安装管的外侧壁上具有摄像头安装盒，该摄像头安装盒中安装有摄像头，摄像头采集水体的照片后由所述处理器连同水质数据一并发送给所述监测中心。

8.如权利要求1所述的可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，所述第一齿条和第二齿条分别安装在从所述箱体的顶壁上向下伸出的安装架上。

9.如权利要求1所述的可移动的水质在线系统监测装置，其特征在于，所述第一单向转动机构包括中心轴、主齿轮、棘齿轮、驱动轮和锁定齿，所述中心轴两端分别固定在所述箱体的相对内侧面上，所述主齿轮、棘齿轮和驱动轮均转动套接在所述中心轴上，且所述主齿轮和棘齿轮同轴固定在一起，所述主齿轮上的齿为等腰三角形齿，所述棘齿轮上的齿为直角三角形的齿；

所述驱动轮的侧面上固定安装有L型的连杆，连杆的末端转动安装有所述锁定齿，该锁定齿的末端活动卡接在所述棘齿轮上的齿之间。