CN109856358A - 一种监测海洋水质的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种监测海洋水质的装置，包括浮箱和探头，浮箱的周边设有喷气口以便通过喷气的方式控制浮箱的地理位置；探头设有用于监测水质的传感器和用于控制所述探头在水中深度的气球。本发明还提供一种利用所述装置监测海洋水质的方法。本发明的装置结构紧凑、坚固且可靠性高，能够方便地移动到或维持在设定的位置和水深以检测水质，并且可以方便地清洁传感器以延长传感器的工作寿命，因此特别适合作在海洋中部署和长期工作。

Description

一种监测海洋水质的装置和方法
技术领域
本发明涉及海洋水质监测技术领域，具体为一种监测海洋水质的装置和方法。
背景技术
监测技术是海洋科研活动的基础。海洋水质参数，例如温度、盐度、叶绿素、浊度、溶解氧、pH值等，是监测的重要内容。传统的采集水样后检测的方式，由于水样在采集、输送和存放过程中有可能发生改变而难以实时准确地反映现场水质情况，因此目前正逐渐被现场原位测量方式替代。然而，现场原位测量的装置在目标海域会遭受海风海浪影响而漂移，且易因环境因素而破坏，使用寿命较短，只能满足短期任务需求。此外，用于水质检测的传感器在水中长期停留时可能被生物体和沉积物附着而失效。
因此，仍然需要改进的监测海洋水质的装置和方法。
发明内容：
为解决上述问题，本发明提供了一种监测海洋水质的装置和方法。具体而言，本发明提供了以下技术方案。
在一个方面，本发明提供了一种监测海洋水质的装置，包括浮箱和探头，所述浮箱的周边设有喷气口以便通过喷气的方式控制浮箱的地理位置，所述浮箱内设有储气罐，喷气口的进气端与储气罐连通，喷气口的出气端伸出浮箱；所述探头设有用于监测水质的传感器和用于控制所述探头在水中深度的气球，所述气球具有排气管且与所述储气罐连通。
进一步地，所述喷气口以固定或可转动的方式连接于所述浮箱；优选地，所述喷气口有两个或更多个并且至少有两个喷气口的喷气方向不在一条直线上；优选地，所述喷气口有4个且任何相邻的2个喷气口的喷气方向相互垂直；优选地，所述喷气口的出气端设于浮箱的侧壁上且在使用时位于水平面以下；优选地，所述喷气口以固定方式连接于浮箱的侧壁上且所述喷气口的喷气方向与重力方向的夹角为60-120度，优选80-100度，更优选90度。
进一步地，所述浮箱中还设有空气压缩机，空气压缩机的进气口伸出浮箱并在使用中位于水平面上方，并且空气压缩机的出口与储气罐连通。
进一步地，所述浮箱中还设有定位装置用于确定所述浮箱的地理位置；优选地，所述定位装置是GPS定位装置和/或北斗定位装置。
进一步地，所述探头包括从上到下依次连接的水密舱、浮力调节舱、检测舱和配重舱；所述浮力调节舱的侧壁上设有与水体相通的第一通孔，所述气球设于浮力调节舱内；所述检测舱的侧壁上设有与水体相通的第二通孔，所述传感器设于所述检测舱内；优选地，所述气球通过第二电磁阀与所述储气罐连通；优选地，所述排气管上设有第三电磁阀；优选地，所述气球有多个且固定于浮力调节舱内的顶壁上；优选地，所述探头上还设有水平仪和水深仪。
进一步地，所述检测舱的底部设有清洁喷嘴，清洁喷嘴的进气口与储气罐连通，清洁喷嘴的出气口位于传感器的下方且朝向传感器；优选地，清洁喷嘴通过第四电磁阀与储气罐连通；优选地，所述传感器有多个且固定于传感器支撑部上；优选地，所述多个传感器以交错的方式布置在传感器支撑部上以便来自清洁喷嘴的气体通过每个传感器。
进一步地，所述浮箱的上表面还设有太阳能电池板和/或风力发电装置；优选地，所述浮箱中还设有蓄电池。
在另一个方面，本发明提供了一种监测海洋水质的方法，包括以下步骤：
步骤S100，提供一种根据权利要求1-7中任一项所述的监测海洋水质的装置；
步骤S200，通过从所述喷气口喷出来自所述储气罐的压缩气体将所述装置移动到设定的监测位置；
步骤S300，通过向所述气球导入来自所述储气罐的压缩气体或者将所述气球中的气体排出以控制所述探头到达设定的水深；
步骤S400，通过传感器检测水质。
进一步地，在步骤S300中，通过向不同气球导入来自所述储气罐的压缩气体或者将不同气球中的气体排出以控制所述探头的处于水平状态。
进一步地，所述的检测海洋水质的方法，还包括：
步骤S500，通过所述清洁喷嘴将来自所述储气罐的压缩气体喷向所述传感器以清洁所述传感器。
本发明的装置结构紧凑、坚固且可靠性高，能够方便地移动到或维持在设定的监测位置和水深以检测水质，并且可以方便地清洁传感器以延长传感器的工作寿命，因此特别适合作在海洋中部署和长期工作。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
其中：1-浮箱；10-设备舱；11-喷气口；12-第一电磁阀；21-空气压缩机；22-储气罐；23-第一气管；24-第二气管；25-进气管；3-探头；41-水密舱；42-浮力调节舱；421-第一通孔；43-配重舱；44-第二电磁阀；45-第三电磁阀；46-排气管；47-气球；48-水深仪；49-水平仪；51-检测舱；511-第二通孔；52-传感器支撑部；53-第四电磁阀；54-清洁喷嘴；55-盐度传感器；56-溶解氧传感器；57-pH值传感器；58-温度计；59-水质传感器；90-水平面；91-太阳能电池板；92-GPS/北斗接收机；93-PLC控制器；94-蓄电池。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
如图1所示，本发明提供了一种监测海洋水质的装置，包括浮箱1和探头3，所述浮箱1的周边设有喷气口11以便通过喷气的方式控制浮箱1在水平面上的地理位置，所述浮箱1的设备舱10内设有储存有压缩空气的储气罐22，喷气口11的进气端通过第一电磁阀与储气罐22连通，喷气口11的出气端伸出浮箱1的箱体；所述探头3设有用于监测水质的传感器和用于控制所述探头3在水中深度的气球47，所述气球47具有排气管46且与所述储气罐22连通。相较于传统的利用螺旋桨进行水平移动和利用伸缩杆进行沉浮操作的方式，本发明以喷射压缩气体的方式驱动箱体移动以及利用向气球充入压缩空气的方式控制探头的沉浮，可以避免使用暴露于水体且易于在水体中因沉积物和生物体等而出现故障的机械运动部件，由此显著地改善了装置的可靠性，延长了装置的使用寿命。
所述喷气口11有4个且任何相邻的2个喷气口的喷气方向相互垂直；优选地，所述喷气口11的出气端设于浮箱1的侧壁上且在使用时位于水平面90以下，这样气体喷出时会推开水体，有利于提高气体喷出时产生的推力；优选地，所述喷气口11以固定方式连接于浮箱1的侧壁上且所述喷气口11的喷气方向与重力方向的夹角为90度。在浮箱1设置多个喷气口11可以进一步减少运动部件，简化控制且可提高装置的可靠性和使用寿命。
所述浮箱1的设备舱10中还设有空气压缩机21，空气压缩机21具有进气管25，进气管25的进气口伸出浮箱1并在使用中位于水平面90上方以避免吸入水，并且空气压缩机21的出口与储气罐22连通以便将压缩空气导入并存储于储气罐22。在一些情况下，进气管25的进气口设有阻水阀以防止水进入空气压缩机21。
所述浮箱1的上表面还设有太阳能电池板91和/或风力发电装置(未示出)，并且所述浮箱1中还设有蓄电池94。这样可将太阳能电池板91和/或风力发电装置存储于蓄电池94以便在各种情况下持续地为空气压缩机21提供电力。
所述浮箱1中还设有GPS/北斗接收机92，以便确定所述浮箱1的地理装置。设于浮箱1中的PLC控制器根据GPS/北斗接收机92确定的地理位置，控制第一电磁阀的开闭以便将储气罐22中的压缩气体从排气口11喷出，从而驱动箱体在上面移动直至到达设定的监测位置。
在一些情况下，所述探头3呈卵形或圆柱形，包括从上到下依次布置的水密舱41、浮力调节舱42、检测舱51和配重舱43，这样的水密舱41在上配重舱43在下的布置有利于保持探头3在水体中的姿态，保证传感器能够进行检测工作。所述浮力调节舱42的侧壁上设有与水体相通的第一通孔421，所述气球47设于浮力调节舱42内；所述检测舱51的侧壁上设有与水体相通的第二通孔511，所述传感器设于所述检测舱51内；优选地，所述气球47通过第二电磁阀44与所述储气罐22连通；优选地，所述排气管46上设有第三电磁阀45；优选地，所述气球47有多个且固定于浮力调节舱42内的顶壁上。优选地，所述探头3上还设有水平仪49和水深仪48，以此检测确定探头3在水体中的姿态，所述PLC控制器根据水平仪49和水深仪48测定的探头3的深度和姿态来控制第二电磁阀44和第三电磁阀45的开闭，向各个气球47导入压缩气体或放出其中的压缩气体，由此可以方便地控制探头3的深度和姿态。在一些情况下，将第二电磁阀44和第三电磁阀45设置于水密舱41中，这有利于避免其与水体接触而漏电。
所述检测舱51的底部设有清洁喷嘴54，清洁喷嘴54的进气口与储气罐22连通，清洁喷嘴54的出气口位于传感器的下方且朝向传感器；优选地，清洁喷嘴54通过第四电磁阀53与储气罐22连通；优选地，所述传感器有多个且固定于传感器支撑部52上。所述传感器包括且不限于盐度传感器55、溶解氧传感器56、pH值传感器57、温度计58和水质传感器59。所述水质传感器59可以是YSI公司的EX02多参数水质传感器。优选地，所述多个传感器以交错的方式布置在传感器支撑部52上以便来自清洁喷嘴54的气体向上喷出时通过每个传感器，由此利用喷出的气体清洁每个传感器。
在一些情况下，本发明还提供一种监测海洋水质的方法，包括以下步骤：
步骤S100，提供所述的监测海洋水质的装置；
步骤S200，通过从所述喷气口11喷出来自所述储气罐22的压缩气体将所述装置移动到设定的监测位置；
步骤S300，通过向所述气球47导入来自所述储气罐22的压缩气体或者将所述气球47中的气体排出以控制所述探头3到达设定的水深；
步骤S400，通过传感器检测水质。
进一步地，在步骤S300中，所述PLC控制器通过水平仪49和水深仪48检测确定探头3在水体中深度和姿态，并且所述PLC控制器根据水平仪49和水深仪48测定的探头3的深度和姿态来控制第二电磁阀44和第三电磁阀45的开闭，向不同气球47导入来自所述储气罐22的压缩气体或者将不同气球47中的气体排出以控制所述探头3在水体中的深度和姿态；优选地，控制所述探头3处于水平状态。
进一步地，所述的检测海洋水质的方法，还包括：
步骤S500，通过所述清洁喷嘴54将来自所述储气罐22的压缩气体喷向所述传感器以清洁所述传感器。
进一步地，所述的检测海洋水质的方法，在步骤300和步骤400之间还包括：
步骤S350，通过所述清洁喷嘴54将来自所述储气罐22的压缩气体导入检测舱以将检测舱中的水从第二通孔511压出，这样可以快速清除检测舱51中的水体，允许新的水体进入检测舱51。这样，当探头3到达不同位置或深度的水体后，可以快速且完全地用新的水体置换检测舱51中旧的水体，有利于实现快速检测不同水体的目的。
本发明的装置结构紧凑、坚固且可靠性高，能够方便地移动到或维持在设定的监测位置和水深以检测水质，并且可以方便地清洁传感器以延长传感器的工作寿命，因此特别适合作在海洋中部署和长期工作。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明实施范围；凡依本发明申请专利范围及创作说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种监测海洋水质的装置，包括浮箱和探头，其特征在于，所述浮箱的周边设有喷气口以便通过喷气的方式控制浮箱的地理位置，所述浮箱内设有储气罐，喷气口的进气端与储气罐连通，喷气口的出气端伸出浮箱；所述探头设有用于监测水质的传感器和用于控制所述探头在水中深度的气球，所述气球具有排气管且与所述储气罐连通。
2.根据权利要求1所述的监测海洋水质的装置，其特征在于，所述喷气口以固定或可转动的方式连接于所述浮箱；优选地，所述喷气口有两个或更多个并且至少有两个喷气口的喷气方向不在一条直线上；优选地，所述喷气口有4个且任何相邻的2个喷气口的喷气方向相互垂直；优选地，所述喷气口的出气端设于浮箱的侧壁上且在使用时位于水平面以下；优选地，所述喷气口以固定方式连接于浮箱的侧壁上且所述喷气口的喷气方向与重力方向的夹角为60-120度，优选80-100度，更优选90度。
3.根据权利要求1或2的所述的监测海洋水质的装置，其特征在于，所述浮箱中还设有空气压缩机，空气压缩机的进气口伸出浮箱并在使用中位于水平面上方，并且空气压缩机的出口与储气罐连通。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的监测海洋水质的装置，其特征在于，所述浮箱中还设有定位装置用于确定所述浮箱的地理位置；优选地，所述定位装置是GPS定位装置和/或北斗定位装置。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的监测海洋水质的装置，其特征在于，所述探头包括从上到下依次布置的水密舱、浮力调节舱、检测舱和配重舱；所述浮力调节舱的侧壁上设有与水体相通的第一通孔，所述气球设于浮力调节舱内；所述检测舱的侧壁上设有与水体相通的第二通孔，所述传感器设于所述检测舱内；优选地，所述气球通过第二电磁阀与所述储气罐连通；优选地，所述排气管上设有第三电磁阀；优选地，所述气球有多个且固定于浮力调节舱内的顶壁上；优选地，所述探头上还设有水平仪和水深仪。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的监测海洋水质的装置，其特征在于，所述检测舱的底部设有清洁喷嘴，清洁喷嘴的进气口与储气罐连通，清洁喷嘴的出气口位于传感器的下方且朝向传感器；优选地，清洁喷嘴通过第四电磁阀与储气罐连通；优选地，所述传感器有多个且固定于传感器支撑部上；优选地，所述多个传感器以交错的方式布置在传感器支撑部上以便来自清洁喷嘴的气体通过每个传感器。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的监测海洋水质的装置，其特征在于，所述浮箱的上表面还设有太阳能电池板和/或风力发电装置；优选地，所述浮箱中还设有蓄电池。
8.一种监测海洋水质的方法，包括以下步骤：
步骤S100，提供一种根据权利要求1-7中任一项所述的监测海洋水质的装置；
步骤S200，通过从所述喷气口喷出来自所述储气罐的压缩气体将所述装置移动到设定的监测位置；
步骤S300，通过向所述气球导入来自所述储气罐的压缩气体或者将所述气球中的气体排出以控制所述探头到达设定的水深；
步骤S400，通过传感器检测水质。
9.根据权利要求8所述的检测海洋水质的方法，其中，在步骤S300中，通过向不同气球导入来自所述储气罐的压缩气体或者将不同气球中的气体排出以控制所述探头在水体中的的深度和姿态。
10.根据权利要求8或9所述的检测海洋水质的方法，还包括：
步骤S500，通过所述清洁喷嘴将来自所述储气罐的压缩气体喷向所述传感器以清洁所述传感器。
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