CN110672809A - 一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统 - Google Patents
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Abstract
一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，属于水质监测技术领域。包括传感器结构和数据采集结构，数据采集结构为系统供电同时读取、保存和传输数据。传感器结构包括多层水质传感器、传感器连接线缆、承重钢缆和可调节配重。承重钢缆中部与可调节配重连接，一端连接数据采集结构，另一端通过U型夹头依次间隔连接水质传感器。连接线缆实现水质传感器与控制装置之间的通信，同时通过多个U型夹头固定在承重钢缆上。本发明可解决水深变化使传感器触底失效和水深变化过程中水质传感器失效的问题；传感器长时间在扰动很小、环境相对稳定的水面下工作，解决传感器连接线缆容易划伤损坏等问题，为实现多层原位水质数据采集提供技术支持。
Description
技术领域
本发明属于水质监测技术领域，涉及到一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统。
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利用的双重压力下，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。
在水深较大的湖泊和水库水域，不仅仅需要对水质信息进行单层采集，也需要采集多层原位水质信息。目前依靠水质传感器采集多层原位水质信息时，存在的困难有：如何按水质监测规范要求实现原位水质信息采集；如何保证水深变化过程中，水质传感器不触底失效以及各层传感器在水面下的相对位置不变；也面临着传感器工作过程中，周围环境不稳定、线缆长度过大容易划伤和信号衰弱等问题。现有对水质多层监测的研究中，有的利用电机升降水质传感器。例如中国专利一种水质的立体多层监测方法及系统(公开号CN106290770A)，对水质实现多层监测的方式是依靠步进电机、驱动器、位移传感器，单向锁定开关，绞盘，铰链升降水质传感器实现的。该方式结构复杂，水质传感器在下放的过程中也会扰乱原有的水体状态，无法实现原位监测。在长时间监测过程中装置的能源供应也是一个问题。有的利用蠕动泵分层抽水进行水质监测。例如中国专利一种海洋牧场多水层水质环境多参数原位在线监测系统(公开号CN108519472A)中利用阀门、蠕动泵和多个不同长度的取样管对个多个不同深度的水层的海水进行取样，进而实现水质监测。该方式结构复杂，抽水过程中容易扰动水体，且长时间工作容易造成水管堵塞。如何克服以上问题，是实现利用多层水质传感器进行多层原位水质信息采集的前提。
发明内容
针对现有技术不足和实际情况需要，解决多层原位水质信息采集的问题，提出一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统。该系统包括传感器结构和数据采集结构，其中传感器结构由至少一个漂浮体，至少一个水质传感器，水质传感器连接线缆，承重钢缆，U型夹头，可调节配重组成；数据采集结构由配电装置、控制装置和结构支架组成。该系统可以实现多层原位水质信息采集功能，是一种成本低廉，安全可靠，便于后期维护升级的系统。
为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，所述的多层原位水质信息采集系统包括传感器结构和数据采集结构。
所述的传感器结构包括水质传感器装置组、水质传感器连接线缆3、承重钢缆4、多个U型夹头5和可调节配重6。
所述的可调节配重6为组装式配重结构，放置在水底，包括多个质量块，根据实际情况选择质量块的数量。可调节配重6用于调节连接漂浮球1后的多层水质传感器装置组所受的浮力和重力之间的关系，使装置在水中为下沉状态，及固定底层水质传感器的监测位置。
所述的水质传感器装置组包括多层水质传感器装置，具体数量和间隔根据监测任务确定，每层水质传感器装置均包括一个漂浮球1和一个水质传感器2；所述的漂浮球1为水质传感器2提供浮力，漂浮球1的大小是可以根据水质传感器2的质量调节，确保顶层传感器装置和底层传感器装置在水中为上浮状态，中间层传感器装置在水中为悬浮状态。所述水质传感器装置组的顶层水质传感器装置的漂浮球1浮在水面，顶层传感器装置的漂浮球1和水质传感器2之间距离根据监测规范调整(配重和顶层传感器装置组的漂浮体1距离大于监测地点最大水深)，底层水质传感器装置的水质传感器2底部通过绳索与可调节配重6连接，根据监测规范调节可调节配重6与底层传感器装置中水质传感器2之间的距离。
所述的承重钢缆4作为整个装置的承重设备，承重钢缆4的中部与可调节配重6连接，其一端连接在数据采集结构的控制装置8上，其另一端依次间隔连接水质传感器装置，根据监测任务确定水质传感器装置的数量和间距，水质传感器装置与承重钢缆4之间通过U型夹头5固定。
所述的传感器连接线缆3依次连接所有的水质传感器2(通过水质传感器连接线缆3将单层水质传感器装置连接为多层水质传感器)，并与数据采集结构的控制装置8连接，实现水质传感器2与控制装置8之间的通信；同时，传感器连接线缆3通过多个U型夹头5固定在承重钢缆4上。为保证承重钢缆4的承重作用，所述的传感器连接线缆3的长度大于承重钢缆4的长度，确保承重钢缆4处于完全拉伸状态时传感器连接线缆3处于自由状态。
所述的数据采集结构包括配电装置7、控制装置8和结构支架9。所述的结构支架9安装在岸边地面上，用于安装配电装置7和控制装置8，配电装置7为系统供电，控制装置8负责读取、保存、传输数据。特别地，为保证信号长距离传输中的传输效率，控制装置8设置有信号加强装置。
进一步的，所述的漂浮球1的材质为硬质PVC塑料，保证其在水压较大的环境中也正常工作。
进一步的，所述的水质传感器2的正常工作条件应该符合监测地点的实际条件。
进一步的，所述的承重钢缆4的直径为4mm，材质为耐腐蚀的不锈钢，钢缆外有PVC保护胶包裹。
进一步的，所述的U型夹头5用于固定传感器在承重钢缆上的位置，作为优选，材质选为耐腐蚀的不锈钢。
进一步的，所述的传感器连接线缆3和承重钢缆4均根据监测地点的实际情况调节长度，两端分别连接水质传感器和相应的数据采集平台，该数据采集平台设计在岸边。
本发明提供了一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，具备以下的有益效果：
传感器结构释放后，根据各层传感器在水中的状态特点可知，即使水深变化传感器也不会触底失效。根据传感器装置组的连接特点和长度大于监测地点最大水深的特点，传感器在后期工作中，承重钢缆末端的顶层漂浮球会一直漂浮在水面上，根据顶层漂浮球在水面总是会受到水平作用力和中间各层传感器装置组在水中的悬浮状态可知，承重钢缆在后期工作中几乎是直线状态，悬浮在中间各层传感器分层效果不变，即多层监测效果不会变化。即使在冬季水面结冰，冻住顶层漂浮球后，分层监测效果依旧不变，且顶层漂浮球和顶层传感器之间的距离可以保证传感器不会被冻坏。该装置组连接后，多个水质传感长时间在水面下工作，受到水面风浪扰动小，监测环境相对稳定，可以避免对水质传感器连接线缆的破坏或者划伤等问题，且控制装置设有信号加强设备，可以保证信号在长距离传输的效率。
附图说明
图1是一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统整体示意图。
图中：1漂浮球；2水质传感器；3水质传感器连接线缆；4承重钢缆；5U型夹头；6可调节配重；7配电装置；8控制装置；9结构支架。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。图中传感器层数为三层，实际运用中可根据监测需要选择传感器的层数和参数。
一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，所述的多层原位水质信息采集系统包括传感器结构和数据采集结构。所述的传感器结构包括水质传感器装置组、水质传感器连接线缆3、承重钢缆4、多个U型夹头5和可调节配重6。所述的数据采集结构包括配电装置7、控制装置8和结构支架9。
所述的可调节配重6为组装式配重结构。所述的水质传感器装置组包括三层水质传感器装置，每层水质传感器装置均包括一个漂浮球1和一个水质传感器2。所述水质传感器装置组的顶层水质传感器装置的漂浮球1浮在水面，底层水质传感器装置的水质传感器2底部通过绳索与可调节配重6连接。
所述的承重钢缆4作为整个装置的承重设备，承重钢缆4的中部与可调节配重6连接，其一端连接在数据采集结构的控制装置8上，其另一端依次间隔连接水质传感器装置水质传感器装置与承重钢缆4之间通过U型夹头5固定。
所述的传感器连接线缆3依次连接所有的水质传感器2，并与数据采集结构的控制装置8连接，实现水质传感器2与控制装置8之间的通信；同时，传感器连接线缆3通过多个U型夹头5固定在承重钢缆4上。为保证承重钢缆4的承重作用，所述的传感器连接线缆3的长度大于承重钢缆4的长度，确保承重钢缆4处于完全拉伸状态时传感器连接线缆3处于自由状态。
如图1所示的一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，具体实施步骤如下：
步骤1：处理单层水质传感器装置。根据监测地点的实际情况和监测规范要求，确定水质传感器层数和各层水质传感器2的参数，根据各层水质传感器2的重量选择合适的漂浮球1与之连接成水质传感器装置。
步骤2：连接三个水质传感器装置形成多层传感器装置组。根据监测地点的最大水深，确定水质传感器连接线缆3、承重钢缆4长度，用承重钢缆4作为多层水质传感器装置组受力主线。
步骤3：为水质传感器装置组添加可调节配重6。将水底的可调节配重6与承重钢缆4的中部固定连接，适当调节配重和顶层漂浮球的关系，避免顶层漂浮球受水平外力过大，使配重发生位移，连接后水质传感器装置组在浮力和可调节配重6的共同作用下处于不同的水深处。
步骤4：连接数据采集结构。并根据监测地点实际条件选择数据采集结构的安放位置，将承重钢缆4连接在数据采集结构上；同时，将传感器连接线缆3依次连通所有的水质传感器2，并与控制装置8连接，实现水质传感器2与控制装置8之间的通信。
进一步的，回收或者检修全天候多层水质传感器时，通过顶层的漂浮球回收传感器装置组，回收或检修多层传感器组。
上述实例为本发明较佳实施方式，但本发明实施方式不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明保护范围内。
Claims (6)
1.一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，其特征在于，所述的多层原位水质信息采集系统包括传感器结构和数据采集结构；
所述的传感器结构包括水质传感器装置组、水质传感器连接线缆(3)、承重钢缆(4)、多个U型夹头(5)和可调节配重(6)；
所述的可调节配重(6)为组装式配重结构，放置在水底，包括多个质量块，根据实际情况选择质量块的数量；
所述的水质传感器装置组包括多层水质传感器装置，具体数量和间隔根据监测任务确定，每层水质传感器装置均包括一个漂浮球(1)和一个水质传感器(2)，漂浮球(1)为水质传感器(2)提供浮力，漂浮球(1)大小根据水质传感器(2)的质量调节，确保顶层传感器装置和底层传感器装置在水中为上浮状态，中间层传感器装置在水中为悬浮状态；所述水质传感器装置组的顶层水质传感器装置的漂浮球(1)浮在水面，顶层传感器装置的漂浮球(1)和水质传感器(2)之间距离根据监测规范调整，底层水质传感器装置的水质传感器(2)底部通过绳索与可调节配重(6)连接，根据监测规范调节可调节配重(6)与底层传感器装置中水质传感器(2)之间的距离；
所述的承重钢缆(4)作为整个装置的承重设备，承重钢缆(4)的中部与可调节配重(6)连接，其一端连接在数据采集结构的控制装置(8)上，其另一端依次间隔连接水质传感器装置，水质传感器装置与承重钢缆(4)之间通过U型夹头(5)固定；
所述的水质传感器连接线缆(3)依次连接所有的水质传感器(2)，并与数据采集结构的控制装置(8)连接，实现水质传感器(2)与控制装置(8)之间的通信；同时，水质传感器连接线缆(3)通过多个U型夹头(5)固定在承重钢缆(4)上；
所述的数据采集结构包括配电装置(7)、控制装置(8)和结构支架(9)；所述的结构支架(9)安装在岸边地面上，用于安装配电装置(7)和控制装置(8)，配电装置(7)为系统供电，控制装置(8)负责读取、保存、传输数据。
2.根据权利要求1所述的一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，其特征在于，所述的水质传感器连接线缆(3)的长度大于承重钢缆(4)的长度，确保承重钢缆(4)处于完全拉伸状态时水质传感器连接线缆(3)处于自由状态，保证承重钢缆(4)的承重作用。
3.根据权利要求1所述的一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，其特征在于，所述的控制装置(8)设置有信号加强装置，保证信号长距离传输中的传输效率。
4.根据权利要求1所述的一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，其特征在于，所述的漂浮球(1)的材质为硬质PVC塑料。
5.根据权利要求1所述的一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，其特征在于，所述的承重钢缆(4)材质为耐腐蚀的不锈钢，钢缆外有PVC保护胶包裹。
6.根据权利要求1所述的一种适应水深变化的多层原位水质信息采集系统，其特征在于，所述的U型夹头(5)材质选为耐腐蚀的不锈钢。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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