CN110824131A - 一种水体参数检测装置 - Google Patents

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史志斌
王林琳
白禄超
刘峰
刘轶伦
肖文蔚
颜康婷
黄鑫荣
高启超
欧阳帆
蔡迎虎
梁佳佳
廖铠丰
罗裕晖
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Abstract

本发明公开一种水体参数检测装置，包括连接架、密度检测组件、冲量检测组件以及处理模块；密度检测组件包括排水块以及第一压力传感器，所述排水块设置在连接架上，所述第一压力传感器设置在排水块的顶面；所述冲量检测组件设置在密度检测组件的下方，包括两个水流压力检测组，每个水流压力检测组均包括承载板以及第二压力传感器，所述两个水流压力检测组的承载板相互平行设置；所述连接架的顶部设有用于显示水体参数的显示终端；所述显示终端、第一压力传感器以及第二压力传感器分别与处理模块电连接。本发明便于携带，检测方便，无需采样，简化测量过程，能够实时地检测水体质量，有利于实时地针对河道、水库等水域进行水体质量监测。

Description

一种水体参数检测装置
技术领域
本发明涉及一种水质检测设备，具体涉及一种水体参数检测装置。
背景技术
水是生命之源，随着中国社会经济的高速发展以及城市化、工业化进程的加速，水污染的问题日益突出，水质监测工作变得越来越重要。水中悬浮物浓度是农业水土保持研究和水质评价的重要参数之一，是重要的非点源污染物以及影响河流、小溪发挥有效功能的最普遍的污染物。因此，河道、水库的维护与水域的悬浮物负荷管理的问题亟待解决。
在传统的水体悬浮物检测过程中，操作极其不方便，大多需要采样至实验室进行处理，需要大量的人力物力，极大降低了工作效率。体积小、重量轻、携带方便的水质检测仪成为工作中的迫切需求，因此急需设计一种新型便携式水体检测装置，以便对水体进行实时监测，完成水体环境重要参数的监测任务。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种水体参数检测装置，该装置便于携带，检测方便，适用于实时检测水体质量。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种水体参数检测装置，其特征在于，包括连接架、设置在连接架上的密度检测组件、冲量检测组件以及处理模块；其中，所述密度检测组件包括排水块以及第一压力传感器，所述排水块设置在连接架上，所述第一压力传感器设置在排水块的顶面上；所述冲量检测组件设置在密度检测组件的下方，包括两个水流压力检测组，该两个水流压力检测组设置在连接架上且位于连接架的两侧，每个水流压力检测组均包括承载板以及用于检测承载板所受压力的第二压力传感器，所述第二压力传感器设置在靠近连接架的一侧，所述两个水流压力检测组的承载板相互平行设置；所述连接架的顶部设有用于显示水体参数的显示终端；所述显示终端、第一压力传感器以及第二压力传感器分别与处理模块电连接。
上述水体检测装置的工作原理是：
检测时，首先将水体参数检测装置放入待测水体中，确保密度检测组件淹没在水体中，并且调整水体参数检测装置的位置，确保水流方向与冲量检测组件的两个承载板相互垂直。此时，所述密度检测模块中的排水块在水体中排开水的体积V固定不变，并通过所述第一压力传感器检测得出排开水的压力F排；此时，所述第一压力传感器将所检测得到的排开水的压力F排传输到处理模块中，处理模块通过计算得出该水体的密度ρ测，具体为：根据排水块的重力F板＝m板g、排水快所受浮力F浮＝ρ测Vg以及受力平衡F排＝F板-F浮可得ρ测Vg＝m板g-F排，因此待测水体的密度为ρ测＝(m板g-F排)/Vg。另外，水流对冲量检测组件的两个承载板施加一定的压力，由于两个承载板与水流方向相互垂直，因此能够准确地检测到水流的压力，并且沿着水流的方向两个承载板所受的压力会存在差异，通过对应的第二压力传感器可检测出两个承载板所受压力分别为F1和F2，并将两个压力值传输到处理模块中，处理模块通过公式进行计算处理，获取水流的速度，其中f＝F1-F2，S为承载板的表面积，ρ测为待测水体的密度。进一步地，通过计算水的密度ρ水和待测水体ρ测的密度差值，换算得出该水体中的悬浮物含量，即悬浮物含量C＝ρ水-ρ测。在检测过程中，直接检测得到的参数(F排、F1和F2)以及通过计算获取的参数(ρ测、v以及C)等相关参数将会显示在所述显示终端上，以供给检测人员实时观察，以便记录和检验。
本发明的一个优选方案，其中，所述连接架由连接杆构成，该连接杆竖直设置，所述排水块的中心与连接杆连接；所述冲量检测模块的两个承载板通过连接件与所述连接杆连接；所述连接杆为中空结构，所述处理模块、密度检测组件以及冲量检测组件的相关线路设置在连接杆内部。
优选地，所述连接杆的底部设有平衡球。
本发明的一个优选方案，所述第一压力传感器有两个，该两个第一压力传感器分别相对设置在连接杆的两侧。
本发明的一个优选方案，所述承载板的外表面设有橡胶冲量吸收膜。
本发明的一个优选方案，还包括流向检测组件，该流向检测组件包括监测叶片和九轴陀螺仪，所述九轴陀螺仪通过衔接件与所述连接杆连接，所述监测叶片通过转动杆转动连接在九轴陀螺仪的底部，所述九轴陀螺仪与处理模块电连接。
本发明的一个优选方案，所述处理模块包括第一处理组件和第二处理组件，所述第一处理组件和第二处理组件均包括处理器、电池、蓝牙接收器以及蓝牙发射器，所述第一处理组件还包括有无线信号发射器；所述第一压力传感器与所述第一处理组件的处理器电连接，所述第二压力传感器以及九轴陀螺仪与所述第二处理组件的处理器电连接；所述第一处理组件负责收集第一压力传感器的数据以及对其进行处理，并通过蓝牙发射器发送至显示终端；所述第二处理组件负责收集第二压力传感器和九轴陀螺仪的数据以及对其进行处理，并通过蓝牙发射器发送至显示终端。
优选地，所述两个水流压力检测组之间设有固定壳体，所述第二处理组件设置在所述固定壳体内，所述两个水流压力检测组的第二压力传感器固定连接在固定壳体的两侧；所述衔接件一端与九轴陀螺仪连接，另一端与固定壳体连接。
优选地，所述显示终端的对应处设置有指示灯，该指示灯与第一处理组件的处理器连接；第一处理组件根据密度检测模块检测的数据计算得出待测水体的水体密度后，进一步计算水体的悬浮物含量，当该悬浮物含量大于指定值时，所述指示灯显示第一种颜色，当水体的悬浮物含量小于指定值时，所述指示灯显示第二种颜色。指示灯的设置，便于操作者更加直观地实时的了解到待测水体的悬浮物含量情况。
本发明的一个优选方案，所述连接杆上设置有操作把手，该操作把手上设有重置按钮，所述重置按钮与处理模块连接；当按下所述重置按钮后，处理模块以及显示终端初始化运行。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明的水体参数检测装置，能够简便准确地测量出水体的密度以及水流的速度，并实时显示在显示屏上，通过处理模块的进一步计算得出水体悬浮物含量，能让操作者直观地监测到水体的质量情况，有效地完成水体环境重要参数的监测任务。
2、本发明的水体参数检测装置便于携带，检测方便，无需采样，简化测量过程，能够实时地检测水体质量，有利于实时地针对河道、水库等水域进行水体质量监测。
附图说明
图1-图2为本发明的水体参数检测装置的其中一种具体实施方式的结构示意图，其中，图1为主视图，图2为立体图。
图3为冲量检测组件以及第二处理组件的立体结构示意图。
图4为密度检测组件的立体结构示意图。
图5为显示终端和第一处理组件的立体结构示意图。
图6为本发明的水体参数检测装置的系统框图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-图6，本实施例的水体参数检测装置，包括连接架、设置在连接架上的密度检测组件5、冲量检测组件11以及处理模块；其中，所述密度检测组件5包括排水块51以及第一压力传感器52，所述排水块51设置在连接架上，所述第一压力传感器52有两个，这两个第一压力传感器52均设置在排水块51的顶面上；所述冲量检测组件11设置在密度检测组件5的下方，包括两个水流压力检测组，该两个水流压力检测组设置在连接架上且位于连接架的两侧，每个水流压力检测组均包括承载板112以及用于检测承载板112所受压力的第二压力传感器113，所述第二压力传感器113设置在靠近连接架的一侧，所述两个水流压力检测组的承载板112相互平行设置；所述连接架的顶部设有用于显示水体参数的显示终端1；所述显示终端1、第一压力传感器52以及第二压力传感器113分别与处理模块电连接。
参见图1-图2，本实施例中，所述排水块51为泡沫材料的方形块，由于泡沫材料密度小，质量轻，因此有利于减轻整个装置的重量，便于携带，同时由于泡沫自重小，测量数据变化较大，有利于数据准确性的提高。另外，将第一压力传感器52设置在排水块51的顶面，有利于减轻液体产生的浮力对第一压力传感器52的影响，使得数据更加准确，并且便于收集。
参见图1-图4，本实施例中，所述连接架由连接杆4构成，该连接杆4竖直设置，所述排水块51的中心与连接杆4连接；所述连接杆4的底部设置有平衡球9，该平衡球9为铁制球；所述两个第一压力传感器52位于连接杆4的两侧；所述冲量检测模块的两个承载板112通过连接件与所述连接杆4连接；所述连接杆4为中空结构，所述处理模块、密度检测组件5以及冲量检测组件11的相关线路设置在连接杆4内部。通过连接杆4的设置，便于密度检测组件5和冲量检测组件11的设置，并且便于线路的保护，避免线路直接与水体接触；同时，连接杆4便于将冲量检测组件11放置在待测水体的一定深度中，有利于提高检测精度以及便于操作；连接杆4将密度检测组件5和冲量检测组件11连接为一体，整个装置形成一个杆状形的结构，便于携带和存放；另外，连接杆4不受水流的影响而左右晃动，保证了数据的准确有效，能够精准的测量出水体的流速和密度等参数。
本实施例中，所述连接杆4上设置有刻度，以便操作者快速了解到装置中的检测组件位于水体的具体深度，以作调整和充分的测量。同时，所述连接杆4为伸缩杆，包括上部杆41和下部杆42，所述下部杆42设置在上部杆41的内部，所述密度检测组件5设置在上部杆41上，所述显示终端1转动连接在上部杆41的顶部，所述冲量检测组件11设置在下部杆42的底部；通过将连接杆4设置为可伸缩，能够延长连接杆4的长度，以便检测更深的水体的流速和密度等参数；将显示终端1转动连接在上部杆41上，使得在实时检测过程中方便操作者的观察。
参见图1-图3，，所述承载板112的外表面设有橡胶冲量吸收膜111，该橡胶冲凉吸收膜通过玻璃胶粘接在承载板112上。利用橡胶冲量吸收膜111的优质延展性能更好的检测水流压力，从而提高第二压力传感器113的检测精度，进而提高水流速度的测量。
参见图1-图3，还包括流向检测组件7，该流向检测组件7包括监测叶片72和九轴陀螺仪71，所述九轴陀螺仪71通过衔接件74与所述连接杆4连接，所述监测叶片72通过转动杆73转动连接在九轴陀螺仪71的底部，所述九轴陀螺仪71与处理模块电连接。通过流向检测组件7的设置，实时监测待测水体的水流方向，并通过九轴陀螺仪71和监测叶片72检测水流的相关流向参数，并通过处理模块进行处理后传输到所述显示终端1上，以便操作者能够根据具体的参数对整个装置进行位置调整，确保在检测时的两个承载板112与水流方向相互垂直。具体操作时，监测叶片72随水流转动，始终与水流方向相同，通过转动杆73将方向信息传输给九轴陀螺仪71，九轴陀螺仪71根据该方向信息测得角度信息，并且九轴陀螺仪71自身能够监测地理位置信息，九轴陀螺仪71将检测所得的信息传输到处理模块中，并经过相应计算处理后发送至显示终端1上，操作者通过此时显示的相关参数和信息，判断冲量检测组件11的承载板112与水流方向的位置关系，并通过转动连接杆4调整承载板112与水流的位置，使得承载板112与水流方向相互垂直，完成方向调整。
通过上述平衡球9以及流向检测组件7组成平衡姿态调节模块，两者配合调节，有利于操作者调控装置的姿态，提高检测精度。
参见图1-图5，所述处理模块包括第一处理组件和第二处理组件，所述第一处理组件均包括处理器19、电池61、蓝牙接收器21、蓝牙发射器以及无线信号发射器10，所述第二处理组件包括处理器15、电池13、蓝牙接收器14以及蓝牙发射器16；所述第一压力传感器52与所述第一处理组件的处理器19电连接，所述第二压力传感器113以及九轴陀螺仪71与所述第二处理组件的处理器15电连接；所述第一处理组件负责收集第一压力传感器52的数据以及对其进行处理，并通过蓝牙发射器发送至显示终端1(或直接电连接发送)；所述第二处理组件负责收集第二压力传感器113和九轴陀螺仪71的数据以及对其进行处理，并通过蓝牙发射器16发送至显示终端1。本实施例中，上述处理器为单片机，所述第一处理组件的无线信号发射器20用于与外界电脑端进行输出传输。
参见图1-图3，所述两个水流压力检测组之间设有固定壳体8，所述第二处理组件设置在所述固定壳体8内，所述两个水流压力检测组的第二压力传感器113固定连接在固定壳体8的两侧；所述衔接件74一端与九轴陀螺仪71连接，另一端与固定壳体8连接。通过固定壳体8的设置，便于第二处理组件的设置，能够防止与水体接触，同时能够缩短与第二压力传感器113以及九轴陀螺仪71的传输距离，便于连接和数据的传输。
参见图1-图3，所述平衡球9设置在固定壳体8的底部，平衡球9与固定壳体8之间通过“工”形件10连接。通过平衡球9的设置，增加了整个连接杆4底部的重量，有利于在检测过程中让连接杆4尽可能地保持竖直的姿态；另外，球状在水体中能减小对水的阻力，有利于更加稳定准确地检测到水流的压力。
参见图1、图2、图4和图5，所述第一处理组件设置在与所述显示终端1的对应处，与所述显示终端1形成处理终端模块。这样能够简化结构，有利于将数据快速地在处理完成后显示在显示终端1上。本实施例中，所述显示终端1由显示屏构成。
参见图1和图2，所述显示终端1的对应处设置有两个指示灯17(一个为红灯，另一个为绿灯)，该两个指示灯17与第一处理组件的处理器连接；第一处理组件根据密度检测模块检测的数据计算得出待测水体的水体密度后，进一步计算水体的悬浮物含量，当该悬浮物含量大于指定值时，红灯亮，当水体的悬浮物含量小于指定值时，绿灯亮。指示灯17的设置，便于操作者更加直观地实时的了解到待测水体的悬浮物含量情况。另外，也可只设置一个指示灯17，当水体悬浮物的含量达标和超标时分别显示不同颜色即可。所述上部杆41的顶部设有外壳12，所述第一处理组件设置在外壳12内，所述显示终端1和指示灯17设置在外壳12上。
参见图1、图2和图4，所述连接杆4上设置有操作把手3，该操作把手3上设有重置按钮2，所述重置按钮2与处理模块连接；当按下所述重置按钮2后，处理模块以及显示终端1上的所有参数初始化回零。所述操作把手3采用橡胶包覆，有利于提高操作者的操控感；通过设置重置按钮2，让操作者实现一键初始化，操作方便。
参见图1、图2和图4，本实施例中，所述连接杆4的上部杆41上设有一组用于固定排水块51的固定板6，所述密度检测组件5设置在该组固定板6之间，所述密度检测组件5的排水块51固定连接在位于下方的固定板6上。
参见图1-图6，本实施例的水体检测装置的工作原理是：
检测时，先拉伸连接杆4的上部杆41或下部杆42，让密度检测组件5和冲量检测组件11位于预期的深度(观察连接杆4上的刻度)；然后将整个装置放入待测水体中，确保密度检测组件5淹没在水体中，在平衡球9的作用下保持连接杆4竖直放置。接着接续通过流向检测组件7进行调节，流向检测组件7的监测叶片72随水流转动，始终与水流方向相同，通过转动杆73将方向信息传输给九轴陀螺仪71，九轴陀螺仪71根据该方向信息测得角度信息，并且九轴陀螺仪71自身能够监测地理位置信息，九轴陀螺仪71将检测所得的信息传输到第二处理组件中，并经过相应计算处理后发送至显示终端1上，操作者通过此时显示的相关参数和信息，判断冲量检测组件11的承载板112与水流方向的位置关系，并通过操作把手3转动连接杆4调整承载板112与水流的位置，使得承载板112与水流方向相互垂直，完成方向调整(显示终端1可以通过指针的方式显示目标方向，操作者可以根据指针的方向进行转动，直至指针与目标操作把手3的正前方一致，即可完成位置调整)。
对装置的方向调整完成后，操作者按下所述重置按钮2，第一处理组件、第二处理组件以及显示终端1等重置回零，实现初始化；检测时，密度检测模块中的排水块51在水体中排开水的体积V固定不变，并通过所述第一压力传感器52检测得出排开水的压力F排；此时，所述第一压力传感器52将所检测得到的排开水的压力F排传输到第一处理组件中，第一处理组件通过计算得出该水体的密度ρ测，具体为：根据排水块51的重力F板＝m板g、排水快所受浮力F浮＝ρ测Vg以及受力平衡F排＝F板-F浮，可得ρ测Vg＝m板g-F排，因此待测水体的密度为ρ测＝(m板g-F排)/Vg。另外，水流对冲量检测组件11的两个承载板112施加一定的压力，由于两个承载板112与水流方向相互垂直，能够准确检测到水流的压力，并且沿着水流的方向两个承载板112所受的压力会存在差异，通过对应的第二压力传感器113可检测出两个承载板112所受压力分别为F1和F2，并将两个压力值传输到第二处理组件中，第二处理组件通过公式进行计算处理，获取水流的速度，其中f＝F1-F2，S为承载板112的表面积，ρ测为待测水体的密度。进一步地，通过计算水的密度ρ水和待测水体ρ测的密度差值，换算得出该水体中的悬浮物含量，即悬浮物含量C＝ρ水-ρ测。在整个检测过程中，直接检测得到的参数(F排、F1和F2)以及通过计算获取的参数(ρ测，v以及C)等相关参数将会显示在所述显示终端1上，以供给检测人员实时观察，以便记录和检验。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水体参数检测装置，其特征在于，包括连接架、设置在连接架上的密度检测组件、冲量检测组件以及处理模块；其中，所述密度检测组件包括排水块以及第一压力传感器，所述排水块设置在连接架上，所述第一压力传感器设置在排水块的顶面上；所述冲量检测组件设置在密度检测组件的下方，包括两个水流压力检测组，该两个水流压力检测组设置在连接架上且位于连接架的两侧，每个水流压力检测组均包括承载板以及用于检测承载板所受压力的第二压力传感器，所述第二压力传感器设置在靠近连接架的一侧，所述两个水流压力检测组的承载板相互平行设置；所述连接架的顶部设有用于显示水体参数的显示终端；所述显示终端、第一压力传感器以及第二压力传感器分别与处理模块电连接。
2.根据权利要求1所述的水体参数检测装置，其特征在于，所述连接架由连接杆构成，该连接杆竖直设置，所述排水块的中心与连接杆连接；所述冲量检测模块的两个承载板通过连接件与所述连接杆连接；所述连接杆为中空结构，所述处理模块、密度检测组件以及冲量检测组件的相关线路设置在连接杆内部。
3.根据权利要求2所述的水体参数检测装置，其特征在于，所述连接杆的底部设有平衡球。
4.根据权利要求1或2所述的水体参数检测装置，其特征在于，所述第一压力传感器有两个，该两个第一压力传感器分别相对设置在连接杆的两侧。
5.根据权利要求1所述的水体参数检测装置，其特征在于，所述承载板的外表面设有橡胶冲量吸收膜。
6.根据权利要求2或3所述的水体参数检测装置，其特征在于，还包括流向检测组件，该流向检测组件包括监测叶片和九轴陀螺仪，所述九轴陀螺仪通过衔接件与所述连接杆连接，所述监测叶片通过转动杆转动连接在九轴陀螺仪的底部，所述九轴陀螺仪与处理模块电连接。
7.根据权利要求6所述的水体参数检测装置，其特征在于，所述处理模块包括第一处理组件和第二处理组件，所述第一处理组件和第二处理组件均包括处理器、电池、蓝牙接收器以及蓝牙发射器，所述第一处理组件还包括有无线信号发射器；所述第一压力传感器与所述第一处理组件的处理器电连接，所述第二压力传感器以及九轴陀螺仪与所述第二处理组件的处理器电连接；所述第一处理组件负责收集第一压力传感器的数据以及对其进行处理，并通过蓝牙发射器发送至显示终端；所述第二处理组件负责收集第二压力传感器和九轴陀螺仪的数据以及对其进行处理，并通过蓝牙发射器发送至显示终端。
8.根据权利要求7所述的水体参数检测装置，其特征在于，所述两个水流压力检测组之间设有固定壳体，所述第二处理组件设置在所述固定壳体内，所述两个水流压力检测组的第二压力传感器固定连接在固定壳体的两侧；所述衔接件一端与九轴陀螺仪连接，另一端与固定壳体连接。
9.根据权利要求7所述的水体参数检测装置，其特征在于，所述显示终端的对应处设置有指示灯，该指示灯与第一处理组件的处理器连接；第一处理组件根据密度检测模块检测的数据计算得出待测水体的水体密度后，进一步计算水体的悬浮物含量，当该悬浮物含量大于指定值时，所述指示灯显示第一种颜色，当水体的悬浮物含量小于指定值时，所述指示灯显示第二种颜色。
10.根据权利要求1所述的水体参数检测装置，其特征在于，所述连接杆上设置有操作把手，该操作把手上设有重置按钮，所述重置按钮与处理模块连接；当按下所述重置按钮后，处理模块以及显示终端初始化运行。
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