CN112051242A - 一种水体透明度自动测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种水体透明度自动测量装置，在透明度盘表面放置一个光敏电阻，来实现对光照强度的自动识别；在透明度盘表面放置一个压力敏感元件，以实现对透明度深度的精确测量；透明度盘连接电机和减速器使透明度盘垂直下降，来实现对透明度深度的准确记录。光敏电阻要与电动机进行串联，来控制电动机在光照达到阈值时停止工作，通过与单片机进行串联，对装置进行试验和调试。压力敏感元件应该与显示器进行串联，通过压力测深原理对透明度的深度进行快速准确地测量。本发明实现对水体透明度的自动化测量，节省了人力，减少了测量时间的耗费，也可以消除人眼测量产生的误差，达到提高测量精度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及水质参数的实地测量领域，主要是针对水体透明度测量。
背景技术
近年来，对包括江河湖海在内水体的水质进行评估成为环境保护监测一个重要组成部分。为了使水质的评价指标体系更加明确具体，引入了很多重要的水质参数，透明度就是其中之一。透明度是指放入水中的赛克盘能够看得见的最大深度，反映了水体的透光能力。在海洋水质监测中，透明度一直是一个较为直观的参数，可以作为评估水体富营养化程度的指标。水体透明度的变化会严重影响水中的植物以及依靠可见光捕食的水生动物的生存。此外，水体透明度可以用来估算固有光学参数、叶绿素a浓度甚至是初级生产力。因此，水体透明度的测量对研究水环境变化、水体光学参数、水生生态系统以及初级生产力的估计均有十分重要的意义。
国外使用赛克盘(透明度盘)观测水体的透明度已经有150多年的历史。我国使用赛克盘观测水体的透明度从上个世纪二三十年代开始。根据透明度测量的规程要求，应该将赛克盘在船的背光处水平放入水中，逐渐下沉，至恰好不能看见赛克盘面的白色时，记下塞克盘的深度，就是透明度的测量值，以cm为单位，测量时要反复测量两到三次取平均值进行记录。尽管传统测量方法操作比较简单，但是存在耗时过长、耗费较多人力以及人眼观测的主观性误差较大等缺点。
由于透明度的传统观测方法耗时耗力，利用遥感技术反演透明度逐渐成为比较重要的手段。其中透明度的遥感估算方法主要有经验方法、半分析算法和分析算法。其中经验算法是通过建立遥感反射率与实测透明度之间的统计回归模型，该方法虽然简单易行，但有些水体的光学特性比较复杂，具有很强的区域性特点。因此经验算法很容易受到区域的限制，没有普适性。而对于半分析算法和分析算法来说，相关理论和反演方法的研究仍有待进一步提高，反演的精度也不能得到保证。因此，透明度的实地测量获取仍然是必需的。
发明内容
本发明的目的在于克服透明度传统观测方法的缺点和不足，提供一种新型水体透明度自动测量装置。
本发明的技术方案如下：
一种水体透明度自动测量装置，在透明度盘表面放置一个光敏电阻，来实现对光照强度的自动识别；在透明度盘表面放置一个压力敏感元件，以实现对透明度深度的精确测量；透明度盘连接电机和减速器使透明度盘垂直下降，来实现对透明度深度的准确记录。
所述的光敏电阻要与电动机进行串联，来控制电动机在光照达到阈值时停止工作，通过与单片机进行串联，对装置进行试验和调试。
所述的装置，压力敏感元件应该与显示器进行串联，通过压力测深原理对透明度的深度进行快速准确地测量。
本发明一是在透明度盘表面放置一个光敏电阻(材料为硫化镉)，来实现对光照强度的自动识别；第二是在透明度盘表面放置一个压力敏感元件，以实现对透明度深度的精确测量；第三是安装电机和减速器使透明度盘缓慢垂直下降，来实现对透明度深度的精确自动记录。
本发明装置的电路连接如图1(本发明装置的电路连接)所示。装置的电路连接是将光敏电阻部分、电动机以及减速器进行串联；然后要将压力敏感元件与操作端的显示器进行串联；然后将两部分进行并联之后与开关和电池部分串联。
将光敏电阻和压力敏感元件用胶水固定在透明度盘表面，之后用带孔透明的塑料圆盘把光敏电阻和压力敏感元件密封起来，并做防水处理，并将连接两个元件的导线从小孔处引出与装置的其他部分进行连接；电动机和减速器部分要控制滑轮的转动，进而控制透明度盘的升降，所以将电动机和减速器内置于滑轮中。
所描述的光敏电阻是用硫化镉等半导体材料制成的特殊电阻器。它是利用半导体的内光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。利用光敏电阻的这一物理特性，在设计过程中将光敏电阻和电机进行串联。透明度盘缓慢下降时，当光照达到规定的阈值时，光敏电阻的阻值增大以致电机停止工作。这时就可以记录透明度深度。本模块设计是通过ADC0809模/数转换模块，将光敏电阻感知到的不同的感光强度的模拟电压信号转换为数字电压信号，并在单片机中进行运算，与预设的阈值电压进行比较，从而实现了对光敏电阻阈值的确定。
所述的压力测深，是将压力敏感元件置于透明度盘的表面后一起置于水中，通过测量水下压力，通过相对压差原理，计算出敏感元件所处位置的水深。所以在实际测深的过程中，要将压力敏感元件与操作端的显示器进行串联来记录水体的透明度深度。将压力敏感元件的输出弱信号，经过放大，然后用模/数转换模块读进单片机，用串口与电脑端的上位机通信，从而记录水体的透明度深度。水下深度可以用式(1)计算所得。式中:h表示传感器所处水下深度，P表示当前水下压强大小，ρ表示被测水体的密度，g表示当地地球引力。
所述的电动机与操作端的开始测量按钮进行串联，当点击开始测量按钮时，电动机开始运转。电动机高速运转的动力可以通过减速机的输入轴上的齿轮少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的。从而可以使透明度盘缓慢下降，给光敏电阻的阻值反映预留了时间，从而实现了对透明度深度的准确测量和记录。
本发明的有益效果是：可以实现对水体透明度的自动化测量，节省了人力，减少了测量时间的耗费，也可以消除人眼测量产生的误差，达到提高测量精度的效果。
附图说明
图1为本发明装置的电路连接；
图2为本发明装置的结构示意图；
图3为本发明的操作过程示意图；
图4为本发明装置的操作流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
一种水体透明度自动测量装置，在透明度盘表面放置一个光敏电阻，来实现对光照强度的自动识别；在透明度盘表面放置一个压力敏感元件，以实现对透明度深度的精确测量；透明度盘连接电机和减速器使透明度盘垂直下降，来实现对透明度深度的准确记录。
所述的光敏电阻要与电动机进行串联，来控制电动机在光照达到阈值时停止工作，通过与单片机进行串联，对装置进行试验和调试。
所述的装置，压力敏感元件应该与显示器进行串联，通过压力测深原理对透明度的深度进行快速准确地测量。
本发明一是在透明度盘表面放置一个光敏电阻(材料为硫化镉)，来实现对光照强度的自动识别；第二是在透明度盘表面放置一个压力敏感元件，以实现对透明度深度的精确测量；第三是安装电机和减速器使透明度盘缓慢垂直下降，来实现对透明度深度的精确自动记录。
本发明装置的电路连接如图1(本发明装置的电路连接)所示。装置的电路连接是将光敏电阻部分、电动机以及减速器进行串联；然后要将压力敏感元件与操作端的显示器进行串联；然后将两部分进行并联之后与开关和电池部分串联。
将光敏电阻和压力敏感元件用胶水固定在透明度盘表面，之后用带孔透明的塑料圆盘把光敏电阻和压力敏感元件密封起来，并做防水处理，并将连接两个元件的导线从小孔处引出与装置的其他部分进行连接；电动机和减速器部分要控制滑轮的转动，进而控制透明度盘的升降，所以将电动机和减速器内置于滑轮中。
如图2(本发明装置的结构示意图)所示，该装置可以分为三部分。其中第一部分是操作端口部分，包括显示屏和三个按钮。其中显示屏右上角可以显示装置电池的电量，显示屏中央可以显示透明度深度的数值，可以精确到cm量级(在显示屏上以m为单位)。操作端口右侧的第一个按钮是开关按钮(ON/OFF)，可以控制显示屏的开关。第二个按钮是开始测量按钮(START)，按下它以后滑轮中电动机开始工作，透明度盘开始缓慢下降。第三个按钮是完成测量按钮，当显示器上显示出的透明度深度稳定不变时，记录数据，并点击完成测量按钮(FINISH)，可以通过电机完成对透明度盘自动回收。
第二部分是滑轮部分，滑轮中内置了电动机和减速器，在按动开始测量按钮时,电机和减速器一起工作，电动机顺时针旋转，使透明盘可以缓慢下降。在透明度盘的光敏电阻阻值随着光照的减弱而增大时，电动机停止工作。当点击完成测量按钮时，电动机工作并且逆时针旋转，减速器不工作，可以实现对透明度盘的快速回收，节约测量的时间。
第三部分是透明度盘部分，透明度盘表面置有光敏电阻和压力敏感元件，其中光敏电阻可以控制电机停止工作，而压力敏感元件可以测量出该位置的透明度深度。透明度盘下侧悬挂的重锤可以保证透明度盘垂直下降，从而减少风浪对测量精度的影响。
其中显示屏幕要与压力敏感元件、开关机按钮以及单片机进行串联。而电动机要与光敏电阻、减速器、开始测量按钮、结束测量按钮以及单片机进行串联。之后将上述的两部分并联之后与装置中的电池进行连接，完成装置电路的组装。
本发明的操作过程如图3(本发明的操作过程示意图)所示，其工作过程的流程如图4(本发明装置的操作流程图)所示。观测应在甲板的背阳光处进行，使用之前，要先用充电设备给该装置进行充电。在开始测量的过程中，第一步先按下开机按钮，在显示屏幕上观察电量，在电量充足的情况下，将透明度盘下放至接近水体表面的位置；第二步按下开始测量按钮，启动电机和内置减速器，透明度盘自动缓慢下降，之后随着透明度盘的不断下降，透明度盘表面的光照减弱，光敏电阻阻值增大到电机停止工作。第三步记录下显示屏幕显示的数据，并点击完成测量的按钮，可以将透明度盘自动回收。
综上所述，本发明提供的一种新型水体透明度自动化测量装置，现有的透明度测量装置无法实现自动化测量，会耗费较多的时间和人力，而且测量精度不能得到保证。与传统测量方式对比，本发明的技术方案有以下几个优点：①可以通过光敏电阻自动识别光照，压力敏感元件自动测深来实透明度的自动化测量，减少了传统测量方法用肉眼观测的主观性；②可以实现对透明度这一水质参数的精确测量，其实地测量数据如表1所示；③该装置节省了测量时间，提高了测量的效率；④该装置具有极好的便携性，可以通过测量船进行搭载。总体来说，该装置可以对包括江河湖海在内的水体的透明度进行准确而有效地测量，具有较大的应用价值和借鉴意义。
表1新型透明度自动测量装置实地测量结果
以上所述仅是本发明的简述的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种水体透明度自动测量装置，其特征是，在透明度盘表面放置一个光敏电阻，来实现对光照强度的自动识别；在透明度盘表面放置一个压力敏感元件，以实现对透明度深度的精确测量；透明度盘连接电机和减速器使透明度盘垂直下降，来实现对透明度深度的准确记录。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是，光敏电阻要与电动机进行串联，来控制电动机在光照达到阈值时停止工作，通过与单片机进行串联，对装置进行试验和调试。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是，压力敏感元件应该与显示器进行串联，通过压力测深原理对透明度的深度进行快速准确地测量。
4.如权利要求1所述的装置，其特征是，装置的电路连接是将光敏电阻部分、电动机以及减速器进行串联；然后要将压力敏感元件与操作端的显示器进行串联；然后将两部分进行并联之后与开关和电池部分串联。
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