CN113008208A

CN113008208A - 一种生态水文监测装置及方法

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Publication number: CN113008208A
Application number: CN202110192749.0A
Authority: CN
Inventors: 宋飞; 张良; 魏璟贤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-20
Filing date: 2021-02-20
Publication date: 2021-06-22

Abstract

本发明涉及监测设备领域，更具体而言，涉及一种生态水文监测装置及方法。包括：浮筒、底板、拉力传感器、支架、卷筒、第一电机、拉绳、配重、进水管、自由叶轮、转动传感器、调整叶轮、第二电机、水泵、水池、主杆、天线、电池、控制器、监测设备、转杆、第三电机、拉杆、保护罩、太阳能板、第四电机、风速风力传感器。本发明结构紧凑，使用灵活方便，能够实现无人值守的长期监测，具有高稳定性，能够进行能源的自我补给和恶劣天气的自我保护。

Description

一种生态水文监测装置及方法

技术领域

本发明涉及监测设备领域，更具体而言，涉及一种生态水文监测装置及方法。

背景技术

目前，为了方便对水文环境进行了解，工作人员会在河流中设置水文监测装置进行水文监测，根据位置的不同，重要的监测位置会设置长期监测点，非重要位置则会设置临时的监测点，但是临时的监测装置容易受到风速、水流的影响，设置在水面上容易发生位置的移动，影响了监测的精度，尤其是越开阔的水域受到风、水的影响越大，所以就要求这种临时性的监测装置具有较好的稳定性，能够进行位置自调节，同时在开阔的水域进行监测，无法通过线路供电，就需要监测装置具有能源自供给的能力，同时在部分地域容易受到暴风雨、强对流天气的影响，在距离工作人员较远的位置无法受到及时的保护，所以就需要装置具有自我保护的能力。

发明内容

本发明申请的一种生态水文监测装置及方法旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，具有高稳定性、能源自供给和自我保护能力。

为了实现上述目的，本发明的一个方面的技术方案提供了一种生态水文监测装置及方法，包括：浮筒、底板、拉力传感器、支架、卷筒、第一电机、拉绳、配重、进水管、自由叶轮、转动传感器、调整叶轮、第二电机、水泵、水池、主杆、天线、电池、控制器、监测设备、转杆、第三电机、拉杆、保护罩、太阳能板、第四电机、风速风力传感器，所述浮筒为环形浮筒，各处受力均匀，所述浮筒中心处固定连接有所述底板，所述浮筒漂浮在水面上，所述浮筒的周围就有拉力传感器，每个所述拉力传感器连接有所述支架，所述支架上转动连接有所述卷筒，所述卷筒上缠绕有所述拉绳，所述卷筒的一端连接有所述第一电机，所述第一电机固定在所述支架上，所述第一电机驱动所述卷筒转动，所述拉绳的另一端连接有所述配重，所述配重放置在水底，所述底板下方具有竖直方向进水管，所述进水管的周围具有所述自由叶轮，所述自由叶轮连接有所述转动传感器测定转速，所述底板的下方具有所述调整叶轮，所述调整叶轮由所述第二电机驱动，用来调整本装置的位置，所述底板上方具有所述水泵，所述水泵的一端连接至所述进水管，所述底板的上方具有所述水池，所述水泵的另一端连接至所述水池，所述水泵抽入的水送入所述水池，所述底板的上方具有所述电池、所述控制器和所述监测设备，所述底板的上方具有竖直方向所述主杆，所述主杆上转动连接有所述转杆，所述转杆由同在所述主杆上的所述第三电机驱动转动，所述主杆上转动连接有所述太阳能板，所述太阳能板由同在所述主杆上的所述第四电机驱动转动，所述主杆上自由转动连接有所述风速风力传感器，所述主杆的端部具有所述天线，所述转杆切向方向转动连接有所述拉杆一端，所述浮筒上方转动连接有所述保护罩，所述拉杆的另一端转动连接有所述保护罩，通过所述转杆的转动可拉动所述拉杆移动，进而可拉动所述保护罩的转动，实现所述保护罩的开闭；

所述控制器控制所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机的转动，所述控制器接收所述拉力传感器、所述转动传感器、所述风力风速传感器的信号，所述控制器通过所述天线进行监测设备监测信息的发送，所述控制器通过所述天线进行远程控制信号的接收，所述太阳能板为所述电池充电，所述电池为所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机、所述监测设备、所述控制器供电。

另外，本发明上述技术方案提供的一种生态水文监测装置及方法还具有如下技术特征：

作为本发明的一种优选方案，所述拉力传感器的数量为三个，且均匀布置在所述浮筒的周围，在保证本装置稳定性的前提下，能够使得所述拉力传感器得到有效工作。

作为本发明的一种优选方案，所述自由叶轮的数量为四个，且均匀布置在所述底板的下方，能够有效监测水的各向流动。

作为本发明的一种优选方案，所述调整叶轮的数量为三个，且均匀布置在所述底板的下方，与所述拉力传感器相对应，能够在保证本装置稳定性的前提下，是各个所述调整叶轮得到有效工作。

作为本发明的一种优选方案，所述风速风力传感器包括风向传感器和风力传感器，所述风向传感器为风向指针，能够测定风向，所述风力传感器为风轮，能够根据转速测定风速。

作为本发明的一种优选方案，所述进水管、所述水泵、所述水池为纵向布置，所述水池在所述水泵的上方，节约了空间，且方便水池中的水倒流排出。

作为本发明的一种优选方案，所述太阳能板具有太阳能板支架，所述太阳能板支架转动连接在所述主杆上，使得所述太阳能板具有合适的角度，充分接收太阳能。

作为本发明的一种优选方案，所述转杆和所述拉杆之间的转动连接、所述拉杆和所述保护罩之间的转动连接，均为间隙配合或松配合，能够克服使用过程中转动连接位置的轴向位移。

作为本发明的一种优选方案，所述第三电机和所述转杆之间通过第一齿轮组进行动力传输，所述第四电机和所述太阳能板之间通过第二齿轮组进行动力传输，传动具有可靠性。

一种生态水文监测装置，其应用方法为：将本装置漂浮在水面上，将配重沉在水中的不同位置，通过转动卷筒调整各个拉绳的长度，使得各个所述拉力传感器受力相同，且使得本装置保持相对稳定；在水流和风的作用下，本装置会发生漂流，各个所述拉力传感器受力发生变化，所述控制器控制所述第二电机转动驱动所述调整叶轮转动，使得本装置能够进行位置的调整回到最初设定的位置；水中的水在流动过程中会带动所述自由叶轮转动，经过所述转动传感器测量出水的流速，由控制器接收供工作人员使用；所述第四电机转动使得所述太阳能板转动，找寻合适的的角度为所述电池补充能量；所述风力风速传感器在风的吹动下会进行转动，测量出实时风力风速，由控制器接收供工作人员使用；所述水泵通过所述进水管吸取水并送至所述水池中，方便监测设备和工作人员进行水的样本监测；在恶劣天气下，所述第三电机转动，通过所述转杆的转动拉动所述拉杆，从而使得所述保护罩转动90度，将本装置的水面上的部分包裹起来，避免被恶劣天气损坏。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明在使用过程中，灵活性强，可根据需要放在任意位置的水面上，对使用环境没有限制，方便灵活。

(2)本发明在使用过程中，能够进行水流、风流等多项目监测，也可自己安装其它设备，选择其它的监测项目，灵活性强。

(3)本发明在使用过程中，能够自主进行水质样本的采集并送至水池中，装置中的其它设备能够共同根据水池中的水样进行检测，实现设备的通用化使用，节约了整体的重量。

(4)本发明在使用过程中，无需工作人员进行看守，可将监测结果进行远程发送，实现无人值守的使用。

(5)本发明在使用过程中，可自主进行位置的调节，受到风水的影响，本装置在移动后，会自主进行位置调节，保持位置的不变。

(6)本发明在使用过程中，采用太阳能进行供电，避免了外部电源的接入，实现了能源自供给，方便快捷。

(7)本发明在使用过程中，遇到暴风雨、强对流天气，本装置的保护罩会进行合拢，对本装置中的设备进行保护，防止发生损坏。

附图说明

图1是本发明的第一结构示意图；

图2是本发明的第二结构示意图；

图3是本发明的第三结构示意图；

图4是本发明的第四结构示意图；

图5是本发明的浮筒下部结构示意图；

图6是本发明的浮筒上部结构示意图；

图7是本发明的主杆位置结构示意图。

其中，图1至图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

浮筒1、底板2、拉力传感器3、支架4、卷筒5、第一电机6、拉绳7、配重8、进水管9、自由叶轮10、转动传感器11、调整叶轮12、第二电机13、水泵14、水池15、主杆16、天线17、电池18、控制器19、监测设备20、转杆21、第三电机22、第一齿轮组2201、拉杆23、保护罩24、太阳能板25、太阳能板支架2501、第四电机26、第二齿轮组2601、风速风力传感器27、风向传感器2701、风力传感器2702。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照附图1至图7描述根据本发明一些实施例的一种生态水文监测装置及方法。

如图1-7所示，根据本发明一些实施例提供的一种生态水文监测装置，包括：浮筒1、底板2、拉力传感器3、支架4、卷筒5、第一电机6、拉绳7、配重8、进水管9、自由叶轮10、转动传感器11、调整叶轮12、第二电机13、水泵14、水池15、主杆16、天线17、电池18、控制器19、监测设备20、转杆21、第三电机22、拉杆23、保护罩24、太阳能板25、第四电机26、风速风力传感器27。

浮筒1为环形浮筒，各处受力均匀，浮筒1中心处下方固定连接有底板2，底板2为圆形硬质板体，二者之间密封，浮筒1带着底板2漂浮在水面上，浮筒1的周围就均匀分布有三个拉力传感器3，拉力传感器3可进行拉力监测，每个拉力传感器4连接有支架，支架4上转动连接有柱状的卷筒5，支架4对卷筒5进行支撑，卷筒5上缠绕有拉绳7，卷筒5的转动可调节拉伸7的伸出长度，卷筒5的一端连接有第一电机6，第一电机6固定在支架4上，第一电机6驱动卷筒5转动，拉绳7的另一端连接有配重8，配重8放置在水底，三个配重8的位置和方向不同，能够使得本装置具有稳定性。

底板2下方具有竖直方向进水管9，竖直方向的进水管9能够增加进水时的本装置稳定性，进水管9的周围具有四个自由叶轮10，均匀布置在底板2的下方，能够有效监测水的各向流动，自由叶轮10连接有转动传感器11测定转速，底板2的下方具有三个调整叶轮12，与拉力传感器3的位置相对应，调整叶轮12由第二电机13驱动，用来调整本装置的位置，底板8上方在进水管9正上方具有水泵14，水泵14的下端连接至进水管9，底板9的上方在水泵14上方具有水池15，水泵15的上端连接至水池15，水泵14抽入的水送入水池15，水池15在水泵14的上方，节约了空间，且方便水池15中的水倒流排出，底板2的上方具有电池18、控制器19和监测设备20。

水池15的上方具有竖直方向主杆16，主杆16为杆体，主杆16上转动连接有转杆21，转杆21是向四周发散的杆体，转杆21由同在主杆上的第三电机22通过第一齿轮组2201驱动转动，传动具有可靠性，主杆16上转动连接有太阳能板25，太阳能板25具有太阳能板支架2501，太阳能板支架2501转动连接在主杆16上，使得太阳能板25具有合适的角度，充分接收太阳能，太阳能板25由同在主杆上的第四电机26通过第二齿轮组2601驱动转动，主杆16上自由转动连接有风速风力传感器27，主杆16的端部具有天线17。

转杆21切向方向转动连接有拉杆23一端，浮筒1上方转动连接有四瓣式保护罩24，拉杆23的另一端转动连接有保护罩24，通过转杆21的转动可拉动拉杆23移动，进而可拉动保护罩24的转动，实现保护罩的开闭。转杆21和拉杆23之间的转动连接、拉杆23和保护罩24之间的转动连接，均为间隙配合或松配合，能够克服使用过程中转动连接位置的轴向位移。

风速风力传感器27包括风向传感器2701和风力传感器2702，风向传感器2701为风向指针，能够测定风向，风力传感器2702为风轮，能够根据转速测定风速。

控制器19控制第一电机6、第二电机13、第三电机22、第四电机26的转动，控制器19接收拉力传感器3、转动传感器11、风力风速传感器27的信号，控制器19通过天线17进行监测设备20监测信息的发送，控制器19通过天线17进行远程控制信号的接收，太阳能板25为电池18充电，电池18为第一电机6、第二电机13、第三电机22、第四电机26、监测设备20、控制器19供电。

使用方法：将本装置漂浮在水面上，将配重8沉在水中的不同位置，通过转动卷筒5调整各个拉绳7的长度，使得各个拉力传感器3受力相同，且使得本装置保持相对稳定；在水流和风的作用下，本装置会发生漂流，各个拉力传感器3受力发生变化，控制器19控制第二电机13转动驱动调整叶轮12转动，使得本装置能够进行位置的调整回到最初设定的位置；水中的水在流动过程中会带动自由叶轮10转动，经过转动传感器11测量出水的流速，由控制器19接收供工作人员使用；第四电机26转动使得太阳能板25转动，找寻合适的的角度为电池18补充能量；风力风速传感器27在风的吹动下会进行转动，测量出实时风力风速，由控制器19接收供工作人员使用；水泵14通过进水管9吸取水并送至水池15中，方便监测设备和工作人员进行水的样本监测；在恶劣天气下，第三电机22转动，通过转杆21的转动拉动拉杆23，从而使得保护罩24转动90度，将本装置的水面上的部分包裹起来，避免被恶劣天气损坏。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性：术语“多个”是指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“中”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种生态水文监测装置，其特征在于，包括：浮筒、底板、拉力传感器、支架、卷筒、第一电机、拉绳、配重、进水管、自由叶轮、转动传感器、调整叶轮、第二电机、水泵、水池、主杆、天线、电池、控制器、监测设备、转杆、第三电机、拉杆、保护罩、太阳能板、第四电机、风速风力传感器，所述浮筒处固定连接有所述底板，所述浮筒漂浮在水面上，所述浮筒的周围就有拉力传感器，每个所述拉力传感器连接有所述支架，所述支架上转动连接有所述卷筒，所述卷筒上缠绕有所述拉绳，所述卷筒的一端连接有所述第一电机，所述第一电机固定在所述支架上，所述拉绳的另一端连接有所述配重，所述配重放置在水底，所述底板下方具有进水管，所述进水管的周围具有所述自由叶轮，所述自由叶轮连接有所述转动传感器测定转速，所述底板的下方具有所述调整叶轮，所述调整叶轮由所述第二电机驱动，所述底板上方具有所述水泵，所述水泵的一端连接至所述进水管，所述底板的上方具有所述水池，所述水泵的另一端连接至所述水池，所述底板的上方具有所述电池、所述控制器和所述监测设备，所述底板的上方具有所述主杆，所述主杆上转动连接有所述转杆，所述转杆由同在所述主杆上的所述第三电机驱动转动，所述主杆上转动连接有所述太阳能板，所述太阳能板由同在所述主杆上的所述第四电机驱动转动，所述主杆上自由转动连接有所述风速风力传感器，所述主杆的端部具有所述天线，所述转杆切向方向转动连接有所述拉杆一端，所述浮筒上方转动连接有所述保护罩，所述拉杆的另一端转动连接有所述保护罩；

2.根据权利要求1所述的一种生态水文监测装置，其特征在于：所述拉力传感器的数量为三个，且均匀布置在所述浮筒的周围。

3.根据权利要求1所述的一种生态水文监测装置，其特征在于：所述自由叶轮的数量为四个，且均匀布置在所述底板的下方。

4.根据权利要求1所述的一种生态水文监测装置，其特征在于：所述调整叶轮的数量为三个，且均匀布置在所述底板的下方。

5.根据权利要求1所述的一种生态水文监测装置，其特征在于：所述风速风力传感器包括风向传感器和风力传感器，所述风向传感器为风向指针，所述风力传感器为风轮。

6.根据权利要求1所述的一种生态水文监测装置，其特征在于：所述进水管、所述水泵、所述水池为纵向布置，所述水池在所述水泵的上方。

7.根据权利要求1所述的一种生态水文监测装置，其特征在于：所述太阳能板具有太阳能板支架，所述太阳能板支架转动连接在所述主杆上。

8.根据权利要求1所述的一种生态水文监测装置，其特征在于：所述转杆和所述拉杆之间的转动连接、所述拉杆和所述保护罩之间的转动连接，均为间隙配合或松配合。

9.根据权利要求1所述的一种生态水文监测装置，其特征在于：所述第三电机和所述转杆之间通过第一齿轮组进行动力传输，所述第四电机和所述太阳能板之间通过第二齿轮组进行动力传输。

10.根据权利要求1-9所述的一种生态水文监测装置，其方法为：将本装置漂浮在水面上，将配重沉在水中的不同位置，通过转动卷筒调整各个拉绳的长度，使得各个所述拉力传感器受力相同，且使得本装置保持相对稳定；在水流和风的作用下，本装置会发生漂流，各个所述拉力传感器受力发生变化，所述控制器控制所述第二电机转动驱动所述调整叶轮转动，使得本装置能够进行位置的调整回到最初设定的位置；水中的水在流动过程中会带动所述自由叶轮转动，经过所述转动传感器测量出水的流速，由控制器接收供工作人员使用；所述第四电机转动使得所述太阳能板转动，找寻合适的的角度为所述电池补充能量；所述风力风速传感器在风的吹动下会进行转动，测量出实时风力风速，由控制器接收供工作人员使用；所述水泵通过所述进水管吸取水并送至所述水池中，方便监测设备和工作人员进行水的样本监测；在恶劣天气下，所述第三电机转动，通过所述转杆的转动拉动所述拉杆，从而使得所述保护罩转动90度，将本装置的水面上的部分包裹起来，避免被恶劣天气损坏。