CN113109892A - 沿海生态环境信息采集与处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种沿海生态环境信息采集与处理系统，包括包括浮桶、旋叶、外环转轴、外环、内环、中心支架、底部支架、磁块组、空芯转轴、管状支架、水质传感组、底部线圈组、底罩、蓄电池、中心线圈、惯性轮、上部线圈组、外环碳刷、外环电极、线圈支架、立杆、气象传感组、内环电极、内环碳刷、内环转轴、中心管、磁球和磁缸，磁球和上部线圈组构成垂直波动发电部分，磁块组和底部线圈组构成水平流动发电部分，磁缸和中心线圈构成晃动发电部分，本系统结构较为简单，造价相对低廉，自动化程度较高、使用较为方便、供电比较稳定、数据采集容易、系统稳定性好，有助于海洋生态环境监测、海洋动植物保护、海洋开发和利用。

Description

沿海生态环境信息采集与处理系统

技术领域

本发明涉及沿海生态环境监测装置，尤其涉及一种沿海生态环境信息采集与处理系统，属于环境监测技术领域。

背景技术

我国海岸线绵长，沿海海洋生物资源十分丰富，对沿海海洋生态环境进行检测，不仅对保护沿海岸线和维持生态功能有积极意义，而且对沿海资源开发和动植物保护具有经济价值和社会意义，以传感器为核心的沿海生态环境监测系统在环境保护、滩涂开发和海洋监测等方面得到广泛应用，目前主要有卫星照相法、雷达探测法、定点采样法和人工现场测量法等，上述方法中有的构造复杂，造价昂贵，有的费时费力，自动化程度不高，有的供电不稳，电池续用受限，一定程度上影响了海洋生态环境信息采集的连续性和稳定性。

发明内容

本系统的目的在于提供一种结构较为简单、造价相对低廉、自动化程度较高、使用较为方便、供电比较稳定的沿海生态环境信息采集与处理系统。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：本系统包括浮桶7、旋叶8、外环10、内环11、磁块组14、空芯转轴15、管状支架16、水质传感组17、底部线圈组18、中心线圈21、惯性轮22、上部线圈组24、外环碳刷25、外环电极26、气象传感组31、内环电极32、内环碳刷33、磁球36和磁缸37，磁球36和上部线圈组24构成垂直波动发电部分，磁块组14和底部线圈组18构成水平流动发电部分，磁缸37和中心线圈21构成晃动发电部分。

底部支架13中部为双层结构，底部支架13中心设有空芯转轴15及其轴承，轴承嵌入所述双层结构的上层，空芯转轴15内嵌有管状支架16，空芯转轴15顶端设有惯性轮22，惯性轮22中心的凹口内设有中心线圈21，中心线圈21由管状支架16支撑，管状支架16底端与所述双层结构的下层连接，惯性轮22的薄环上设有磁块组14其磁芯单元围绕空芯转轴15均匀分布，磁块组14下方的底部支架13上设有底部线圈组18其线圈单元围绕空芯转轴15均匀分布。

浮桶7内壁的左右腰部均设有外环转轴9，两根外环转轴9之间设有外环10，外环10左右两侧分别与两根外环转轴9连接，外环10内设有内环11，上外环10内壁的顶部和底部均设有内环转轴34，内环11的顶端和底端分别与两个内环转轴34连接，内环11内设有中心支架12，中心支架12中心设有垂直的中心管35，中心管35外部设有线圈支架27，线圈支架27上绕有上部线圈组24，中心管35顶部设有封盖28，中心管35底部套有磁缸37，封盖28和磁缸37中心均设有透气孔29，中心管35内设有磁球36，磁球36的上方和下方且在中心管35内均设有弹簧23，磁球36能够在中心管35内上下运动，透气孔29可减小磁球36在中心管35内上下运动时的空气阻力。

浮桶7浮在海面上，在波浪的推动下上下颠簸、左右摇晃和整体旋转，浮桶7上下颠簸时，由于磁球36的惯性，磁球36的运动在时间和速度上滞后于浮桶7的颠簸，此时，上部线圈组24相对于磁球36有运动，上部线圈组24切割磁球36的磁力线而发电；浮桶7左右摇晃时，由于磁缸37的惯性，磁缸37的晃动在时间和速度上滞后于浮桶7的晃动，此时，中心线圈21相对于磁缸37有运动，中心线圈21切割磁缸37的磁力线而发电；浮桶7整体旋转时，由于惯性轮22的惯性，惯性轮22的旋转在时间和速度上滞后于浮桶7的旋转，此时，底部线圈组18相对于磁块组14有运动，底部线圈组18切割惯性轮22上磁块组14的磁力线而发电。

气象传感组31包括风向传感器、风速传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、气压传感器和尘埃传感器，水质传感组17包括海水温度传感器、盐度传感器、酸碱度传感器、浑浊度传感器和溶氧量传感器，浑浊度传感器用于测量海水的含砂量或含藻量。所有传感器分别通过屏蔽线与主板5的相关输入端连接，传感器的信号由主板5进行信号处理，信号处理至少包括多路前置放大、线性补偿、分路采样、模数转换、编码合成和信号调制等功能，主板5的信号调制输出端通过屏蔽线与立杆30连接，金属体的立杆30起到发射天线的作用，发射天线发出的信号由另置的基站或监控室进行接收，再由基站或监控室的计算机和工作人员对传输来的信息进行显示或进一步处理。

由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：本系统结构较为简单，造价相对低廉，自动化程度较高、使用较为方便、供电比较稳定、数据采集容易、系统稳定性好，有助于海洋生态环境监测、海洋动植物保护、海洋开发和利用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明有如下3幅附图：

图1是本系统的正视剖视图，

图2是本系统的俯视剖视图

图3是本系统主视图的局部放大图。

附图中所标各数字分别表示如下：

1.导航灯，2.缓冲簧，3.卡脚，4.屏蔽罩，5.主板，6.顶部支架，7.浮桶，8.旋叶，9.外环转轴，10.外环，11.内环，12.中心支架，13.底部支架，14.磁块组，15.空芯转轴，16.管状支架，17.水质传感组，18.底部线圈组，19.底罩，20.蓄电池，21.中心线圈，22.惯性轮，23.弹簧，24.上部线圈组，25.外环碳刷，26.外环电极，27.线圈支架，28.封盖，29.透气孔，30.立杆，31.气象传感组，32.内环电极，33.内环碳刷，34.内环转轴，35.中心管，36.磁球，37.磁缸。

具体实施方式

1.根据图1至图3，本系统包括导航灯1、缓冲簧2、卡脚3、屏蔽罩4、主板5、顶部支架6、浮桶7、旋叶8、外环转轴9、外环10、内环11、中心支架12、底部支架13、磁块组14、空芯转轴15、管状支架16、水质传感组17、底部线圈组18、底罩19、蓄电池20、中心线圈21、惯性轮22、弹簧23、上部线圈组24、外环碳刷25、外环电极26、线圈支架27、封盖28、透气孔29、立杆30、气象传感组31、内环电极32、内环碳刷33、内环转轴34、中心管35、磁球36和磁缸37。

2.浮桶7和底罩19构成浮力部分，浮桶7和旋叶8构成受浪机构，内环11、外环10、内环转轴34和外环转轴9构成万向节，磁球36和上部线圈组24构成垂直波动发电部分，磁块组14和底部线圈组18构成水平流动发电部分，磁缸37和中心线圈21构成晃动发电部分；垂直波动发电部分、水平流动发电部分和晃动发电部分构成发电系统，主板5为信息处理部分。

3.浮桶7为球壳结构，浮桶7外壁上设有六片弧形的受浪旋叶8，六片旋叶排列成六星形，根据图1，旋叶为垂直设置，浮桶7底部设有底罩19，浮桶7底部与底罩19上部互相联通，底罩19底部为球面，上部为圆柱面，底罩19内设有蓄电池20，底罩19底部外设有水质传感组17，浮桶7内的底部设有底部支架13，根据图2上底部支架13为十字形，底部支架13的四角与浮桶7内壁连接，根据图3，底部支架13中部为双层结构，底部支架13中心设有空芯转轴15及其轴承，轴承嵌入所述双层结构的上层，空芯转轴15内嵌有管状支架16，空芯转轴15顶端设有惯性轮22，惯性轮22的结构为边缘厚中心薄，惯性轮22中心的凹口内设有中心线圈21，中心线圈21由管状支架16支撑，管状支架16底端与所述双层结构的下层连接，惯性轮22的薄环上设有磁块组14 其磁芯单元围绕空芯转轴15均匀分布，磁块组14下方的底部支架13上设有底部线圈组18 其线圈单元围绕空芯转轴15均匀分布。

4.浮桶7顶部设有绝缘体的卡脚3和金属体的立杆30，立杆30底部嵌在卡脚3内，立杆30中部设有可弯折的缓冲簧2，用于立杆30意外碰撞后恢复立直，立杆30顶端设有导航灯1和气象传感组31，导航灯1用于导航且可提醒船只防止碰撞，根据图1，浮桶7内的顶部设有顶部支架6，顶部支架6呈倒扣的圆盘形，顶部支架6的边沿与浮桶7内壁连接，顶部支架6上方设有主板5和屏蔽罩4，浮桶7内壁的左右腰部均设有外环转轴9，根据图2，两根外环转轴9之间设有外环10，外环10左右两侧分别与两根外环转轴9连接，外环10内设有内环11，上外环10内壁的顶部和底部均设有内环转轴34，内环11的顶端和底端分别与两个内环转轴34连接，内环11内设有中心支架12，中心支架12为十字形且呈水平方向设置。

5.根据图1，中心支架12中心设有垂直的中心管35，中心管35外部设有线圈支架27，线圈支架27上绕有上部线圈组24，中心管35顶部设有封盖28，中心管35底部套有磁缸37，封盖28和磁缸37中心均设有透气孔29，中心管35内设有磁球36，磁球36的上方和下方且在中心管35内均设有弹簧23，磁球36和弹簧23的外径略小于中心管35的内经，即磁球36能够在中心管35内上下运动，透气孔29可减小磁球36在中心管35内上下运动时的空气阻力。

6.海浪的波动可分解为垂直向波动和水平向波动，水平向波动可分解为南北向波动和东西向波动，本系统工作时，浮桶7浮在海面上，在波浪的推动下上下颠簸、左右摇晃和整体旋转，浮桶7上下颠簸时，由于磁球36的惯性，磁球36的运动在时间和速度上滞后于浮桶7的颠簸，此时，上部线圈组24相对于磁球36有运动，上部线圈组24切割磁球36的磁力线而发电；浮桶7左右摇晃时，由于磁缸37的惯性，磁缸37的晃动在时间和速度上滞后于浮桶7的晃动，此时，中心线圈21相对于磁缸37有运动，中心线圈21切割磁缸37的磁力线而发电；浮桶7整体旋转时，由于惯性轮22的惯性，惯性轮22的旋转在时间和速度上滞后于浮桶7的旋转，此时，底部线圈组18相对于磁块组14有运动，底部线圈组18切割惯性轮22上磁块组14的磁力线而发电。

7.主板5上包括稳压电路、运算放大电路、模数转换电路、单片机和存储器和三路整流电路，存储器中存储了人工智能的程序和信息处理所需的各种软件模块，三种发电方式所发的电分别通过主板5上的三路整流电路向蓄电池20单向充电，其中，上部线圈组24的一端依次通过中心支架12、内环转轴34、外环10、外环转轴9和导线与一路整流电路的一个输入端连接，上部线圈组24的另一端依次通过嵌在中心支架12上的导线、内环碳刷33、内环电极32、嵌在外环10上的导线、外环碳刷25、外环电极26和导线与一路整流电路的另一输入端连接，中心线圈21的引出线通过嵌在管状支架16内的导线与第二路整流电路的输入端连接，底部线圈组18的引出线通过导线与第三路整流电路的输入端连接，蓄电池20为主板5和导航灯1提供电源。

8.气象传感组31包括风向传感器、风速传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器、气压传感器和尘埃传感器，水质传感组17包括海水温度传感器、盐度传感器、酸碱度传感器、浑浊度传感器和溶氧量传感器，浑浊度传感器用于测量海水的含砂量或含藻量。所有传感器分别通过屏蔽线与主板5的相关输入端连接，传感器的信号由主板5进行信号处理，信号处理至少包括多路前置放大、线性补偿、分路采样、模数转换、编码合成和信号调制等功能，主板5的信号调制输出端通过屏蔽线与立杆30连接，金属体的立杆30起到发射天线的作用，发射天线发出的信号由另置的基站或监控室进行接收，再由基站或监控室的计算机和工作人员对传输来的信息进行显示或进一步处理。

9.本系统通过底罩19下方的环形万向节和另置的缆绳固定在大陆架上，离海岸线100-1000米远，对于水深的区域要求所述距离近些，对于水浅的区域要求所述距离远些，当涨潮或落潮引起海面升降时，缆绳被拉紧趋向垂直或放松趋向倾斜，本系统只能完成某个点位的信息采集和处理，由于海岸线绵长，各处的环境参数不一样，所以需每隔10-20公里安装一个本系统，并对各处的基站进行联网，进行数据的综合采集和综合处理，绘出环境参数分布图。

10.由于本系统采用三种发电方式，且由蓄电池供电和稳压电路稳压，所以系统供电较为稳定，电池使用时间较长，系统稳定性较好，由于系统采用智能的主板5，所以系统的自动化程度较高、数据采集容易、使用较为方便。浮桶7、旋叶8、外环10、内环11、顶部支架6、底部支架13、中心支架12的材质均为不锈钢，厚度均为0.8毫米，浮桶7的外径为60-80厘米。

Claims (2)

1.一种沿海生态环境信息采集与处理系统，包括浮桶(7)、旋叶(8)、外环(10)、内环(11)、磁块组(14)、空芯转轴(15)、管状支架(16)、水质传感组(17)、底部线圈组(18)、中心线圈(21)、惯性轮(22)、上部线圈组(24)、外环碳刷(25)、外环电极(26)、气象传感组(31)、内环电极(32)、内环碳刷(33)、磁球(36)和磁缸(37)，磁球(36)和上部线圈组(24)构成垂直波动发电部分，磁块组(14)和底部线圈组(18)构成水平流动发电部分，磁缸(37)和中心线圈(21)构成晃动发电部分；

其特征在于：底部支架(13)中部为双层结构，底部支架(13)中心设有空芯转轴(15)及其轴承，轴承嵌入所述双层结构的上层，空芯转轴(15)内嵌有管状支架(16)，空芯转轴(15)顶端设有惯性轮(22)，惯性轮(22)中心的凹口内设有中心线圈(21)，中心线圈(21)由管状支架(16)支撑，管状支架(16)底端与所述双层结构的下层连接，惯性轮(22)的薄环上设有磁块组(14)其磁芯单元围绕空芯转轴(15)均匀分布，磁块组(14)下方的底部支架(13)上设有底部线圈组(18)其线圈单元围绕空芯转轴(15)均匀分布；

浮桶(7)内壁的左右腰部均设有外环转轴(9)，两根外环转轴(9)之间设有外环(10)，外环(10)左右两侧分别与两根外环转轴(9)连接，外环(10)内设有内环(11)，上外环(10)内壁的顶部和底部均设有内环转轴(34)，内环(11)的顶端和底端分别与两个内环转轴(34)连接，内环(11)内设有中心支架(12)，中心支架(12)中心设有垂直的中心管(35)，中心管(35)外部设有线圈支架(27)，线圈支架(27)上绕有上部线圈组(24)，中心管(35)顶部设有封盖(28)，中心管(35)底部套有磁缸(37)，封盖(28)和磁缸(37)中心均设有透气孔(29)，中心管(35)内设有磁球(36)，磁球(36)的上方和下方且在中心管(35)内均设有弹簧(23)，磁球(36)能够在中心管(35)内上下运动，透气孔(29)可减小磁球(36)在中心管(35)内上下运动时的空气阻力。

2.根据权利要求1所述的一种沿海生态环境信息采集与处理系统，其特征在于：浮桶(7)浮在海面上，在波浪的推动下上下颠簸、左右摇晃和整体旋转，浮桶(7)上下颠簸时，由于磁球(36)的惯性，磁球(36)的运动在时间和速度上滞后于浮桶(7)的颠簸，此时，上部线圈组(24)相对于磁球(36)有运动，上部线圈组(24)切割磁球(36)的磁力线而发电，浮桶(7)左右摇晃时，由于磁缸(37)的惯性，磁缸(37)的晃动在时间和速度上滞后于浮桶(7)的晃动，此时，中心线圈(21)相对于磁缸(37)有运动，中心线圈(21)切割磁缸(37)的磁力线而发电，浮桶(7)整体旋转时，由于惯性轮(22)的惯性，惯性轮(22)的旋转在时间和速度上滞后于浮桶(7)的旋转，此时，底部线圈组(18)相对于磁块组(14)有运动，底部线圈组(18)切割惯性轮(22)上磁块组(14)的磁力线而发电。

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