CN114167015A - 一种用于易结冰环境下的水质检测装置 - Google Patents

一种用于易结冰环境下的水质检测装置 Download PDF

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陈燚
刘日晨
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Suzhou Nanshi University Science Park Investment Management Co ltd
Nanjing Normal University
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Abstract

本发明公开了一种用于易结冰环境下的水质检测装置，包括安装架、控制箱、多个水质监测传感器、悬挑伸缩机构、破冰取水机构以及取水箱驱动机构。该用于易结冰环境下的水质检测装置利用取水箱驱动机构驱动破冰取水机构按压在冰面上，使破冰取水机构在水面结冰的情况下进行破冰处理同时取水；利用水质监测传感器对水质进行检测；利用悬挑伸缩机构调节破冰取水机构相对安装架的距离，实现对破冰取水机构的位置调节。

Description

一种用于易结冰环境下的水质检测装置
技术领域
本发明涉及一种水质检测装置，尤其是一种用于易结冰环境下的水质检测装置。
背景技术
目前我国水环境质量的监测多采用人工采样，实验室分析、检测的方法，水体采样效率较低，流程繁琐、监测周期较长。特别是我国北方，在冬季，需通过人工凿冰眼进行水体采样，这需要野外作业测量或长途运输水样，劳动环境艰苦且不安全。水质检测时，往往需要对检测的水源进行取样，但是在寒冷的冬天或者北方，由于气候原因，水面会结着厚厚的冰层，此时若工作人员需要取样，就需要利用破冰装置进行破冰处理，但是传统的破冰装置在使用时，由于是放置在冰面上，加上装置本身在工作过程中会产生震动，导致在破冰时，装置会发生滑移，导致破冰位置出现偏移，不仅会耽误整个取样的进度，而且还大大增加了工作人员的劳动强度，带来不必要的麻烦。
发明内容
发明目的：提供一种用于易结冰环境下的水质检测装置，能够满足在任何情况下都能取水进行检测的需要。
技术方案：本发明所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，包括安装架、控制箱、多个水质监测传感器、悬挑伸缩机构、破冰取水机构以及取水箱驱动机构；
悬挑伸缩机构安装在安装架上；取水箱驱动机构安装在悬挑伸缩机构上，由悬挑伸缩机构带动取水箱驱动机构靠近或远离安装架；破冰取水机构安装在取水箱驱动机构上，破冰取水机构用于在冰面钻孔，取水箱驱动机构用于驱动破冰取水机构上下移动；控制箱安装在悬挑伸缩机构上；各个水质监测传感器均安装在取水箱驱动机构上，用于对破冰取水机构取出的水进行水质检测；在控制箱内设置有控制器、无线通信模块以及存储器；各个水质监测传感器、无线通信模块以及存储器均与控制器电连接；破冰取水机构以及取水箱驱动机构均由控制器驱动控制。
进一步的，在安装架的下端旋转式安装有下侧管柱；在下侧管柱上安装有用于对安装架旋转定位的旋转定位销。
进一步的，在安装架上安装有发电机构；发电机构包括风力发电机以及太阳能发电机构；风力发电机安装在安装架的上侧；太阳能发电机构包括太阳能电池板、背板以及角度调节机构；太阳能电池板安装在背板的上侧面上；在背板上固定有弧形撑杆；角度调节机构旋转式安装在安装架的上端上，弧形撑杆安装在角度调节机构上，由角度调节机构调节弧形撑杆的安装位置；在控制箱内设置有电源模块；风力发电机以及太阳能电池板均通过发电电路为电源模块充电，电源模块为控制器、无线通信模块、存储器、各个水质监测传感器、悬挑伸缩机构、破冰取水机构以及取水箱驱动机构供电。
进一步的，角度调节机构包括旋转座以及挤压螺栓；在旋转座的下端同轴式设置有一个对接环槽；安装架的上端插装在对接环槽内；在安装架的插装端内侧壁上设置有一个定位环槽；在旋转座内水平设置有一个两端均与定位环槽相连通的水平挤压孔；在旋转座上设置有一个锁定座；在锁定座上设置有一个弧形弯孔，弧形撑杆贯穿弧形弯孔；在旋转座的圆周侧面上设置有一个挤压螺纹孔；挤压螺栓螺纹旋合在挤压螺纹孔上，且挤压螺栓的端部设置为锥形；在水平挤压孔的孔壁上竖向设置有一个依次连通挤压螺纹孔以及弧形弯孔的竖向挤压孔；在竖向挤压孔的上端插装有一根上侧挤压杆；上侧挤压杆的上端设置有用于挤压弧形撑杆的定位凸齿，下端面设置为用于与挤压螺栓的锥形端部相配合的下侧坡面；挤压螺栓的锥形端部通过挤压上侧挤压杆的下侧坡面，将定位凸齿紧压在弧形撑杆上；在竖向挤压孔的下端插装有一根下侧挤压杆；下侧挤压杆的上端面设置为用于与挤压螺栓的锥形端部相配合的上侧坡面，下端设置为锥形；在水平挤压孔的两个孔口处均插装有外端用于伸入定位环槽内的水平挤压杆，且两根水平挤压杆的外端面上均设置有防滑垫；水平挤压杆的内端设置有与下侧挤压杆的锥形端相配合的挤压坡面；挤压螺栓的锥形端部通过挤压下侧挤压杆的上侧坡面，驱动下侧挤压杆的锥形端挤压两根水平挤压杆的挤压坡面，使两根水平挤压杆的外端伸入定位环槽内。
进一步的，悬挑伸缩机构包括悬挑方杆以及伸缩方杆；悬挑方杆的近端固定在安装架上，伸缩方杆的近端插装在悬挑方杆的远端上；在悬挑方杆的远端上安装有一个用于压紧伸缩方杆的锁定螺栓；取水箱驱动机构安装在伸缩方杆的远端上。
进一步的，取水箱驱动机构包括升降杆、驱动箱外壳、升降驱动电机、驱动蜗杆、驱动蜗轮以及升降驱动轴；驱动箱外壳固定在悬挑伸缩机构的远端上；在驱动箱外壳内设置有上侧驱动空腔；在驱动箱外壳的下侧面上设置有对接槽；升降驱动轴旋转式安装在驱动空腔两个相对的竖向内壁上；升降驱动电机安装在驱动空腔内，驱动蜗杆对接在升降驱动电机的输出轴上；驱动蜗轮同轴安装在升降驱动轴上，且驱动蜗轮与驱动蜗杆相啮合；在驱动箱外壳内竖向固定有一个导向套管，导向套管的上端贯穿驱动箱外壳的上侧面，下端贯穿上侧驱动空腔的下侧壁后伸至对接槽的槽底；升降杆插装在导向套管上；在升降杆上沿长度方向设置有一个条形凹槽；在条形凹槽内嵌有齿条；在导向套管上设置有一个齿轮孔；在升降驱动轴上安装有一个升降驱动齿轮，升降驱动齿轮通过齿轮孔与齿条相啮合；破冰取水机构安装在升降杆的下端上；各个水质监测传感器均安装在对接槽内；在控制箱内设置有与控制器电连接的升降驱动电路；升降驱动电路与升降驱动电机电连接，控制器通过升降驱动电路驱动升降驱动电机旋转。
进一步的，破冰取水机构包括取水箱外壳、取水单元以及破冰单元；破冰单元包括驱动转筒、管柱钻杆、旋转驱动电机、旋转驱动齿轮、旋转从动齿轮、升降驱动螺杆、升降驱动座以及钻头；在取水箱外壳内设置有一个下侧驱动空腔；在取水箱外壳的下侧面上设置有一个纵向通槽；在纵向通槽的槽底上设置有与下侧驱动空腔相连通的转筒安装孔；驱动转筒通过轴承旋转密封式安装在转筒安装孔上，且驱动转筒的上端伸入下侧驱动空腔内；旋转驱动电机安装在下侧驱动空腔内，旋转驱动齿轮安装在旋转驱动电机的输出轴上；旋转从动齿轮同轴式安装在驱动转筒的外筒壁以上，且旋转从动齿轮与旋转驱动齿轮相啮合；在驱动转筒的下端面上设置有一个下端安装孔；管柱钻杆滑动密封式插装在下端安装孔上，且管柱钻杆与驱动转筒同步旋转；钻头安装在管柱钻杆的封闭端上；在管柱钻杆内上下滑动式设置有一个升降驱动座，且升降驱动座与管柱钻杆同步旋转；升降驱动螺杆螺纹旋合在升降驱动座上；升降驱动螺杆的上端旋转密封式贯穿驱动转筒的上端面后通过旋转解锁机构安装在下侧驱动空腔的上侧壁上；在升降驱动座与管柱钻杆的封闭内端间弹性支撑有按压弹簧；在控制箱内设置有与控制器电连接的旋转驱动电路；旋转驱动电路与旋转驱动电机电连接，控制器通过旋转驱动电路驱动旋转驱动电机旋转。
进一步的，旋转解锁机构包括摩擦弹簧、棘轮以及棘爪；在下侧驱动空腔的上侧壁内设置有一个圆盘形空腔；升降驱动螺杆的上端伸入圆盘形空腔内；棘轮安装在升降驱动螺杆的伸入端上；棘爪安装在圆盘形空腔内与棘轮相配合；在圆盘形空腔的上侧内壁上设置有摩擦弹簧，在摩擦弹簧上安装有摩擦垫，摩擦弹簧将摩擦垫紧压在棘轮上。
进一步的，取水单元包括水泵、环套以及电磁水阀；
在取水箱外壳的上侧设置有一个蓄水空腔；在取水箱外壳的上侧面上设置有与蓄水空腔相连通的传感器插孔，用于各个水质监测传感器的端部伸入蓄水空腔内；在驱动转筒的圆周侧面上侧设置有一个连通孔；环套设置在下侧驱动空腔内，且环套旋转密封式套设在驱动转筒上；在环套的内侧设置有一个抽水环槽，且连通孔与抽水环槽相连通；在管柱钻杆的下端设置有取水孔；水泵安装在取水箱外壳内；水泵通过进水管与抽水环槽连接，水泵通过出水管与蓄水空腔连接；在取水箱外壳上设置有与蓄水空腔底部相连通的排水管；在排水管上设置有由控制器驱动控制的电磁水阀；在控制箱内设置有与控制器电连接的水泵驱动电路；水泵驱动电路与水泵电连接，控制器通过水泵驱动电路驱动水泵；在蓄水空腔的底面上设置有与控制器电连接的液位传感器；在取水箱外壳的下侧安装有与控制器电连接的水浸传感器。
进一步的，在取水箱外壳的下侧面上插装有传导杆，且传导杆的下端设置为用于按压在冰面上的尖端；在下侧驱动空腔内安装有与控制器电连接的压力传感器，传导杆的上端按压在压力传感器上。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用取水箱驱动机构驱动破冰取水机构按压在冰面上，使破冰取水机构在水面结冰的情况下进行破冰处理同时取水；利用水质监测传感器对水质进行检测；利用悬挑伸缩机构调节破冰取水机构相对安装架的距离，实现对破冰取水机构的位置调节。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明旋转座的剖视图；
图3为本发明取水箱驱动机构的剖视图；
图4为本发明取水箱外壳的剖视图；
图5为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：
如图1-5所示，本发明公开的用于易结冰环境下的水质检测装置包括：安装架102、控制箱5、多个水质监测传感器12、悬挑伸缩机构、破冰取水机构以及取水箱驱动机构；
悬挑伸缩机构安装在安装架102上；取水箱驱动机构安装在悬挑伸缩机构上，由悬挑伸缩机构带动取水箱驱动机构靠近或远离安装架102；破冰取水机构安装在取水箱驱动机构上，破冰取水机构用于在冰面钻孔，取水箱驱动机构用于驱动破冰取水机构上下移动；控制箱5安装在悬挑伸缩机构上；各个水质监测传感器12均安装在取水箱驱动机构上，用于对破冰取水机构取出的水进行水质检测；在控制箱5内设置有控制器、无线通信模块以及存储器；各个水质监测传感器12、无线通信模块以及存储器均与控制器电连接；破冰取水机构以及取水箱驱动机构均由控制器驱动控制。
利用取水箱驱动机构驱动破冰取水机构按压在冰面上，使破冰取水机构在水面结冰的情况下进行破冰处理同时取水；利用水质监测传感器12对水质进行检测；利用悬挑伸缩机构调节破冰取水机构相对安装架102的距离，实现对破冰取水机构的位置调节。
进一步的，在安装架102的下端旋转式安装有下侧管柱101；在下侧管柱101的下端固定有底板2；在安装架102上设置有调节把手103；在下侧管柱101上安装有用于对安装架102旋转定位的旋转定位销104。
利用安装架102以及下侧管柱101之间的配合，通过调节把手103旋转安装架102，带动悬挑伸缩机构旋转，从而调节破冰取水机构的位置。
进一步的，在安装架102上安装有发电机构；发电机构包括风力发电机3以及太阳能发电机构；风力发电机3旋转安装在安装架102的上侧；太阳能发电机构包括太阳能电池板401、背板402以及角度调节机构；太阳能电池板401安装在背板402的上侧面上；在背板402的下侧面上固定有弧形撑杆404；角度调节机构旋转式安装在安装架102的上端上，弧形撑杆404安装在角度调节机构上，由角度调节机构调节弧形撑杆404的安装位置；在控制箱5内设置有电源模块；风力发电机3以及太阳能电池板401均通过发电电路为电源模块充电，电源模块为控制器、无线通信模块、存储器、各个水质监测传感器12、悬挑伸缩机构、破冰取水机构以及取水箱驱动机构供电。
利用风力发电机3以及太阳能发电机构为电源模块充电，电源模块对各个部件供电，便于实现自动化控制。
进一步的，角度调节机构包括旋转座403以及挤压螺栓405；在旋转座403的下端同轴式设置有一个对接环槽411；安装架102的上端插装在对接环槽411内；在安装架102的插装端内侧壁上设置有一个定位环槽413；在旋转座403内水平设置有一个两端均与定位环槽413相连通的水平挤压孔415；在旋转座403的上端面上设置有一个锁定座410；在锁定座410上设置有一个弧形弯孔417，弧形撑杆404贯穿弧形弯孔417；在旋转座403的圆周侧面上设置有一个挤压螺纹孔408；挤压螺栓405螺纹旋合在挤压螺纹孔408上，且挤压螺栓405的端部设置为锥形；在水平挤压孔415的孔壁上竖向设置有一个依次连通挤压螺纹孔408以及弧形弯孔410的竖向挤压孔416；在竖向挤压孔416的上端插装有一根下端伸入挤压螺纹孔408的上侧挤压杆406；上侧挤压杆406的上端设置有用于挤压弧形撑杆404的定位凸齿409，下端面设置为用于与挤压螺栓405的锥形端部相配合的下侧坡面；挤压螺栓405的锥形端部通过挤压上侧挤压杆406的下侧坡面，将定位凸齿409紧压在弧形撑杆404上；在竖向挤压孔416的下端插装有一根上端伸入挤压螺纹孔408的下侧挤压杆407；下侧挤压杆407的上端面设置为用于与挤压螺栓405的锥形端部相配合的上侧坡面，下端设置为锥形；在水平挤压孔415的两个孔口处均插装有外端用于伸入定位环槽413内的水平挤压杆412，且两根水平挤压杆412的外端面上均设置有防滑垫414；水平挤压杆412的内端设置有与下侧挤压杆407的锥形端相配合的挤压坡面；挤压螺栓405的锥形端部通过挤压下侧挤压杆407的上侧坡面，驱动下侧挤压杆407的锥形端挤压两根水平挤压杆412的挤压坡面，使两根水平挤压杆412的外端伸入定位环槽413内。
利用挤压螺栓405在调整完太阳能电池板401的朝向以及俯仰角度后拧紧，挤压螺栓405的锥形端部挤压上侧挤压杆406的下侧坡面以及下侧挤压杆407的上侧坡面，下侧挤压杆407的锥形下端挤压两个水平挤压杆412的挤压坡面，将水平挤压杆412的外端紧压在防滑垫414上，使旋转座403旋转固定在安装架102的上端上，上侧挤压杆406的定位凸齿409向上挤压弧形撑杆404进行定位，实现对太阳能电池板401的角度以及朝向的调节。
进一步的，悬挑伸缩机构包括悬挑方杆8以及伸缩方杆9；悬挑方杆8的近端固定在安装架102上，伸缩方杆9的近端插装在悬挑方杆8的远端上；在悬挑方杆8的远端上安装有一个用于压紧伸缩方杆9的锁定螺栓10；取水箱驱动机构安装在伸缩方杆9的远端上。
利用伸缩方杆9、悬挑方杆8以及锁定螺栓10之间的配合，调整破冰取水机构与安装架102之间的距离，进一步调节破冰取水机构的位置。
进一步的，取水箱驱动机构包括升降杆11、驱动箱外壳601、升降驱动电机607、驱动蜗杆606、驱动蜗轮609以及升降驱动轴608；驱动箱外壳601固定在悬挑伸缩机构的远端上；在驱动箱外壳601内设置有上侧驱动空腔610；在驱动箱外壳601的下侧面上设置有对接槽611；升降驱动轴608旋转式安装在驱动空腔610两个相对的竖向内壁上；升降驱动电机607安装在驱动空腔610内，驱动蜗杆606对接在升降驱动电机607的输出轴上；驱动蜗轮609同轴安装在上，且驱动蜗轮609与驱动蜗杆606相啮合；在驱动箱外壳601内竖向固定有一个导向套管604，导向套管604的上端贯穿驱动箱外壳601的上侧面，下端贯穿上侧驱动空腔610的下侧壁后伸至对接槽611的槽底；升降杆11插装在导向套管604上；在升降杆11上沿长度方向设置有一个条形凹槽111；在条形凹槽111内嵌有齿条602；在导向套管604上设置有一个齿轮孔605；在升降驱动轴608上安装有一个升降驱动齿轮603，升降驱动齿轮603通过齿轮孔605与齿条602相啮合；破冰取水机构安装在升降杆11的下端上；各个水质监测传感器12均安装在对接槽611内；在控制箱5内设置有与控制器电连接的升降驱动电路；升降驱动电路与升降驱动电机607电连接，控制器通过升降驱动电路驱动升降驱动电机607旋转；在对接槽611的槽底上设置有接近传感器612。
利用升降驱动电机607旋转通过驱动蜗杆606带动驱动蜗轮609旋转，升降驱动齿轮603驱动齿条602升降，从而实现对破冰取水机构的高度调节；利用接近传感器612便于控制器判断取水箱外壳701的上端是否伸入对接槽611内。
进一步的，破冰取水机构包括取水箱外壳701、取水单元以及破冰单元；破冰单元包括驱动转筒706、管柱钻杆719、旋转驱动电机717、旋转驱动齿轮716、旋转从动齿轮715、升降驱动螺杆713、升降驱动座714以及钻头727；
在取水箱外壳701内设置有一个下侧驱动空腔711；在取水箱外壳701的下侧面上设置有一个纵向通槽720；在纵向通槽720的槽底上设置有与下侧驱动空腔711相连通的转筒安装孔；驱动转筒706通过轴承725旋转密封式安装在转筒安装孔上，且驱动转筒706的上端伸入下侧驱动空腔711内；旋转驱动电机717安装在下侧驱动空腔711内，旋转驱动齿轮716安装在旋转驱动电机717的输出轴上；旋转从动齿轮715同轴式安装在驱动转筒706的外筒壁以上，且旋转从动齿轮715与旋转驱动齿轮716相啮合；在驱动转筒706的下端面上设置有一个下端安装孔726；管柱钻杆719滑动密封式插装在下端安装孔726上，在驱动转筒706的内壁上竖向设置有旋转同步滑槽724，在管柱钻杆719上设置有与旋转同步滑槽724相配合的旋转同步滑块722；钻头727安装在管柱钻杆719的下端上；在管柱钻杆719内上下滑动式设置有一个升降驱动座714，在管柱钻杆719的内侧壁上竖向设置有升降同步滑槽723，在升降驱动座714上设置有与升降同步滑槽723相配合的升降同步滑块721；升降驱动螺杆713螺纹旋合在升降驱动座714上；升降驱动螺杆713的上端旋转密封式贯穿驱动转筒706的上端面通过旋转解锁机构安装在下侧驱动空腔711的上侧壁上；在升降驱动座714与管柱钻杆719的封闭内端间弹性支撑有按压弹簧718；在控制箱5内设置有与控制器电连接的旋转驱动电路；旋转驱动电路与旋转驱动电机717电连接，控制器通过旋转驱动电路驱动旋转驱动电机717旋转。
利用旋转驱动电机717驱动旋转驱动齿轮716旋转，旋转驱动齿轮716通过旋转从动齿轮715带动驱动转筒706旋转，管柱钻杆719与驱动转筒706同步旋转，升降驱动座714与管柱钻杆719同步旋转，且升降驱动座714沿升降驱动螺杆713下移，按压弹簧718挤压管柱钻杆719使管柱钻杆719向下移动，从而使钻头727旋转下压实现破冰。
进一步的，旋转解锁机构包括摩擦弹簧742、棘轮729以及棘爪728；在下侧驱动空腔711的上侧壁内设置有一个圆盘形空腔；升降驱动螺杆713的上端伸入圆盘形空腔内；棘轮729安装在升降驱动螺杆713的伸入端上；棘爪728安装在圆盘形空腔内与棘轮729相配合；在圆盘形空腔的上侧内壁上设置有摩擦弹簧742，在摩擦弹簧742上安装有摩擦垫738，摩擦弹簧742将摩擦垫738紧压在棘轮729上。
利用摩擦弹簧742将摩擦垫738紧压在棘轮729上，当钻头727打滑或无法下钻时，按压弹簧718对升降驱动座714的压力到达极限，使升降驱动座714无法再沿升降驱动螺杆713下移，此时摩擦垫738与棘轮729之间产生打滑，使升降驱动螺杆713跟随升降驱动座714旋转，从而对当前深度的冰面进行持续钻孔；利用棘轮729与棘爪728之间的配合，当升降驱动座714反向旋转时对升降驱动座714与升降驱动螺杆713之间进行解锁，保证管柱钻杆719能向上回缩。
进一步的，取水单元包括水泵705、环套708、排水管736以及电磁水阀735；在取水箱外壳701的上侧设置有一个蓄水空腔703；在取水箱外壳701的上侧面上设置有与蓄水空腔703相连通的传感器插孔702，用于各个水质监测传感器12的端部伸入蓄水空腔703内，且取水箱外壳701的上端用于插装在对接槽611内；在驱动转筒706的圆周侧面上侧设置有一个连通孔739；环套708设置在下侧驱动空腔711内，且环套708旋转密封式套设在驱动转筒706上；在环套708的内侧设置有一个抽水环槽709，且连通孔739与抽水环槽709相连通；在管柱钻杆719的下端设置有取水孔，在取水孔上设置有滤网737；水泵705安装在取水箱外壳701内；水泵705通过进水管741与抽水环槽709连接，水泵705通过出水管707与蓄水空腔703连接；在取水箱外壳701上设置有与蓄水空腔703底部相连通的排水管736；在排水管736上设置有由控制器驱动控制的电磁水阀735；在控制箱5内设置有与控制器电连接的水泵驱动电路；水泵驱动电路与水泵705电连接，控制器通过水泵驱动电路驱动水泵705；在蓄水空腔703的底面上设置有与控制器电连接的液位传感器704；在取水箱外壳701的下侧安装有与控制器电连接的水浸传感器731。
利用水泵705在破冰单元破冰后抽水，水从取水孔吸入管柱钻杆719内，并通过连通孔739流入抽水环槽709内，最后被输送至蓄水空腔703，便于各个水质监测传感器12进行水质检测；利用控制器控制电磁水阀735启闭便于排出蓄水空腔703内的水；利用液位传感器704检测蓄水空腔703内的液位，便于控制器判断各个水质监测传感器12是否能够浸入水中；利用水浸传感器731便于控制器判断取水箱外壳701的下侧是否能浸入水中；利用滤网737过滤水中的漂浮物或碎冰。
进一步的，在取水箱外壳701的下侧面上插装有传导杆732，且传导杆732的下端设置为用于按压在冰面上的尖端733；在下侧驱动空腔711内安装有与控制器电连接的压力传感器734，传导杆732的上端按压在压力传感器734上。
利用传导杆732的尖端733插装在冰面上便于进行定位；利用传导杆732按压在压力传感器734上，便于控制器判断取水箱外壳701是否紧压在冰面上。
本发明提供的用于易结冰环境下的水质检测装置中，控制器采用现有的ARM处理器模块，用于实现协调控制；存储器采用现有的存储器，用于保存水质参数；无线通信模块采用现有的无线通信模块，用于将数据上传至远程控制中心；接近传感器612、水浸传感器731、液位传感器704、压力传感器734以及各个水质监测传感器12均采用现有的数字式传感器，各个水质监测传感器12用于检测水的水质参数，如PH值、温度、电导率、浊度等，水浸传感器731用于帮助控制器判断取水箱外壳701是否浸入水中，接近传感器612用于帮助控制器判断取水箱外壳701的上端是否插装在对接槽611内，液位传感器704用于帮助控制器判断蓄水空腔703内的液位，压力传感器734用于帮助控制器判断传导杆732是否按压在冰面上；升降驱动电机607以及旋转驱动电机717均采用现有的步进电机；升降驱动电路以及旋转驱动电路均采用对应的步进电机驱动电路。
本发明提供的用于易结冰环境下的水质检测装置在安装使用时，首先调整取水箱驱动机构的位置，通过调节把手103旋转安装架102，同时调节伸缩方杆9伸出悬挑方杆8的长度，直至破冰取水机构到达所需的取水位置后，拧紧锁定螺栓10，同时通过旋转定位销104锁定安装架102；
然后控制器通过取水箱驱动机构驱动破冰取水机构的下侧伸入水中；控制器通过升降驱动电路驱动升降驱动电机607旋转，驱动蜗杆606通过驱动蜗轮609带动升降驱动轴608旋转，使升降驱动齿轮603通过齿条602带动升降杆11沿导向套管604向下移动，水浸传感器731向控制器传输信号，直至控制器判断取水箱外壳701的下侧浸入水中，之后控制器通过水泵驱动电路驱动水泵705进行抽水，水从取水孔吸入管柱钻杆719内，并通过连通孔739流入抽水环槽709内，最后被输送至蓄水空腔703，同时液位传感器704实时向控制器传输信号，当控制器判断各个水质监测传感器12能够浸入水中后，控制水泵705停止抽水；
当传导杆732的上端挤压压力传感器734时，压力传感器734向控制器传输信号，且水浸传感器731未向控制器传输信号，控制器判断此时水面结冰，且破冰取水机构已按压在冰面上，控制器控制升降驱动电机607停止旋转；之后控制器通过旋转驱动电路驱动旋转驱动电机717旋转，旋转驱动齿轮716通过旋转从动齿轮715带动驱动转筒706旋转，管柱钻杆719与驱动转筒706同步旋转，升降驱动座714与管柱钻杆719同步旋转，且升降驱动座714沿升降驱动螺杆713下移，按压弹簧718挤压管柱钻杆719使管柱钻杆719向下移动，使钻头727的旋转下压进行破冰；
当冰面打滑或钻头钻到硬物时，按压弹簧718对升降驱动座714的压力到达极限，使升降驱动座714无法再沿升降驱动螺杆713下移，此时摩擦垫738与棘轮729之间产生打滑，使升降驱动螺杆713跟随升降驱动座714旋转，从而对冰面的同一深度进行持续钻孔；
当控制器控制旋转驱动电机717旋转工作指定时长后，便默认完成破冰，控制器通过水泵驱动电路驱动水泵705进行抽水，当控制器判断各个水质监测传感器12能够浸入水中后，控制水泵705停止抽水；
最后控制器通过升降驱动电路驱动升降驱动电机607旋转，使升降杆11带动取水箱外壳701上移，接近传感器612实时向控制器传输信号，当控制器判断取水箱外壳701的上端伸入对接槽611后，控制升降驱动电机607停止，此时各个水质监测传感器12伸入蓄水空腔703内并浸入水中；由各个水质监测传感器12检测水的水质参数并传输至控制器，并储存在存储器内；完成检测后控制器控制电磁水阀735开启，排出水，并通过无线通信模块将存储器内的数据上传至远程控制中心。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：包括安装架(102)、控制箱(5)、多个水质监测传感器(12)、悬挑伸缩机构、破冰取水机构以及取水箱驱动机构；
悬挑伸缩机构安装在安装架(102)上；取水箱驱动机构安装在悬挑伸缩机构上，由悬挑伸缩机构带动取水箱驱动机构靠近或远离安装架(102)；破冰取水机构安装在取水箱驱动机构上，破冰取水机构用于在冰面钻孔，取水箱驱动机构用于驱动破冰取水机构上下移动；控制箱(5)安装在悬挑伸缩机构上；各个水质监测传感器(12)均安装在取水箱驱动机构上，用于对破冰取水机构取出的水进行水质检测；在控制箱(5)内设置有控制器、无线通信模块以及存储器；各个水质监测传感器(12)、无线通信模块以及存储器均与控制器电连接；破冰取水机构以及取水箱驱动机构均由控制器驱动控制。
2.根据权利要求1所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：在安装架(102)的下端旋转式安装有下侧管柱(101)；在下侧管柱(101)上安装有用于对安装架(102)旋转定位的旋转定位销(104)。
3.根据权利要求1所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：在安装架(102)上安装有发电机构；发电机构包括风力发电机(3)以及太阳能发电机构；风力发电机(3)安装在安装架(102)的上侧；太阳能发电机构包括太阳能电池板(401)、背板(402)以及角度调节机构；太阳能电池板(401)安装在背板(402)的上侧面上；在背板(402)上固定有弧形撑杆(404)；角度调节机构旋转式安装在安装架(102)的上端上，弧形撑杆(404)安装在角度调节机构上，由角度调节机构调节弧形撑杆(404)的安装位置；在控制箱(5)内设置有电源模块；风力发电机(3)以及太阳能电池板(401)均通过发电电路为电源模块充电，电源模块为控制器、无线通信模块、存储器、各个水质监测传感器(12)、悬挑伸缩机构、破冰取水机构以及取水箱驱动机构供电。
4.根据权利要求3所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：角度调节机构包括旋转座(403)以及挤压螺栓(405)；在旋转座(403)的下端同轴式设置有一个对接环槽(411)；安装架(102)的上端插装在对接环槽(411)内；在安装架(102)的插装端内侧壁上设置有一个定位环槽(413)；在旋转座(403)内水平设置有一个两端均与定位环槽(413)相连通的水平挤压孔(415)；在旋转座(403)上设置有一个锁定座(410)；在锁定座(410)上设置有一个弧形弯孔(417)，弧形撑杆(404)贯穿弧形弯孔(417)；在旋转座(403)的圆周侧面上设置有一个挤压螺纹孔(408)；挤压螺栓(405)螺纹旋合在挤压螺纹孔(408)上，且挤压螺栓(405)的端部设置为锥形；在水平挤压孔(415)的孔壁上竖向设置有一个依次连通挤压螺纹孔(408)以及弧形弯孔(417)的竖向挤压孔(416)；在竖向挤压孔(416)的上端插装有一根上侧挤压杆(406)；上侧挤压杆(406)的上端设置有用于挤压弧形撑杆(404)的定位凸齿(409)，下端面设置为用于与挤压螺栓(405)的锥形端部相配合的下侧坡面；挤压螺栓(405)的锥形端部通过挤压上侧挤压杆(406)的下侧坡面，将定位凸齿(409)紧压在弧形撑杆(404)上；在竖向挤压孔(416)的下端插装有一根下侧挤压杆(407)；下侧挤压杆(407)的上端面设置为用于与挤压螺栓(405)的锥形端部相配合的上侧坡面，下端设置为锥形；在水平挤压孔(415)的两个孔口处均插装有外端用于伸入定位环槽(413)内的水平挤压杆(412)，且两根水平挤压杆(412)的外端面上均设置有防滑垫(414)；水平挤压杆(412)的内端设置有与下侧挤压杆(407)的锥形端相配合的挤压坡面；挤压螺栓(405)的锥形端部通过挤压下侧挤压杆(407)的上侧坡面，驱动下侧挤压杆(407)的锥形端挤压两根水平挤压杆(412)的挤压坡面，使两根水平挤压杆(412)的外端伸入定位环槽(413)内。
5.根据权利要求1所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：悬挑伸缩机构包括悬挑方杆(8)以及伸缩方杆(9)；悬挑方杆(8)的近端固定在安装架(102)上，伸缩方杆(9)的近端插装在悬挑方杆(8)的远端上；在悬挑方杆(8)的远端上安装有一个用于压紧伸缩方杆(9)的锁定螺栓(10)；取水箱驱动机构安装在伸缩方杆(9)的远端上。
6.根据权利要求1所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：取水箱驱动机构包括升降杆(11)、驱动箱外壳(601)、升降驱动电机(607)、驱动蜗杆(606)、驱动蜗轮(609)以及升降驱动轴(608)；驱动箱外壳(601)固定在悬挑伸缩机构的远端上；在驱动箱外壳(601)内设置有上侧驱动空腔(610)；在驱动箱外壳(601)的下侧面上设置有对接槽(611)；升降驱动轴(608)旋转式安装在驱动空腔(610)两个相对的竖向内壁上；升降驱动电机(607)安装在驱动空腔(610)内，驱动蜗杆(606)对接在升降驱动电机(607)的输出轴上；驱动蜗轮(609)同轴安装在升降驱动轴(608)上，且驱动蜗轮(609)与驱动蜗杆(606)相啮合；在驱动箱外壳(601)内竖向固定有一个导向套管(604)，导向套管(604)的上端贯穿驱动箱外壳(601)的上侧面，下端贯穿上侧驱动空腔(610)的下侧壁后伸至对接槽(611)的槽底；升降杆(11)插装在导向套管(604)上；在升降杆(11)上沿长度方向设置有一个条形凹槽(111)；在条形凹槽(111)内嵌有齿条(602)；在导向套管(604)上设置有一个齿轮孔(605)；在升降驱动轴(608)上安装有一个升降驱动齿轮(603)，升降驱动齿轮(603)通过齿轮孔(605)与齿条(602)相啮合；破冰取水机构安装在升降杆(11)的下端上；各个水质监测传感器(12)均安装在对接槽(611)内；在控制箱(5)内设置有与控制器电连接的升降驱动电路；升降驱动电路与升降驱动电机(607)电连接，控制器通过升降驱动电路驱动升降驱动电机(607)旋转。
7.根据权利要求1所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：破冰取水机构包括取水箱外壳(701)、取水单元以及破冰单元；破冰单元包括驱动转筒(706)、管柱钻杆(719)、旋转驱动电机(717)、旋转驱动齿轮(716)、旋转从动齿轮(715)、升降驱动螺杆(713)、升降驱动座(714)以及钻头(727)；
在取水箱外壳(701)内设置有一个下侧驱动空腔(711)；在取水箱外壳(701)的下侧面上设置有一个纵向通槽(720)；在纵向通槽(720)的槽底上设置有与下侧驱动空腔(711)相连通的转筒安装孔；驱动转筒(706)通过轴承(725)旋转密封式安装在转筒安装孔上，且驱动转筒(706)的上端伸入下侧驱动空腔(711)内；旋转驱动电机(717)安装在下侧驱动空腔(711)内，旋转驱动齿轮(716)安装在旋转驱动电机(717)的输出轴上；旋转从动齿轮(715)同轴式安装在驱动转筒(706)的外筒壁以上，且旋转从动齿轮(715)与旋转驱动齿轮(716)相啮合；在驱动转筒(706)的下端面上设置有一个下端安装孔(726)；管柱钻杆(719)滑动密封式插装在下端安装孔(726)上，且管柱钻杆(719)与驱动转筒(706)同步旋转；钻头(727)安装在管柱钻杆(719)的下端上；在管柱钻杆(719)内上下滑动式设置有一个升降驱动座(714)，且升降驱动座(714)与管柱钻杆(719)同步旋转；升降驱动螺杆(713)螺纹旋合在升降驱动座(714)上；升降驱动螺杆(713)的上端旋转密封式贯穿驱动转筒(706)的上端面后通过旋转解锁机构安装在下侧驱动空腔(711)的上侧壁上；在升降驱动座(714)与管柱钻杆(719)的封闭内端间弹性支撑有按压弹簧(718)；在控制箱(5)内设置有与控制器电连接的旋转驱动电路；旋转驱动电路与旋转驱动电机(717)电连接，控制器通过旋转驱动电路驱动旋转驱动电机(717)旋转。
8.根据权利要求7所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：旋转解锁机构包括棘轮(729)以及棘爪(728)；在下侧驱动空腔(711)的上侧壁内设置有一个圆盘形空腔；升降驱动螺杆(713)的上端伸入圆盘形空腔内；棘轮(729)安装在升降驱动螺杆(713)的伸入端上；棘爪(728)安装在圆盘形空腔内与棘轮(729)相配合；在圆盘形空腔的上侧内壁上设置有摩擦弹簧(742)，在摩擦弹簧(742)上安装有摩擦垫(738)，摩擦弹簧(742)将摩擦垫(738)紧压在棘轮(729)上。
9.根据权利要求7所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：取水单元包括水泵(705)、环套(708)以及电磁水阀(735)；
在取水箱外壳(701)的上侧设置有一个蓄水空腔(703)；在取水箱外壳(701)的上侧面上设置有与蓄水空腔(703)相连通的传感器插孔(702)，用于各个水质监测传感器(12)的端部伸入蓄水空腔(703)内；在驱动转筒(706)的圆周侧面上侧设置有一个连通孔(739)；环套(708)设置在下侧驱动空腔(711)内，且环套(708)旋转密封式套设在驱动转筒(706)上；在环套(708)的内侧设置有一个抽水环槽(709)，且连通孔(739)与抽水环槽(709)相连通；在管柱钻杆(719)的下端设置有取水孔；水泵(705)安装在取水箱外壳(701)内；水泵(705)通过进水管(741)与抽水环槽(709)连接，水泵(705)通过出水管(707)与蓄水空腔(703)连接；在取水箱外壳(701)上设置有与蓄水空腔(703)底部相连通的排水管(736)；在排水管(736)上设置有由控制器驱动控制的电磁水阀(735)；在控制箱(5)内设置有与控制器电连接的水泵驱动电路；水泵驱动电路与水泵(705)电连接，控制器通过水泵驱动电路驱动水泵(705)；在蓄水空腔(703)的底面上设置有与控制器电连接的液位传感器(704)；在取水箱外壳(701)的下侧安装有与控制器电连接的水浸传感器(731)。
10.根据权利要求1所述的用于易结冰环境下的水质检测装置，其特征在于：在取水箱外壳(701)的下侧面上插装有传导杆(732)，且传导杆(732)的下端设置为用于按压在冰面上的尖端(733)；在下侧驱动空腔(711)内安装有与控制器电连接的压力传感器(734)，传导杆(732)的上端按压在压力传感器(734)上。
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