CN117388188A - 多参数海洋水质遥感监测光谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了水质检测处理领域的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，包括无人机，无人机为螺旋桨式无人机，无人机底部固定连接有扩展架，扩展架上固定连接有第一电机驱动的绞轮，绞轮上缠绕有连接线，连接线的一端固定连接有检测器，检测器包括壳体，壳体由遮光材料制成，壳体内设有检测仓，壳体上设有第一双向水泵，双向水泵与检测仓连通，检测仓顶壁设有光束接收器，检测仓底部设有光束发射器，光束发射器倾斜放置，壳体上固定连接有PH检测仪和温度传感器，壳体底部固定连接有配重块，光束接收器与无人机信号连接，扩展架上固定连接第一摄像机，第一摄像机横向放置。采用本发明的技术方案，能够减少自然光对光束的影响。
Description
技术领域
本发明属于水质检测处理领域，具体是多参数海洋水质遥感监测光谱仪。
背景技术
随着人们对海洋资源的利勘探利用和海洋渔业发展，对海洋的污染更加严重，而人们对生活的质量有着很高的期望，从而对水质情况的越来越重视。水质的优劣与人们的生活息息相关，协调人与环境之间的关系，实现可持续发展，对江海水域的水质进行在线监测就变得非常重要。目前，对水质监测的浮标的方案有很多，一般都是采用传统的化学、电学传感器等进行检测，但是这些方案都存在缺点。化学传感器一般使用化学试剂来监测海水水质，这种方法的反应时间长，监测物质单一，不能同时监测多种物质成分。电学传感器不能在恶劣环境下精确测量，且寿命短。因此，这些传统的水质监测浮标在实际使用中均受到限制。更为重要的是，浮标漂浮在海面上，常随着海面的波动而上下波动，其位置的不断变化影响着测试结果，给测试结果带来不可忽略的误差，导致检测结果不够准确。
为了解决上述问题，专利公开号CN110673159B公开了一种海洋环境监测用无人机主动雷达高光谱探测系统及方法，包括激光发射系统、光学接收系统、光电探测单元、数据采集及存储单元、信号处理及控制单元。本发明提供的无人机主动雷达高光谱探测系统以无人机为载体将激光雷达和高光谱成像在同一仪器上相结合，遥感得到目标各组分可视化的时空分布图像及荧光高光谱数据。
上述海洋环境监测用无人机主动雷达高光谱探测系统及方法，通过无人机向海面发射光束，收集折射后的光束进行分析，但在自然光亮度较高时，不但发射的光束不明显，接收的光束也会受到自然光干扰，且海面上有波浪，光线折射角度会根据波浪情况而变化。
发明内容
为了解决现有技术中光谱检测会受自然光影响的问题，本发明的目的是提供多参数海洋水质遥感监测光谱仪，能够减少自然光对光束的影响。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：多参数海洋水质遥感监测光谱仪，包括无人机，无人机为螺旋桨式无人机，无人机底部固定连接有扩展架，扩展架上固定连接有第一电机驱动的绞轮，绞轮上缠绕有连接线，连接线的一端固定连接有检测器，检测器包括壳体，壳体由遮光材料制成，壳体内设有检测仓，壳体上设有第一双向水泵，双向水泵与检测仓连通，检测仓顶壁设有光束接收器，检测仓底部设有光束发射器，光束发射器倾斜放置，壳体上固定连接有PH检测仪和温度传感器，壳体底部固定连接有配重块，光束接收器与无人机信号连接，扩展架上固定连接第一摄像机，第一摄像机横向放置。
采用上述方案后实现了以下有益效果：使用者能够控制无人机飞行在海面，选择检测地点后，悬停在检测地点上空。控制第一电机旋转，将绞轮上的连接线放出，受重力作用，检测器会向下坠落入海水中，配重块使检测器能够沉入海水。
控制第一双向水泵开启，向检测仓内注入海水，之后开启光束发射器，光束会穿过海水打在光束接收器上，光束发射器倾斜放置，使光束在海水中发生折射，使光束接收器能够检测到光束的折射率和各波段光线的吸收率，浓度越高的海水折射率越高，因此折射率能够检测海水浓度，水中的不同物质对不同波长的光束吸收率不同，因此光束接收器检测各个波段光线的吸收率能够确定海水中的主要物质，进而分析海洋水质。
使用者能够控制第一电机的旋转幅度，进而控制沉入海水的深度。第一双向水泵在检测完成后，能够将海水排出，前往其他地点或深层海水检测，也能够在检测完成后，发现异样数据，携带取样海水返回，将取样海水送入实验室分析。光束发射器和光束接收器均位于检测仓中，壳体由遮光材料制成，能够在检测仓中营造黑暗环境，使光束不受杂光影响，检测结果更准确。光线折射率能够检测海水浓度，PH检测仪检测用于检测环境PH值，以确保该区域海水PH环境适宜生物生存，温度传感器用于检测水体温度，温度会对光线产生影响，因此结合温度进行数据判断能够减少数据由温度变化带来的波动。
与现有技术相比，通过绞轮控制检测器的检测深度，进而实现多层次取样；通过壳体遮挡自然光，减少自然光对光束的干扰，提高检测的准确度；多参数测量能够进一步提供海水信息，使使用者能够进一步了解海水水质状态。
进一步，壳体内设有蓄水舱，蓄水舱位于检测仓靠近壳体底部的一侧，壳体上设有第二双向水泵，第二双向水泵与蓄水舱连通。
有益效果：蓄水舱能够通过注水和出水控制检测器密度，使检测器能够通过调控蓄水舱水量进行上下浮动。依次能够减少配重块的重量，减少无人机承载重量及第一电机负载，延长无人机续航时间。
进一步，壳体底部设有水压检测器。
有益效果：水压检测器能够检测水压值，根据水压值能够反馈壳体的下潜深度，下潜深度越深则水压值越大，从而根据水压值数值控制下潜深度。
进一步，扩展架上固定连接有第二摄像机，第二摄像机竖向放置。
有益效果：第二摄像机用于拍摄海面图像。水质受到水中微生物的影响，而光谱仪难以检测水中的微生物情况。在富集微生物时，海水的颜色可能会改变，通过海面图像判断海水的微生物分布情况。使用者同样能够通过海面图像判断无人机在海面上的高度，减少无人机驾驶入海水中的概率。
进一步，无人机上固定连接有若干气囊，扩展架上固定连接有气泵，气囊均与气泵连通。
有益效果：无人机坠落于海水中会直接进水损坏，且沉入海底后难以打捞，使用者操作不当，很容易落入海水中。气囊能够在无人机落入海水中时提供浮力，使无人机漂浮在海面，气泵能够在无人机失控时快速为气囊充气，使气囊膨胀，对无人机进行入水保护。
进一步，检测仓底部设有第二电机，第二电机的输出轴连接有旋转盘，光束发射器位于旋转盘中心，旋转盘上围绕光束发射器周向分布有若干扇叶。
有益效果：海水中含有藻类，藻类会附着在检测仓内，藻类长期累积，使光束发射器和光束接收器受到影响。使用者能够通过第一双向水泵向检测仓注入海水，之后开启第二电机，第二电机带动旋转盘转动，使检测仓内产生涡流，冲刷检测仓，将藻类冲洗入海水中，之后将海水排出，完成清理。
进一步，无人机上固定连接有风力检测器。
有益效果：风力过大，容易导致无人机失衡从而落入海水中。风力检测器能够检测海面上的风力，使用者能够根据风力值判断是否进行飞行。
进一步，无人机上设有GPS定位器。
有益效果：GPS定位器能够获取无人机的当前位置，用于记录检测水质地点。
进一步，无人机底部固定连接有光照发射模块和光照接收模块；
光照发射模块用于向水面发射固定频率的光线。
有益效果：光照发射模块和光照接收模块能够通过漫反射原理检测水面油污、藻类和悬浮物。通过发射固定频率的光线，使光照接收模块能够在自然光中分辨检测光线，减少自然光干扰带来的影响。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图。
图2为检测器的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：无人机1、扩展架2、第一电机3、绞轮4、连接线5、检测器6、壳体7、检测仓8、第一双向水泵9、光束接收器10、光束发射器11、PH检测仪12、温度传感器13、配重块14、第一摄像机15、蓄水舱16、第二双向水泵17、水压检测器18、第二摄像机19、气囊20、气泵21、第二电机22、旋转盘23、扇叶24、风力检测器25、GPS定位器26、光照发射模块27、光照接收模块28。
实施例一
实施例基本如附图1和附图2所示：
多参数海洋水质遥感监测光谱仪，包括无人机1，无人机1为螺旋桨式无人机1，无人机1的型号为FlyCart 30 ，无人机1底部螺栓固定有扩展架2，扩展架2上螺栓固定有第一电机3驱动的绞轮4，第一电机3的型号为FS50，绞轮4上缠绕有连接线5，连接线5的一端粘接固定有检测器6，检测器6包括壳体7，壳体7由遮光材料制成，壳体7内开设有检测仓8，壳体7上螺栓固定有第一双向水泵9，第一双向水泵9的型号为NIDECSANKYO齿轮泵，双向水泵与检测仓8连通，检测仓8顶壁螺栓固定有光束接收器10，检测仓8底部螺栓固定有光束发射器11，光束接收器10和光束发射器11的型号为光谱仪722SP中的组件，光束发射器11倾斜放置，壳体7上螺栓固定有PH检测仪12和温度传感器13，PH检测仪12的型号为PH848，温度传感器13的型号为DS18B20，壳体7底部粘接固定有配重块14，光束接收器10与无人机1信号连接，扩展架2上螺栓固定有第一摄像机15，第一摄像机15的型号为MJSXJ03HL，第一摄像机15横向放置。
具体实施过程如下：使用者能够控制无人机1飞行在海面，选择检测地点后，悬停在检测地点上空。控制第一电机3旋转，将绞轮4上的连接线5放出，受重力作用，检测器6会向下坠落入海水中，配重块14使检测器6能够沉入海水。
控制第一双向水泵9开启，向检测仓8内注入海水，之后开启光束发射器11，光束会穿过海水打在光束接收器10上，光束发射器11倾斜放置，使光束在海水中发生折射，使光束接收器10能够检测到光束的折射率和各波段光线的吸收率，浓度越高的海水折射率越高，因此折射率能够检测海水浓度，水中的不同物质对不同波长的光束吸收率不同，因此光束接收器10检测各个波段光线的吸收率能够确定海水中的主要物质，进而分析海洋水质。
使用者能够控制第一电机3的旋转幅度，进而控制沉入海水的深度。第一双向水泵9在检测完成后，能够将海水排出，前往其他地点或深层海水检测，也能够在检测完成后，发现异样数据，携带取样海水返回，将取样海水送入实验室分析。光束发射器11和光束接收器10均位于检测仓8中，壳体7由遮光材料制成，能够在检测仓8中营造黑暗环境，使光束不受杂光影响，检测结果更准确。光线折射率能够检测海水浓度，PH检测仪12检测用于检测环境PH值，以确保该区域海水PH环境适宜生物生存，温度传感器13用于检测水体温度，温度会对光线产生影响，因此结合温度进行数据判断能够减少数据由温度变化带来的波动。
该发明通过绞轮4控制检测器6的检测深度，进而实现多层次取样；通过壳体7遮挡自然光，减少自然光对光束的干扰，提高检测的准确度；多参数测量能够进一步提供海水信息，使使用者能够进一步了解海水水质状态。
实施例二
与上述实施例的区别在于：壳体7内开设有蓄水舱16，蓄水舱16位于检测仓8靠近壳体7底部的一侧，壳体7上螺栓固定有第二双向水泵17，第二双向水泵17的型号为NIDECSANKYO齿轮泵，第二双向水泵17与蓄水舱16连通。
具体实施过程如下：蓄水舱16能够通过注水和出水控制检测器6密度，使检测器6能够通过调控蓄水舱16水量进行上下浮动。依次能够减少配重块14的重量，减少无人机1承载重量及第一电机3负载，延长无人机1续航时间。
实施例三
与上述实施例的区别在于：壳体7底部螺钉固定有水压检测器18，水压检测器18的型号为OHR-K2。
具体实施过程如下：水压检测器18能够检测水压值，根据水压值能够反馈壳体7的下潜深度，下潜深度越深则水压值越大，从而根据水压值数值控制下潜深度。
实施例四
与上述实施例的区别在于：扩展架2上螺栓固定有第二摄像机19，第二摄像机19的型号为MJSXJ03HL，第二摄像机19竖向放置。
具体实施过程如下：第二摄像机19用于拍摄海面图像。水质受到水中微生物的影响，而光谱仪难以检测水中的微生物情况。在富集微生物时，海水的颜色可能会改变，通过海面图像判断海水的微生物分布情况。使用者同样能够通过海面图像判断无人机1在海面上的高度，减少无人机1驾驶入海水中的概率。
实施例五
与上述实施例的区别在于：无人机1上粘接固定有若干气囊20，扩展架2上螺栓固定有气泵21，气泵21的型号为MJCQB06QW，气囊20均与气泵21连通。
具体实施过程如下：无人机1坠落于海水中会直接进水损坏，且沉入海底后难以打捞，使用者操作不当，很容易落入海水中。气囊20能够在无人机1落入海水中时提供浮力，使无人机1漂浮在海面，气泵21能够在无人机1失控时快速为气囊20充气，使气囊20膨胀，对无人机1进行入水保护。
实施例六
与上述实施例的区别在于：检测仓8底部螺栓固定有第二电机22，第二电机22的型号为DZ058，第二电机22的输出轴连接有旋转盘23，光束发射器11位于旋转盘23中心，旋转盘23上围绕光束发射器11周向分布有若干扇叶24。
具体实施过程如下：海水中含有藻类，藻类会附着在检测仓8内，藻类长期累积，使光束发射器11和光束接收器10受到影响。使用者能够通过第一双向水泵9向检测仓8注入海水，之后开启第二电机22，第二电机22带动旋转盘23转动，使检测仓8内产生涡流，冲刷检测仓8，将藻类冲洗入海水中，之后将海水排出，完成清理。
实施例七
与上述实施例的区别在于：无人机1上螺栓固定有风力检测器25，风力检测器25的型号为SM3788。
具体实施过程如下：风力过大，容易导致无人机1失衡从而落入海水中。风力检测器25能够检测海面上的风力，使用者能够根据风力值判断是否进行飞行。
实施例八
与上述实施例的区别在于：无人机1上螺钉固定有GPS定位器26，GPS定位器26的型号为G410。
具体实施过程如下：GPS定位器26能够获取无人机1的当前位置，用于记录检测水质地点。
实施例九
与上述实施例的区别在于：无人机1底部螺钉固定有光照发射模块27和光照接收模块28，光照发射器的型号为TZ650AD4C，光照接收模块28为CCD传感器，光照接收模块28的型号为LK-G30；
光照发射模块27用于向水面发射固定频率的光线。
具体实施过程如下：光照发射模块27和光照接收模块28能够通过漫反射原理检测水面油污、藻类和悬浮物。通过发射固定频率的光线，使光照接收模块28能够在自然光中分辨检测光线，减少自然光干扰带来的影响。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：包括无人机，无人机为螺旋桨式无人机，无人机底部固定连接有扩展架，扩展架上固定连接有第一电机驱动的绞轮，绞轮上缠绕有连接线，连接线的一端固定连接有检测器，检测器包括壳体，壳体由遮光材料制成，壳体内设有检测仓，壳体上设有第一双向水泵，双向水泵与检测仓连通，检测仓顶壁设有光束接收器，检测仓底部设有光束发射器，光束发射器倾斜放置，壳体上固定连接有PH检测仪和温度传感器，壳体底部固定连接有配重块，光束接收器与无人机信号连接，扩展架上固定连接第一摄像机，第一摄像机横向放置。
2.根据权利要求1所述的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：壳体内设有蓄水舱，蓄水舱位于检测仓靠近壳体底部的一侧，壳体上设有第二双向水泵，第二双向水泵与蓄水舱连通。
3.根据权利要求2所述的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：壳体底部设有水压检测器。
4.根据权利要求3所述的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：扩展架上固定连接有第二摄像机，第二摄像机竖向放置。
5.根据权利要求4所述的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：无人机上固定连接有若干气囊，扩展架上固定连接有气泵，气囊均与气泵连通。
6.根据权利要求5所述的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：检测仓底部设有第二电机，第二电机的输出轴连接有旋转盘，光束发射器位于旋转盘中心，旋转盘上围绕光束发射器周向分布有若干扇叶。
7.根据权利要求6所述的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：无人机上固定连接有风力检测器。
8.根据权利要求7所述的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：无人机上设有GPS定位器。
9.根据权利要求8所述的多参数海洋水质遥感监测光谱仪，其特征在于：无人机底部固定连接有光照发射模块和光照接收模块；
光照发射模块用于向水面发射固定频率的光线。
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