CN205620403U - 一种景区自供能水质监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种景区自供能水质监测装置，包括半球形的浮体，所述浮体上方设置半球形壳体，所述浮体内部设置腔体，所述腔体两壁对应设置若干个压电悬臂梁，所述若干个压电悬臂梁上方固定设置横梁，所述横梁中间下表面设置拉杆，对应所述拉杆在所述浮体下方设置通孔，所述拉杆与所述通孔之间设置密封机构，所述拉杆下端通过绳体与水底固定连接，所述若干个压电悬臂梁与电源管理单元连接，所述电源管理单元与监测单元、处理器单元和通信单元连接。本实用新型通过将波浪能量转换为电能进行自供能，满足水域水质监测用电，为水质的无线监测创造必要条件。

Description

一种景区自供能水质监测装置

技术领域

本实用新型涉及水域水质监测技术领域，具体涉及一种景区自供能水质监测装置。

背景技术

近年来，随着工业发展和人们生活水平不断提高，污水排放量不断增加，已经远远超出了自然净化功能所允许的环境容量，自然界的水质情况不断恶化，严重危及到人类健康、破坏生态系统。为了确保水环境和水资源的清洁，必须对造成水质污染的污染源采取必要的措施，环境水质的在线监测显得非常有必要。特别针对一些有山有水的景区来说，青山绿水是吸引游客的根本，若大量的污水充斥景区，将对该地的旅游业会造成巨大的影响，降低景区的吸引力，因此对景区的水质监测也是很有必要的，只有随时掌握水质的变化，才能在水质出现问题时及时发现原因并解决。

传统的水质监测方法主要有两种：(1)人工采样实验室分析或采用手持便携式监测仪现场采样检测；(2)在特定区域建设水质自动监测站。前者采样频率低，劳动强度大，无法实时监控，不能反映水体水质参数的连续动态变化；后者能实现水质自动监测，但存在投资成本高、建设周期长、需铺设电缆和征地建站等局限性，其覆盖水域不可能很广，也无法实施多点监测。现在已经出现了一些水质无线监测节点，但是无线监测需要解决的问题便是监测终端的供电，目前都是采用可更换的蓄电池，增加巡检人员，对现场的蓄电池检测之后，对电量不足的进行更换，浪费人力资源，存在许多不便。

申请号为201410036734.5的发明公开了一种无线传感水质监测预警系统，包括无线传感器水质参数采集节点、汇聚节点、水质监控中心，无线传感器水质参数采集节点包括水质参数传感器模块、微处理器模块、ZigBee模块及太阳能供电模块，水质参数传感器模块负责水质参数采集并与微处理器模块连接，水质参数采集节点之间通过ZigBee 模块以无线方式进行自行组网，形成水质监测无线传感器网络；汇聚节点通过ZigBee 模块与无线传感器水质参数采集节点交换数据，并通过GPRS 模块和Internet与水质监控中心交换数据，水质监控中心通过自回归模型算法对该数据进行处理并作出预警。该系统布局灵活、实时上报数据可以实现大范围水域水质的无线监测和预警。该发明通过太阳能进行自供能，但是在连绵的阴雨天气会导致设备失效，对环境依赖性较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种景区自供能水质监测装置，通过将波浪能量转换为电能进行自供能，满足水域水质监测用电，为水质的无线监测创造必要条件。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种景区自供能水质监测装置，包括半球形的浮体，所述浮体上方设置半球形壳体，所述浮体内部设置腔体，所述腔体两壁对应设置若干个压电悬臂梁，所述若干个压电悬臂梁上方固定设置横梁，所述横梁中间下表面设置拉杆，对应所述拉杆在所述浮体下方设置通孔，所述拉杆与所述通孔之间设置密封机构，所述拉杆下端通过绳体与水底固定连接，所述若干个压电悬臂梁与与电源管理单元连接，所述电源管理单元与监测单元、处理器单元和通信单元连接。

进一步的，所述监测单元包括所述浮体底部设置的电导率传感器、温度传感器、溶解氧传感器和pH传感器。

进一步的，所述处理器单元包括单片机芯片，所述通信单元包括GPRS模块，所述电源管理单元包括整流器、蓄电池和DC/DC电源模块。

进一步的，所述浮体与所述半球形壳体之间设置密封环。

进一步的，所述密封机构包括环形密封带，所述环形密封带的内边缘与所述拉杆密封连接，所述环形密封带的外边缘与所述浮体下表面密封连接。

进一步的，所述拉杆下端通过旋转接头与所述绳体连接，所述旋转接头包括所述拉杆下端设置环形固定槽，所述环形固定槽内设置转动环，所述转动环与所述绳体连接。

本实用新型提供了一种景区自供能水质监测装置，浮体设置在水面上，可以远离岸边设置，对水质的监测更加真实可靠。设备的供电依靠压电材料的振动能量转换来实现，对于大型水域的水面时刻存在着波浪，浮体在水面会上下浮动，从而带动内部的多个压电悬臂梁上下移动，而横梁通过拉杆与绳体被固定，每当压电悬臂梁上升时都会受到横梁向下的压力，从而导致压电悬臂梁中间向下弯曲，发生形变振动，产生电流，实现自供能。该发电方式与太阳能和风能相比体积很小、结构简单，但是对波浪的能量的利用效率很高，转换的电能较为充足，可以支撑远端节点的电能消耗。若监测单元的传感器较多或用电量较大，可以对压电悬臂梁进行加粗，或对整个装置加大，增加更多数量的压电悬臂梁，从而加大发电量，保证电能的充足供应。压电悬臂梁与电源管理单元连接，将振动能量转换来的电能进行整流并存储，再变成不同等级的电压供监测单元、处理器单元和通信单元使用。

半球形壳体倒扣设置在浮体上方，两者大小相配合，组成一个圆球形监测装置，装置的上半部分中空，下半部分重量较大，浮力较大且可以保证平稳性，利于绳体对拉杆施加向下的拉力。通孔可以穿过拉杆，通孔内边缘设置润滑层，保证拉杆上下活动不会受到较大的摩擦力，密封机构对通孔与拉杆之间的间隙进行密封，防止腔体内进水。水底可以设置暗桩，将绳体固定在暗桩上，绳体的长度大于多雨季节的水深，避免涨水时淹没装置导致无法从波浪获得振动能量，水深下降时绳体仍可对拉杆提供向下的拉力，不影响正常使用。

本实用新型通过将波浪能量转换为电能进行自供能，满足水域水质监测用电，为水质的无线监测创造必要条件，且通过压电悬臂梁进行发电，结构简单、体积较小，对于微小机械能发电效率较高，可以在保证监测装置体积较小的情况下拥有充足的发电量，供监测设备进行使用。且本装置可以设置在水域的任何角落，改变了传统水质监测设置在岸边的现状，能够对大型水域进行覆盖式监测，保障对水质变化进行时刻掌握，效果更好。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

图1是本实用新型景区自供能水质监测装置的结构示意图；

图2是本实用新型景区自供能水质监测装置的系统结构图；

图3是本实用新型密封机构和旋转接头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图3对本实用新型技术方案进一步展示，具体实施方式如下：

实施例一

如图1和图2所示：本实施例提供了一种景区自供能水质监测装置，包括半球形的浮体1，所述浮体1上方设置半球形壳体2，所述浮体1内部设置腔体3，所述腔体3两壁对应设置若干个压电悬臂梁4，所述若干个压电悬臂梁4上方固定设置横梁5，所述横梁5中间下表面设置拉杆6，对应所述拉杆6在所述浮体1下方设置通孔7，所述拉杆6与所述通孔7之间设置密封机构8，所述拉杆6下端通过绳体9与水底固定连接，所述若干个压电悬臂梁4与与电源管理单元10连接，所述电源管理单元10与监测单元11、处理器单元12和通信单元13连接。

本装置浮体设置在水面上，可以远离岸边设置，对水质的监测更加真实可靠。设备的供电依靠压电材料的振动能量转换来实现，对于大型水域的水面时刻存在着波浪，浮体在水面会上下浮动，从而带动内部的多个压电悬臂梁上下移动，而横梁通过拉杆与绳体被固定，每当压电悬臂梁上升时都会受到横梁向下的压力，从而导致压电悬臂梁中间向下弯曲，发生形变振动，产生电流，实现自供能。该发电方式与太阳能和风能相比体积很小、结构简单，但是对波浪的能量的利用效率很高，转换的电能较为充足，可以支撑远端节点的电能消耗。若监测单元的传感器较多或用电量较大，可以对压电悬臂梁进行加粗，或对整个装置加大，增加更多数量的压电悬臂梁，从而加大发电量，保证电能的充足供应。压电悬臂梁与电源管理单元连接，将振动能量转换来的电能进行整流并存储，再变成不同等级的电压供监测单元、处理器单元和通信单元使用。

半球形壳体倒扣设置在浮体上方，两者大小相配合，组成一个圆球形监测装置，装置的上半部分中空，下半部分重量较大，浮力较大且可以保证平稳性，利于绳体对拉杆施加向下的拉力。通孔可以穿过拉杆，通孔内边缘设置润滑层，保证拉杆上下活动不会受到较大的摩擦力，密封机构对通孔与拉杆之间的间隙进行密封，防止腔体内进水。水底可以设置暗桩，将绳体固定在暗桩上，绳体的长度大于多雨季节的水深，避免涨水时淹没装置导致无法从波浪获得振动能量，水深下降时绳体仍可对拉杆提供向下的拉力，不影响正常使用。

所述监测单元11包括所述浮体1底部设置的电导率传感器14、温度传感器15、溶解氧传感器16和pH传感器17。电导率传感器用来测量水质的整体离子浓度，该传感器适用于内陆湖水，其正常时离子浓度较低，当大量工业废水排入可导致离子浓度升高，该传感器能够对污水的排入进行监测。温度传感器可以监测水域水温的变化，溶解氧传感器可以对水质的溶解氧进行加监测，当溶解氧较低时鱼类容易死亡，厌氧菌滋生，水质会变质发臭。pH传感器可以对水质的pH值进行监测，适当的pH值可以促进鱼类和藻类的生长，pH值变化加大时说明外界污水对水域造成影响。通过传感器的相互配合实现对水域水质的监测，当外界污水造成污染时可以及时发现，迅速做出处理，避免景区的水质遭到较大的破坏。

所述处理器单元12包括单片机芯片，所述通信单元13包括GPRS模块，所述电源管理单元10包括整流器18、蓄电池19和DC/DC电源模块20。单片机采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能，可以对监测到的信息进行处理并通过通信单元发送出去。通信单元采用GPRS模块，通过GPRS网络进行数据传输，可以保证传输的距离、速度以及稳定性。整流器对压电悬臂梁转换来的电能进行整流，将电压与电流稳定之后输入蓄电池内进行存储，DC/DC电源模块是一种电池开关电路，具有多个输入和输出，可以对蓄电池的输入输出进行控制，能够满足对多个用电设备的不同电压值进行供电，结构小巧，智能化程度高。

实施例二

如图1至图3所示：本实施例还提供了一种景区自供能水质监测装置，包括半球形的浮体1，所述浮体1上方设置半球形壳体2，所述浮体1内部设置腔体3，所述腔体3两壁对应设置若干个压电悬臂梁4，所述若干个压电悬臂梁4上方固定设置横梁5，所述横梁5中间下表面设置拉杆6，对应所述拉杆6在所述浮体1下方设置通孔7，所述拉杆6与所述通孔7之间设置密封机构8，所述拉杆6下端通过绳体9与水底固定连接，所述若干个压电悬臂梁4与与电源管理单元10连接，所述电源管理单元10与监测单元11、处理器单元12和通信单元13连接。

所述浮体1与所述半球形壳体2之间设置密封环21。密封环可以保证浮体与半球形壳体连接处的密封性，避免外界水流入浮体内对设备造成损坏。

所述密封机构8包括环形密封带22，所述环形密封带22的内边缘与所述拉杆6密封连接，所述环形密封带22的外边缘与所述浮体1下表面密封连接。该密封机构类似于汽车档把下方的密封结构，环形密封带采用柔性防腐密封材料制成，拉杆仍可在通孔内上下移动。本发明未采用硬密封，因为绳体对拉杆向下的拉力是斜向的，硬密封在这种情况下使用寿命较短，且摩擦力较大，效果一般。

所述拉杆6下端通过旋转接头与所述绳体9连接，所述旋转接头包括所述拉杆6下端设置环形固定槽23，所述环形固定槽23内设置转动环24，所述转动环24与所述绳体9连接。绳体对承载浮体的运行范围进行限定，承载浮体在移动时可能会造成绳体的旋转，旋转接头可将该旋转释放，避免旋转力度对绝缘套环等器件造成损坏，保证设备使用的安全性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种景区自供能水质监测装置，其特征在于：包括半球形的浮体，所述浮体上方设置半球形壳体，所述浮体内部设置腔体，所述腔体两壁对应设置若干个压电悬臂梁，所述若干个压电悬臂梁上方固定设置横梁，所述横梁中间下表面设置拉杆，对应所述拉杆在所述浮体下方设置通孔，所述拉杆与所述通孔之间设置密封机构，所述拉杆下端通过绳体与水底固定连接，所述若干个压电悬臂梁与与电源管理单元连接，所述电源管理单元与监测单元、处理器单元和通信单元连接。

2.如权利要求1所述的景区自供能水质监测装置，其特征在于：所述监测单元包括所述浮体底部设置的电导率传感器、温度传感器、溶解氧传感器和pH传感器。

3.如权利要求1所述的景区自供能水质监测装置，其特征在于：所述处理器单元包括单片机芯片，所述通信单元包括GPRS模块，所述电源管理单元包括整流器、蓄电池和DC/DC电源模块。

4.如权利要求1所述的景区自供能水质监测装置，其特征在于：所述浮体与所述半球形壳体之间设置密封环。

5.如权利要求1所述的景区自供能水质监测装置，其特征在于：所述密封机构包括环形密封带，所述环形密封带的内边缘与所述拉杆密封连接，所述环形密封带的外边缘与所述浮体下表面密封连接。

6.如权利要求1所述的景区自供能水质监测装置，其特征在于：所述拉杆下端通过旋转接头与所述绳体连接，所述旋转接头包括所述拉杆下端设置环形固定槽，所述环形固定槽内设置转动环，所述转动环与所述绳体连接。