CN210268722U

CN210268722U - 一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼

Info

Publication number: CN210268722U
Application number: CN201921276437.2U
Authority: CN
Inventors: 杨洁; 田晓庆; 王栋樑
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2029-08-08

Abstract

本实用新型涉及一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，包括头部、躯体、尾部，头部前端中心位置有温度传感器、PH值传感器和溶解氧浓度传感器，头部左右两侧对称有进水口，进水口里侧的头部内有空心圆柱体，空心圆柱体前端有滤网，空心圆柱体内有丝杠，丝杠上有活塞，活塞有内螺纹，活塞外壁中部有密封圈，空心圆柱体后端部有固定夹板，固定夹板上有活塞驱动电机，躯体内侧底部有主控电路板，尾部内有螺旋桨驱动电机，螺旋桨驱动电机连接有螺旋桨，尾鳍的两侧分别有电导率传感器和水压传感器；本实用新型可以利用远程操控，进行湖泊河流的水质检测，可移动式采集方式拓展了样品采集的覆盖面，提高样品检测的实时性，提高了水质检测效率与精度。

Description

一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼

技术领域

本实用新型属于水环境工程领域，尤其涉及一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼。

背景技术

水是生命之源，人类在生产与生活过程中都离不开水。然而自从工业化进程的不断增进，水污染也成了人们不得不面对的话题。特别是在浙江地区，虽然水网密布，湖河交错，但由于工业废水、生活污水等排入河流，导致水质污染日益严重，可用于生产生活的淡水也日益匮乏。现在国内外主要的水质检测方法有人工采样，浮标法等，但在实际的应用过程中，水质检测其精度，样本的覆盖面及水样采集的实时性还存在很大问题。因此，本实用新型提出一种可以远程操控，用于湖泊河流的水质检测仿生机器鱼，移动式采集参数并实时处理，达到高效率，高精度的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足而提出的一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼。

本实用新型是这样实现的：一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，包括头部、躯体、尾部，其特征在于：所述的头部为棱台体，所述的棱台体的棱边设置有圆角，头部前端设置有内凹槽，头部前端中心位置设置有温度传感器、PH值传感器和溶解氧浓度传感器，头部左右两侧对称设置有进水口，进水口里侧的头部内设置有空心圆柱体，空心圆柱体延伸至躯体内，空心圆柱体前端设置有滤网，空心圆柱体内设置有丝杠，丝杠上设置有活塞，活塞设置有内螺纹，活塞外壁中部设置有密封圈，空心圆柱体后端部设置有固定夹板，固定夹板上设置有活塞驱动电机，躯体内侧底部设置有主控电路板，主控电路板上设置有电源、GPS定位元件和集成芯片，躯体外侧面底部设置有对称的凸起横条，躯体两侧面设置有侧鳍，躯体顶部设置有背鳍，尾部的空腔内设置有螺旋桨驱动电机，螺旋桨驱动电机的动力输出轴后部连接有螺旋桨，尾部后侧中心设置有尾鳍，尾鳍的两侧分别设置有电导率传感器和水压传感器。

所述的温度传感器，PH值传感器、溶解氧浓度传感器、电导率传感器和水压传感器与主控电路板连接。

活塞与丝杠采用螺纹连接。

丝杠与活塞驱动电机的动力输出轴连接。

所述的活塞外直径与空心圆柱体内径相等。

所述的集成芯片优选SCTX2B/SM6135W。

本实用新型采用上述技术方案具有以下有益效果，本实用新型可以利用远程操控，进行湖泊河流的水质检测，可移动式采集方式拓展了样品采集的覆盖面，提高样品检测的实时性，提高了水质检测效率与精度。

附图说明

图1是本实用新型的俯视结构立体图；

图2是本实用新型的仰视结构立体图；

图3是本实用新型的前视图；

图4是本实用新型的后视图；

图5是本实用新型的头部结构图；

图6是本实用新型的活塞进排水装置结构图；

图7是本实用新型的剖视图；

图8是本实用新型的A-A剖视图；

图9是本实用新型的控制原理图；

图10是本实用新型的接受机原理框图；

图11是本实用新型的发射机原理框图。

1、溶解氧浓度传感器；2、头部；3、侧鳍；4、尾鳍；5、尾部；6、背鳍；7、躯体；8、进水口；9、PH值传感器；10、温度传感器；11、横条；12、空心圆柱体；13、电导率传感器；14、尾部的空腔；15、水压传感器；16、活塞驱动电机；17、丝杠；18、活塞；19、螺旋桨驱动电机；20、GPS定位元件；21、主控电路板；22、滤网；23、密封圈；24、螺旋桨；25、固定夹板；26、电源。

具体实施方式

实施例1：如图1~图11所示，一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，包括头部2、躯体7、尾部5，躯体长80 mm，连接头部与尾部，连接部分可以加装密封垫片，进行过盈配合，能够牢固连接在一起。所述的头部2为棱台体，所述的棱台体的棱边设置有圆角，头部2前端设置有内凹槽，内凹槽深度为5mm，能够防止温度传感器10、PH值传感器9和溶解氧浓度传感器触碰到杂物。头部2前端中心位置设置有温度传感器10、PH值传感器9和溶解氧浓度传感器1，头部2左右两侧对称设置有进水口8，进水口8里侧的头部2内设置有空心圆柱体12，空心圆柱体12延伸至躯体7内，空心圆柱体长度优选65 mm，直径25 mm。空心圆柱体12前端设置有滤网22，滤网孔径为1 mm，在进排水过程中将水中杂质过滤或防止浮游生物进入空心圆柱体内影响装置工作。空心圆柱体及其内部的结构均为两个，以仿生机器鱼的中线对称设置。

空心圆柱体12内设置有丝杠17，丝杠17上设置有活塞18，活塞18设置有内螺纹，活塞与丝杠采用螺纹连接。活塞外直径与空心圆柱体内径相等。丝杠与活塞驱动电机的动力输出轴连接。活塞18外壁中部设置有密封圈23，防止进排水过程中有水分进入躯体内部损坏线路。空心圆柱体12后端部设置有固定夹板25，固定夹板25上设置有活塞驱动电机16，躯体7内侧底部设置有主控电路板21，主控电路板21上设置有电源26、GPS定位元件20和集成芯片，电源优选锂电池，可以将尾部拆卸下来，将电源取出进行充电，充电完成后再将电源放回。集成芯片优选SCTX2B/SM6135W。SCTX2B/SM6135W是一种无线遥控编解码集成电路，具有遥控机器鱼的完整控制功能。该编码器由输入电路、编码电路、振荡电路和输出电路组成。输入电路的5个引脚对应5个功能按钮（前进、后退、上升、下降与加速）。芯片中的编码电路将数字代码发送到SO和SC的两个输出引脚，本实用新型中采用SO编码输出端，即无线遥控器对仿生机器鱼进行远程控制。集成芯片定时电路中的计数器可使SCTX2B具有自动断电功能，使得仿生机器鱼在静止状态下节约电能，有效提升续航能力，可扩大水质检测范围。SM6135W接收信号，并进行信号采样、误差检测和解码，控制机器鱼的运动。

躯体7外侧面底部设置有对称的凸起横条11，避免仿生鱼与湖泊或河流底部直接接触擦伤外壳。躯体7两侧面设置有侧鳍3，躯体顶部设置有背鳍6，侧鳍、背鳍和尾鳍用以平衡仿生机器鱼的重量分布，使得前进转向过程中，机体更加平稳，不会出现侧翻等现象。在尾部开设有两个空腔，如图4和图8所示，在两个尾部的空腔内均设置有一个螺旋桨驱动电机，螺旋桨驱动电机相对于仿生机器鱼的中线对称设置。两个螺旋桨驱动电机分别驱动螺旋桨旋转，产生仿生机器鱼前进与后退的推动力，通过调整两个螺旋桨旋转速度差实现转向。螺旋桨驱动电机和活塞驱动电机均可选用22 mm尺寸的微型直流伺服马达。本领域技术人员可以选用常规技术在设置电机封盖，对电机进行固定密封。

尾部左端为密封的，防止水进入到躯体内，可以在左端处打孔事螺旋桨驱动电机、电导率传感器和水压传感器的连接线路从打孔处穿过，与主控电路板连接，并且对打孔处进行密封，防止水的进入。尾部设置两个空腔，尾部的空腔14内设置有螺旋桨驱动电机19，螺旋桨驱动电机19的动力输出轴后部连接有螺旋桨24。尾部5后侧中心设置有尾鳍4，用以垂直方向的平衡，尾鳍4的两侧分别设置有电导率传感器13和水压传感器15。采集水样中的电导率与压强。

所述的温度传感器，PH值传感器、溶解氧浓度传感器、电导率传感器和水压传感器与主控电路板连接。PH值传感器、溶解氧浓度传感器、电导率传感器和水压传感器本领域技术人员可以进行常规选择。温度传感器，PH值传感器、溶解氧浓度传感器、电导率传感器和水压传感器连接A/D转换电路，经过信号调理电路将信号采集参数通过运算放大器把微弱信号放大传递给主控电路板上的集成芯片。信号调理电路优选LM358运算放大器芯片。A/D转换电路和信号调理电路均集成在主控电路板上。这些电路本领域技术人员可以进行常规选择，均为现有技术。

采用本实用新型来对湖泊河道等水域收集水质参数并检测时，首先将仿生机器鱼电源打开，利用无线遥控器控制活塞驱动电机的开始工作，活塞驱动电机驱动丝杠做慢速旋转运动，带动仿生机器鱼空心圆柱体内活塞向右侧移动，使水从进水口进入仿生机器鱼内，增加仿生机器鱼的重力，使仿生机器鱼在重力增加的作用下，自然下沉，置于水中，到达检测水位时，关闭活塞驱动电机，同时，利用无线遥控器操控仿生机器鱼的温度传感器，PH值传感器、溶解氧浓度传感器、电导率传感器和水压传感器进行水质数据采集，并传递给主控电路板，通过SCTX2B将数据传输给SM6135W，然后再进行数据整合，完成水质参数检测；对于不同水位的水质进行检查时，可以利用活塞驱动电机驱动丝杠，带动仿生机器鱼空心圆柱体内活塞左右移动，调整进水量的多少控制仿生机器鱼的重量，使仿生机器鱼上浮或下沉，用以检测不同水位处的水质；对于不同位置的水质进行检查时，可以利用螺旋桨驱动电机带动尾部螺旋桨的摆动，进一步控制仿生机器鱼的前进、后退及转向，实现不同位置水质检测。在使用时本实用新型的重心在后部，所以在放置到水里时，头部是向上的，不与水接触，此时需要人工将鱼的头部向下放入到水内，然后利用活塞驱动电机驱动丝杠，带动仿生机器鱼空心圆柱体内活塞向右移动进行吸水，吸水达到平衡以后，头部即可与水面接触，此时人工即可松开仿生机器鱼，然后通过吸水排水控制仿生机器鱼的水位。在进行回收时，由于空心圆柱体内是无水的，所以此时头部是向上的，不与水面接触，不会从头部进水，便于仿生机器鱼的悬浮回收。

回收方法：通过GPS定位元件定位仿生机器鱼的具体位置，利用无线遥控器控制活塞驱动电机工作，活塞驱动电机驱动丝杠做慢速旋转运动，带动仿生机器鱼空心圆柱体内活塞移动到最左侧，排尽空心圆柱体内水分，减少仿生机器鱼的自重，使仿生机器鱼上浮至水面，由于此时鱼尾依然是在水下，所以依然可以利用螺旋桨驱动电机带动尾部螺旋桨的摆动，控制仿生机器鱼前进、后退及转向，使仿生机器鱼到达岸边，收回仿生机器鱼。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用以限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，包括头部、躯体、尾部，其特征在于：所述的头部为棱台体，所述的棱台体的棱边设置有圆角，头部前端设置有内凹槽，头部前端中心位置设置有温度传感器、PH值传感器和溶解氧浓度传感器，头部左右两侧对称设置有进水口，进水口里侧的头部内设置有空心圆柱体，空心圆柱体延伸至躯体内，空心圆柱体前端设置有滤网，空心圆柱体内设置有丝杠，丝杠上设置有活塞，活塞设置有内螺纹，活塞外壁中部设置有密封圈，空心圆柱体后端部设置有固定夹板，固定夹板上设置有活塞驱动电机，躯体内侧底部设置有主控电路板，主控电路板上设置有电源、GPS定位元件和集成芯片，躯体外侧面底部设置有对称的凸起横条，躯体两侧面设置有侧鳍，躯体顶部设置有背鳍，尾部的空腔内设置有螺旋桨驱动电机，螺旋桨驱动电机的动力输出轴后部连接有螺旋桨，尾部后侧中心设置有尾鳍，尾鳍的两侧分别设置有电导率传感器和水压传感器。

2.根据权利要求1所述的一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，其特征在于：所述的温度传感器，PH值传感器、溶解氧浓度传感器、电导率传感器和水压传感器与主控电路板连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，其特征在于：活塞与丝杠采用螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，其特征在于：丝杠与活塞驱动电机的动力输出轴连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，其特征在于：所述的活塞外直径与空心圆柱体内径相等。

6.根据权利要求1所述的一种用于湖泊河道的水质检测仿生机器鱼，其特征在于：所述的集成芯片SCTX2B/SM6135W。