CN211014259U - 一种用于水利工程的水质监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水质监测技术领域，特别是涉及一种用于水利工程的水质监测装置。本实用新型结构简单，通过设置无线模块和采集各种水质数据的传感器，能够实时将水质数据发送至服务器，从而避免人工采样、分析带来的巨大人力、物力投入。另外本实用新型通过设置太阳能电池板能够实现自动充电续航，从而保障长时间使用中的电力消耗。而本实用新型通过设置刷洗机构能够实现对各传感器的探头进行刷洗，从而避免长时间使用后由于探头附着大量杂质、微生物等严重影响探测数据的准确性。

Description

一种用于水利工程的水质监测装置

技术领域

本实用新型涉及水质监测技术领域，特别是涉及一种用于水利工程的水质监测装置。

背景技术

随着环保法规的日益完善以及环保理念的日益提升，对水质的监测是必须的。目前一般采用人工定时、定点采样，然后送回实验室进行数据分析后记录在案。这种方式对于人工的依赖非常大，而且间隔采样的方式无法及时获取水质的变化，另外在采样后送回实验室进行数据分析的过程非常耗时耗力。

在实际工作中发现，目前对于水质的监测，主要采集的数据为水中的溶解氧、浑浊度、PH、重金属离子、氨氮/硝氮等。这些数据完全可以采用实时采集的方式，从而实时监测重点水域的水质变化。这样一来直接避免了人工采样、输送至实验室检测造成的人力、物力投入，而来通过实时采集水质数据可以更加全面地获得目标水域的水质变化，从而为预防污染、治理污染提供相对准确、可靠的数据支撑。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于水利工程的水质监测装置，其能够实时监测水质，且将数据远程发送至服务器实现自动采集。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种用于水利工程的水质监测装置，包括外壳，其特征是，所述外壳内设有无线模块、数据采集卡、PLC、溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器；所述溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器分别通过数据采集卡与PLC的信号端相连，所述PLC的信号端还通过无线模块与外部服务器无线通讯；所述溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器分别具有各自独立的探头，所有探头的探测端穿出外壳后浸入目标水体内。

优选的，所述外壳周围绑定有漂浮物，该漂浮物内部为密封、中空的漂浮内箱。

优选的，所述外壳顶面上固定有支撑杆，支撑杆顶部通过连接盘与太阳能电池板装配固定，太阳能电池板通过太阳能发电，且电流经过电池管理系统处理后输入置于外壳内的电池内存储。

优选的，所述探头穿出外壳的部分，其外壁设置有螺旋凹槽；该装置还包括刷洗机构，所述刷洗机构包括清洗刷、刷洗板、旋转筒，所述清洗刷内部中空且套装在探头外部，清洗刷的内壁上设置有软质刷毛，刷毛与探头的外壁贴紧；所述旋转筒通过滚珠转动连接于刷洗板的安装槽内，所述清洗刷固定于旋转筒底部，且旋转筒内壁设有与探头螺旋凹槽相匹配的旋转凸起；所述外壳底部通过导向杆连接有连接盘，所述刷洗板通过导向杆在外壳与连接盘之间上下移动，从而带动旋转筒旋转，继而使清洗刷旋转并上下刷洗探头外壁。

优选的，该刷洗板设有驱动机构，该驱动机构包括螺杆和固定于外壳内的电机、保持块以及位于保持块内的往复件、第一齿轮、第二齿轮、齿条；所述电机与PLC相连，所述保持块内设有放置往复件的往复件滑槽、放置齿条的齿条滑槽、第二齿轮的齿轮安装槽，所述齿条固定于往复件的一端，所述往复件内设有往复腔，往复腔的两个相对面分别设有第一齿槽、第二齿槽；

所述第一齿轮安装于电机输出轴上，并位于往复腔内，且第一齿轮外圆周上的卡齿所形成的圆心角小于180°；所述齿条与第二齿轮啮合，所述第二齿轮安装于螺杆头部，所述螺杆与刷洗板螺纹连接；在电机驱动下，第一齿轮选择性地与第一齿槽或第二齿槽啮合，驱动往复件在往复件滑槽内来回滑动，驱动齿条在齿条滑槽内滑动，使螺杆正向、反向旋转，达到清洗刷对探头外壁上下刷洗的目的。

优选的，所述齿条滑槽在远离往复件的一端设有行程开关，所述行程开关面对齿条的一端配有减震帽，所述行程开关与PLC相连。

优选的，所述刷洗板顶部设有若干等高的检测杆，所述外壳设有供检测杆穿过的通孔，所述外壳内在每个通孔上方均设置检测支撑板，每块检测支撑板的上方均设有检测框，所述检测框内设有微动开关，所有微动开关位于同一高度；所述检测杆的头部依次穿过外壳、检测支撑板可触发对应的微动开关接触，所述微动开关与PLC相连。

优选的，所述检测杆在外壳内的部分，其外壁固定有受力环，所述受力环与检测支撑板之间设有复位弹簧。

优选的，所述外壳顶部设有天线，所述无线模块的信号端与天线通讯连接。

优选的，所述外壳内设有时间继电器，该时间继电器的控制端与PLC的信号端通讯连接、静触点与电池管理系统的放电端导电连接、常开触点与电机的接电端导电连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，通过设置无线模块和采集各种水质数据的传感器，能够实时将水质数据发送至服务器，从而避免人工采样、分析带来的巨大人力、物力投入。另外本实用新型通过设置太阳能电池板能够实现自动充电续航，从而保障长时间使用中的电力消耗。而本实用新型通过设置刷洗机构能够实现对各传感器的探头进行刷洗，从而避免长时间使用后由于探头附着大量杂质、微生物等严重影响探测数据的准确性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中F1处放大图；

图3是本实用新型的往复件、第二齿轮、第一齿轮、保持块处结构示意图；

图4是本实用新型的电气构成框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参见图1-图4，一种用于水利工程的水质监测装置，包括外壳120、漂浮物110，所述漂浮物110通过扎带130绑紧固定在外壳120外部，且漂浮物110内部为密封、中空的漂浮内箱111。使用时，可以根据外壳需要的吃水深度往漂浮内箱中加水，从而调节漂浮物的整体重量以调节外壳的吃水深度。漂浮物采用轻质、高浮力材料制成，如泡沫、轻质塑料。

所述外壳120顶面上固定有支撑杆140，支撑杆140顶部通过连接盘150与太阳能电池板210装配固定，太阳能电池板210通过太阳能发电，且电流经过电池管理系统处理后（调压、稳压）输入电池250内存储。这种设计能够使得本实用新型的电能上获得自给自足，从而可以长时间使用。

所述外壳120内部通过隔板161分割为电气腔121和动力腔122，所述电气腔121内分别安装有：

无线模块220，用于和外部服务器无线通讯，本实施例中无线模块可以选用4G模块、GPRS模块、LORA模块、ZigBee模块等；所述无线模块220的信号端与天线221、PLC的信号端通讯连接，天线221用于增加无线模块的信号覆盖范围；

数据采集卡230，其信号输出端与PLC240的信号端通讯连接、信号输入端分别与行程开关281、微动开关282、溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器的信号端通讯连接，从而实现行程开关281、微动开关282、溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器与PLC之间的通信连接；PLC、溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器分别安装在隔板161上；

所述溶解氧传感器用于探测水中的溶解氧；所述离子传感器用于探测水中的重金属离子，如铜、铅、锌、镍、铬、镉、汞等离子；所述PH传感器用于探测水的PH值；所述浊度传感器用于探测水的浑浊度；所述氨氮硝氮复合传感器用于探测水中的氨氮硝氮；

所述电气腔121内还安装有电池250、电池管理系统、存储器、时间继电器，电池250用于存储、释放电能，电池管理系统用于控制电池的充放电，本实施例中电池管理系统直接采购现有产品即可，具体地，本实施例使用的电池管理系统为安徽特凯贝电子科技有限公司销售的TKB-BMS-MOS电池管理系统。所述电池管理系统、存储器的信号端与PLC的信号端通讯连接，存储器用于存储数据，在无线模块与服务器脱离连接时，通过存储器可以临时存储数据。电池管理系统的充电接入端与太阳能电池板210的电流输出端导电连接、充电输出端与电池的电极导电连接，从而将太阳能电池板输出的电流充入电池内存储。

所述时间继电器的控制端与PLC的信号端通讯连接、静触点与电池管理系统的放电端导电连接、常开触点与电机260的接电端导电连接，从而通过时间继电器控制电机的电流通断，也就是电机260的启停。

所述溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器分别具有各自独立的探头440，探头440的探测端穿出外壳后浸入目标水体内，从而可以进行相关水质的探测。

探头440装入外壳的一端上设置有限位环442、探头穿出外壳的部分上设置有螺旋设置在其轴向、径向的螺旋凹槽441，所述限位环442装入固定罩190内且与之装配固定，固定罩190固定在外壳120内壁上，从而相对固定探头440；探头440通过复合电缆270分别与与之对应的传感器通讯、导电连接。

使用时，直接将本实用新型固定在目标水域中，使得外壳的一部分浮出水面、各探头浸入水中。各探头采集水质参数，然后通过与之对应的传感器解析、转换为数字信号后输入PLC，PLC将采集到的数据通过无线模块发送至外部服务器，从而实现实时采集数据。一旦无线模块断开与服务器的通信后，PLC采集的数据将存储在存储器内，等待无线模块再次与服务器通信时，将数据上传至服务器，从而保证数据的延续性。

由于在长时间使用后，探头440外部会附着一些杂质、微生物等，此时，如果不及时清理探头440的表面，这些杂质、微生物会严重影响探测数据的准确性，甚至直接堵塞探头440，造成探头440无法使用。如果采用人工定期清理探头的方式显然还是会造成较大的人力投入，未被本实用新型的初衷。对此发明人设计了刷洗机构对探头440的表面进行刷洗，从而解决上述问题。

所述刷洗机构包括清洗刷540、刷洗板310，清洗刷540内部中空且套装在探头440外部，清洗刷540的内壁上设置有无数软质刷毛542，刷毛542与探头440的外壁贴紧，从而在清洗刷540移动时，能够通过刷毛542刷洗探头440的外壁。清洗刷540上还设置有第一定位环541，第一定位环541的端面与刷洗板310底面贴合，清洗刷540一端装入旋转筒520内，旋转筒520与刷洗板310可圆周转动装配，具体地，旋转筒520的外壁与刷洗板310之间安装有滚珠530，使用时，通过滚珠实现旋转筒520的旋转。

旋转筒520远离清洗刷540一端与第二定位环510贴合装配，第二定位环510安装在定位槽311内，定位槽311设置在刷洗板310上，螺钉550穿过清洗刷540、旋转筒520后与第二定位环510通过螺纹旋合装配，从而将清洗刷540、旋转筒520、第二定位环510装配为一体；旋转筒520、第二定位环510套装在探头440外部，且旋转筒520上设置有与螺旋凹槽441卡合、可滑动装配的旋转凸起521；外壳120底面上还与导向杆180顶部装配固定，导向杆180底部与连接盘170装配固定，所述连接盘170位于探头440最底面的下方；所述导向杆180穿过刷洗板310且与之可轴向滑动装配；

连接盘170与螺杆430一端可圆周转动、不可轴向移动装配（通过卡簧实现），螺杆430另一端装入动力腔122内且分别穿过检测支撑板670、第一支撑板163后与第二齿轮450同轴装配固定，第二齿轮450与齿条411啮合传动从而构成齿轮齿条传动机构；螺杆430穿过刷洗板310且与之通过螺纹旋合装配；

齿条411固定在往复件410一端，往复件410内部为中空的往复腔412，往复腔412的两个相互平行的内壁上分别设置有第一齿槽413、第二齿槽414，所述第一齿槽413、第二齿槽414择一与第一齿轮420啮合传动，从而构成齿轮齿条传动机构，第一齿轮420上的卡齿421没有布满其整个圆周，本实施例中，卡齿421在第一齿轮420圆周上的分布角度不超过180°。这种设计使得第一齿轮420转动时，可通过卡齿421择一与第一齿槽413、第二齿槽414啮合，从而驱动往复件往复移动；

所述第一支撑板163固定在动力腔122的内壁上且第一支撑板163上固定有保持块710，保持块710上内分别设置有齿条滑槽712、往复件滑槽711、齿轮安装槽713，所述第二齿轮安装在齿轮安装槽内，所述齿条411与齿条滑槽712卡合、可滑动装配；所述往复件滑槽711与往复件410的外壁卡合、可滑动装配；第一齿轮420同轴安装、固定在输出轴261一端上，输出轴261另一端穿过第二支撑板162装入电机260内，电机260通电后可驱动输出轴261圆周转动；第二支撑板162固定在保持块710顶面上。

所述齿条滑槽712远离往复件一端上卡合、可滑动装配有减震帽630，减震帽630上设置有让位盲槽631，所述让位盲槽631套装在行程开关281一端上，行程开关281另一端与开关固定板610装配固定，开关固定板610固定在第一支撑板163上；所述第一支撑板163面向让位盲槽631的端面上设置有弹簧连接筒611，弹簧连接筒611与减震帽630分别与减震压簧620两端装配固定，减震压簧620套装在行程开关281外。当齿条向行程开关移动时，会与减震帽接触从而通过减震帽挤压减震压簧，最后让位盲槽的封闭端触发行程开关，此时判断为齿条处于初始状态的位置，这种设计主要是为了检测齿条的位置。

检测支撑板670固定在动力腔122内壁上，检测支撑板670上固定有检测固定框640，检测固定框640上固定有微动开关282，微动开关282的触发端正对触发板651，触发板651固定在检测杆650一端，触发杆650另一端穿出外壳120后与刷洗板310接触、压紧；所述检测杆650位于动力腔的部分上设置有受力环652，且检测杆650位于受力环与检测支撑板670之间的部分上套装有复位压簧660，复位压簧660用于产生对检测杆650下推的弹力。

需要清理探头440时，时间继电器闭合，电机通电启动，从而驱动螺杆430圆周转动，螺杆430驱动刷洗板在其轴向上往复移动（螺杆通过齿条往复驱动），在刷洗板移动过程中，旋转筒的旋转凸起521与螺旋凹槽配合而驱动旋转筒圆周转动，从而使得清洗刷540同步旋转刷洗探头440；而清洗刷还随着刷洗板在探头轴向上移动刷洗，从而能够相对全面地刷洗探头440的表面。

刷洗板310在连接盘与外壳之间往复移动，而微动开关至少有两个，其用于探测刷洗板是否平衡，如果所有微动开关同时被触发，则判断为刷洗板平衡。反之，则判断刷洗板发生倾斜，需要人工检修，从而及时排除故障，防止电机烧坏。

本实用新型未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于水利工程的水质监测装置，包括外壳，其特征是，所述外壳内设有无线模块、数据采集卡、PLC、溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器；所述溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器分别通过数据采集卡与PLC的信号端相连，所述PLC的信号端还通过无线模块与外部服务器无线通讯；所述溶解氧传感器、离子传感器、PH传感器、浊度传感器、氨氮硝氮复合传感器分别具有各自独立的探头，所有探头的探测端穿出外壳后浸入目标水体内。

2.根据权利要求1所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，所述外壳周围绑定有漂浮物，该漂浮物内部为密封、中空的漂浮内箱。

3.根据权利要求2所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，所述外壳顶面上固定有支撑杆，支撑杆顶部通过连接盘与太阳能电池板装配固定，太阳能电池板通过太阳能发电，且电流经过电池管理系统处理后输入置于外壳内的电池内存储。

4.根据权利要求1所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，所述探头穿出外壳的部分，其外壁设置有螺旋凹槽；该装置还包括刷洗机构，所述刷洗机构包括清洗刷、刷洗板、旋转筒，所述清洗刷内部中空且套装在探头外部，清洗刷的内壁上设置有软质刷毛，刷毛与探头的外壁贴紧；所述旋转筒通过滚珠转动连接于刷洗板的安装槽内，所述清洗刷固定于旋转筒底部，且旋转筒内壁设有与探头螺旋凹槽相匹配的旋转凸起；所述外壳底部通过导向杆连接有连接盘，所述刷洗板通过导向杆在外壳与连接盘之间上下移动，从而带动旋转筒旋转，继而使清洗刷旋转并上下刷洗探头外壁。

5.根据权利要求4所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，该刷洗板设有驱动机构，该驱动机构包括螺杆和固定于外壳内的电机、保持块以及位于保持块内的往复件、第一齿轮、第二齿轮、齿条；所述电机与PLC相连，所述保持块内设有放置往复件的往复件滑槽、放置齿条的齿条滑槽、第二齿轮的齿轮安装槽，所述齿条固定于往复件的一端，所述往复件内设有往复腔，往复腔的两个相对面分别设有第一齿槽、第二齿槽；

所述第一齿轮安装于电机输出轴上，并位于往复腔内，且第一齿轮外圆周上的卡齿所形成的圆心角小于180°；所述齿条与第二齿轮啮合，所述第二齿轮安装于螺杆头部，所述螺杆与刷洗板螺纹连接；在电机驱动下，第一齿轮选择性地与第一齿槽或第二齿槽啮合，驱动往复件在往复件滑槽内来回滑动，驱动齿条在齿条滑槽内滑动，使螺杆正向、反向旋转，达到清洗刷对探头外壁上下刷洗的目的。

6.根据权利要求5所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，所述齿条滑槽在远离往复件的一端设有行程开关，所述行程开关面对齿条的一端配有减震帽，所述行程开关与PLC相连。

7.根据权利要求4所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，所述刷洗板顶部设有若干等高的检测杆，所述外壳设有供检测杆穿过的通孔，所述外壳内在每个通孔上方均设置检测支撑板，每块检测支撑板的上方均设有检测框，所述检测框内设有微动开关，所有微动开关位于同一高度；所述检测杆的头部依次穿过外壳、检测支撑板可触发对应的微动开关接触，所述微动开关与PLC相连。

8.根据权利要求7所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，所述检测杆在外壳内的部分，其外壁固定有受力环，所述受力环与检测支撑板之间设有复位弹簧。

9.根据权利要求1所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，所述外壳顶部设有天线，所述无线模块的信号端与天线通讯连接。

10.根据权利要求5所述的一种用于水利工程的水质监测装置，其特征是，所述外壳内设有时间继电器，该时间继电器的控制端与PLC的信号端通讯连接、静触点与电池管理系统的放电端导电连接、常开触点与电机的接电端导电连接。

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