CN212585839U - 一种河湖表层水温红外自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种河湖表层水温红外自动监测系统，属于环境监测技术领域。该系统包括折叠支架、激光测距传感器、红外测温传感器、无线传输器、电池和太阳能板，激光测距传感器、红外测温传感器均设置在折叠支架的端头，使用时，激光测距传感器和红外测温传感器的测量端正对水面；无线传输器、电池和太阳能板设置在折叠支架上，激光测距传感器和红外测温传感器均与无线传输器连接，太阳能板与电池电连接，激光测距传感器和红外测温传感器均与电池电连接。本实用新型中太阳能通过太阳能板转化为电能储存在电池中，为激光测距传感器、红外测温传感器和无线传输器提供电源，折叠支架可实现装置的折叠收纳，其自动化程度高，布置简单。

Description

一种河湖表层水温红外自动监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种河湖表层水温红外自动监测系统，属于环境监测技术领域。

背景技术

水温是水环境中关键水文要素之一。水温通过影响水体的物理化学性质(如溶解氧含量、水体密度、酸碱度等)，从而对水生生物的生长、繁殖、种类及群落结构等产生间接影响。因此，水温已成为水利工程、水生生态修复和水环境治理的必备观测内容。表层水温通常指水体0～1m范围内温度，观测位置根据不同水体和不同目的而确定。对于江河和主干渠道，要求在水流畅通，附近没有泉水、工业废水、城镇污水流入，并具有一定代表性的地方观测。对于湖泊、水库，一般在湖区、坝前以及出湖口门和水库泄水建筑物的下游河道处观测。我国水文管理部门要求常设水文站进行表层水温观测，对重大水利工程(如水电大坝)和特定水文过程(如凌汛)的水温监测也在日益加强。同时，夏季湖泊水华现象与水温的关系密切，湖泊生态监测中也将表层水温监测作为必选监测项目。就内陆水体表层水温观测而言，应用较为广泛的方法有人工手动观测法和观测井仪器自动观测法两类。两类方法均采用测温计对目标水体温度进行测量。人工手动观测需在观测时间节点，由观测人员人工抵近观测水域将测温计手动布置于水体中，然后读取并记录水温；观测井仪器自动观测法，则是采用垂线将带有记录功能的电子温度计放置在水文观测井中水面以下位置，周期性回收读取水温记录。人工手动观测法耗时、费力且数据不连续，已被逐步淘汰；观测井仪器自动观测法正逐渐成为主流观测手段。然而在实践过程中，观测井仪器自动观测法存在若干缺陷：①无水文观测井的位置无法进行观测，由于水文观测井施工难度大、造价昂贵、需专人看护，除专业水文站外，非永久性水文观测站点通常缺乏水文观测井构造，导致一些特殊目的观测断面无法采用此方法观测；②测温计悬挂垂线与其他观测设备相互干扰，水文观测井的主要目的是用于测量水位变化，后期增设测温计采用垂线固定方式，易在波浪扰动下与水位观测仪吊线发生缠绕，影响水位观测结果；③受水位波动影响严重，由于其布设方式为固定式，水位涨落后，特别是大型水电站下游水位日变幅可达3-5m，导致测温计在水面下的相对位置发生改变，时而暴露于空气中，时而淹没在较深水深之下，所测数据并非真实表层水温。

现有技术中三维实时表层水温测量系统利用数据采集器、计算机、浮球及铂电阻测温传感器等组合而成的测温装置，具有防辐射、测量水深和稳定性可以调节的优点，但造价较高，结构复杂，适宜在远洋海域进行观测，不适合内陆水域大范围推广；表层水温测量装置采用塑料浮球与传感器结合方式，在塑料保护管内布设传感器方式获得表层水温，具有智能化、结构简单的特点，但仪器布设与数据采集需依靠船只，且设备受风浪、流速影响较大，定位观测较难实现；水位自适应表层水温测量装置采用在河湖岸边架设大型测温支架的方式，以伸缩杆浮力结构解决水位波动导致的自动水温测量探头位移问题，具有较好的实际观测效果，但使用该方法需进行基建工作，人工浇筑水泥用于固定支架，操作存在一定复杂性。

实用新型内容

针对现有河湖表层水温实时监测困难的问题，本实用新型提供一种河湖表层水温红外自动监测系统，本实用新型的河湖表层水温红外自动监测系统将太阳能通过太阳能板转化为电能储存在电池中，可为激光测距传感器、红外测温传感器和无线传输器提供电源，折叠支架可实现装置的折叠收纳，其自动化程度高，布置简单，具有抗水位波动干扰、受流速影响小等特点，可实现表层水温的连续测量。

本实用新型为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种河湖表层水温红外自动监测系统，包括折叠支架3、激光测距传感器1、红外测温传感器2、无线传输器10、电池9和太阳能板13，激光测距传感器1、红外测温传感器2均设置在折叠支架3的端头，使用时，激光测距传感器1和红外测温传感器2的测量端正对水面；无线传输器10、电池9和太阳能板13设置在折叠支架3上，激光测距传感器1和红外测温传感器2均与无线传输器10连接，太阳能板13与电池9电连接，激光测距传感器1和红外测温传感器2均与电池9电连接。

进一步的，所述折叠支架3包括第一杆和第二杆，第一杆的两个端头分别为A端头和B端头，第二杆的两个端头分别为C端头和D端头，第一杆的A端头与第二杆的C端头转动连接，激光测距传感器1和红外测温传感器2均固定设置在第一杆的B端头，太阳能板13固定设置在第一杆的A端头，无线传输器10和电池9均设置在第二杆的C端头，使用时，第一杆与第二杆垂直，第二杆的D端头垂直插设在土体内，第一杆与河湖表层水面平行；收纳时，第一杆与第二杆平行。

更进一步的，所述折叠支架3还包括转动轴，第一杆的A端头为面齿轮I，第二杆的C端头为面齿轮II，转动轴依次穿过面齿轮I和面齿轮II且第一杆和第二杆均可绕转动轴转动，使用时，面齿轮I和面齿轮II啮合固定。

优选的，转动轴为螺栓，螺栓上设置有螺帽，用于固定面齿轮I和面齿轮II；

进一步的，所述折叠支架3还包括第三杆，第三杆的两个端头分别为E端和F端，第三杆的E端通过转动构件设置在第一杆上，第三杆的F端通过可拆卸构件设置在第二杆上，使用时，第一杆、第二杆和第三杆形成三角形支撑结构，收纳时，第三杆与第二杆平行且第三杆位于第一杆和第二杆之间。

更进一步的，所述第一杆包括空心杆体I、空心杆体II和电动伸缩杆I11，空心杆体I的两端头分别为G端和H端且空心杆体I的H端为第一杆的A端头，空心杆体II的两端头分别为J端和K端且空心杆体II的K端为第一杆的B端头，电动伸缩杆I11的驱动端固定设置在空心杆体I内，电动伸缩杆I11的伸缩端平行空心杆体I，电动伸缩杆I11的伸缩端延伸至空心杆体II内腔且电动伸缩杆I11的伸缩端端头与空心杆体II的K端内腔固定连接；第二杆包括空心杆体III、空心杆体IV、地脚折叠支架3和电动伸缩杆II12，第二杆的D端头为地脚折叠支架3，空心杆体III的两端头分别为L端和M端且空心杆体III的L端为第二杆的C端头，空心杆体IV的两端头分别为N端和O端且空心杆体IV的O端与地脚折叠支架3固定连接，电动伸缩杆II12的驱动端固定设置在空心杆体III内，电动伸缩杆II12的伸缩端平行空心杆体III，电动伸缩杆II12的伸缩端延伸至空心杆体IV内腔且电动伸缩杆II12的伸缩端端头与空心杆体IV的O端内腔固定连接；电动伸缩杆I11、电动伸缩杆II12均与电池9电连接。

进一步的，所述河湖表层水温红外自动监测系统还包括数据采集器保护壳7，数据采集器保护壳7设置在无线传输器10和电池9的外侧；激光测距传感器1通过数据线I4与无线传输器10连接，红外测温传感器2通过数据线II5与无线传输器10连接，太阳能板13通过线缆6与电池9电连接；

进一步的，所述河湖表层水温红外自动监测系统还包括数据监测保护壳体，数据监测保护壳体设置在第一杆的B端头，激光测距传感器1和红外测温传感器2固定设置在数据监测保护壳体内，激光测距传感器1和红外测温传感器2的测量端均穿过数据监测保护壳体。

所述激光测距传感器和红外测温传感器均通过导线与电池电连接。

所述激光测距传感器，用于利用激光测量水面到测量端之间的距离；

所述红外测温传感器，用于利用红外测量水面的温度；

所述无线传输器，用于无线传输激光测距传感器与红外测温传感器的测量数据；

所述电池，用于为激光测距传感器、红外测温传感器、无线传输器、电动伸缩杆I11和电动伸缩杆II12提供电能；

所述太阳能板，用于吸收太阳能并转化为电能；

所述数据采集器保护壳，用于保护设置在数据采集器保护壳内的无线传输器和电池；

优选的，所述电动伸缩杆I11、电动伸缩杆II12为CLA电动伸缩杆或XDHF12电动伸缩杆；

优选的，所述数据线I4、数据线II5、线缆6与数据采集器保护壳7的连接处均设置有密封件；

优选的，所述激光测距传感器为TOFSense激光测距传感器、TF-Luna激光测距传感器或LP40 TOF激光测距传感器；

优选的，所述红外测温传感器为YCR10ACF2红外测温传感器、H28517红外测温传感器或TS318红外测温传感器；

优选的，所述无线传输器的型号为DTU-BS4U或Elfin-EG11。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型的河湖表层水温红外自动监测系统为非接触式测温，探测设备不受水体流动影响；数字化显示水体温度，避免刻度式测温装置的人工读取误差；测温响应速度快，可在分钟级别实现连续测温；

(2)本实用新型的河湖表层水温红外自动监测系统的使用寿命长，非接触测温避免了设备的磨损，极大地降低了外界因素对测温探头结构稳定性的影响，实现长期观测；

(3)本实用新型的河湖表层水温红外自动监测系统采用光伏供电，应用场景范围广泛，可应用于水生生物保护区、江河、湖泊、池塘、水库等区域；

(4)本实用新型监测活动大幅减少人工野外水上作业，显著降低监测成本，并且设备安装便捷，人工维护简单，数据链信息化程度高，监测成果时效性及稳定性程度强；

(5)本实用新型设备自动化程度高，减少了人为误差。

附图说明

图1为河湖表层水温红外自动监测系统使用时的结构示意图；

图2为激光测距传感器和红外测温传感器结构示意图；

图3为电池和无线传输器结构示意图；

图4为折叠支架结构示意图(使用时)；

图5为延伸状态和收缩状态的折叠支架结构示意图(使用时)，a图为延伸状态，b图为收缩状态；

图6为折叠状态的折叠支架结构示意图，a为侧视图，b为主视图；

图中：1-激光测距传感器、2-红外测温传感器、3-折叠支架、4-数据线I、5-数据线II、6-线缆、7-数据采集器保护壳、8-地脚支架、9-电池、10-无线传输器、11-电动伸缩杆I、12-电动伸缩杆II、13-太阳能板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1所示，一种河湖表层水温红外自动监测系统，包括折叠支架3、激光测距传感器1、红外测温传感器2、无线传输器10、电池9和太阳能板13，激光测距传感器1、红外测温传感器2均设置在折叠支架3的端头，使用时，激光测距传感器1和红外测温传感器2的测量端正对水面，使其能够持续的读取测量端与水面之间的距离和水面表层水温；无线传输器10、电池9和太阳能板13设置在折叠支架3上，激光测距传感器1和红外测温传感器2均与无线传输器10连接，太阳能板13与电池9电连接，激光测距传感器1和红外测温传感器2均与电池9电连接；无线传输器10与激光测距传感器1连接，能够无线传输激光测距传感器1的测量数据给外部终端；无线传输器10与红外测温传感器2连接，能够无线传输红外测温传感器2的测量数据给外部终端，外部终端通常位于观测站或实验室内，也可以是移动终端；

如图4所示，折叠支架3包括第一杆和第二杆，第一杆的两个端头分别为A端头和B端头，第二杆的两个端头分别为C端头和D端头，第一杆的A端头与第二杆的C端头转动连接，激光测距传感器1和红外测温传感器2均固定设置在第一杆的B端头，太阳能板13固定设置在第一杆的A端头，无线传输器10和电池9均设置在第二杆的C端头，使用时，第一杆与第二杆垂直，第二杆的D端头垂直插设在土体内，第一杆与河湖表层水面平行；收纳时，第一杆与第二杆平行；

折叠支架3还包括转动轴，第一杆的A端头为面齿轮I，第二杆的C端头为面齿轮II，转动轴依次穿过面齿轮I和面齿轮II且第一杆和第二杆均可绕转动轴转动，使用时，面齿轮I和面齿轮II啮合固定；在转动时，使得第一杆A端头的面齿轮I和第二杆C端头的面齿轮II远离，解除锁止，转动至合适位置后，使得第一杆A端头的面齿轮I和第二杆C端头的面齿轮II靠近并进入契合状态，实现锁止；

如图6所示，第一杆与第二杆错位设置，第二杆的主体结构不会阻碍第一杆的转动，使得第一杆和第二杆可以转动至平齐，从而实现折叠支架3的折叠收纳；

优选的，面齿轮I和面齿轮II的卡齿均匀分布，转动轴为螺栓，通过转动来控制上紧以增加摩擦力固定或松脱以减少摩擦力使得其能够转动；

激光测距传感器1可选TOFSense激光测距传感器、TF-Luna激光测距传感器或LP40TOF激光测距传感器；红外测温传感器2可选YCR10ACF2红外测温传感器、H28517红外测温传感器或TS318红外测温传感器；无线传输器10的型号可选DTU-BS4U或Elfin-EG11。

实施例2：本实施例河湖表层水温红外自动监测系统与实施例1河湖表层水温红外自动监测系统的结构基本一致，不同之处在于：如图1、5和6所示，折叠支架3还包括第三杆，第三杆的两个端头分别为E端和F端，第三杆的E端通过转动构件设置在第一杆上，第三杆的F端通过可拆卸构件设置在第二杆上，使用时，第一杆、第二杆和第三杆形成三角形支撑结构，收纳时，第三杆与第二杆平行且第三杆位于第一杆和第二杆之间。第三杆可加固使用时第一杆和第二杆垂直状态的稳定性。

实施例3：本实施例河湖表层水温红外自动监测系统与实施例1或实施例2河湖表层水温红外自动监测系统的结构基本一致，不同之处在于：如图4和图5所示，第一杆包括空心杆体I、空心杆体II和电动伸缩杆I11，空心杆体I的两端头分别为G端和H端且空心杆体I的H端为第一杆的A端头，空心杆体II的两端头分别为J端和K端且空心杆体II的K端为第一杆的B端头，电动伸缩杆I11的驱动端固定设置在空心杆体I内，电动伸缩杆I11的伸缩端平行空心杆体I，电动伸缩杆I11的伸缩端延伸至空心杆体II内腔且电动伸缩杆I11的伸缩端端头与空心杆体II的K端内腔固定连接；第二杆包括空心杆体III、空心杆体IV、地脚折叠支架3和电动伸缩杆II12，第二杆的D端头为地脚折叠支架3，空心杆体III的两端头分别为L端和M端且空心杆体III的L端为第二杆的C端头，空心杆体IV的两端头分别为N端和O端且空心杆体IV的O端与地脚折叠支架3固定连接，电动伸缩杆II12的驱动端固定设置在空心杆体III内，电动伸缩杆II12的伸缩端平行空心杆体III，电动伸缩杆II12的伸缩端延伸至空心杆体IV内腔且电动伸缩杆II12的伸缩端端头与空心杆体IV的O端内腔固定连接；电动伸缩杆I11、电动伸缩杆II12均与电池9电连接；无线传输器10与激光测距传感器1连接，能够无线传输激光测距传感器1的测量数据给外部终端，进一步通过测量数据利用电动伸缩杆II12调整水面到测量端之间的距离；

在使用时，电动伸缩杆I11可控制测量端与岸边距离，例如，当水面下降时，电动伸缩杆I11会延长测量端到岸边的距离；水面上升时，电动伸缩杆I11会缩短与岸边的距离，以减轻设备的承重，保护设备稳定，增加其寿命。电动伸缩杆II12可控制测量端与水面之间的距离，具体的，电动伸缩杆II12可通过激光测距传感器1的测量数据延长或缩短第二杆高度，避免水面上升或下降导致测量端下水面过高或无水面的情况；

空心杆体I、空心杆体II、空心杆体III、空心杆体IV可采用不锈钢金属管，以降低整体重量和成本，减轻装置承重力。

实施例4：本实施例河湖表层水温红外自动监测系统与实施例3河湖表层水温红外自动监测系统的结构基本一致，不同之处在于：如图3所示，河湖表层水温红外自动监测系统还包括数据采集器保护壳7，数据采集器保护壳7设置在无线传输器10和电池9的外侧；激光测距传感器1通过数据线I4与无线传输器10连接，红外测温传感器2通过数据线II5与无线传输器10连接，太阳能板13通过线缆6与电池9电连接；

数据线I4、数据线II5、线缆6与数据采集器保护壳7的连接处均设置有密封件，密封件可以为环绕密封垫圈；

如图2所示，河湖表层水温红外自动监测系统还包括数据监测保护壳体，数据监测保护壳体设置在第一杆的B端头，激光测距传感器1和红外测温传感器2固定设置在数据监测保护壳体内，激光测距传感器1和红外测温传感器2的测量端均穿过数据监测保护壳体；

数据采集器保护壳7和数据监测保护壳体可减少雨雪天气对数据监测和采集构件造成的损害；

河湖表层水温红外自动监测系统采用红外测量非接触式测温，采用激光测距调整支架伸缩，水位波动及流速影响小；采用数字化显示水体温度，减少刻度式测温装置的人工读取误差；测温响应速度快，可在分钟级别实现连续测温；使用寿命长，非接触测温避免了设备的磨损，极大地降低了外界因素对测温探头结构稳定性的影响，能够实现长期观测；监测系统布置简单，自动化程度高，可安装到监测点土地，可以实现连续快速测温；成本低、结构简单、可折叠，便于安装管理；河湖表层水温红外自动监测系统使用物联网传输数据，数据链信息化程度高，监测数据多，监测系统稳定性程度强。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种河湖表层水温红外自动监测系统，其特征在于：包括折叠支架(3)、激光测距传感器(1)、红外测温传感器(2)、无线传输器(10)、电池(9)和太阳能板(13)，激光测距传感器(1)、红外测温传感器(2)均设置在折叠支架(3)的端头，使用时，激光测距传感器(1)和红外测温传感器(2)的测量端正对水面；无线传输器(10)、电池(9)和太阳能板(13)设置在折叠支架(3)上，激光测距传感器(1)和红外测温传感器(2)均与无线传输器(10)连接，太阳能板(13)与电池(9)电连接，激光测距传感器(1)和红外测温传感器(2)均与电池(9)电连接。

2.根据权利要求1所述河湖表层水温红外自动监测系统，其特征在于：折叠支架(3)包括第一杆和第二杆，第一杆的两个端头分别为A端头和B端头，第二杆的两个端头分别为C端头和D端头，第一杆的A端头与第二杆的C端头转动连接，激光测距传感器(1)和红外测温传感器(2)均固定设置在第一杆的B端头，太阳能板(13)固定设置在第一杆的A端头，无线传输器(10)和电池(9)均设置在第二杆的C端头，使用时，第一杆与第二杆垂直，第二杆的D端头垂直插设在土体内，第一杆与河湖表层水面平行；收纳时，第一杆与第二杆平行。

3.根据权利要求2所述河湖表层水温红外自动监测系统，其特征在于：折叠支架(3)还包括转动轴，第一杆的A端头为面齿轮I，第二杆的C端头为面齿轮II，转动轴依次穿过面齿轮I和面齿轮II且第一杆和第二杆均可绕转动轴转动，使用时，面齿轮I和面齿轮II啮合固定。

4.根据权利要求2所述河湖表层水温红外自动监测系统，其特征在于：折叠支架(3)还包括第三杆，第三杆的两个端头分别为E端和F端，第三杆的E端通过转动构件设置在第一杆上，第三杆的F端通过可拆卸构件设置在第二杆上，使用时，第一杆、第二杆和第三杆形成三角形支撑结构，收纳时，第三杆与第二杆平行且第三杆位于第一杆和第二杆之间。

5.根据权利要求2所述河湖表层水温红外自动监测系统，其特征在于：第一杆包括空心杆体I、空心杆体II和电动伸缩杆I(11)，空心杆体I的两端头分别为G端和H端且空心杆体I的H端为第一杆的A端头，空心杆体II的两端头分别为J端和K端且空心杆体II的K端为第一杆的B端头，电动伸缩杆I(11)的驱动端固定设置在空心杆体I内，电动伸缩杆I(11)的伸缩端平行空心杆体I，电动伸缩杆I(11)的伸缩端延伸至空心杆体II内腔且电动伸缩杆I(11)的伸缩端端头与空心杆体II的K端内腔固定连接；第二杆包括空心杆体III、空心杆体IV、地脚折叠支架(3)和电动伸缩杆II(12)，第二杆的D端头为地脚折叠支架(3)，空心杆体III的两端头分别为L端和M端且空心杆体III的L端为第二杆的C端头，空心杆体IV的两端头分别为N端和O端且空心杆体IV的O端与地脚折叠支架(3)固定连接，电动伸缩杆II(12)的驱动端固定设置在空心杆体III内，电动伸缩杆II(12)的伸缩端平行空心杆体III，电动伸缩杆II(12)的伸缩端延伸至空心杆体IV内腔且电动伸缩杆II(12)的伸缩端端头与空心杆体IV的O端内腔固定连接；电动伸缩杆I(11)、电动伸缩杆II(12)均与电池(9)电连接。

6.根据权利要求1或2所述河湖表层水温红外自动监测系统，其特征在于：还包括数据采集器保护壳(7)，数据采集器保护壳(7)设置在无线传输器(10)和电池(9)的外侧；激光测距传感器(1)通过数据线I(4)与无线传输器(10)连接，红外测温传感器(2)通过数据线II(5)与无线传输器(10)连接，太阳能板(13)通过线缆(6)与电池(9)电连接。

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