CN214427084U - 一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，包括漂浮于水面上的浮板，该浮板的顶面上密封固装有设备室，浮板的底部边缘转动连接有多个螺旋桨且浮板的中部垂向穿透固接有集气管；集气管的顶部固定连通有竖直固设于设备室内部的储气罐，集气管的上部固装有下液位计，集气管的底部向下穿透浮板并固定连通有伞形集气罩；储气罐的顶部连通有排气管，该排气管的进气端固装有上液位计，且排气管的排气端固定连通有伸出设备室侧壁的气泵。该装置可实现大范围水体的自动化气体收集，并集自动检测、自动数据收发、远程遥控快速布设功能于一身，并采用清洁能源提供装置动力，有效解决了现有技术中小范围固定收集底泥气体的局限性问题。

Description

一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置

技术领域

本实用新型涉及水体检测技术领域，尤其涉及一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置。

背景技术

由于水体底泥中存在多种微生物活动，固根据水体底泥中微生物排放的气体类型判定其对水体水质的影响，并以此研究如何改善水体质量就显得尤为重要，该研究的重要性主要体现在以下几点：

1、底泥污染大；外部污染源在得到有效控制的情况下，底泥污染严重的水体中，内源污染成为影响水体水质最重要的污染源。水处理过程中上覆水和底泥的污染物可以直接传递，因此底泥中污染物浓度可以对上覆水水质产生直接的影响。有必要了解底泥中的各项指标和参数。

2、进行底泥清淤工作前，要先确定清淤的依据和清淤后达到怎样的效果，因此有必要在原位采集底泥产气样品进行成分分析。

3、底泥产气速度慢，持续时间长，人工采集效率低，目前的设备无法搭载大型伞形集气罩，无法大范围移动集气，且回收过程复杂，尽可以小范围固定收集底泥气体。

通过公开专利检索，发现以下对比文件：

CN201520385987.3-公开了一种池塘底泥气体收集器，由气体收集管和跟踪模块组成，气体收集管包括金属气孔棒、气体收集空壳，跟踪模块上固定了一个水压数值头，跟踪模块内部封闭有信号转接模块、信号控制处理器、无线数据转发器及恒压电池，金属气孔棒固定在气体收集空壳底部，水压数值头通过防水电缆连接到信号转接模块，信号转接模块通过四线并口连接到信号控制处理器，信号控制处理器通过集成串口连接无线数据转发器，信号控制处理器电源端口连接到恒压电池。本实用新型能够投放到池塘水体内和池塘底泥充分接触，并能够集满气后自动上浮，因此能够有效实现对池塘底泥释放气体的采集。

经分析，上述公开专利中的池塘底泥气体收集器与本申请在结构及功能上均存在较大差异，因此不影响本申请的新颖性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，该装置可实现大范围水体的自动化气体收集，并集自动检测、自动数据收发、远程遥控快速布设功能于一身，并采用清洁能源提供装置动力，有效解决了现有技术中小范围固定收集底泥气体的局限性问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，包括漂浮于水面上的浮板，该浮板的顶面上密封固装有设备室，浮板的底部边缘转动连接有多个螺旋桨且浮板的中部垂向穿透固接有集气管；集气管的顶部固定连通有竖直固设于设备室内部的储气罐，集气管的上部固装有下液位计，集气管的底部向下穿透浮板并固定连通有伞形集气罩；储气罐的顶部连通有排气管，该排气管的进气端固装有上液位计，且排气管的排气端固定连通有伸出设备室侧壁的气泵。

而且，伞形集气罩包括球面薄膜及伞骨架，其中伞骨架的顶部固接集气管，伞骨架的顶部弧面上复合粘接球面薄膜；球面薄膜的顶面上固接有把手，球面薄膜的底部边缘处复合粘接有橡胶垫。

而且，集气管的外周密封套装有多个紧固环，该紧固环分别顶压支撑在浮板的顶面、浮板的底面以及球面薄膜的顶面上。

而且，浮板为矩形板，该浮板底面的两个相邻的直边处固装有竖直向下延伸的垂板，该垂板上固装有为螺旋桨提供旋转动力的无刷电机。

而且，设备室的顶面上固装有光伏板，设备室的侧壁上固定悬挂有检测端伸入至储气罐内部的复合气体检测仪，设备室外部的浮板顶面上固设有GT-U12双频GNSS定位模块，设备室内部的浮板顶面上固设有与光伏板电连接的光伏电源控制器及蓄电池。

本实用新型的优点和技术效果是：

本实用新型的一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，通过浮板提供主体浮力，并由浮板底面贴合在水面上，由此可产生水面张力避免设备室在水面上倾倒；通过伞形集气罩收集底泥排放至水体表面的气体，该气体由集气管通入至储气罐内储存，由上液位计及下液位计判定储气罐内液位，高液位时关闭气泵，直至气体于储气罐内积存导致液位下降至下液位计处再次开启气泵。

附图说明

图1为本实用新型的主视图(局部剖视)；

图2为本实用新型的俯视图(局部剖视)；

图中：1-设备室；2-光伏板；3-排气管；4-上液位计；5-储气罐；6-下液位计；7-GNSS定位模块；8-蓄电池；9-无刷电机；10-垂板；11-螺旋桨；12-橡胶垫；13-伞骨架；14-球面薄膜；15-把手；16-紧固环；17-集气管；18-气泵；19-浮板；20-复合气体检测仪。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本实用新型的保护范围。

一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，包括漂浮于水面上的浮板19，该浮板的顶面上密封固装有设备室1，浮板的底部边缘转动连接有多个螺旋桨11且浮板的中部垂向穿透固接有集气管17；集气管的顶部固定连通有竖直固设于设备室内部的储气罐5，集气管的上部固装有下液位计6，集气管的底部向下穿透浮板并固定连通有伞形集气罩；储气罐的顶部连通有排气管3，该排气管的进气端固装有上液位计4，且排气管的排气端固定连通有伸出设备室侧壁的气泵18。

而且，伞形集气罩包括球面薄膜14及伞骨架13，其中伞骨架的顶部固接集气管，伞骨架的顶部弧面上复合粘接球面薄膜；球面薄膜的顶面上固接有把手15，球面薄膜的底部边缘处复合粘接有橡胶垫12。

而且，集气管的外周密封套装有多个紧固环16，该紧固环分别顶压支撑在浮板的顶面、浮板的底面以及球面薄膜的顶面上。

而且，浮板为矩形板，该浮板底面的两个相邻的直边处固装有竖直向下延伸的垂板10，该垂板上固装有为螺旋桨提供旋转动力的无刷电机9。

而且，设备室的顶面上固装有光伏板2，设备室的侧壁上固定悬挂有检测端伸入至储气罐内部的复合气体检测仪20，设备室外部的浮板顶面上固设有GT-U12双频GNSS定位模块7，设备室内部的浮板顶面上固设有与光伏板电连接的光伏电源控制器及蓄电池8。

另外，本实用新型优选的，上液位计、下液位计、伞骨架、气泵、无刷电机、光伏板、复合气体检测仪、GNSS定位模块、光伏电源控制器及蓄电池均采用现有技术中的成熟产品。

为更清楚的说明本实用新型的具体使用方式，下面提供一种实例：

本实用新型的一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，整体分为6个部分，分别为气体收集部分，气体储存部分，驱动力部分、气体检测部分、GNSS定位部分及远程遥控反馈部分，具体包括：

1、气体收集部分：气体收集部分为圆形PC材质薄料制成的球面薄膜，直径根据实际收集范围进行优选；球面薄膜内壁形状为平滑弧线形，顶部设置通气口，接头采用紧固环固定，用硅胶垫密封处理。球面薄膜底部边缘处用橡胶垫包裹，防止锋利端割伤操作者，球面薄膜顶面安装把手，方便操作者使用。球面薄膜中活动铰装支撑有金属材质的伞骨架，伞骨架连接处均为铰接，可进行收纳折叠。

2、气体储存部分：气体储存部分为储气罐，材质为透明硬质PVC或有机玻璃，形状为两头半球形的柱体；上方和下方有内丝接头，该储气罐底端连通集气管，顶端连通排气管，并且储气罐的排气端通过排气管连通气泵，气泵抽气过程中在储气罐内部形成负压，使水经集气管通入至储气罐内，由上液位计及下液位计测量储气罐内液位，进而为气泵的开闭提供检测信号；储气罐的耐压值不大于0.1mpa，本气体储存装置不属于高气压设备，无需安装压力表和真空表。

3、驱动力部分：驱动装置由电力组(光伏板、光伏电源控制器、蓄电池)和推进器(无刷电机、螺旋桨)组成。蓄电池置于浮板上，无刷电机置于浮板下方，通过螺丝与浮板固定，传动轴伸出浮板连接桨叶。推进器共有两组，分别置于互相垂直的方向上，当方向机发出指令后，对应的推进器开始工作，另一个保持静默。光伏板置于设备室顶部，呈角度放置，可以更大机会接受阳光照射，产生更高转换功率；光伏电源控制器置于蓄电池下方，并利用螺丝固定在浮板上方。

4、气体检测部分：气体检测部分为壁挂式复合气体检测仪，内部组件包括电源变压器、水汽过滤器、气泵和各类传感器。气体检测仪可选检测气体包括SO₂、NO_x、O₂、H₂S、CO₂、CH₄等。气体检测仪中含有32位微处理器STM32F407，24位ADC数据采集芯片ADS7800JU，采集的数据传送至反馈部分内存进行记录和存储。

5、GNSS定位部分：定位部分为GT-U12双频GNSS定位模块，可以根据实际监测场地需要和设备兼容性考虑选择不同的定位系统。GNSS定位模块置于浮板上方，外接天线连接定位模块，由蓄电池进行供电。

6、远程遥控反馈部分：远程遥控反馈部分为单片机。主要包含64位四核微处理器BROADCOM BCM2837、ASK遥控发射模块和ASK遥控接收模块、GPRS信号上传模块、内存模块IC型号为IS62WV51216BLL-55TL IC，以及自动舵机模块，可以通过解析GNNS数据判断偏离定点位置的方向，从而控制相应的推进器工作完成精确定点收集气体。

本实用新型的一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，其设备室整体使用金属薄外壳制作，将浮板上方设备置于设备室中，避免出现监测过程中受到外界强电磁的干扰而造成设备失灵甚至损坏的情况。

本实用新型的一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，其使用方法如下：

1.安装装置：将伞形集气罩与储气罐通过管道连接，套上浮板，并旋紧紧固件。安装除设备室之外的其余装置；

2.气密性检测：关闭下液位计处的进水阀门，运转气泵，观察气体检测仪中的压力表，判断是否有漏气现象；打开阀门，运转气泵，抽干伞形集气罩中的气体，待液位达到上液位计时，关闭气泵，观察液位变化，可以判断伞形集气罩和储气罐是否漏气；气密性检查完毕后下液位计处的进水阀门常开；

3.保护并下水：将设备室和光伏板安装至装置上，连接好光伏板与光伏电源控制器，正常运行后即可；然后打开伞形集气罩，使得PC材质薄料制成的球面薄膜展开成伞状；将装置稳妥置于水面上，检查装置平衡；

4.排气集水：通过外接天线连接单片机中遥控反馈部分，运行气泵将储气罐和排气管中的气体通过气泵的排气端排出，直至储气罐中液位达到上液位计时。关闭气泵。

5.定位监测：通过上位机对GNSS定位装置发出位置指令，再由自动舵机解析指令后控制相应推进器到达气体收集点位；或者通过上位机对GNSS定位装置发出连续位置指令，再由自动舵机解析指令后控制相应推进器连续到达气体收集点位，自动记录运行时间和运行轨迹，储存在内存模块中；

6.排水集气：气体收集过程中，当液位低于下液位计时，下液位计向单片机处理器反馈信息，停止收集，自动记录停止时间储存在内存模块中；

7.检测气体：气体检测方式分为实验室检测和现场原位检测。实验室检测时：启动气泵，将管道中残余气体通过排气口排出，等待2～3秒后选用实验室储气袋连接气泵排气口，将储气罐中的气体转移至储气袋中，即可进行实验室测定。现场原位测定时：启动气泵，将储气罐中气体输送至气体检测仪内部，进行气体定性和定量测定。自动记录测定时间储存在内存模块中。

8.数据储存与发送：气体检测仪检测气体成分和含量后，耦合含有时间和空间的信息，将数

据保存在内存模块中，通过上位机指令，将数据通过GPRS信号上传模块发送至上位机。

9.装置回收：通过上位机对单片机发出遥控指令，选择回收点位，遥控无刷电机带动螺旋桨旋转，使装置整体在水面上行驶至回收点位即可。

最后，本实用新型优选的，本实用新型的未尽述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，其特征在于：包括漂浮于水面上的浮板，该浮板的顶面上密封固装有设备室，浮板的底部边缘转动连接有多个螺旋桨且浮板的中部垂向穿透固接有集气管；所述集气管的顶部固定连通有竖直固设于设备室内部的储气罐，集气管的上部固装有下液位计，集气管的底部向下穿透浮板并固定连通有伞形集气罩；所述储气罐的顶部连通有排气管，该排气管的进气端固装有上液位计，且排气管的排气端固定连通有伸出设备室侧壁的气泵。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，其特征在于：所述伞形集气罩包括球面薄膜及伞骨架，其中伞骨架的顶部固接集气管，伞骨架的顶部弧面上复合粘接球面薄膜；所述球面薄膜的顶面上固接有把手，球面薄膜的底部边缘处复合粘接有橡胶垫。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，其特征在于：所述集气管的外周密封套装有多个紧固环，该紧固环分别顶压支撑在浮板的顶面、浮板的底面以及球面薄膜的顶面上。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，其特征在于：所述浮板为矩形板，该浮板底面的两个相邻的直边处固装有竖直向下延伸的垂板，该垂板上固装有为螺旋桨提供旋转动力的无刷电机。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的水体底部气体收集一体化检测装置，其特征在于：所述设备室的顶面上固装有光伏板，设备室的侧壁上固定悬挂有检测端伸入至储气罐内部的复合气体检测仪，设备室外部的浮板顶面上固设有GT-U12双频GNSS定位模块，设备室内部的浮板顶面上固设有与光伏板电连接的光伏电源控制器及蓄电池。

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