TWI570406B - Ball environment detection device with solar module - Google Patents

Description

具有太陽能模組的球型環境偵測裝置

本發明是有關於一種環境偵測裝置，特別是指一種適用於設置在海上、河川或下水道以偵測環境品質的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置。

近年來環境污染及公共安全的議題逐漸受到重視，例如工廠排放酸鹼廢水、高溫廢水，以及危險氣體的外洩等，這些污染都會危害到生命財產安全，然而目前的檢測方法通常需要民眾檢舉或者檢測人員攜帶偵測裝置到現場勘驗，才能確知有無汙染的排放，並無法將該偵測裝置放置於定點來有效地隨時進行監控，而缺乏立即性，因此習知的偵測裝置仍有待改善。

因此，本發明之目的，即在提供一種呈球型並能穩固地漂浮於液體以即時偵測環境品質之具有太陽能模組的球型環境偵測裝置。

於是，本發明具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，適用於設置在有液體及氣體的環境中，並與一個遠端監控系統進行無線通訊，該具有太陽能模組的球型環境 偵測裝置包含一個裝載單元、一個供電單元、一個偵測單元、一個無線傳輸單元，及一個處理單元。

該裝載單元包括一個中空球型的球殼體，該球殼體具有一個為透明材質製成的殼體透光部。該供電單元包括一個用以將光能轉換成電能輸出的太陽能模組，及一個電連接該太陽能模組而用以續存該太陽能模組輸出之電能的蓄電模組。該偵測單元設置於該球殼體並電連接該蓄電模組，該偵測單元可對該球殼體外的環境品質進行偵測並輸出一個環境資訊。該無線傳輸單元設置於該球殼體並電連接該蓄電模組，且可與該遠端監控系統進行無線通訊。該處理單元訊號連接該偵測單元與該無線傳輸單元，並包括一個控制模組，該控制模組能驅使該偵測單元進行偵測，並定時透過該無線傳輸單元將該環境資訊發送至該遠端監控系統。

1‧‧‧裝載單元

11‧‧‧球殼體

111‧‧‧殼體透光部

12‧‧‧定位錨

13‧‧‧中空管體

131‧‧‧內圍面

132‧‧‧外圍面

133‧‧‧管道

134‧‧‧管體透光部

14‧‧‧容室

15‧‧‧連接架體

2‧‧‧供電單元

21‧‧‧太陽能模組

211‧‧‧太陽能板

22‧‧‧蓄電模組

3‧‧‧偵測單元

31‧‧‧氣體偵測模組

32‧‧‧液體偵測模組

4‧‧‧無線傳輸單元

41‧‧‧行動無線通訊模組

5‧‧‧處理單元

51‧‧‧定位模組

52‧‧‧控制模組

53‧‧‧資料庫

54‧‧‧分析模組

55‧‧‧電路板

8‧‧‧水溝蓋

9‧‧‧遠端監控系統

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一個立體圖，說明本發明具有太陽能模組的球型環境偵測裝置之第一實施例

圖2是一個側視剖視圖，說明該第一實施例；圖3是一個功能方塊圖，說明該第一實施例的系統架構；及圖4是一個側視圖，說明本發明具有太陽能模組的球型環境偵測裝置之第二實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、圖2與圖3，本發明具有太陽能模組的球型環境偵測裝置之第一實施例，適用於設置在有液體及氣體的環境中，例如漂浮於海上、河川等，來偵測水質及空氣品質，並與一個遠端監控系統9進行無線通訊，該遠端監控系統9可為具有行動通訊功能的手機、平板等、或雲端伺服器以供使用者監控查看。

該具有太陽能模組的球型環境偵測裝置包含一個裝載單元1、一個供電單元2、一個偵測單元3、一個無線傳輸單元4，及一個處理單元5。

該裝載單元1包括一個漂浮於該液體且呈中空球型的球殼體11、一個連接於該球殼體11下方的定位錨12，及一個貫穿該球殼體11的中空管體13。

該球殼體11用以容裝該供電單元2、該偵測單元3、該無線傳輸單元4與該處理單元5，並具有兩個為透明材質製成的殼體透光部111。其中一個殼體透光部111位於頂部並浮出於該液體，以供該偵測單元3對球殼體11外的氣體進行非接觸式偵測，且面積較大還可供太陽光大範圍地射入，其中另一個殼體透光部111位於底部並沉入該液體，以供該偵測單元3對球殼體11外的液體進行非接觸式偵測。藉由呈球型設計的該球殼體11，使本發明能穩固地漂浮於該液體，以應付較惡劣的環境，並能隨著該液體 的高低起伏地而對應漂浮移動，此外，還能藉由該定位錨12將該球殼體11固定於定點。

該中空管體13具有一個內圍面131，及一個外圍面132。該內圍面131圍繞界定出一個管道133，而外圍面132與該球殼體11相配合界定出一個氣密的容室14。在本實施例中，該中空管體13還具有一個為透明材質製成的管體透光部134，該管體透光部134用以供該偵測單元3對該管道133的環境品質進行非接觸式的偵測。

該供電單元2安裝於該容室14內，並包括一個用以將光能轉換成電能輸出的太陽能模組21，及一個電連接該太陽能模組21而用以續存該太陽能模組21輸出之電能的蓄電模組22。該太陽能模組21具有一個安裝於該容室14內並透過位於頂部的殼體透光部111來接收光能的太陽能板211，在實施上該太陽能模組21可為矽晶太陽能電池或薄膜太陽能電池。該蓄電模組22在實施上可為鋰電池、鋰鐵電池、鉛酸電池、鎳氫電池或其他可充電的電池，使得太陽能模組21所產生的電能能保存於該蓄電模組22以供使用。

該偵測單元3電連接該蓄電模組22，並包括數個用以對氣體進行偵測的氣體偵測模組31，及數個用以對液體進行偵測的液體偵測模組32。

該等氣體偵測模組31可分成接觸式的氣體偵測模組31例如金屬氧化物半導體式、電化學式、催化燃燒式等，以及利用光學來進行偵測之非接觸式的氣體偵測模組 31例如紅外線式或光離子化式等，以分別偵測甲烷氣體、丙烷氣體、一氧化碳氣體、二氧化碳等氣體的濃度，其中，非接觸式的氣體偵測模組31可直接透過位於頂部的殼體透光部111來進行偵測，而接觸式的氣體偵測模組31則必須伸出該球殼體11以接觸感測氣體。

該等液體偵測模組32可分成接觸式的液體偵測模組32例如電化學式等，以及利用光學來進行偵測之非接觸式的液體偵測模組32例如、紫外光式、可見光式、紅外線光譜式或螢光光譜量測式等，以分別偵測液體之代表PH值的酸鹼值、導電度、霧度及液體的濃度等，其中，非接觸式的液體偵測模組32可直接透過該管體透光部134或位於底部的該殼體透光部111來進行偵測，而接觸式的液體偵測模組32則具有一個伸入該管道133以接觸感測液體的感測電極321。

從上述可知，該等殼體透光部111與該管體透光部134是用來供非接觸式的氣體偵測模組31與非接觸式的液體偵測模組32，利用光學來對環境品質進行偵測，因此該等殼體透光部111的數量亦可為三個以上，或該球殼體11僅具有一個位於頂部的殼體透光部111，而該中空管體13亦可具有數個管體透光部134，當然也可直接利用透明材質來製成該球殼體11與該中空管體13即可，不以本實施例為限。

值得一提的是，由於該管道133的容積是固定的，因此該等液體偵測模組32可對該管道133內的液體進 行較為精準的定量量測，另外實施上也可於該管道133內設置活塞，並控制該活塞以定時將管道133內的液體推出或將液體吸入該管道內，且該管道133的形狀亦可為U形，不以本實施例為限。另外，該裝載單元1亦可包括兩個中空管體13，其中一個中空管體13位於該球殼體11浮出於該液體的部位，且其管道133可供氣體通過，並利用該等氣體偵測模組31對該管道133內的氣體進行偵測，而其中另一個中空管體13位於該球殼體11沉於該液體的部位，且其管道可供液體通過，並利用該等液體偵測模組32對該管道133內的液體進行偵測。

該偵測單元3可將該等氣體偵測模組31的偵測結果彙整成一組氣體偵測資料，並將該等液體偵測模組32的偵測結果彙整成一組液體偵測資料，再將該氣體偵測資料與該液體偵測資料統整成一個環境資訊輸出給該處理單元5。該氣體偵測資料包括數筆氣體數據，每一筆氣體數據具有一個氣體名稱與一個氣體濃度。該液體偵測資料包括液體的酸鹼值、導電度、霧度，及數筆液體數據。每一筆液體數據具有一個液體名稱，及一個液體濃度。實施上，該偵測單元3亦可僅包括一個液體偵測模組32，或僅包括一個氣體偵測模組31，或者該偵測單元3可僅包括該等氣體偵測模組31，而不包括該等液體偵測模組32，以針對環境的氣體進行偵測；或者僅包括該等液體偵測模組32，而不包括該等氣體偵測模組31，以針對環境的液體進行偵測。

該無線傳輸單元4安裝於該容室14內並電連接該蓄電模組22，該無線傳輸單元4可與該遠端監控系統9進行無線通訊，並包括一個利用2G、3G或4G等行動通訊協定來傳輸資料的行動無線通訊模組41。當然若該環境偵測裝置的附近設置有WiFi基地台的話，該無線傳輸單元4還可包括一個WiFi無線通訊模組，不以本實施例為限。

該處理單元5訊號連接該偵測單元3與該無線傳輸單元4，並包括一個可偵測提供當前座標的定位模組51、一個控制模組52、一個資料庫53，及一個分析模組54。在本實施例中，將該處理單元5與該無線傳輸單元4整合成一個如圖1所示地位於該太陽能板211下方的電路板55。該定位模組51利用GPS與衛星定位系統進行通訊，而定位出目前所在的座標，以提供該當前座標。

該控制模組52能驅使該偵測單元3定時進行偵測，並定時透過該無線傳輸單元4將該環境資訊發送至該遠端監控系統9，且於發送該環境資訊時夾帶該當前座標至該遠端監控系統9。在本實施例中，該控制模組52為可程式化邏輯，因此可供使用者分別修改該等氣體偵測模組31與液體偵測模組32所對應的定時偵測的時間間隔，以及定時發送的時間間隔。

該資料庫53內建有各種氣體名稱，及數個分別與該等氣體名稱對應的濃度閥值。該分析模組54可根據該氣體偵測資料之每一筆氣體數據的氣體名稱，自該資料庫53中比對出與該氣體數據的氣體名稱對應的濃度閥值，並 在該氣體數據的氣體濃度大於所比對出的濃度閥值時，透過該無線傳輸單元4發送一個警告訊息至該遠端監控系統9。

該分析模組54還內建有一個酸性閥值，及一個鹼性閥值，該分析模組54可將該液體偵測資料的酸鹼值與該酸性閥值和該鹼性閥值進行比較，並在該液體偵測資料內的該酸鹼值低於該酸性閥值，或該酸鹼值高於該鹼性閥值時，透過該無線傳輸單元4發送該警告訊息至該遠端監控系統9。當然，實施上也可將該資料庫53與該分析模組54設置於該遠端監控系統9，並由該遠端監控系統9進行後段分析，不以本實施例為限。

另外，該環境偵測裝置也可設計為定點偵測，也就是該環境偵測裝置的當前座標是固定的，因此該處理單元5就可不以包括該定位模組51為必要。

本發明具有太陽能模組的球型環境偵測裝置使用時，可放置於河川、海上、工廠排放廢水處等易受到汙染的地方，以及高危險氣體周圍容易外洩的地方，該環境偵測裝置在白天有陽光時可藉由該太陽能模組21自行供電，並將電力儲存於該蓄電模組22，在夜晚也可透過儲存於該蓄電模組22的電能持續供電。該偵測單元3每間隔一定時間例如5分鐘，就能對球殼體11周圍的氣體與液體進行偵測並輸出該環境資訊，接著，該處理單元5可將該環境資訊連帶該當前座標透過該無線傳輸單元4傳至手機、平板、或者是雲端伺服器等該遠端監控系統9，以供檢驗人員 可透過手機、平板或電腦連線至該雲端伺服器隨時查看，以達到監控的功能。另外，該處理單元5還可在對該環境資訊進行簡易分析，而在偵測到酸鹼值過高或過低，或者氣體濃度過高時，發送一個警告訊息至檢驗人員的手機、平板等遠端監控系統9，以立即前往處置。

綜上所述，本發明具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，藉由該太陽能模組21自行發電，以獨立供電且免除配線，並可定時發送所偵測到的環境資訊至該遠端監控系統9，以供檢驗人員隨時查看，來達到嚴密監控的功能，且在偵測到異常酸鹼值或高濃度危險氣體時，還可立即發送該警告訊息至該遠端監控系統9，以通知檢驗人員立即進行後續開罰或停工處理，或避免意外的發生。同時，藉由呈球型設計的該球殼體11，使本發明能夠穩固的漂浮於該液體，以應付較惡劣的環境，並達到定點監測的效果，故確實能達成本發明之目的。

參閱圖3與圖4，本發明具有太陽能模組的球型環境偵測裝置之第二實施例，與該第一實施例之結構大致相同，不同之處在於：本實施例適合設置於下水道內以偵測環境品質，該裝載單元1還包括一個用以連接一個水溝蓋8與該球殼體11的連接架體15，該連接架體15可為鎖鍊或繩索，且長度可依使用需求而定，長度短可將該球殼體11懸吊以偵測氣體，長度長可使該球殼體11漂浮於液體以同時偵測氣體與液體，並能避免該球殼體11因為水溝內的水流而漂走。另外，由於太陽並無法照射到下水道內 部，因此在本實施例中，該太陽能模組21會設置於該水溝蓋8以接收光能，並利用一條電線拉至該球殼體11內以電連接該蓄電模組22。如此一來，就能即時偵測下水道是否有高危險氣體外洩，以避免意外的發生。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧裝載單元

11‧‧‧球殼體

111‧‧‧殼體透光部

12‧‧‧定位錨

13‧‧‧中空管體

2‧‧‧供電單元

21‧‧‧太陽能模組

211‧‧‧太陽能板

3‧‧‧偵測單元

31‧‧‧氣體偵測模組

32‧‧‧液體偵測模組

4‧‧‧無線傳輸單元

5‧‧‧處理單元

Claims (9)

1. 一種具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，適用於設置在有液體及氣體的環境中，並與一個遠端監控系統進行無線通訊，該具有太陽能模組的球型環境偵測裝置包含：一個裝載單元，包括一個中空球型的球殼體，及至少一個貫穿該球殼體的中空管體，該球殼體具有至少一個為透明材質製成的殼體透光部，該中空管體具有一個內圍面與一個外圍面，該內圍面圍繞界定出一個並連通於外的管道，而外圍面與該球殼體相配合界定出一個封閉的容室；一個供電單元，包括一個用以將光能轉換成電能輸出的太陽能模組，及一個電連接該太陽能模組而用以續存該太陽能模組輸出之電能的蓄電模組；一個偵測單元，設置於該球殼體並電連接該供電單元，該偵測單元可對該球殼體外與該管道的環境品質進行偵測並輸出一個環境資訊；一個無線傳輸單元，設置於該球殼體並電連接該供電單元，且可與該遠端監控系統進行無線通訊；及一個處理單元，訊號連接該偵測單元與該無線傳輸單元，並電連接該供電單元，該處理單元包括一個控制模組，該控制模組能驅使該偵測單元進行偵測，並定時透過該無線傳輸單元將該環境資訊發送至該遠端監控系統。
2. 如請求項1所述的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，其中，該偵測單元包括至少一個用以對該球殼體外的氣體品質進行偵測的氣體偵測模組，並將該氣體偵測模組的偵測結果彙整成一個氣體偵測資料，且將氣體偵測資料統整於該環境資訊。
3. 如請求項2所述的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，其中，該氣體偵測模組為非接觸式的氣體偵測模組，並可透過該殼體透光部來對該球殼體外的氣體品質進行偵測。
4. 如請求項2所述的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，其中，該氣體偵測資料包括數筆氣體數據，每一筆氣體數據具有一個氣體名稱與一個氣體濃度，該處理單元還包括一個資料庫，及一個分析模組，該資料庫內建有數種氣體名稱，及數個分別與該等氣體名稱對應的濃度閥值，該分析模組可根據每一筆氣體數據的該氣體名稱，自該資料庫中比對出與該氣體數據的氣體名稱對應的濃度閥值，並在該氣體數據的氣體濃度大於所比對出的濃度閥值時，透過該無線傳輸單元發送一個警告訊息至該遠端監控系統。
5. 如請求項1所述的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，其中，該偵測單元包括至少一個用以對該球殼體周圍的液體進行偵測的液體偵測模組，並將該液體偵測模組的偵測結果彙整成一個液體偵測資料，且將液體偵測資料統整於該環境資訊。
6. 如請求項5所述的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，其中，該液體偵測模組為接觸式的液體偵測模組，並具有一個可伸入該管道以感測液體的感測電極。
7. 如請求項5所述的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，其中，該液體偵測資料具有一個酸鹼值，該分析模組還內建有一個酸性閥值，及一個鹼性閥值，該分析模組可將該液體偵測資料的酸鹼值與該酸性閥值和該鹼性閥值進行比較，並在該液體偵測資料的酸鹼值低於該酸性閥值，或該酸鹼值高於該鹼性閥值時，透過該無線傳輸單元發送一個警告訊息至該遠端監控系統。
8. 如請求項1所述的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，其中，該裝載單元還包括一個連接於該球殼體下方的定位錨，該球殼體可浮出於液體並藉由該定位錨固定位置，該太陽能模組安裝於該球殼體內，並具有一個可透過該殼體透光部來接收光能的太陽能板。
9. 如請求項1所述的具有太陽能模組的球型環境偵測裝置，適用於設置在下水道並連接於一個水溝蓋，其中，該太陽能模組設置於該水溝蓋以接收光能，該裝載單元還包括一個連接該水溝蓋與該球殼體的連接架體。