TWM568450U - Water quality monitoring system - Google Patents

Abstract

本案提供一種可連續性監測三維水域之水質監測系統，包括移動載體單元、整合控制單元、感測單元以及電源供應單元。移動載體單元組配相於三維水域移動水質監測系統。整合控制單元、感測單元及電源供應單元設置於移動載體單元之上。其中感測單元之複數個感測模組，分別佈設於三維水域中複數個深度。透過複數個感測模組即時感測特定位置及特定時間的水質感測數據，可實現三維水域之連續性監測，進而提供完整的大數據分析。

Description

水質監測系統

本案係關於一種水質監測系統，尤指一種可連續性監測三維水域之水質監測系統。

隨著工業日益發展，直接或間接引發的水污染問題也日益嚴重，因此水質監測的重要性也日益提昇。傳統的水質監測系統主要由分佈在水域中的複數個固定監測點完成，但這類由固定監測點所架構水質監測系統，監測範圍受限，更需龐大的架構空間。以養殖漁業為例，所有的養殖水域均需要安裝複數個固定監測點，且每一固定監測點均需配備各式價格昂貴的水質感測器，成本高且監測範圍有限，無法靈活運用。

為增加水質監測系統之靈活度，傳統水質監測系統便有將各式水質感測器整合於一移動載體，例如一水質監測船體。然而受限於電源供應不便或是無法提供有效率的持續電源供應，無法有效的實現長時間連續性的監測以及完全遠端操控檢測，仍需透過人力操作維持水質監測系統的連續性運行。

另一方面，傳統水質監測系統雖然可藉由移動移動載體進行移動式檢測，但受限於取樣點及檢測點之設置，無法全方位監測例如一養殖池內完整的水文，易形成無法監測的檢測死角，且無法精確呈現完整的水文。

有鑑於此，本領域實有必要提供一種可連續性監測三維水域之水質監測系統，以解決習知技藝無法解決之問題。

本案的目的在於提供一種可連續性監測三維水域之水質監測系統。其結構簡單、操作簡便，能夠實現連續性地監測三維水域之水文特性，以提供完整的大數據分析。其中，透過複數個感測模組即時感測特定位置及特定時間的水質感測數據，建構連續性三維水域之水文特性，避免因取樣問題造成之量測誤差或代表性不足等問題，有效完整解析三維水域之水文特性。

本案的另一目的在於提供一種可連續性監測三維水域之水質監測系統。其結構簡單、操作簡便，利用風力發電模組或/及太陽能發電模組等綠色能源連續性地供予水質監測系統，且透過移動複數個感測模組即時感測特定位置及特定時間的水質感測數據，可完整地實現連續性三維水域之水質監測。整合複數個感測模組於特定位置及特定時間下同時感測例如是酸鹼值、溫度、含氧濃度、氨氮濃度、氧化還原電位、總固含量、導電度、鹽度或其他離子濃度等水質監量數據以及特定位置及特定時間下所對應的即時攝像，能夠實現三維水域之連續性監測，進而提供完整的大數據分析。

為達前述目的，本案遂提供一種水質監測系統，用以連續性監測一三維水域。水質監測系統包括移動載體單元、整合控制單元、感測單元以及電源供應單元。移動載體單元組配相於三維水域移動水質監測系統。整合控制單元設置於移動載體單元之上。感測單元設置於移動載體單元之上，且電連接至整合控制單元，其中感測單元包括複數個感測模組，分別佈設於三維水域中複數個深度，且電連接至整合控制單元，俾以組配量測位於三維水域中複數個深度的複數個水質監測值，且將複數個水質監測值傳送至整合控制單元。電源供應單元設置於移動載體單元之上，且電連接至整合控制單元與感測單元。

於一實施例中，移動載體單元包括一動力模組，電連接至電源供應單元，且組配帶動水質監測系統相對於三維水域至一特定位置。

於一實施例中，整合控制單元包括一無線通訊模組，組配傳送或接收訊號；以及一定位模組，於一特定時間組配感測水質監測系統相對於三維水域之一特定位置，其中於感測單元之複數個感測模組將位於三維水域中複數個深度所測得的複數個水質監測值傳送至整合控制單元時，無線通訊模組將特定時間、特定位置與複數個水質監測值傳送至一遠端伺服器。

於一實施例中，定位模組包括一選自一全球衛星系統定位模組、一格洛納斯系統（GLONASS）定位模組、一北斗衛星導航定位系統（BDS）定位模組、一伽利略定位系統（Galileo）定位模組以及一準天頂衛星系統（QZSS）定位模組中之一。

於一實施例中，感測單元包括一深度調整模組，與複數個感測模組相連接，且組配分別調整複數個感測模組位於三維水域中的複數個深度。

於一實施例中，深度調整模組包括一轉動盤，設置於移動載體單元之上；以及一纜線，具有一端連接轉動盤，另一端自移動載體單元向三維水域延伸，其中複數個感測模組分別設置於纜線，且分別透過纜線連接至整合控制單元，於轉動盤轉動以捆收或釋放纜線時，纜線帶動調整複數個感測模組位於三維水域中複數個深度。

於一實施例中，每一複數個感測模組包括：一殼體，具有一外壁及複數個載具通道，且外壁係封閉形成一容置空間於殼體內；一電路板，係設置於容置空間；一控制器，係設置於電路板；以及複數個陣列式感測電極，其中每一個陣列式感測電極係嵌設於複數個載具通道之一，且包括：一電絕緣基板，具有位於相異兩側之一第一表面及一第二表面，以及複數個穿孔，其中複數個穿孔係連通第一表面及第二表面；複數個導電組件，其中每一個導電組件係包括：一導電填充物，係穿設於複數個穿孔之一，且具有位於相異兩側之一第一平面及一第二平面；一第一導電部，係設置於導電填充物之第一平面；以及一第二導電部，係設置於導電填充物之第二平面，且與控制器電連接；一參考感測層，係設置於複數個導電組件中的一個導電組件之第一導電部；至少一個化學感測層，係設置於複數個導電組件中的至少另外一個導電組件之第一導電部；以及一電解質層，係設置且覆蓋於參考感測層及化學感測層。

於一實施例中，外壁係包括一平坦側壁以及複數個承載側壁，其中複數個載具通道係分布於複數個承載側壁。

於一實施例中，每一個載具通道係具有一螺紋部，以使每一個陣列式感測電極螺設於螺紋部。

於一實施例中，每一陣列式感測電極包括：一電絕緣基板，具有位於相異兩側之一第一表面及一第二表面，以及複數個穿孔，其中複數個穿孔係連通第一表面及第二表面；複數個導電組件，其中每一個導電組件係包括：一導電填充物，係穿設於複數個穿孔之一，且具有位於相異兩側之一第一平面及一第二平面；一第一導電部，係設置於導電填充物之第一平面；以及一第二導電部，係設置於導電填充物之第二平面；一參考感測層，係設置於複數個導電組件中的一個導電組件之第一導電部；至少一個化學感測層，係設置於複數個導電組件中的至少另外一個導電組件之第一導電部；以及一電解質層，係設置且覆蓋於參考感測層及化學感測層。

於一實施例中，陣列式感測電極更包括一絕緣防水層，係設置於電絕緣基板之第一表面，其中絕緣防水層係具有複數個孔洞，複數個孔洞係對應於複數個穿孔，以使第一導電部曝露於絕緣防水層外。

於一實施例中，陣列式感測電極更包括一中隔片，係設置於電絕緣基板之第一表面，其中中隔片具有一開口，電解質層係容置於開口且與參考感測層及化學感測層相接觸。

於一實施例中，陣列式感測電極，更包含一氣體透氣層，係設置且覆蓋於電解質層，且與中隔片貼合，俾使電解質層保持於氣體透氣層與參考感測層及化學感測層之間。

於一實施例中，陣列式感測電極，更包含複數個辨識元件，係設置於電絕緣基板之第二表面，其中複數個辨識元件係一對一地對應於複數個導電組件設置，以進行辨識。

於一實施例中，感測單元包括：一攝像模組，設置於移動載體單元之上，且電連接至整合控制單元，俾以組配擷取水質監測系統於一特定位置及一特定時間之一即時攝像。

於一實施例中，電源供應單元包括：一電池模組，組配儲存一電源；以及一選自一風力發電模組與一太陽能發電模組中至少之一者，電連接至電池模組，且組配產生電源。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用於限制本案。

第1圖係揭示本案第一較佳實施的水質監測系統的立體結構圖。第2圖係揭示本案第一較佳實施的水質監測系統於另一視角的立體結構圖。第3圖係揭示本案第一較佳實施例的水質監測系統的結構方塊圖。第4圖係揭示本案第一較佳實施例的水質監測系統應用於監測三維水域之示意圖。如第1圖至第4圖所示，水質監測系統1包括一移動載體單元10、一整合控制單元20、一感測單元30以及一電源供應單元40。移動載體單元10係組配相於一三維水域9移動水質監測系統1之位置，以於例如是XY平面上不同的座標位置上進行連續性監測。於本實施例中，移動載體單元10例如包括一框體13、至少一浮板12以及至少一動力模組11。框體13與浮板12架構為移動載體單元10的本體，俾使移動載體單元10承載水質監測系統1漂浮懸置於三維水域9例如是XY平面之一水面90上，當然移動載體單元10之構成型式並不受限於此，任何可建構為一漂浮懸置於三維水域9之水面90之結構均可適用於本案，於此不再贅述。動力模組11位於三維水域9的水面90之下，且電連接至電源供應單元40，俾以組配帶動水質監測系統1相對於三維水域9至例如是XY平面上一特定位置。整合控制單元20，例如設置於移動載體單元10之框體13上。於本實施例中，整合控制單元20至少包括一無線通訊模組21以及一定位模組22。無線通訊模組21設置於移動載體單元10上，組配傳送或接收訊號，本案並不限定傳送或接收訊號之格式或標準，且其非限制本案之必要技術特徵，於此便不再贅述。感測單元30設置於移動載體單元10之框體13上，且電連接至整合控制單元20，其中感測單元30包括複數個感測模組32，分別佈設於三維水域9中例如是Z軸方向下的複數個深度，且電連接至整合控制單元20，俾以組配量測位於三維水域9中例如是Z軸方向下的複數個深度的複數個例如是含酸鹼值、溫度、含氧濃度、氨氮濃度、氧化還原電位、總固含量、導電度、鹽度或其他離子濃度等水質監測值，且即時將例如含有XYZ座標參數之複數個水質監測值傳送至整合控制單元20。電源供應單元40亦設置於移動載體單元10的框體13之上，且電連接至整合控制單元20與感測單元30。

值得注意的是，於本實施例中，透過整合控制單元20控制動力模組11帶動水質監測系統1相對於三維水域9移動，使得位於三維水域9之水面90之下的包含例如XYZ三維座標位之複數個感測模組32可即時感測該處實際之水質感測數據，亦即代表一特定時間與特定位置下不同深度的成組水質感測數據，成組水質感測數據均具有時間及例如XYZ座標位置。由於複數個感測模組32佈設於三維水域9之水面90之下，例如沿Z軸下的不同深度，即時測得之成組水質感測數據代表該等深度位置的實際水質感測數據，非採用抽取式取樣，故可避免如習知技藝因取樣所造成之量測誤差或代表性不足等問題，有效完整解析三維水域9之水文特性。此外，連續於一時間區隔內，例如10分鐘內，本案之水質監測系統1更可例如掃描式移動至例如是單一養殖池的三維水域9的水面90上各處，並完成各處成組的水質感測數據的感測，進而建構出三維水域9於同一時間區隔內的之水文特性，可完整地實現連續性三維水域之水質監測，並提供完整的大數據分析。例如，作為養殖餵養投料的參考或養殖成效分析等。惟其非限制本案之必要技術特徵，於此不再贅述。

於本實施例中，定位模組22例如設置於移動載體單元10之框體13之上，俾以於一特定時間組配感測水質監測系統1相對於三維水域9之一特定位置，意謂利用定位模組22可進行即時定位以獲致水質監測統1之時間與位置關係。於本實施例中，移動載體單元10之動力模組11可使1水質監測系統1向X軸方向移動或Y軸方向移動，以移動至XY平面上之任一處位置。再者，於感測單元30之複數個感測模組32分別將位於三維水域9中例如Z軸下複數個深度所測得的複數個水質監測值傳送至整合控制單元20時，無線通訊模組21可將特定時間、具有例如XYZ座標之特定位置與複數個水質監測值傳送至一遠端伺服器(未圖示)。定位模組22可例如是一選自一全球衛星系統定位模組、一格洛納斯系統（GLONASS）定位模組、一北斗衛星導航定位系統（BDS）定位模組、一伽利略定位系統（Galileo）定位模組以及一準天頂衛星系統（QZSS）定位模組中之一，惟本案並不受限於此。

再者，於本實施例中，感測單元30更包括一深度調整模組31，與複數個感測模組32相連接，且組配分別調整複數個感測模組32位於三維水域9中的複數個深度。深度調整模組31可例如包括有一轉動盤311與一纜線。轉動盤311設置於移動載體單元10的框體13之上，可由整合控制單元20所控制，透過例如是一馬達驅動其轉動。纜線311具有一端連接轉動盤310，另一端則自移動載體單元10的框體13向三維水域9之水面90下延伸，例如沿Z軸佈設。其中複數個感測模組32分別設置於纜線311，且分別透過纜線311連接至整合控制單元20，於整合控制單元20控制轉動盤310轉動以捆收或釋放纜線311時，纜線311帶動調整複數個感測模組32位於三維水域9中的複數個深度。應強調的是，本案之水質監測系統1並不受限於複數個感測模組32架構於深度調整模組31之型式，任何可將感測單元30之複數個感測模組32佈設並調整至三維水域9之水面90下的不同深度之機構均可適用於本案。感測單元30透過深度調整模組31，可因應整合控制單元20之要求而將複數個感測模組32分別佈設於三維水域9之水面90之下所需深度，以即時測得代表具XYZ座標位置之該等深度位置的實際水質感測數據。

另一方面，於本實施例中，水質監測系統1中所採用之複數個感測模組32更例如是一陣列式感測模組，俾使複數個感測模組32可防水地佈設於三維水域9之水面90之下所需深度，且同步實現監測該等深度位置例如是含酸鹼值、溫度、含氧濃度、氨氮濃度、氧化還原電位、總固含量、導電度、鹽度或其他離子濃度等水質監測值。以下將進一步說明本案水質監測系統1中所採用之複數個感測模組32。

請參閱第5圖至第7圖，其中第5圖係揭示本案較佳實施例之感測模組之結構示意圖，第6圖係揭示第5圖所示之感測模組之底視圖，以及第7圖係揭示第6圖所示之感測模組之分解結構示意圖。如第5圖、第6圖及第7圖所示，本案較佳實施例之感測模組32係包括殼體6、電路板64、控制器65及複數個感測電極5，其中殼體6具有外壁60及複數個載具通道61，且外壁60係封閉形成一容置空間C於殼體6內。電路板4係設置於該容置空間C，控制器65係設置於電路板64，而每一個感測電極5係嵌設於複數個載具通道61之一。於本實施例中，控制器65更例如包括多功模組及震盪控制模組（未圖示），其中震盪控制模組係供電並連接於該多功模組、控制器65及電路板64，藉以利用一工作電壓或電流產生每一個對應於電路板64上導通之震盪波型，並將其傳至感測電極5，然並不以此為限。於本實施例中，殼體6之外壁60例如包括一平坦側壁600以及複數個承載側壁601，其中複數個載具通道61係分布於該複數個承載側壁601，但本案並不以此為限。於一些實施例中，每一個載具通道61係更具有螺紋部611，以使每一個感測電極5螺設於螺紋部611。於一些實施例中，感測模組32更可包括複數個彈性封套66，係設置於殼體6，透過螺紋部611及鎖固件之配合，係可將彈性封套66及感測電極5固定於載具通道61。於一些實施例中，載具通道61可為圓形、柱狀或多邊型結構，而殼體6之材料可為壓克力或玻璃，當然此非限制本案之必要技術特徵。

於本實施例中，感測模組32所包括之感測電極5更例如是一陣列式感測電極，其細部結構如第8圖及第9圖所示。其中第8圖係揭示本案較佳實施例之陣列式感測電極之分解結構圖，第9圖係揭示本案較佳實施例之陣列式感測電極之示意圖。如圖所示，本案較佳實施例之陣列式感測電極5可例如包括電絕緣基板50、複數個導電組件51、參考感測層52、至少一個化學感測層53以及電解質層54。電絕緣基板50具有位於相異兩側之第一表面S1及第二表面S2以及複數個穿孔500，其中複數個穿孔500係連通第一表面S1及第二表面S2。其中，電絕緣基板50可為例如但不限於聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基板或陶瓷基板。

再者，本實施例中每一個導電組件51係包括導電填充物510、第一導電部511以及第二導電部512，其中導電填充物510係穿設於複數個穿孔500之一，且具有位於相異兩側之第一平面P1及第二平面P2。第一導電部511係設置於導電填充物510之第一平面P1，且第二導電部512係設置於導電填充物510之第二平面P2。於一些實施例中，導電填充物510之第一平面P1係與電絕緣基板50之第一表面S1例如齊平且共同構成一完整平面，且導電填充物510之第二平面P2係與電絕緣基板50之第二表面S2齊平且共同構成一完整平面，然並不以此為限。於本實施例中，導電填充物510可例如包括導電銀層，但並不以此為限。第一導電部511及第二導電部512可例如是一濺鍍金屬薄膜，其材料可選自網印銀碳導電混合漿料、金膠、白金膠、銀膠、導電碳漿、金、鈀、白金、金鈀合金或銀，然本案亦不以此為限。

又於本實施例中，參考感測層52係設置於複數個導電組件51中的一個導電組件51之第一導電部511，而至少一個化學感測層53係設置於複數個導電組件51中的至少另外一個導電組件51之第一導電部511，其中每一個化學感測層53係與該複數個導電組件51之一對應設置。電解質層54係設置且覆蓋於參考感測層52及化學感測層53。於本實施例中，參考感測層52係可透過例如液滴塗覆法、濺鍍法、電沉積法或是網印厚膜技術形成於第一導電部511上，然並不以此為限。並且，參考感測層52係為例如但不限於選自由銀(Ag)、氯化銀(AgCl)、汞(Hg)、氯化汞(HgCl2)、氧化銥(IrO2)、氧化釕(RuO2)、氧化鉑(PtOX)、氧化鈀(PdOX)、氧化錫(SnO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化銠(RhO2)、氧化鋨(OsO2)、氧化鈦(TiO2)、氧化汞(Hg2O)及氧化銻(Sb2O3)所組成之群族之至少其中之一者所構成。於一些實施例中，以銀/氯化銀(Ag/AgCl)構成參考感測層52，可透過例如但不限於電化學恆電壓法進行製作。

另外，本實施例中，化學感測層53之修飾方法係可例如經由電泳、電鍍、含浸、網印、點膠、化學氣相層積以及物理氣相層積。並且，化學感測層53係為例如但不限於總氨氮感測層、總固體溶解物含量感測層、溶氧感測層、氧化還原電位感測層、硝酸鹽感測層、亞硝酸鹽感測層、酸鹼值感測層、鈣離子感測層、鉀離子感測層、鎂離子感測層、鈉離子感測層、氯離子感測層、磷酸鹽感測層、農藥感測層或重金屬離子感測層，其中重金屬離子層係用以感測鎳離子、銅離子、鐵離子、鋅離子、錳離子、鉍離子、砷離子、鉛離子、鉻離子、汞離子及鎘離子等。於一些實施例中，化學感測層53亦可為結合特定酵素所製作出之人體生理參數之酵素感測層，例如血糖感測層、尿素感測層、尿酸感測層、膽固醇感測層、重金屬離子感測層、乳酸感測層以及肌酸酣感測層等，但本案並不以此為限。

電解質層54係可例如由液態電解質所構成，液態電解質係例如但不限於鹽酸水溶液、氯化鉀水溶液、氫氧化鉀水溶液、氯化鈉水溶液、磷酸鹽緩衝水溶液、三羥甲基氨基甲烷(Tris (hydroxymethyl) aminomethane，Tris)水溶液、過氯酸溶液或硫酸溶液，其中前述各該溶液之莫耳濃度範圍係介於0.01 M至1 M之間。

於本實施例中，陣列式感測電極5更例如包括絕緣防水層55，絕緣防水層55係設置於電絕緣基板50之第一表面S1，其中絕緣防水層55係具有複數個孔洞50，該複數個孔洞550係對應於複數個穿孔500，以使第一導電部511曝露於絕緣防水層55外。

於本實施例中，陣列式感測電極5更例如包括中隔片56，中隔片56係設置於電絕緣基板50之第一表面S1，且中隔片56具有一開口560，電解質層54係容置於開口560且與參考感測層52及化學感測層53相接觸。於一些實施例中陣列式感測電極5更包含氣體透氣層57，氣體透氣層57係設置且覆蓋於電解質層54，且與中隔片56貼合，俾使電解質層54保持於氣體透氣層57與參考感測層52及化學感測層53之間。於本實施例中，中隔片56可為例如但不限於由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或是聚氯乙烯(PVC)等材料所構成。於一較佳實施例中，更可利用0.1 M三羥甲基氨基甲烷(Tris (hydroxymethyl) aminomethane，Tris)水溶液，透過點膠機將固定點膠體積設定為250 µL，且將中隔片56之開口560內之電解質填充區域填滿後，即可完成該電解質層54的製作。另外，氣體透氣層57之材料可由例如但不限於醋酸纖維素、矽橡膠、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚雙甲基矽氧烷(PDMS)、聚氯乙烯(PVC) 、天然橡膠或其組合所構成。

於本實施例中，陣列式感測電極5更例如包含複數個辨識元件58，係設置於電絕緣基板50之第二表面S2，其中複數個辨識元件58係一對一地對應於複數個導電組件51設置，以於感測電極運作時對設置不同感測層之導電組件進行辨識，例如但不限於搭配特定導電針腳位置以電流的導通與否達到辨識設置不同種類感測層之導電組件之目的。陣列式感測電極5之第二導電部512係與控制器65電連接。此外，如第1圖、第2圖及第4圖所示，複數個感測模組32更透過纜線311將例如是酸鹼值、溫度、含氧濃度、氨氮濃度、氧化還原電位、總固含量、導電度、鹽度或其他離子濃度等水質等感測結果傳送至整合控制單元20，且經整合控制單元20之無線通訊模組21再傳送至遠端伺服器以進行後續處理。

值得注意的是，藉由前述架構而成之複數個感測模組32，除了可形成一可入水式的感測結構，感測模組32中的陣列式感測電極5更透過將複數個導電組件51之導電填充物510穿設於電絕緣基板50，並將參考感測層52及化學感測層53設置於導電組件51，以提升感測靈敏度，同時簡化製程並縮小感測電極5之尺寸。亦藉由將複數個導電填充物510穿設於電絕緣基板50之複數個穿孔500，並將用以設置感測層之第一導電部511設置於導電填充物510之第一平面P1，將與控制器65連接之第二導電部512設置於導電填充物510之第二平面P2，以縮小電極體積，進而達到降低製造成本及利於進行封裝之功效。

另一方面，除了前述複數個感測模組32外，本案水質監測系統1之感測單元30更包括一攝像模組33，設置於移動載體單元10之框體13上，且電連接至整合控制單元20，俾以組配擷取水質監測系統1於一特定位置及一特定時間之一水上影像與一水下影像之一，亦即攝像模組33之擷取鏡頭可佈設於三維水域9之水面90上或下以擷取一即時攝像。惟透過移動本案水質監測系統1中複數個感測模組32，即時感測位於例如XYZ座標下之特定位置及特定時間下，同步感測例如是含氧濃度、含氮濃度、導電度、銨離子濃度或其他離子濃度等水質監量數據以及特定位置及特定時間下攝像模組33所對應的即時攝像，經整合控制單元20之無線通訊模組21傳送至遠端伺服器後，能夠實現三維水域之連續性監測，進而提供完整的大數據分析。例如，作為養殖餵養投料的參考或養殖成效分析等。惟其非限制本案之必要技術特徵，於此不再贅述。

此外，為使水質監測系統1可連續性監測三維水域9，於本實施例中，電源供應單元40更包括一電池模組41、一風力發電模組42與一太陽能發電模組43。電池模組40，組配儲存一電源以供應該水質監測系統1所需。風力發電模組42與太陽能發電模組43則電連接至電池模組41，以組配產生水質監測系統1所需電源。利用風力發電模組42及太陽能發電模組43與電池模組41將電源供應單元40架構為一綠色能源，使電源供應單元40可連續性供予水質監測系統1上各組件所需之電源，有效實現監測三維水域9之水文特性。

第10圖係揭示本案第二較佳實施的水質監測系統的立體結構圖。第11圖係揭示本案第二較佳實施的水質監測系統於另一視角的立體結構圖。於本實施例中，水質監測系統1a與第1圖至第4圖所示的水質監測系統1相似，且相同的元件標號代表相同的元件、結構與功能，於此不再贅述。惟於本實施例中，水質監測系統1之電源供應單元40僅包含電池模組41(參考第3圖)與風力發電模組42。另一方面，第12圖係揭示本案第三較佳實施的水質監測系統的立體結構圖。第13圖係揭示本案第三較佳實施的水質監測系統於另一視角的立體結構圖。於本實施例中，水質監測系統1b與第1圖至第4圖所示的水質監測系統1相似，且相同的元件標號代表相同的元件、結構與功能，於此不再贅述。惟於本實施例中，水質監測系統1之電源供應單元40僅包含電池模組41(參考第3圖)與太陽能發電模組43。值得注意的是，於前述實施例中，由於風力發電模組42與太陽能發現模組43均屬綠色能源，配合電池模組41儲存續電，均可連續性的提供水質監測系統1、1a、1b所需的電源。

應強調的是，本案水質監測系統1、1a、1b可因應三維水域9所在之環境而調變電源供應單元40之組成架構，使電源供應單元40利用例如風力發電模組42或/及太陽能發電模組43或其他綠色能源連續性的提供水質監測系統1、1a、1b足夠的電源，進而透過移動複數個感測模組32即時感測特定位置及特定時間的水質量測數據並經整合控制單元20之無線通訊模組21傳送至遠端伺服器，完整地實現連續性三維水域9之水質監測，提供完整的大數據分析。以應用於例如養殖池等三維水域9為例，電源供應單元40之電池模組41儲存有足夠的電源供水質監測系統1、1a、1b使用外，風力發電模組42可於風雨環境中補足電源供應量，而及太陽能發電模組43則可於晴空烈日環境中補足電源供應量。風力發電模組42或/及太陽能發電模組42間之操控與應用可因應實際天氣狀態進行最佳化。當然，電池模組41、風力發電模組42或/及太陽能發電模組43之組配亦可視實際應用狀態而調變，其控制流程更非限制本案水質監測系統1、1a、1b應用之必要技術特徵。本案不受限於此，且不再贅述。

綜上所述，本案提供一種可連續性監測三維水域之水質監測系統。其結構簡單、操作簡便，能夠實現連續性地監測三維水域之水文特性，以提供完整的大數據分析。其中，透過複數個感測模組即時感測特定位置及特定時間的水質感測數據，建構連續性三維水域之水文特性，避免因取樣問題造成之量測誤差或代表性不足等問題，有效完整解析三維水域之水文特性。利用風力發電模組或/及太陽能發電模組等綠色能源連續性地供予水質監測系統，且透過移動複數個感測模組即時感測特定位置及特定時間的水質感測數據，可完整地實現連續性三維水域之水質監測。整合複數個感測模組於特定位置及特定時間下同時感測例如是酸鹼值、溫度、含氧濃度、氨氮濃度、氧化還原電位、總固含量、導電度、鹽度或其他離子濃度等水質監測數據以及特定位置及特定時間下所對應的即時攝像，能夠實現三維水域之連續性監測，進而提供完整的大數據分析。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1、1a、1b‧‧‧水質監測系統

10‧‧‧移動載體單元

11‧‧‧動力模組

12‧‧‧浮板

13‧‧‧框體

20‧‧‧整合控制單元

21‧‧‧無線通訊模組

22‧‧‧定位模組

30‧‧‧感測單元

31‧‧‧深度調整模組

310‧‧‧轉動盤

311‧‧‧纜線

32‧‧‧感測模組

33‧‧‧攝像模組

40‧‧‧電源供應單元

41‧‧‧電池模組

42‧‧‧風力發電模組

43‧‧‧太陽能發電模組

5‧‧‧感測電極

50‧‧‧電絕緣基板

500‧‧‧穿孔

51‧‧‧導電組件

510‧‧‧導電填充物

511‧‧‧第一導電部

512‧‧‧第二導電部

52‧‧‧參考感測層

53‧‧‧化學感測層

54‧‧‧電解質層

55‧‧‧絕緣防水層

56‧‧‧中隔片

560‧‧‧開口

57‧‧‧氣體透氣層

58‧‧‧辨識元件

6‧‧‧殼體

60‧‧‧外壁

600‧‧‧平坦側壁

601‧‧‧承載側壁

61‧‧‧載具通道

611‧‧‧螺紋部

64‧‧‧電路板

65‧‧‧控制器

66‧‧‧彈性封套

9‧‧‧三維水域

90‧‧‧水面

C‧‧‧容置空間

P1‧‧‧第一平面

P2‧‧‧第二平面

S1‧‧‧第一表面

S2‧‧‧第二表面

X、Y、Z‧‧‧軸

第1圖係揭示本案第一較佳實施的水質監測系統的立體結構圖。

第2圖係揭示本案第一較佳實施的水質監測系統於另一視角的立體結構圖。

第3圖係揭示本案第一較佳實施例的水質監測系統的結構方塊圖。

第4圖係揭示本案第一較佳實施例的水質監測系統應用於監測三維水域之示意圖。

第5圖係揭示本案較佳實施例之感測模組之結構示意圖。

第6圖係揭示第5圖所示之感測模組之底視圖。

第7圖係揭示第6圖所示之感測模組之分解結構示意圖。

第8圖係揭示本案較佳實施例之陣列式感測電極之分解結構圖。

第9圖係揭示本案較佳實施例之陣列式感測電極之示意圖。

第10圖係揭示本案第二較佳實施的水質監測系統的立體結構圖。

第11圖係揭示本案第二較佳實施的水質監測系統於另一視角的立體結構圖。

第12圖係揭示本案第三較佳實施的水質監測系統的立體結構圖。

第13圖係揭示本案第三較佳實施的水質監測系統於另一視角的立體結構圖。

Claims (17)

1. 一種水質監測系統，用以連續性監測一三維水域，該水質監測系統包括： 一移動載體單元，組配相於該三維水域移動該水質監測系統； 一整合控制單元，設置於該移動載體單元之上； 一感測單元，設置於該移動載體單元之上，且電連接至該整合控制單元，其中該感測單元包括複數個感測模組，分別佈設於該三維水域中複數個深度，且電連接至該整合控制單元，俾以組配量測位於該三維水域中該複數個深度的複數個水質監測值，且將該複數個水質監測值傳送至該整合控制單元；以及 一電源供應單元，設置於該移動載體單元之上，且電連接至該整合控制單元與該感測單元。
2. 如請求項1所述的水質監測系統，其中該移動載體單元包括一動力模組，電連接至該電源供應單元，且組配帶動該水質監測系統相對於該三維水域至一特定位置。
3. 如請求項1所述的水質監測系統，其中該整合控制單元包括： 一無線通訊模組，組配傳送或接收訊號；以及 一定位模組，於一特定時間組配感測該水質監測系統相對於該三維水域之一特定位置，其中於該感測單元之該複數個感測模組將位於該三維水域中該複數個深度所測得的該複數個水質監測值傳送至該整合控制單元時，該無線通訊模組將該特定時間、該特定位置與該複數個水質監測值傳送至一遠端伺服器。
4. 如請求項3所述的水質監測系統，其中該定位模組包括一選自一全球衛星系統定位模組、一格洛納斯系統定位模組、一北斗衛星導航定位系統定位模組、一伽利略定位系統定位模組以及一準天頂衛星系統定位模組中之一。
5. 如請求項1所述的水質監測系統，其中該感測單元包括： 一深度調整模組，與該複數個感測模組相連接，且組配分別調整該複數個感測模組位於該三維水域中的該複數個深度。
6. 如請求項5所述的水質監測系統，其中該深度調整模組包括： 一轉動盤，設置於該移動載體單元之上；以及 一纜線，具有一端連接該轉動盤，另一端自該移動載體單元向該三維水域延伸，其中該複數個感測模組分別設置於該纜線，且分別透過該纜線連接至該整合控制單元，於該轉動盤轉動以捆收或釋放該纜線時，該纜線帶動調整該複數個感測模組位於該三維水域中該複數個深度。
7. 如請求項1所述的水質監測系統，其中每一該複數個感測模組包括： 一殼體，具有一外壁及複數個載具通道，且該外壁係封閉形成一容置空間於該殼體內； 一電路板，係設置於該容置空間； 一控制器，係設置於該電路板；以及 複數個陣列式感測電極，其中每一個該陣列式感測電極係嵌設於該複數個載具通道之一，且包括： 一電絕緣基板，具有位於相異兩側之一第一表面及一第二表面，以及複數個穿孔，其中該複數個穿孔係連通該第一表面及該第二表面； 複數個導電組件，其中每一個該導電組件係包括： 一導電填充物，係穿設於該複數個穿孔之一，且具有位於相異兩側之一第一平面及一第二平面； 一第一導電部，係設置於該導電填充物之該第一平面；以及 一第二導電部，係設置於該導電填充物之該第二平面，且與該控制器電連接； 一參考感測層，係設置於該複數個導電組件中的一個該導電組件之該第一導電部； 至少一個化學感測層，係設置於該複數個導電組件中的至少另外一個該導電組件之該第一導電部；以及 一電解質層，係設置且覆蓋於該參考感測層及該化學感測層。
8. 如請求項7所述的水質監測系統，其中該外壁係包括一平坦側壁以及複數個承載側壁，其中該複數個載具通道係分布於該複數個承載側壁。
9. 如請求項7所述的水質監測系統，其中每一個該載具通道係具有一螺紋部，以使每一個該陣列式感測電極螺設於該螺紋部。
10. 如請求項7所述的水質監測系統，其中每一該陣列式感測電極包括： 一電絕緣基板，具有位於相異兩側之一第一表面及一第二表面，以及複數個穿孔，其中該複數個穿孔係連通該第一表面及該第二表面； 複數個導電組件，其中每一個該導電組件係包括： 一導電填充物，係穿設於該複數個穿孔之一，且具有位於相異兩側之一第一平面及一第二平面； 一第一導電部，係設置於該導電填充物之該第一平面；以及 一第二導電部，係設置於該導電填充物之該第二平面； 一參考感測層，係設置於該複數個導電組件中的一個該導電組件之該第一導電部； 至少一個化學感測層，係設置於該複數個導電組件中的至少另外一個該導電組件之該第一導電部；以及 一電解質層，係設置且覆蓋於該參考感測層及該化學感測層。
11. 如請求項10所述的水質監測系統，其中該陣列式感測電極更包括一絕緣防水層，係設置於該電絕緣基板之該第一表面，其中該絕緣防水層係具有複數個孔洞，該複數個孔洞係對應於該複數個穿孔，以使該第一導電部曝露於該絕緣防水層外。
12. 如請求項第10項所述的水質監測系統，其中該陣列式感測電極更包括一中隔片，係設置於該電絕緣基板之該第一表面，其中該中隔片具有一開口，該電解質層係容置於該開口且與該參考感測層及該化學感測層相接觸。
13. 如請求項第12項所述的水質監測系統，其中該陣列式感測電極，更包含一氣體透氣層，係設置且覆蓋於該電解質層，且與該中隔片貼合，俾使該電解質層保持於該氣體透氣層與該參考感測層及該化學感測層之間。
14. 如請求項第10項所述的水質監測系統，其中該陣列式感測電極，更包含複數個辨識元件，係設置於該電絕緣基板之該第二表面，其中該複數個辨識元件係一對一地對應於該複數個導電組件設置，以進行辨識。
15. 如請求項1所述的水質監測系統，其中該感測單元包括： 一攝像模組，設置於該移動載體單元之上，且電連接至該整合控制單元，俾以組配擷取該水質監測系統於一特定位置及一特定時間之一即時攝像。
16. 如請求項1所述的水質監測系統，其中該電源供應單元包括： 一電池模組，組配儲存一電源；以及 一選自一風力發電模組與一太陽能發電模組中至少之一者，電連接至該電池模組，且組配產生該電源。
17. 如請求項1所述的水質監測系統，其中該水質監測值包括一選自由酸鹼值、溫度、含氧濃度、氨氮濃度、氧化還原電位、總固含量、導電度以及鹽度所構成的群組中之至少一者。