近海岸线海洋生态环境信息采集与处理系统的制作方法

本发明涉及海洋生态环境监测装置，尤其涉及一种近海岸线海洋生态环境信息采集与处理系统，属于环境监测技术领域。

背景技术：

我国海岸线绵长，近海岸线海洋生物资源十分丰富，对近海岸线海洋生态环境进行检测，不仅对保护沿海岸线和维持生态功能有积极意义，而且对沿海资源开发和动植物保护具有经济价值和社会意义，以传感器为核心的海洋生态环境监测系统在环境保护、滩涂开发和海洋监测等方面得到广泛应用，目前主要有卫星照相法、雷达探测法、定点采样法和人工现场测量法等，上述方法中有的构造复杂，造价昂贵，有的费时费力，自动化程度不高，有的供电不稳，电池续用时间受限，一定程度上影响了海洋生态环境信息采集的连续性和稳定性。

技术实现要素：

本系统的目的在于提供一种结构较为简单、造价相对低廉、自动化程度较高、使用较为方便、供电比较稳定的海洋生态环境信息采集与处理系统。

本系统所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：所述系统由海水温度传感器(1)、盐度传感器(2)、酸碱度传感器(3)、浑浊度传感器(4)、横向桶体(5)、整流罩(6)、水轮叶(7)、主发电机(8)、信息处理电路板(9)、积水池(10)、排水泵(11)、排气泵(12)、充气垫(13)、夹层(14)、固定舵(15)、密封圈(16)、排水管(17)、单向门(18)、导流嘴(19)、铰链(20)、排气管(21)、空心立柱(22)、风速计(23)、风向标(24)、频闪灯(25)、警示标(26)、风向传感器(27)、风速传感器(28)、光照度传感器(29)、空气滤网(30)、进气口(31)、主进气管(32)、接圈(33)、桶盖(34)、上部导水板(35)、辅进气管(36)、垂直桶体(37)、空气温度传感器(38)、空气湿度传感器(39)、气压传感器(40)、底部导水板(41)、蓄电池(42)、托座(43)、溶氧量传感器(44)、缓存弹簧(45)、万向球(46)、底板(47)、水泥座(48)、底管(49)、圆椎体穴(50)、横向排列线圈组(51)、横向阵列磁铁(52)、红外发射头(53)、凹缺(54)、红外接收头(55)、传输线(56)、球穴(57)、套筒(58)、环形阵列磁铁(59)、缺口(60)和纵向排列线圈组(61)组成。

风速计(23)、风向标(24)、风向传感器(27)、风速传感器(28)、空气温度传感器(38)、空气湿度传感器(39)和气压传感器(40)构成气象参数采集机构，海水温度传感器(1)、盐度传感器(2)、酸碱度传感器(3)、浑浊度传感器(4)和溶氧量传感器(44)构成海水参数采集机构，水轮叶(7)、主发电机(8)、横向排列线圈组(51)、横向阵列磁铁(52)、环形阵列磁铁(59)、纵向排列线圈组(61)和蓄电池(42)构成系统供电机构，信息处理电路板(9)构成信息处理机构。

所述系统设有垂直桶体(37)、横向桶体(5)、空心立柱(22)、桶盖(34)、托座(43)、套筒(58)、水泥座(48)、底管(49)、万向球(46)和圆椎体穴(50)，垂直桶体(37)的直径大于横向桶体(5)的直径，垂直桶体(37)底部与横向桶体(5)连通且垂直桶体(37)与横向桶体(5)互相垂直构成l形，垂直桶体(37)通过托座(43)和桶盖(34)固定在空心立柱(22)上，空心立柱(22)垂直贯穿于垂直桶体(37)，空心立柱(22)底部的一部分插入套筒(58)中且可在套筒(58)中滑动，套筒(58)底端通过万向球(46)与底管(49)的顶端连接，底管(49)能在圆椎体穴(50)中晃动。

垂直桶体(37)顶部且在垂直桶体(37)内设有辅进气管(36)和斜向的上部导水板(35)，辅进气管(36)穿过上部导水板(35)，上部导水板(35)的低处边沿设有缺口(60)，桶盖(34)顶部设有主进气管(32)且主进气管(32)垂直穿过桶盖(34)，主进气管(32)底端和辅进气管(36)顶端均设置为斜口，且两个斜口形成交错结构，主进气管(32)的底尖与上部导水板(35)接触，主进气管(32)顶部设有向水平方向开口的进气口(31)，进气口(31)中设有空气滤网(30)，垂直桶体(37)内部的底部设有蓄电池(42)和斜向的底部导水板(41)，垂直桶体(37)内壁一侧设有垂直向的夹层(14)，夹层(14)顶端与缺口(60)连通，夹层(14)底端与积水池(10)连通。

所述系统设有排水管(17)和排气管(21)，排水管(17)和排气管(21)均穿过桶盖(34)和上部导水板(35)，垂直桶体(37)内的排水管(17)上设有排水泵(11)，垂直桶体(37)内的排气管(21)上设有排气泵(12)，垂直桶体(37)外的排水管(17)和排气管(21)上均设有l形弯头，所述弯头出口处设有导流嘴(19)和单向门(18)，垂直桶体(37)顶部一侧设有固定舵(15)，垂直桶体(37)腰部外围设有充气垫(13)，充气垫(13)、横向桶体(5)和垂直桶体(37)的浮力使桶盖(34)露出海面。

横向桶体(5)内设有主发电机(8)，横向桶体(5)外设有水轮叶(7)，主发电机(8)的主轴与水轮叶(7)连接，水轮叶(7)将海流的流动转为轮叶的转动去驱动主发电机(8)发电，空心立柱(22)底部内部设有纵向排列线圈组(61)，套筒(58)上部外围设有环形阵列磁铁(59)，海浪使垂直桶体(37)在海面上上下运动且通过空心立柱(22)带动纵向排列线圈组(61)在环形阵列磁铁(59)中切割磁力线且发电。

水泥座(48)内设有圆椎体穴(50)，圆椎体穴(50)一侧设有凹缺(54)，凹缺(54)内嵌有红外接收头(55)，圆椎体穴(50)上方的水泥座(48)上设有底板(47)，底板(47)中心设有球穴(57)，球穴(57)内嵌入万向球(46)使垂直桶体(37)和横向桶体(5)能够通过空心立柱(22)和套筒(58)围绕万向球(46)晃动，球穴(57)上方且在套筒(58)外围设有缓存弹簧(45)，圆椎体穴(50)底部设有横向阵列磁铁(52)，底管(49)底端设有横向排列线圈组(51)，横向排列线圈组(51)一侧设有红外发射头(53)，海浪使垂直桶体(37)在海面上左右晃动且通过空心立柱(22)、套筒(58)和底管(49)带动横向排列线圈组(51)在横向阵列磁铁(52)上切割磁力线且发电，主发电机(8)、纵向排列线圈组(61)和横向排列线圈组(51)所发的电分别通过半导体二极管向蓄电池(42)单向充电，蓄电池(42)为信息处理电路板(9)、排水泵(11)和排气泵(12)提供电源。

所有传感器分别通过屏蔽线与信息处理电路板(9)的输入端连接，传感器的信号由信息处理电路板(9)进行信号处理，信号处理至少包括多路前置放大、线性补偿、分路采样、模数转换、编码合成和信号调制等功能，信息处理电路板(9)上至少包括运算放大电路、模数转换电路、单片机和存储器，存储器中至少存储了人工智能的程序和信息处理所需的各种软件模块，信息处理电路板(9)的输出端与红外发射头(53)连接，红外发射头(53)发出的信号由红外接收头(55)接收且由传输线(56)向外输送。

所述系统工作时，海面上的空气通过进气口(31)、主进气管(32)和辅进气管(36)进入垂直桶体(37)内部，空气温度传感器(38)、空气湿度传感器(39)和气压传感器(40)对桶内的空气进行测量，此时的垂直桶体(37)相当于气象台的百叶箱，经过垂直桶体(37)后的空气通过排气管(21)、排气泵(12)和单向门(18)排出到垂直桶体(37)外面，完成空气循环；对于海面浪花形成的水珠由空气滤网(30)进行一级防护，并由主进气管(32)底端和辅进气管(36)顶端形成的交错结构进行二级防护，使浪花形成的水珠不会进入垂直桶体(37)内部，以免水珠对空气湿度传感器(39)形成干扰；对于微量进入主进气管(32)的水珠，由于主进气管(32)的底尖与上部导水板(35)接触，水珠会顺着上部导水板(35)的斜面和夹层(14)滚落到底部导水板(41)上方的积水池(10)中，积水池(10)中的水通过排水管(17)、排水泵(11)和单向门(18)排出到垂直桶体(37)外面；导流嘴(19)、单向门(18)、排气泵(12)和排水泵(11)能防止浪花反向进入垂直桶体(37)内部。

由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：本系统结构较为简单、造价相对低廉、自动化程度较高、使用较为方便、供电比较稳定、数据采集容易，有助于海洋生态环境监测、海洋动植物保护、海洋开发和利用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明有如下4幅附图：

图1是本系统的整体结构图，

图2是本系统中部的结构图，

图3是本系统下部的结构图，

图4是本系统工作时倾倒的示意图。

在附图中所标各数字分别表示如下：

1.海水温度传感器，2.盐度传感器，3.酸碱度传感器，4.浑浊度传感器，5.横向桶体，6.整流罩，7.水轮叶，8.主发电机，9.信息处理电路板，10.积水池，11.排水泵，12.排气泵，13.充气垫，14.夹层，15.固定舵，16.密封圈，17.排水管，18.单向门，19.导流嘴，20.铰链，21.排气管，22.空心立柱，23.风速计，24.风向标，25.频闪灯，26.警示标，27.风向传感器，28.风速传感器，29.光照度传感器，30.空气滤网，31.进气口，32.主进气管，33.接圈，34.桶盖，35.上部导水板，36.辅进气管，37.垂直桶体，38.空气温度传感器，39.空气湿度传感器，40.气压传感器，41.底部导水板，42.蓄电池，43.托座，44.溶氧量传感器，45.缓存弹簧，46.万向球，47.底板，48.水泥座，49.底管，50.圆椎体穴，51.横向排列线圈组，52.横向阵列磁铁，53.红外发射头，54.凹缺，55.红外接收头，56.传输线，57.球穴，58.套筒，59.环形阵列磁铁，60.缺口，61.纵向排列线圈组，62.水面。

具体实施方式

1.根据图1至图3，所述系统由海水温度传感器(1)、盐度传感器(2)、酸碱度传感器(3)、浑浊度传感器(4)、横向桶体(5)、整流罩(6)、水轮叶(7)、主发电机(8)、信息处理电路板(9)、积水池(10)、排水泵(11)、排气泵(12)、充气垫(13)、夹层(14)、固定舵(15)、密封圈(16)、排水管(17)、单向门(18)、导流嘴(19)、铰链(20)、排气管(21)、空心立柱(22)、风速计(23)、风向标(24)、频闪灯(25)、警示标(26)、风向传感器(27)、风速传感器(28)、光照度传感器(29)、空气滤网(30)、进气口(31)、主进气管(32)、接圈(33)、桶盖(34)、上部导水板(35)、辅进气管(36)、垂直桶体(37)、空气温度传感器(38)、空气湿度传感器(39)、气压传感器(40)、底部导水板(41)、蓄电池(42)、托座(43)、溶氧量传感器(44)、缓存弹簧(45)、万向球(46)、底板(47)、水泥座(48)、底管(49)、圆椎体穴(50)、横向排列线圈组(51)、横向阵列磁铁(52)、红外发射头(53)、凹缺(54)、红外接收头(55)、传输线(56)、球穴(57)、套筒(58)、环形阵列磁铁(59)、缺口(60)和纵向排列线圈组(61)组成。

2.风速计(23)、风向标(24)、风向传感器(27)、风速传感器(28)、空气温度传感器(38)、空气湿度传感器(39)和气压传感器(40)构成气象参数采集机构，海水温度传感器(1)、盐度传感器(2)、酸碱度传感器(3)、浑浊度传感器(4)和溶氧量传感器(44)构成海水参数采集机构，水轮叶(7)、主发电机(8)、横向排列线圈组(51)、横向阵列磁铁(52)、环形阵列磁铁(59)、纵向排列线圈组(61)和蓄电池(42)构成系统供电机构，信息处理电路板(9)构成信息处理机构。

3.所述系统设有垂直桶体(37)、横向桶体(5)、空心立柱(22)、桶盖(34)、托座(43)、套筒(58)、水泥座(48)、底管(49)、万向球(46)和圆椎体穴(50)，垂直桶体(37)的直径大于横向桶体(5)的直径，垂直桶体(37)底部与横向桶体(5)连通且垂直桶体(37)与横向桶体(5)互相垂直构成l形，垂直桶体(37)通过托座(43)和桶盖(34)固定在空心立柱(22)上，空心立柱(22)垂直贯穿于垂直桶体(37)，空心立柱(22)底部的一部分插入套筒(58)中且可在套筒(58)中滑动，套筒(58)底端通过万向球(46)与底管(49)的顶端连接，底管(49)能在圆椎体穴(50)中晃动。

4.垂直桶体(37)顶部且在垂直桶体(37)内设有辅进气管(36)和斜向的上部导水板(35)，辅进气管(36)穿过上部导水板(35)，上部导水板(35)的低处边沿设有缺口(60)，桶盖(34)顶部设有主进气管(32)且主进气管(32)垂直穿过桶盖(34)，主进气管(32)底端和辅进气管(36)顶端均设置为斜口，且两个斜口形成交错结构，主进气管(32)的底尖与上部导水板(35)接触，主进气管(32)顶部设有向水平方向开口的进气口(31)，进气口(31)中设有空气滤网(30)，垂直桶体(37)内部的底部设有蓄电池(42)和斜向的底部导水板(41)，垂直桶体(37)内壁一侧设有垂直向的夹层(14)，夹层(14)顶端与缺口(60)连通，夹层(14)底端与积水池(10)连通。

5.所述系统设有排水管(17)和排气管(21)，排水管(17)和排气管(21)均穿过桶盖(34)和上部导水板(35)，垂直桶体(37)内的排水管(17)上设有排水泵(11)，垂直桶体(37)内的排气管(21)上设有排气泵(12)，垂直桶体(37)外的排水管(17)和排气管(21)上均设有l形弯头，所述弯头出口处设有导流嘴(19)和单向门(18)，垂直桶体(37)顶部一侧设有固定舵(15)，垂直桶体(37)腰部外围设有充气垫(13)，充气垫(13)、横向桶体(5)和垂直桶体(37)的浮力使桶盖(34)露出海面。

6.横向桶体(5)内设有主发电机(8)，横向桶体(5)外设有水轮叶(7)，主发电机(8)的主轴与水轮叶(7)连接，水轮叶(7)将海流的流动转为轮叶的转动去驱动主发电机(8)发电，空心立柱(22)底部内部设有纵向排列线圈组(61)，套筒(58)上部外围设有环形阵列磁铁(59)，海浪使垂直桶体(37)在海面上上下运动且通过空心立柱(22)带动纵向排列线圈组(61)在环形阵列磁铁(59)中切割磁力线且发电。

7.水泥座(48)内设有圆椎体穴(50)，圆椎体穴(50)一侧设有凹缺(54)，凹缺(54)内嵌有红外接收头(55)，圆椎体穴(50)上方的水泥座(48)上设有底板(47)，底板(47)中心设有球穴(57)，球穴(57)内嵌入万向球(46)使垂直桶体(37)和横向桶体(5)能够通过空心立柱(22)和套筒(58)围绕万向球(46)晃动，球穴(57)上方且在套筒(58)外围设有缓存弹簧(45)，圆椎体穴(50)底部设有横向阵列磁铁(52)，底管(49)底端设有横向排列线圈组(51)，横向排列线圈组(51)一侧设有红外发射头(53)，海浪使垂直桶体(37)在海面上左右晃动且通过空心立柱(22)、套筒(58)和底管(49)带动横向排列线圈组(51)在横向阵列磁铁(52)上切割磁力线且发电，主发电机(8)、纵向排列线圈组(61)和横向排列线圈组(51)所发的电分别通过半导体二极管向蓄电池(42)单向充电，蓄电池(42)为信息处理电路板(9)、排水泵(11)和排气泵(12)提供电源。

8.空心立柱(22)顶端设有预防船只碰撞的警示标(26)和频闪灯(25)，警示标(26)下方的空心立柱(22)上且在垂直桶体(37)外部设有风速计(23)、风向标(24)、风向传感器(27)和风速传感器(28)，空心立柱(22)上且在垂直桶体(37)内部设有空气温度传感器(38)、空气湿度传感器(39)和气压传感器(40)，横向桶体(5)下方设有盐度传感器(2)、酸碱度传感器(3)和浑浊度传感器(4)，托座(43)下方设有海水温度传感器(1)和溶氧量传感器(44)。

9.所有传感器分别通过屏蔽线与信息处理电路板(9)的输入端连接，传感器的信号由信息处理电路板(9)进行信号处理，信号处理至少包括多路前置放大、线性补偿、分路采样、模数转换、编码合成和信号调制等功能，信息处理电路板(9)上至少包括运算放大电路、模数转换电路、单片机和存储器，存储器中至少存储了人工智能的程序和信息处理所需的各种软件模块，信息处理电路板(9)的输出端通过屏蔽线与红外发射头(53)连接，红外发射头(53)发出的信号由红外接收头(55)接收且由传输线(56)负责输送到陆地上的基站或监控室，再由基站或监控室的计算机和工作人员对传输来的信息进行显示或进一步处理；采用红外收发的目的是提高信号传输的可靠性，由于海浪使垂直桶体(37)、空心立柱(22)、套筒(58)和底管(49)在海面上不断地晃动，而水泥座(48)和底板(47)是固定不动的，若采用有线传输，长期的晃动会扭断传输线，因此晃动部分与固定部分之间要用无线传输技术；频闪灯(25)通过导线与信息处理电路板(9)上的驱动电路连接，系统中发电装置所用的电源线、传感器所用的屏蔽线和频闪灯所用的导线均可在空心立柱(22)、套筒(58)和底管(49)中走线，空心立柱(22)与套筒(58)相重合的部分其走线需做成弹簧状，因为空心立柱(22)的底部是在套筒(58)活动的。

10.所述系统工作时，海面上的空气通过进气口(31)、主进气管(32)和辅进气管(36)进入垂直桶体(37)内部，空气温度传感器(38)、空气湿度传感器(39)和气压传感器(40)对桶内的空气进行测量，此时的垂直桶体(37)相当于气象台的百叶箱，经过垂直桶体(37)后的空气通过排气管(21)、排气泵(12)和单向门(18)排出到垂直桶体(37)外面，完成空气循环；对于海面浪花形成的水珠由空气滤网(30)进行一级防护，并由主进气管(32)底端和辅进气管(36)顶端形成的交错结构进行二级防护，使浪花形成的水珠不会进入垂直桶体(37)内部，以免水珠对空气湿度传感器(39)形成干扰；对于微量进入主进气管(32)的水珠，由于主进气管(32)的底尖与上部导水板(35)接触，水珠会顺着上部导水板(35)的斜面和夹层(14)滚落到底部导水板(41)上方的积水池(10)中，积水池(10)中的水通过排水管(17)、排水泵(11)和单向门(18)排出到垂直桶体(37)外面；导流嘴(19)、单向门(18)、排气泵(12)和排水泵(11)能防止浪花反向进入垂直桶体(37)内部。

11.固定舵(15)的作用是定向，使横向桶体(5)顺着海流或海浪前进方向，以提高水轮叶(7)与海流接触的有效面积，提高转换效率，将海流的流动变为水轮叶(7)的转动，整流罩(6)可减少海流在横向桶体(5)尾部产生的涡流，进一步提高水轮叶(7)对海流的转换效率。

12.根据图4，充气垫(13)起防护或缓冲作用，当外界船只意外碰撞垂直桶体(37)时，充气垫(13)瘪下，且垂直桶体(37)通过空心立柱(22)、套筒(58)和万向球(46)发生整体倾斜，以消除大部分船体与垂直桶体(37)之间的碰撞力，当外力撤销后，缓存弹簧(45)使垂直桶体(37)恢复垂直状态。

13.盐度传感器(2)用于测量海水的含盐量，酸碱度传感器(3)用于测量海水的酸碱度，浑浊度传感器(4)用于测量海水的含砂量或含藻量。

14.水泥座(48)设置在大陆架上，离海岸线50-1000米远，本系统只能完成某个点的信息采集和处理，由于海岸线绵长，各处的环境参数不一样，所以需每隔10-30公里安装一个本系统，并对各处的基站进行联网，进行数据的综合采集和处理，绘出环境参数分布图。

15.当涨潮或落潮引起海面升降时，空心立柱(22)的底部能在套筒(58)中滑动，使桶盖(34)始终可以浮出海面，系统的桶体、桶盖、管材、叶片和底板的材质均为不锈钢。

16.由于本系统采用主发电机(能量来自海流)、纵向排列线圈组(能量来自垂直波动)和横向排列线圈组(能量来自横向波动)三种方式发电，且由蓄电池进行蓄电和稳压，所以系统供电稳定，电池使用时间很长，系统稳定性好，由于系统采用智能的信息处理电路板(9)，所以系统的自动化程度较高、数据采集容易、使用较为方便。