一种应用于水环境的水质监测传感器的制作方法

本实用新型涉及水环境监测技术领域，具体涉及一种应用于水环境的水质监测传感器。

背景技术：

随着物联网技术的发展，水质监测传感器正广泛的被用于环境监测、水产养殖、污水治理等领域，用于对水体水质参数进行有效准确地测量监控。

在实际应用中，水质监测传感器的敏感元件需要浸没在待监测水体中以测量水体的水质参数，但是水质监测传感器的敏感元件长期浸没在水体，尤其是静止水体以及污染严重的水体，水中的各种污染物、水生小生物及藻类等生物会吸附在敏感元件的表面，导致敏感元件所测量的数据不能真实反映水体的水质参数，影响水质参数测量结果的准确性。而人工定期对水质监测传感器进行清洗的方式，费时费力，成本较高。

现有技术中，公告号为cn106442912b的中国专利公开了一种可升降式水质监测浮标，包括检测单元和供电单元，检测单元包括可悬浮于养殖水域上的浮体，在浮体内设有腔体，在腔体内安装有导向筒，导向筒的顶部与腔体连通，导向筒的底部与外界连通，在导向筒内安装有水质传感器，在腔体内安装有升降电机，升降电机通过升降轴与连接机构联动，连接机构的一端与升降轴固定连接，连接机构的另一端与水质传感器连接，且水质传感器可在升降电机和连接机构的带动下沿导向筒的内壁上下移动。这种升降式水质监测浮标，在水质传感器不使用的情况下，通过升降电机驱动水质传感器浮出水面，使水质传感器处于一个干燥且较为干净的环境中，水质传感器上的附着微生物不会生长过快，减小水中污染物对水质传感器的损耗，从而延长水质传感器的使用寿命，并能减少定期清洁和维护的次数。

但是，这种水质传感器虽然能减少定期清洁和维护的次数，但是水质传感器上附着的污染物并没有被有效清除，依然会影响水质参数测量结果的准确性，从而影响了水质传感器的大面积及大众化推广使用，对水污染治理产生了负面的影响，故需要设计一种能对水质传感器进行清洗、以最大限度的保持水质传感器的清洁，实际可用寿命长的水质监测传感器。

技术实现要素：

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的水质传感器受污染影响导致的实际可用寿命短、需要人工进行清洁、难以大众化推广的问题，从而提供一种应用于水环境的水质监测传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种应用于水环境的水质监测传感器，包括：

浮筒，可悬浮于被测水体；

上节管，连接于所述浮筒位于被测水体水面以上的部分，所述上节管靠近所述浮筒的一端具有可与被测水体相通的开口；

敏感头，在动力机构作用下沿所述上节管的内壁做升降运动，具有伸入被测水体的第一位置和伸出被测水体的第二位置；

清洁结构，安装在被测水体水面以上的所述浮筒或所述上节管上；当所述敏感头在所述第一位置和所述第二位置之间运动时经过所述清洁结构、实现对所述敏感头上敏感元件面的清扫。

进一步地，所述上节管相对所述开口的一端密封连接有上端盖。

进一步地，所述水质监测传感器还包括：

下节管，连接于所述浮筒位于被测水体水面以下的一端，与所述上节管同轴线设置且可与所述上节管和被测水体相通；当所述敏感头位于所述第一位置时，所述下节管罩在所述敏感头的外周。

进一步地，所述下节管的内部设有配重块。

进一步地，所述下节管的管壁设有防污格栅。

进一步地，所述上节管靠近所述浮筒的一端通过上结合盘安装于所述浮筒，所述下节管靠近所述浮筒的一端通过下结合盘安装于所述浮筒；所述清洁结构为被所述上结合盘和所述下结合盘夹持固定的毛刷环，所述毛刷环上具有延伸方向垂直于所述敏感头运动方向的刷毛。

进一步地，所述动力机构包括安装于所述上节管的内腔的驱动电机和传动结构；所述传动结构连接在所述驱动电机和所述敏感头之间，包括：

丝杆，由所述驱动电机驱动转动、且轴线方向与所述上节管的轴线方向相同；

螺母座，活动式装配于所述丝杆；

导轨，固定组装于所述上节管，且其轨道方向与所述丝杆的轴向方向相同；

滑块，与所述螺母座固定装配，在所述螺母座的带动下沿所述导轨的轨道方向运动；

升降导杆，一端连接于所述滑块、另一端连接于所述敏感头，随所述滑块的运动带动所述敏感头做升降运动。

进一步地，所述上节管内固定安装有用于将所述驱动电机与所述传动结构隔开的防水壳体，所述防水壳体上安装有控制电路板，所述控制电路板和所述升降导杆通过连接弹簧实现电连接。

进一步地，所述上端盖上安装有指示灯。

进一步地，所述控制电路板与所述指示灯电连接，所述上端盖设有与所述控制电路板电连接的无线收发模块。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的应用于水环境的水质监测传感器，通过动力机构驱动敏感头做升降运动，可以根据测量需求将敏感头在不需要测量时提离被测水体，同时敏感头在提离被测水体的过程中，清洁结构对敏感头的敏感元件面进行清洁，保证敏感头的敏感元件面上去除被污染的水体，从而最大限度的保持敏感头敏感元件面的清洁，延长了传感器的实际可用寿命；这种传感器适合长期在线监测，无需人工定期对敏感头进行干预，降低了劳动力成本，在物联网水质监测技术领域具有广泛的应用前景。

2.本实用新型提供的应用于水环境的水质监测传感器，由于水质监测传感器的敏感头需要保持湿润，在上节管相对开口的一端密封连接上端盖，可以保持上节管内部空腔的湿度，保证敏感头在离开被测水体后处于较为湿润的环境中，确保敏感头不会因过分干燥而需要反复测量以提高测量结果精确度的情况，从而提高了传感器的可用寿命。

3.本实用新型提供的应用于水环境的水质监测传感器，通过设置下节管和配重块可使整个传感器的中心下移到被测水体水面以下的部分，配重块可以保证传感器足够的稳定性，下节管可以防止大型污染物损坏敏感头。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的水质监测传感器的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的水质监测传感器的上节管、浮筒和下节管的爆炸示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的水质监测传感器的上节管、动力机构和敏感头的爆炸示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的水质监测传感器的剖面图。

附图标记说明：1、上节管；11、上节管管体；12、上端盖；13、指示灯；2、浮筒；21、安装腔室；3、下节管；31、下节管管体；311、防污格栅；32、下端盖；33、配重块；4、敏感头；41、敏感元件面；5、动力机构；51、驱动电机；52、丝杆；53、导轨；54、滑块；55、升降导杆；56、上固定板；57、下固定板；58、连接弹簧；59、防水接头；6、清洁结构；61、毛刷环；62、间隔片；7、上结合盘；8、下结合盘；9、防水壳体；91、防水按键；10、控制电路板。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1－4所示的一种应用于水环境的水质监测传感器，包括上节管1、浮筒2、敏感头4和清洁结构6。其中，浮筒2可悬浮于被测水体，用于承载整个水质监测传感器的重量。上节管1连接于浮筒2位于被测水体水面以上的部分，上节管1靠近浮筒2的一端具有可与被测水体相通的开口；上节管1内安装有动力机构5和敏感头4，敏感头4在动力机构5作用下沿上节管1的内壁做升降运动，敏感头4具有伸入被测水体的第一位置和伸出被测水体的第二位置。浮筒2或上节管1位于被测水体水面以上的部分上安装有清洁结构6，当敏感头4在第一位置和第二位置之间运动且离开水面时，清洁结构6实现对敏感头4上敏感元件面41的物理清洁，从而延长传感器的实际可用寿命。

上述的水质监测传感器，通过动力机构5驱动敏感头4做升降运动，可以根据测量需求将敏感头4在不需要测量时提离被测水体，同时敏感头4在提离被测水体的过程中，清洁结构6对敏感头4的敏感元件面41进行清洁，保证敏感头4的敏感元件面41上去除被污染的水体，从而最大限度的保持敏感头4敏感元件面41的清洁，延长了传感器的实际可用寿命；这种传感器适合长期在线监测，无需人工定期对敏感头4进行干预，降低了劳动力成本，在物联网水质监测技术领域具有广泛的应用前景。

在本实施例中，浮筒2的整体呈圆柱状。在其他实施方式中，浮筒2可以采用各种大小和形状的浮筒2，只要保证水质监测传感器能稳定漂浮在被测水体表面即可。

在本实施例中，上节管1包括两端具有开口的上节管管体11，上节管管体11的下端通过上结合盘7固定在浮筒2上，上节管管体11下方的开口可与被测水体相通，上节管管体11上方的开口密封连接有上端盖12。由于水质监测传感器的敏感头4需要保持湿润，在上节管管体11的上端开口密封连接上端盖12可以在被测水面上形成密封空间，密封空间可以保持上节管管体11内部空腔的湿度，保证敏感头4在离开被测水体后处于较为湿润的环境中，确保敏感头4不会因过分干燥而需要反复测量以提高测量结果精确度的情况，从而提高了水质监测传感器的可用寿命。

在本实施例中，下节管3包括连接于浮筒2位于被测水体水面以下的一端且两端具有开口的下节管管体31，下节管管体31的上端通过上结合盘7固定在浮筒2上，下节管管体31与上节管管体11同轴线设置且可与上节管管体11和被测水体相通；当敏感头4位于第一位置时，下节管管体31罩在敏感头4的外周。下节管管体31下端的开口固定连接有下端盖32，下端盖32上方的下节管管体31的空腔内设有配重块33。通过设置下节管管体31和配重块33可使整个水质监测传感器的中心下移到被测水体水面以下的部分，配重块33可以保证水质监测传感器足够的稳定性，不会因为风雨等天气发生倾覆；下节管管体31可以防止大型污染物损坏敏感头4。在一些实施例中，还可以无需设置下节管3及配重块33。

在本实施例中，下节管管体31的外壁具有设有长条状的防污格栅311，防污格栅311可以防止敏感头4在做升降运动时将长条状污染物被吸入下节管管体31内的贮存空间中。

在本实施例中，浮筒2的中间具有台阶状的安装腔室21，上结合盘7和下结合盘8与安装腔室21的内壁配合并通过竖向贯穿上结合盘7和下接盘8的紧固件固定在浮筒2上。清洁结构6包括被上结合盘7和下结合盘8夹持固定呈环形的间隔片62和安装在间隔片62内壁的毛刷环61，毛刷环61上具有延伸方向垂直于敏感头4运动方向的刷毛。当敏感头4做升降运动时，敏感头4穿过毛刷环61中间的通孔，毛刷环61的刷毛扫过敏感元件面41的表面，清洁掉残留的污水和污物实现自动清洁。毛刷环61采用上结合盘7和下结合盘8配合固定的方式，方便进行毛刷环61的更换与维护。具体的，毛刷环61位于被测水体的水面以上的部分，可以保证刷毛不易受到被测水体的污染，从而极大延长刷毛的使用寿命，保证毛刷环61对敏感头4的清洁效果。间隔片62起到固定毛刷环61的作用，间隔片62可以配合不同厚度的毛刷环61，起到不用的清洁效果。在一些实施例中，清洁结构6还可以无需设置间隔片62，仅仅采用上结合盘7和下结合盘8配合夹持毛刷环61即可。

在本实施例中，动力结构包括安装于上节管管体11内腔的驱动电机51和传动结构，传动结构连接在驱动电机51和敏感头4之间。传动结构包括丝杆52、螺母座、导轨53、滑块54、升降导杆55、上固定板56和下固定板57。其中，上固定板56和下固定板57分别与上节管管体11的内壁固定连接；丝杆52由驱动电机51驱动转动、且轴线方向与上节管管体11的轴线方向相同；螺母座活动式装配于丝杆52；导轨53固定组装于上固定板56和下固定板57之间，且其轨道方向与丝杆52的轴向方向相同；滑块54与螺母座固定装配，在螺母座的带动下沿导轨53的轨道方向运动；升降导杆55一端连接于滑块54、另一端连接于敏感头4，随滑块54的运动带动敏感头4做升降运动。这种动力机构5通过驱动电机51的正反转即可实现敏感头4的直线升降运动，具有结构简单、传动稳定性好的优点。在其他实施方式中，动力机构5还可以采用其他直线运动机构或曲线运动机构，如链条传动机构或同步带传动结构等，只要最终能实现带动敏感头4在水面以上和水面以下来回运动即可。

在本实施例中，导轨53采用不锈钢光滑导轨53，升降导杆55贯穿下固定板57上的通孔与敏感头4连接，升降导杆55的外壁涂覆有特殊材料制成的滑环，以减少与下固定板57之间的物理摩擦。

在本实施例中，上节管管体11的上方安装有防水壳体9，防水壳体9上安装有控制电路板10，控制电路板10是传感器结构的核心单元，包含控制、测量、通信、定位、能耗管理、故障诊断等等功能。防水壳体9与上端盖12结合形成传感器核心单元的防水密封结构，驱动电机51也位于该防水密封结构内部。控制电路板10通过穿过防水壳体9的连接弹簧58与升降导杆55电连接，敏感头4检测到的水质参数信号可以通过升降导杆55、连接弹簧58传递到控制电路板10。

在本实施例中，防水壳体9上设有与控制电路板10电连接的防水按键91，防水按键91用于实现自动检测、故障排查、维护检测等功能。实际中，防水按键91可能有多个或不同的组合数量，均系本实用新型涉及的保护范畴。

在本实施例中，升降导杆55的下端固定连接有防水接头59，敏感头4固定在防水接头59的下端，升降导杆55、防水接头59和敏感头4之间保持电性连接。敏感头4通过防水接头59与升降导杆55连接的方式，可以根据不同需求安装不同种类的敏感头4，以测量不同类别的水体参数数据或同时测量多种水体参数数据。

在本实施例中，敏感头4上安装有敏感元件，敏感元件具有用于感测水体参数信号的敏感元件面41，敏感元件的安装方向垂直于敏感头4的运动方向，从而当敏感头4上下运动时，敏感元件的敏感元件面41会经过毛刷环61的刷毛，实现有效的清洁。

在本实施例中，上端盖12的上方安装有指示灯13和控制电路板10电连接的无线收发模块，以保证最好的提示和无线通信信号收发效果。

在本实施例的一种优选实施方式中，在上节管1远离被测水体的部分还安装有与控制电路板10电连接的小气候测量模块，小气候测量模块可以根据需要包括太阳辐射、空气温度和湿度、降水、风向和风速等气象参数数据。

在本实施例的一种优选实施方式中，在上节管1内还可以安装蓄电池，浮筒2上安装为蓄电池供电的太阳能板。

综上所述，本实用新型实施例提供的应用于水环境的水质监测传感器，通过动力机构5驱动敏感头4做升降运动，可以根据测量需求将敏感头4在不需要测量时提离被测水体，同时敏感头4在提离被测水体的过程中，清洁结构6对敏感头4的敏感元件面41进行清洁，保证敏感头4的敏感元件面41上去除被污染的水体，从而最大限度的保持敏感头4上敏感元件面41的清洁，延长了传感器的实际可用寿命；这种传感器适合长期在线监测，无需人工定期对敏感头4进行干预，降低了劳动力成本，在物联网水质监测技术领域具有广泛的应用前景。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。