专利名称：一种基于光谱分析的水华监测预警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及水环境监测技术领域，特别涉及一种基于光谱分析的水华监测预警系统。
背景技术：
富营养化的主要表现是蓝藻水华的爆发，当蓝藻水华爆发时，水中的溶解氧被蓝藻大量消耗，鱼类等其它水生物会因缺氧而死亡，蓝藻释放的毒素和异味物质对人体有直接的危害。随着内陆湖泊富营养化的加重，蓝藻水华频频发生，对沿湖地区供水和渔业造成严重危害，蓝藻水华监测预警意义重大。传统的蓝藻水华监测方法有三种一是实验室分析技术，即在水源地布点、采样，然后利用光度计或色谱仪等分析方法进行实验室分析，该方法不能实时自动检测，实验周期长，设备昂贵；二是采用水上浮标监测系统，即将叶绿素或蓝藻等传感器悬挂在浮标上，通过传感器测量附近水域的叶绿素或蓝藻含量，进而推断水华情况，该系统中每个浮标的监测范围比较小；三是采用卫星遥感技术，即通过卫星对水华多发地点进行拍摄图片，然后与数据库进行对比，根据经验判断是否发生水华，遥感技术为大范围监测蓝藻水华提供了可能，但是卫星数据比较单一，而且时间分辨率和空间分辨率不高，光谱分辨率较低。
发明内容
为了解决现有的水华监测技术不能实时自动检测、检测范围小和分辨率低的问题，本发明提供了一种基于光谱分析的水华监测系统。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种基于光谱分析的水华监测预警系统，包括探测组件，以及能够控制所述探测组件水平转动和/或垂直转动的组件控制机构。所述组件控制机构包括外罩和位于所述外罩后端的底板，所述外罩的前端设置有半球形的透视窗，所述外罩的前端通过探测支架连接有所述探测组件，所述外罩的后端设置有组件水平转动机构和/或组件垂直转动机构。所述组件水平转动机构包括设置在所述底板上的水平步进电机，所述水平步进电机的输出端与所述探测支架连接。所述组件垂直转动机构包括连接到所述底板上的垂直步进电机，所述垂直步进电机的两侧设置有连接到所述底板上的支撑板，两侧的所述支撑板的前端与所述探测支架铰接连接，所述探测支架的两侧设置有固定齿轮，所述垂直步进电机的步进齿轮通过齿轮带与所述固定齿轮连接。所述组件垂直转动机构包括连接到位于所述水平步进电机输出端前方的固定板上的垂直步进电机，所述垂直步进电机的两侧设置有连接到所述固定板两侧的支撑板，两侧的所述支撑板的前端与所述探测支架铰接连接，所述探测支架的两侧设置有固定齿轮，所述垂直步进电机的步进齿轮通过齿轮带与所述固定齿轮连接。所述固定板的下方或者所述垂直步进电机的下方还设置有通过两侧或圆周上均匀分布的拉杆与所述底板固定连接的水平轴承。所述水平步进电机和/或所述垂直步进电机与所述数据处理及控制模块信号连接。所述数据处理及控制模块通过线缆与计算机控制中心以RS485的方式连接。所述探测组件包括外壳，所述外壳内由前向后依次设置有光线探测望远系统、将探测到的光线进行聚焦的光线聚焦系统、接收所述光线聚焦系统聚焦的光线并将其分解为光谱线的微型光谱仪和接收所述微型光谱仪的探测数据的数据处理及控制模块。所述光线探测望远系统由物镜和目镜组成，所述光线聚焦系统为透镜。所述数据处理及控制模块通过线缆与计算机控制中心以RS485的方式连接；和/或所述外壳为ABS工程塑料材质，所述外壳的前端和/或所述外罩的透视窗为石英玻璃材质。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是结构简单、成本低廉、维护方便，可实现远距离大立体角探测水华的特征光谱，对蓝藻水华实时监测预警。本发明适用于湖泊、水库或者水源地，实时监测并将监测数据传输到数据中心，为蓝藻水华预警提供基本数据，其监测装置由高速高速传动装置和探测组件构成，其中高速传动装置用于水平方向0° -360°和竖直方向0° -90°范围扫描，满足大范围探测需求；探测组件提供更高的光谱分辨率，更灵活的波段；可根据用户指令实现自动监测和命令监测，具备更好的空间分辨率和时间分辨率。
图I为本发明实施例的结构示意图。图2为本发明实施例中底板的结构示意图。图3为本发明实施例中转板的结构示意图。图4为本发明实施例中水平轴承的结构示意图。图5为本发明实施例中探测支架的结构示意图。图6为本发明实施例中探测组件的结构示意图。图7为本发明实施例的结构框图。
0028]其中，附图标记为1、透视窗；2、探测支架；3、水平轴承；4、支撑板；5、垂直步进电机；6、外罩；7、底板；8、水平步进电机；9、拉杆；10、固定板；11、步进齿轮；12、齿轮带；13、固定齿轮；14、钢珠；15、固定孔；16、物镜；17、外壳；18、目镜；19、透镜；20、微型光谱仪；21、数据处理及控制模块；22、计算机控制中心；23、螺丝孔。
具体实施例方式本发明提供了一种基于光谱分析的水华监测预警系统，包括探测组件，以及能够控制探测组件水平转动和垂直转动的组件控制机构。组件控制机构包括外罩6和位于外罩6后端的底板7,外罩6的前端设置有半球形的透视窗1，外罩6的前端通过探测支架2连接有探测组件，外罩6的后端设置有组件水平转动机构和组件垂直转动机构。组件水平转动机构包括设置在底板7上的水平步进电机8，水平步进电机8的输出端与探测支架2连接。
组件垂直转动机构包括连接到位于水平步进电机8输出端前方的固定板10上的垂直步进电机5,垂直步进电机5的两侧设置有连接到固定板10两侧的支撑板4,两侧的支撑板4的前端与探测支架2铰接连接，探测支架2的两侧设置有固定齿轮13，垂直步进电机5的步进齿轮11通过齿轮带12与固定齿轮13连接；固定板10的下方还设置有通过圆周上均匀分布的拉杆9与底板7固定连接的水平轴承3。水平步进电机8和垂直步进电机5与数据处理及控制模块21信号连接。探测组件包括外壳17，外壳17内由前向后依次设置有光线探测望远系统、将探测到的光线进行聚焦的光线聚焦系统、接收光线聚焦系统聚焦的光线并将其分解为光谱线的微型光谱仪和接收微型光谱仪的探测数据的数据处理及控制模块21 ;其中，光线探测望远系统由物镜16和目镜18组成,光线聚焦系统为透镜19。数据处理及控制模块21通过线缆与计算机控制中心22以RS485的方式连接；夕卜壳17为ABS工程塑料材质，外壳17的前端和外罩6的透视窗I为石英玻璃材质。此外，探测支架2和探测组件的外壳17上设置有对应的螺丝孔23，探测组件的外壳17通过螺丝固定在探测支架2上。探测组件中物镜16 (焦距150mm)和目镜18 (焦距25mm)的距离为其焦距之和，即外部的信号光经过物镜16聚焦，再经过目镜18变成平行光；透镜19 (焦距25mm)与目镜18间距6mm，微型光谱仪20的狭缝在透镜19的焦点处。组件控制机构的设计完全可以让探测支架2在俯角0° -90°和水平0° -360°半球面(即2 立体角)进行扫描，实现了远距离大立体角探测，对蓝藻水华实施监测预警。将安装有探测组件的组件控制机构放入监测水源中，蓝藻水华光谱特征通过外罩6前端的透视窗I进入探测组件内，再由探测组件外壳17的端面进入物镜16，到达目镜18，物镜16与目镜18组成望远系统，使得探测范围更远；然后特征光谱通过透镜19将其聚焦到微型光谱仪20的入射狭缝，由微型光谱仪20完成对特征光谱的探测，并将探测数据输出到数据处理及控制模块21 ;最后数据处理及控制模块21对光谱数据分析处理，并将监测结果通过线缆向外RS485输出到计算机控制中心；其次数据处理及控制模块21还与水平步进电机8和垂直步进电机5信号连接，接收外部指令后通过水平步进电机8和垂直步进电机5来调整探测组件的位置和角度，从而实现控制监测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，包括探测组件，以及能够控制所述探测组件水平转动和/或垂直转动的组件控制机构。
2.根据权利要求I所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述组件控制机构包括外罩和位于所述外罩后端的底板，所述外罩的前端设置有半球形的透视窗，所述外罩的前端通过探测支架连接有所述探测组件，所述外罩的后端设置有组件水平转动机构和/或组件垂直转动机构。
3.根据权利要求2所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述组件水平转动机构包括设置在所述底板上的水平步进电机，所述水平步进电机的输出端与所述探测支架连接。
4.根据权利要求2所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述组件垂直转动机构包括连接到所述底板上的垂直步进电机，所述垂直步进电机的两侧设置有连接到所述底板上的支撑板，两侧的所述支撑板的前端与所述探测支架铰接连接，所述探测支架的两侧设置有固定齿轮，所述垂直步进电机的步进齿轮通过齿轮带与所述固定齿轮连接。
5.根据权利要求3所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述组件垂直转动机构包括连接到位于所述水平步进电机输出端前方的固定板上的垂直步进电机，所述垂直步进电机的两侧设置有连接到所述固定板两侧的支撑板，两侧的所述支撑板的前端与所述探测支架铰接连接，所述探测支架的两侧设置有固定齿轮，所述垂直步进电机的步进齿轮通过齿轮带与所述固定齿轮连接。
6.根据权利要求5所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述固定板的下方或者所述垂直步进电机的下方还设置有通过两侧或圆周上均匀分布的拉杆与所述底板固定连接的水平轴承。
7.根据权利要求3-6任一所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述水平步进电机和/或所述垂直步进电机与所述数据处理及控制模块信号连接。
8.根据权利要求1-7任一所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述探测组件包括外壳，所述外壳内由前向后依次设置有光线探测望远系统、将探测到的光线进行聚焦的光线聚焦系统、接收所述光线聚焦系统聚焦的光线并将其分解为光谱线的微型光谱仪和接收所述微型光谱仪的探测数据的数据处理及控制模块。
9.根据权利要求8所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述光线探测望远系统由物镜和目镜组成，所述光线聚焦系统为透镜。
10.根据权利要求1-9中任一所述的基于光谱分析的水华监测预警系统，其特征在于，所述数据处理及控制模块通过线缆与计算机控制中心以RS485的方式连接；和/或所述外壳为ABS工程塑料材质，所述外壳的前端和/或所述外罩的透视窗为石英玻璃材质。
全文摘要
本发明公开了一种基于光谱分析的水华监测预警系统，包括探测组件，以及能够控制探测组件水平转动和/或垂直转动的组件控制机构。本发明的有益效果是结构简单、成本低廉、维护方便，可实现远距离大立体角探测水华的特征光谱，对蓝藻水华实时监测预警。
文档编号G01N21/25GK102680411SQ201210138170
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者宋春立 申请人:山东衡伟环境技术有限责任公司