一种用于水质分层监测的浮船系统的制作方法

1.本发明属于水质监测技术领域，尤其涉及一种用于水质分层监测的浮船系统。


背景技术：

2.水质监测浮船系统主要以浮船为载体，搭载多种传感器和分析单元，包括视频采集单元、数据通信单元、光伏单元、逆变控制器、控制单元等，实现对河流断面、水库湖泊、入海口等水环境表层区域的水质、水文、气象一体化实时在线监测。目前行业中的水质监测浮船系统，主要是通过采水管、采水泵以及连接的采水管等对表层水域进行取样后，通过船舱搭载的水质分析单元和多参数探头进行水质分析，基本上采样深度不超过1.5米。


技术实现要素：

3.针对背景中的问题，本发明的目的在于提供一种用于水质分层监测的浮船系统，通过剖面系统满足河流断面、水库湖泊、入海口等水环境进行深层采水及分层监测的需求。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种用于水质分层监测的浮船系统，包括剖面系统，所述剖面系统包括：线缆装置，包括线缆和驱动机构，所述线缆包括采水管，所述采水管用于传输采集的深层区域的水样，所述驱动机构用于驱动所述线缆在水域中升降；采水泵，所述采水泵安装于所述采水管上，用于提供采集所述深层区域的水样的动力；过滤头，所述过滤头安装于所述采水管的进水端，用于过滤所述深层区域的水样；水质分析单元，所述水质分析单元安装于所述采水管的出水端，用于分析不同深度的所述深层区域的水样的水质参数；声呐，所述声呐安装于所述浮船系统的甲板底部，用于探测下方区域的水深变化及水下障碍物情况；工控机，用于存储所述水质参数的数据。
5.本发明还提供了一种用于水质分层监测的浮船系统，包括剖面系统，所述剖面系统包括：线缆装置，包括线缆和驱动机构，所述驱动机构安装于所述浮船系统的甲板上，所述驱动机构用于驱动所述线缆在水域中升降；多参数分析探头，所述多参数分析探头与所述线缆连接，用于检测不同深度的深层区域的水质参数；声呐，所述声呐安装于所述浮船系统的甲板底部，用于探测下方区域的水深变化及水下障碍物情况；工控机，用于存储所述水质参数的数据。
6.优选的，所述线缆装置还包括线缆调节机构，所述线缆调节结构包括滑轮安装座、线缆导向座、上滑轮和下滑轮，所述上滑轮和所述下滑轮分别与所述滑轮安装座转动装接，所述上滑轮设置于所述下滑轮的上方，所述上滑轮安装有计步器，所述线缆导向座安装于所述滑轮安装座上，所述线缆导向座设置于所述下滑轮的一侧，所述线缆导向座设置有导向孔。
7.优选的，所述线缆调节机构还包括调节组件和滑块，所述调节组件包括调节螺母和丝杆，所述下滑轮转动装接于所述滑块上，所述滑块滑动装接于所述滑轮安装座上，所述丝杆分别安装于所述调节螺母和所述滑块上。
8.优选的，所述线缆调节机构还包括线缆保护罩，所述线缆保护罩安装于所述滑轮
安装座上，所述线缆保护罩设置于所述上滑轮的上方。
9.优选的，所述浮船系统还包括常规水质监测系统，所述常规水质监测系统包括：上述的水质分析单元，所述水质分析单元还用于分析表层区域的水样的水质参数；试剂冰箱，用于冷藏保存所述水质分析单元使用的试剂；常规多参数分析探头，用于检测所述表层区域的水质参数；常规采水单元，包括采水泵、常规采水管和常规过滤头，所述常规采水单元用于采集所述表层区域的水样；气象一体仪，用于检测所述水域的水文气象数据。
10.优选的，所述浮船系统还包括供电系统，所述供电系统包括磷酸铁锂电池，所述磷酸铁锂电池用于储存电能。
11.优选的，所述浮船系统还包括：定位系统，用于将所述浮船系统定位在指定的监测水域；电力系统，用于发电提供所述供电系统的电能；预警系统，用于所述浮船系统的安全预警。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果有：
13.1.剖面系统通过控制线缆在深层水域的不同深度区域升降，可以通过多参数分析探头直接进行水质参数的检测，或采集水样到水质分析单元进行水质参数的分析；
14.2.供电系统使用磷酸铁锂电池，接线简单，而且可以降低浮船系统的载重，实现浮船系统的长时间续航；
15.3.上滑轮和下滑轮的间距可以调节，从而控制线缆收放时滑动的摩擦力，便于控制线缆在水域中的长度；
16.4.常规水质监测系统进行表层水域的采水和水质监测。
附图说明
17.图1是实施例一所述的浮船系统的湖库投放示意图；
18.图2是实施例一所述的浮船系统的俯视图；
19.图3是实施例一所述的浮船系统的主视图；
20.图4是实施例一所述的浮船系统的左视图；
21.图5是实施例一所述的浮船系统的右视图；
22.图6是实施例一所述的浮船系统的仰视图；
23.图7是实施例一所述的线缆调节机构的结构示意图；
24.图8是图7中b-b的截面图；
25.图9是实施例一所述的线缆调节机构的爆炸图；
26.图10是实施例一所述的电力系统的连接示意图；
27.图11是实施例一所述的浮船系统的电气元件的示意图。
28.附图中标记：1、线缆；2、滑轮安装座；3、线缆导向座；4、线缆保护罩； 5、上滑轮；6、下滑轮；7、滑块；8、计步器安装座；9、调节螺母；10、丝杆；11、过滤头；12、水质分析单元；13、声呐；14、工控机；15、试剂冰箱；16、常规多参数分析探头；17、常规采水单元；18、气象一体仪；19、磷酸铁锂电池；20、浮船；21、锚定；22、缆绳及链条；23、缆绳及链条卷盘；24、缆桩； 25、太阳能板；26、风车；27、航标灯；28、避雷单元；29、烟雾报警器；30、红外检测器；31、视频采集单元；32、gps定位报警单元。
具体实施方式
29.为了使本发明的技术方案更加明白，结合以下实例对本发明进行进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定本发明。
30.参照附图1～6，本实施例提供一种用于水质分层监测的浮船系统，包括剖面系统。
31.本实施例所述的剖面系统包括线缆装置。
32.本实施例所述的线缆装置包括线缆调节机构、线缆1和驱动机构。
33.本实施例所述的驱动机构安装在浮船系统的甲板上，具体为直流电机。直流电机通过同步带的联动作用，驱动线缆调节机构的上滑轮5转动，对线缆1 进行收放，控制线缆1在深层水域中垂直升降，从而对不同深度的区域进行水质分层监测。
34.在本实施例中，线缆1包括采水管，用于传输采集的深层区域的水样。
35.线缆1可以是使用中空管作为外壳，其中穿设采水管，进一步可以与采水管并列设置电缆等。
36.参照附图7～9，本实施例所述的线缆调节机构包括滑轮安装座2、线缆导向座3、线缆保护罩4、上滑轮5、下滑轮6、滑块7和调节组件。
37.上滑轮5转动装接在滑轮安装座2上。上滑轮5安装有计步器安装座8，计步器安装座8上安装有计步器，计步器用于计算上滑轮5的转动圈数，从而计算上滑轮5收卷或释放的线缆1的长度，即线缆1在水域中的长度。
38.滑块7滑动装接在滑轮安装座2上，滑块7设置在上滑轮5的下方，沿竖直方向滑动。下滑轮6转动装接在滑块7上。
39.线缆导向座3安装在滑轮安装座2上，线缆导向座3设置在下滑轮6的一侧，线缆导向座3设置有导向孔。
40.在本实施例中，线缆1从线缆导向座3相对于下滑轮6的一侧的上方绕过上滑轮5，然后经过上滑轮5和下滑轮6之间，接着穿出导向孔，最后穿出甲板进入水域中。
41.线缆保护罩4安装在滑轮安装座2上，线缆保护罩4设置在上滑轮5的上方，用于保护线缆1不会滑出上滑轮5的凹槽，避免影响线缆1的收放。
42.调节组件安装在滑块7的下方，调节组件包括调节螺母9和丝杆10，丝杆 10分别安装在调节螺母9和滑块7上。丝杆10用于将调节螺母9的转动转化为滑块7的竖直运动，从而调节两个滑轮之间的距离，控制线缆1在滑轮之间滑动时保持适当的摩擦力，从而在收放时处于拉紧状态，便于控制线缆1在水域中的长度。
43.本实施例所述的剖面系统包括采水泵，采水泵安装在采水管上，用于提供采集深层区域的水样的动力。
44.本实施例所述的剖面系统包括过滤头11，过滤头11安装在采水管的进水端，用于过滤采集的深层区域的水样。
45.本实施例所述的剖面系统包括水质分析单元12。水质分析单元12安装在采水管的出水端。其中，采水管中的水样先通过分流阀分流后再进入水质分析单元12。采水管采集提供不同深度的深层区域的水样给水质分析单元12分析多种水质参数，包括氨氮、总磷、总氮、cod以及加标回收等。
46.本实施例所述的水质分析单元12为原有的水质监测浮船系统中的常规水质监测系统的水质分析单元12。即本实施例的发明构思为以现有的水质监测浮船系统的常规水质
监测系统为基础搭建用于水质分层监测的剖面系统。
47.本实施例所述的剖面系统包括声呐15，声呐15锁紧安装在甲板的底部，并深入水面以下1米，声呐15用于实时探测下方区域的水深变化及水下障碍物情况，防止剖面系统在深层水域的部分与水下不明物缠绕，影响使用或造成损坏。
48.本实施例所述的剖面系统包括工控机16，工控机16作为整个浮船系统的中控，以及数据通信单元。工控机16用于存储水质分析单元12分析得到的水质参数的数据，并与业主平台实现数据传输。
49.本实施例所述的浮船系统包括常规水质监测系统。
50.本实施例所述的常规水质监测系统包括上述的水质分析单元12，水质分析单元12还用于分析表层区域的水样的水质参数，从而实现监测水域在垂直方向上表层区域和分层的深层区域完全的水质监测。
51.本实施例所述的常规水质监测系统包括试剂冰箱15，用于冷藏保存水质分析单元12使用的试剂。
52.本实施例所述的常规水质监测系统包括常规多参数分析探头16，用于检测表层区域的水质参数，包括ph、orp、电导率、温度等无需使用试剂分析的参数，从而提高水质监测的全面性。
53.本实施例所述的常规水质监测系统包括常规采水单元17，常规采水单元17 包括采水泵、常规采水管和常规过滤头11，常规采水单元17用于采集表层区域的水样。其中，常规采水泵安装在常规采水管上，用于提供采集表层区域的水样的动力。常规过滤头11安装在常规采水管的进水端，用于过滤采集的表层区域的水样。常规采水管用于传输表层区域的水样。水质分析单元12安装在常规采水管的出水端。常规采水管中的水样通过分流阀分流后，提供给水质分析单元12分析多种水质参数，包括氨氮、总磷、总氮、cod以及加标回收等。
54.本实施例所述的常规水质监测系统包括气象一体仪18，用于实时检测浮船系统监测的水域的水文气象数据，从而实现水域的水质、水文、气象一体化监测。
55.本实施例所述的浮船系统包括供电系统。原有的供电系统为铅酸电池供应系统，存在电池模块多、无法适应高低温环境、安装接线麻烦、船舱占用空间大、重量重等问题。这些问题导致浮船系统无法满足对河流断面、水库湖泊、入海口等水环境进行深层采水和分层监测等需求，也难以适应严寒酷暑等恶劣的户外环境，以及无法对水质监测设备、分析单元的续航进行有效的供应和保护。在该种技术条件下，浮船系统户外进行的运维周期十分有限。
56.本实施例所述的供电系统采用磷酸铁锂电池19，磷酸铁锂电池19用于储存电能。磷酸铁锂电池19采用集成模块，体积小巧，可以降低浮船系统的载重，同时本实施例所述的浮船系统对供电系统进行接线优化，使其安装接线简单，并对水质监测系统，包括剖面系统和常规水质监测系统，及浮船系统整体进行低功耗设计，大大提高浮船系统的巡航能力。
57.本实施例所述的浮船系统包括定位系统。用于将浮船系统定位在指定的监测水域。
58.本实施例所述的定位系统包括：
59.缆绳及链条22，用于连接浮船20和锚定21，提供拉力使浮船20定位在监测区域内。
其中，浮船20为本实施例所述的浮船系统的结构及电控集成载体。
60.锚定21，用于浮船20监测位置的定位，保持浮船20的漂浮范围。
61.缆绳及链条卷盘23，用于回收多余的缆绳及链条22，保持浮船20船舱的整洁。
62.缆桩24，用于固定缆绳及链条22，保持缆绳及链条22的长度。
63.本实施例所述的浮船20投放在指定的监测水域后，通过释放缆绳及链条卷盘23上的缆绳及链条22，从浮船20的船艏和船艉两侧方向，将锚定21沉入水域的底部。然后，将缆绳及链条22固定在安装在浮船20的船艏和船艉两侧的缆桩24上，绑紧并固定缆绳及链条22的长度，通过两侧的锚定21的抓力和缆绳及链条22的拉力，实现浮船20的定位。
64.本实施例所述的浮船系统包括电力系统，用于发电提供供电系统的电能。
65.本实施例所述的电力系统包括：
66.太阳能板25，用于通过光伏发电。
67.本实施例所述的太阳能板25需要进行避雷保护。
68.风车26，用于通过风能发电。
69.参照附图10和11，本实施例所述的电力系统主要由太阳能板24和风车25 发电，通过自带的太阳能控制器和风能发电器给供电系统的磷酸铁锂电池19充电储存电能，提供给水质监测系统使用，实现长时间续航。
70.本实施例所述的供电系统的磷酸铁锂电池19也可以通过市电充电器输入进行充电。
71.本实施例所述的浮船系统包括预警系统，用于浮船系统的安全预警。
72.本实施例所述的预警系统包括：
73.航标灯27，用于夜间对浮船17的周边巷道进行警示。
74.避雷单元28，用于防止浮船系统在户外环境遭受雷击，以及引雷入水。
75.烟雾报警器29，用于船舱及水质监测系统的电气消防预警。
76.红外检测器30，用于非工作人员非法登船时进行远程警报。
77.视频采集单元31，用于浮船20投放周边环境的录制，人脸识别以及非法登船的远程报警。
78.gps定位报警单元32，用于浮船20投放位置的定位以及移位报警。
79.本实施例所述的浮船系统通过对供电系统进行集成和接线优化，避免了常规使用铅酸电池占用体积大、重、接线多等问题，具有接线简单、降低浮船载重、浮船系统长时间续航等优点。同时，通过增加具有垂直升降功能的剖面系统，实现对监测的水域进行深层水域垂直方向分层的采水，以及水质参数分析。
80.本实施例所述的浮船20的船体结构外观整体采用玻璃钢结合铝型材和铝板整体拼接而成。剖面系统采用pom零件加工并组成而成。
81.本实施例所述的浮船系统整体搭载水质分析单元12、采水单元、通讯模块、控制模块、供电系统、风电及光伏发电系统、逆变控制器、剖面系统、视频采集单元、定位系统、气象一体仪等涉及多方面的水体环境监测技术领域的装置。
82.实施例二
83.本实施例提供一种用于水质分层监测的浮船系统，与实施例一的区别在于：剖面系统。
84.本实施例所述的剖面系统的线缆包括电缆。
85.本实施例所述的剖面系统包括多参数分析探头。多参数分析探头与电缆连接，用于检测不同深度的深层区域的水质参数。
86.本实施例所述的剖面系统不包括实施例一所述的采水管及其连接的装置，因此不进行深层水域的采水操作和对水样进行分析，直接在水下通过多参数分析探头进行水质参数的检测操作，然后将数据通过电缆传回工控机。
87.常规的设计为，在浮船系统下水投放使用前，可以对剖面系统的装置进行替换，以组成具有实施例一或本实施例所述的剖面系统的浮船系统，但不排除在同一浮船系统上安装两组不同功能的剖面系统。
88.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。