一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，包括浮标平台、浮标支架、浮标仪器仓；浮标平台位于浮标支架上，安装有天线、警示航标灯、太阳能电池板；浮标仪器仓内安装有蓄电池、船载GPRS模块、GPS模块、光纤水质参数监测器、STM32主处理器终端、回航装置、起锚装置；浮标仪器仓外部安装有防撞条、起锚机、锚链和锚；浮标仪器仓底部安装有螺旋桨、方向舵；光纤水质参数监测器包含宽带光源、光谱仪、光纤传感器、入射传光光纤、出射传光光纤；本实用新型以光纤水质参数监测器传感监测水质信息，同时利用GPS模块进行定位、利用GPRS模块进行远程数据的交互通信，实现对不同水域水质进行远距离，免试剂，实时在线监测。
【专利说明】一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪
【技术领域】
[0001]本实用涉及一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，属于传感监测仪器领域。
【背景技术】
[0002]一直以来，由于我国长期依靠粗放型经济增长，过度开发自然资源，人们的环境意识薄弱，环境污染特别严重，水污染、大气污染所引起的损失巨大，已经严重影响到人们的日常生活和社会发展。据监察部统计，近几年全国每年水污染事故都在1700起以上，这些污染事故的源头都是企业。水污染事故事件的频发，主要原因是对排污的监管不力，所以加强水质环境的监督监管十分重要。
[0003]当前，对水质的监测方法主要有:采样实验室分析方法、水质监测站实时在线监测、浮标式监测仪监测等。采样实验室分析方法需要采样，处理再测量，这样的测量结果虽然精度较高，但每次处理样品有限，耗时长，并且会带来二次污染；水质监测站实时在线监测因建立水质监测站成本高，监测站占地面积大、监测设备安装方式固定、不可移动，监测地点受环境因素影响等，无法广泛大面积布局；浮标式监测仪监测可以实现多点布局，实时在线监测，但当前的浮标式监测仪，多采用电化学传感器，监测参数单一，使用寿命短。
【发明内容】
[0004]为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提供一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，该基于光纤传感的浮标式水质监测仪以光纤水质参数监测器为核心，同时利用GPS模块进行定位、GPRS模块进行远程数据的交互通信实现远距离，能实现多参数、免试剂、实时在线监测大范围水质信息。
[0005]本实用新型所采用的技术方案:一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，包括浮标平台、浮标支架、浮标仪器仓；所述的浮标平台安装于浮标支架上；所述的浮标平台上安装有天线、警示航标灯、太阳能电池板；所述的浮标仪器仓内安装有蓄电池、船载GPRS模块、GPS模块、光纤水质参数监测器、STM32主处理器终端、回航装置、起锚装置；所述的浮标仪器仓外部安装有防撞条、起锚机、锚链和锚，起锚机与起锚装置相互连接；所述的浮标仪器仓底部安装有螺旋桨、方向舵，分别连接到所述的回航装置；所述的光纤水质参数监测器包含宽带光源、光谱仪、光纤传感器、入射传光光纤、出射传光光纤；光纤传感器由钢索掉入水中，宽带光源连接入射传光光纤，入射传光光纤连接光纤传感器，光纤传感器连接出射传光光纤，出射传光光纤连接光谱仪，光谱仪通过USB数据线连接STM32主处理器终端；STM32主处理器终端各端口连接蓄电池、船载GPRS模块、GPS模块、警示航标灯、太阳能电池板、回航装置、天线、起锚装置。
[0006]所述的防撞条为橡胶制成的防撞条。
[0007]所述的光纤传感器为反射式光纤传感器，包括圆柱形外壳，过滤器，过滤器固定件，入射光纤接口，出射光纤接口，平面反射镜装置，吊环，入射光学准直透镜，出射光学准直透镜；所述的圆柱形外壳内部有直通的螺纹结构，底部安装有平面反射镜装置；所述的平面反射镜装置外部有螺纹，与圆柱形外壳内部直通的螺纹相吻合；所述的圆柱形外壳上的入射光纤接口和出射光纤接口对称位于圆柱形外壳的两侧，与水平方向呈60°夹角，内侧刻有螺纹；所述的入射光学准直透镜和出射光学准直透镜前端带有外螺纹与入射光纤接口和出射光纤接口处内螺纹相吻合；所述的圆柱形外壳的前后和顶部有过滤器；所述的吊环对称位于圆柱形外壳上端两侧。
[0008]所述的光纤传感器为透射式光纤传感器，包括十字通外壳，过滤器，过滤器固定件，入射光纤接口，出射光纤接口，吊环，入射光学准直透镜，出射光学准直透镜；所述的十字通外壳是一个四通结构，横向和纵向两端都为外螺纹结构；所述的过滤器固定件具有内螺纹结构，与纵向两端外螺纹相吻合；所述的吊环对称位于十字通外壳中间两侧；所述的入射传光光纤和出射传光光纤分别通过光纤接口连接到入射光学准直透镜和出射光学准直透镜，过滤器通过过滤器固定件固定在十字通外壳纵向两端。
[0009]本实用新型的有益效果是:
[0010]1.采用光纤水质参数监测器，可实现对于水质的无二次污染快速检测。
[0011]2.采用回航装置使浮标能够实现人为控制返回港口或者靠岸，方便维护工作。
[0012]3.采用浮标搭载技术，可实现大范围、实时水质监测。
[0013]4.采用GPRS数据传送方法，实现水质测量数据的远程交互通信。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图及具体方式对本实用新型作进一步说明。
[0015]图1是本实用新型的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型中浮标平台的俯视图；
[0017]图3是本实用新型的浮标控制系统框架图；
[0018]图4是反射式光纤传感器的结构示意图
[0019]图5是透射式光纤传感器的结构示意图
[0020]图中:1为天线；2为警示航标灯；3为浮标平台；4为浮标支架；5为浮标仪器仓；6为防撞条；7为钢索；8为出射传光光纤；9为入射传光光纤；10为光纤传感器；11为螺旋桨；12为方向舵；13为锚；14为锚链；15为起锚装置；16为太阳能电池板；17为船载GPRS模块；18为GPS模块；19为宽带光源；20为光谱仪；21为光纤水质参数监测器；22为STM32主处理器终端；23为回航装置；24为蓄电池；25为起锚机；26为卫星；27为陆地GPRS模块；28为PC机；29为入射光纤接口 ；30为入射光学准直透镜；31为过滤器固定件；32为过滤器；33为吊环；34为出射光学准直透镜；35为出射光纤接口 ；36为圆柱形外壳；37为平面反射镜装置；38为入射光纤接口 ；39为入射光学准直透镜；40为过滤器；41为过滤器固定件；42为吊环；43为出射光纤接口 ；44为出射光学准直透镜；45为十字通外壳。
【具体实施方式】
[0021]图1-3中，一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，包括浮标平台3、浮标支架4、浮标仪器仓5 ;浮标平台3安装于浮标支架4上；浮标平台3上安装有天线1、警示航标灯2、太阳能电池板16 ;浮标仪器仓5内安装有蓄电池24、船载GPRS模块17、GPS模块18、光纤水质参数监测器21、STM32主处理器终端22、回航装置23、起锚装置15 ;浮标仪器仓5外部安装有防撞条6、起锚机25、锚链14和锚13，起锚机25与起锚装置15相互连接；浮标仪器仓5底部安装有螺旋桨11、方向舵12，分别连接到回航装置23 ;光纤水质参数监测器21包含宽带光源19、光谱仪20、光纤传感器10、入射传光光纤9、出射传光光纤8 ;光纤传感器10由钢索7掉入水中，宽带光源19连接入射传光光纤9，入射传光光纤9连接光纤传感器10，光纤传感器10连接出射传光光纤8，出射传光光纤8连接光谱仪20，光谱仪20通过USB数据线连接STM32主处理器终端22 ；STM32主处理器终端22各端口连接蓄电池24、船载GPRS模块17、GPS模块18、警示航标灯2、太阳能电池板16、回航装置23、天线1、起锚装置15。
[0022]一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪工作过程:STM32处理器终端22控制起锚装置15使起锚机25拉起或者放下锚13，使得基于光纤传感的浮标式水质监测仪能固定在水中；太阳能电池板16吸收阳光，把光能转化成电能通过STM32主处理器终端22控制保存在蓄电池24中，STM32主处理器终端22控制蓄电池24为整个浮标上的电气设备提供电源。STM32处理器终端22控制光纤水质参数监测器21，获取水质信息，同时STM32处理器终端22将从GPS模块18和光纤水质参数监测器21所获得的数据信息，通过控制船载GPRS模块17与陆地GPRS模块27进行远程数据通信，实现远程PC机28能实时获得基于光纤传感的浮标式水质监测仪的地理位置信息和当前水质数据信息，方便大规模的监控水体污染情况。夜间时，STM32处理器终端22控制浮标平台3顶部的警示航标灯2，对船只进行导航。当需要维护或者更换器件时，STM32处理器终端22控制起锚装置15使起锚机25拉起锚13，同时控制回航装置23控制方向舵12和螺旋桨11，使基于光纤传感的浮标式水质监测仪能够沿着设定好的路线回港口或者靠岸方便维护检修工作。
[0023]实施例1:一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，光纤传感器采用反射式光纤传感器的【具体实施方式】
[0024]图4中，反射式光纤传感器，包括圆柱形外壳36，过滤器32，过滤器固定件31，入射光纤接口 29，出射光纤接口 35，平面反射镜装置37，吊环33，入射光学准直透镜30，出射光学准直透镜34组成。圆柱形外壳36内部有直通的螺纹结构，圆柱形外壳36底部安装有平面反射镜装置37，平面反射镜装置37外部有螺纹，与圆柱形外壳36内部直通的螺纹相吻合，平面反射镜装置37可以通过螺纹上下旋转调节，进行准直对焦；圆柱形外壳36上的入射光纤接口 29和出射光纤接口 35对称位于圆柱形外壳36的两侧，与水平方向呈60°夹角，内侧刻有螺纹；入射光学准直透镜30和出射光学准直透镜34前端带有外螺纹与入射光纤接口 29和出射光纤接口 35处内螺纹相吻合，方便入射光学准直透镜30和出射光学准直透镜34旋紧。入射传光光纤9和出射传光光纤8分别通过光纤接头连接到入射光学准直透镜30和出射光学准直透镜34，调节平面反射镜装置37使入射光和出射光经准直后再传输。圆柱形外壳36的前后和顶部有过滤器32 ;吊环33对称位于圆柱形外壳36上端两侧，方便采用钢索7将反射式光纤传感器掉入深水中，以免传光光纤承重。过滤器32通过过滤器固定件31固定,过滤水环境中浮游物和大颗粒物质。
[0025]一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪采用反射式光纤传感器工作过程为:光纤水质参数监测器21中的反射式光纤传感器根据图4所示的各部件连接好，通过钢索7连接吊环33，将这种反射式光纤传感器放入待测水环境中，水样经过滤器32过滤后进入到传感区。STM32处理器终端22控制光纤水质参数监测器21中的宽带光源19发出的光，通过入射传光光纤9传输至入射光纤接口 29，由入射光学准直透镜30聚焦准直，经水样照射圆柱形外壳36内部所设置的平面反射镜装置37，该平面反射镜装置37对照射的光反射，反射光经水样传输至出射光纤接口 35，由出射光学准直透镜34聚焦准直，经出射传光光纤8传输至光谱仪20，光谱仪20将数据传输至STM32处理器终端22。STM32处理器终端22将从GPS模块18和光纤水质参数监测器21所获得的数据信息，通过控制船载GPRS模块17与陆地GPRS模块27进行远程数据通信，使远程PC机28获得基于光纤传感的浮标式水质监测仪的地理位置信息和当前水质数据信息。
[0026]实施例2:—种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，光纤传感器采用透射式光纤传感器的【具体实施方式】
[0027]图5中，透射式光纤水质传感，包括十字通外壳45，过滤器40，过滤器固定件41，入射光纤接口 38，出射光纤接口 43，吊环42，入射光学准直透镜39，出射光学准直透镜44组成。十字通外壳45是一个四通结构，横向和纵向两端都为外螺纹结构；过滤器固定件41具有内螺纹结构，与纵向两端外螺纹相吻合。吊环42对称位于十字通外壳45中间两侧，方便采用钢索将透射式光纤传感器掉入深水中，以免传光光纤承重。入射传光光纤9和出射传光光纤8分别通过光纤接口连接到入射光学准直透镜39和出射光学准直透镜44，过滤器40通过过滤器固定件41固定在十字通外壳45纵向两端。
[0028]一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪采用透射式光纤传感器工作过程为:光纤水质参数监测器21中的透射式光纤传感器根据图5所示的各部件连接好，将透射式光纤传感器用钢索连接吊环42放入待测水样并完全浸没，由于透射式光纤传感器纵向两端固定有了过滤器40，进入透射式光纤传感器内的水基本不包含大颗粒杂质。STM32处理器终端22控制光纤水质参数监测器21中的宽带光源19发出的光，通过入射传光光纤9传输至入射光纤接口 38，由入射光学准直透镜39聚焦准直。经水样传输至出射光纤接口 43，由出射光学准直透镜44聚焦准直，经出射传光光纤8传输至光谱仪20，光谱仪20将数据传输至STM32处理器终端22。STM32处理器终端22将从GPS模块18和光纤水质参数监测器21所获得的数据信息，通过控制船载GPRS模块17与陆地GPRS模块27进行远程数据通信，使远程PC机28获得基于光纤传感的浮标式水质监测仪的地理位置信息和当前水质数据信息。
【权利要求】
1.一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，包括浮标平台、浮标支架、浮标仪器仓；所述的浮标平台安装于浮标支架上；所述的浮标平台上安装有天线、警示航标灯、太阳能电池板；其特征在于:所述的浮标仪器仓内安装有蓄电池、船载GPRS模块、GPS模块、光纤水质参数监测器、STM32主处理器终端、回航装置、起锚装置；所述的浮标仪器仓外部安装有防撞条、起锚机、锚链和锚，起锚机与起锚装置相互连接；所述的浮标仪器仓底部安装有螺旋桨、方向舵，分别连接到所述的回航装置；所述的光纤水质参数监测器包含宽带光源、光谱仪、光纤传感器、入射传光光纤、出射传光光纤；光纤传感器由钢索掉入水中，宽带光源连接入射传光光纤，入射传光光纤连接光纤传感器，光纤传感器连接出射传光光纤，出射传光光纤连接光谱仪，光谱仪通过USB数据线连接STM32主处理器终端；STM32主处理器终端各端口连接蓄电池、船载GPRS模块、GPS模块、警示航标灯、太阳能电池板、回航装置、天线、起锚装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，其特征在于，所述的防撞条为橡胶制成的防撞条。
3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，其特征在于，所述的光纤传感器为反射式光纤传感器，包括圆柱形外壳，过滤器，过滤器固定件，入射光纤接口，出射光纤接口，平面反射镜装置，吊环，入射光学准直透镜，出射光学准直透镜；所述的圆柱形外壳内部有直通的螺纹结构，底部安装有平面反射镜装置；所述的平面反射镜装置外部有螺纹，与圆柱形外壳内部直通的螺纹相吻合；所述的圆柱形外壳上的入射光纤接口和出射光纤接口对称位于圆柱形外壳的两侧，与水平方向呈60°夹角，内侧刻有螺纹；所述的入射光学准直透镜和出射光学准直透镜前端带有外螺纹与入射光纤接口和出射光纤接口处内螺纹相吻合；所述的圆柱形外壳的前后和顶部有过滤器；所述的吊环对称位于圆柱形外壳上端两侧。
4.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的浮标式水质监测仪，其特征在于，所述的光纤传感器为透射式光纤传感器，包括十字通外壳，过滤器，过滤器固定件，入射光纤接口，出射光纤接口，吊环，入射光学准直透镜，出射光学准直透镜；所述的十字通外壳是一个四通结构，横向和纵向两端都为外螺纹结构；所述的过滤器固定件具有内螺纹结构，与纵向两端外螺纹相吻合；所述的吊环对称位于十字通外壳中间两侧；所述的入射传光光纤和出射传光光纤分别通过光纤接口连接到入射光学准直透镜和出射光学准直透镜，过滤器通过过滤器固定件固定在十字通外壳纵向两端。
【文档编号】G08C17/02GK203798724SQ201420100652
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】余云森, 李佳, 黄杰, 熊稚莉, 沈为民, 楼俊, 严洒洒, 陈烽 申请人:中国计量学院