一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，包括浮標平臺、浮標支架、浮標儀器倉；浮標平臺位于浮標支架上，安裝有天線、警示航標燈、太陽能電池板；浮標儀器倉內安裝有蓄電池、船載GPRS模塊、GPS模塊、光纖水質參數(shù)監(jiān)測器、STM32主處理器終端、回航裝置、起錨裝置；浮標儀器倉外部安裝有防撞條、起錨機、錨鏈和錨；浮標儀器倉底部安裝有螺旋槳、方向舵；光纖水質參數(shù)監(jiān)測器包含寬帶光源、光譜儀、光纖傳感器、入射傳光光纖、出射傳光光纖；本實用新型以光纖水質參數(shù)監(jiān)測器傳感監(jiān)測水質信息，同時利用GPS模塊進行定位、利用GPRS模塊進行遠程數(shù)據(jù)的交互通信，實現(xiàn)對不同水域水質進行遠距離，免試劑，實時在線監(jiān)測。
【專利說明】一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀
【技術領域】
[0001]本實用涉及一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，屬于傳感監(jiān)測儀器領域。
【背景技術】
[0002]一直以來，由于我國長期依靠粗放型經(jīng)濟增長，過度開發(fā)自然資源，人們的環(huán)境意識薄弱，環(huán)境污染特別嚴重，水污染、大氣污染所引起的損失巨大，已經(jīng)嚴重影響到人們的日常生活和社會發(fā)展。據(jù)監(jiān)察部統(tǒng)計，近幾年全國每年水污染事故都在1700起以上，這些污染事故的源頭都是企業(yè)。水污染事故事件的頻發(fā)，主要原因是對排污的監(jiān)管不力，所以加強水質環(huán)境的監(jiān)督監(jiān)管十分重要。
[0003]當前，對水質的監(jiān)測方法主要有:采樣實驗室分析方法、水質監(jiān)測站實時在線監(jiān)測、浮標式監(jiān)測儀監(jiān)測等。采樣實驗室分析方法需要采樣，處理再測量，這樣的測量結果雖然精度較高，但每次處理樣品有限，耗時長，并且會帶來二次污染；水質監(jiān)測站實時在線監(jiān)測因建立水質監(jiān)測站成本高，監(jiān)測站占地面積大、監(jiān)測設備安裝方式固定、不可移動，監(jiān)測地點受環(huán)境因素影響等，無法廣泛大面積布局；浮標式監(jiān)測儀監(jiān)測可以實現(xiàn)多點布局，實時在線監(jiān)測，但當前的浮標式監(jiān)測儀，多采用電化學傳感器，監(jiān)測參數(shù)單一，使用壽命短。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，該基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀以光纖水質參數(shù)監(jiān)測器為核心，同時利用GPS模塊進行定位、GPRS模塊進行遠程數(shù)據(jù)的交互通信實現(xiàn)遠距離，能實現(xiàn)多參數(shù)、免試劑、實時在線監(jiān)測大范圍水質信息。
[0005]本實用新型所采用的技術方案:一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，包括浮標平臺、浮標支架、浮標儀器倉；所述的浮標平臺安裝于浮標支架上；所述的浮標平臺上安裝有天線、警示航標燈、太陽能電池板；所述的浮標儀器倉內安裝有蓄電池、船載GPRS模塊、GPS模塊、光纖水質參數(shù)監(jiān)測器、STM32主處理器終端、回航裝置、起錨裝置；所述的浮標儀器倉外部安裝有防撞條、起錨機、錨鏈和錨，起錨機與起錨裝置相互連接；所述的浮標儀器倉底部安裝有螺旋槳、方向舵，分別連接到所述的回航裝置；所述的光纖水質參數(shù)監(jiān)測器包含寬帶光源、光譜儀、光纖傳感器、入射傳光光纖、出射傳光光纖；光纖傳感器由鋼索掉入水中，寬帶光源連接入射傳光光纖，入射傳光光纖連接光纖傳感器，光纖傳感器連接出射傳光光纖，出射傳光光纖連接光譜儀，光譜儀通過USB數(shù)據(jù)線連接STM32主處理器終端；STM32主處理器終端各端口連接蓄電池、船載GPRS模塊、GPS模塊、警示航標燈、太陽能電池板、回航裝置、天線、起錨裝置。
[0006]所述的防撞條為橡膠制成的防撞條。
[0007]所述的光纖傳感器為反射式光纖傳感器，包括圓柱形外殼，過濾器，過濾器固定件，入射光纖接口，出射光纖接口，平面反射鏡裝置，吊環(huán)，入射光學準直透鏡，出射光學準直透鏡；所述的圓柱形外殼內部有直通的螺紋結構，底部安裝有平面反射鏡裝置；所述的平面反射鏡裝置外部有螺紋，與圓柱形外殼內部直通的螺紋相吻合；所述的圓柱形外殼上的入射光纖接口和出射光纖接口對稱位于圓柱形外殼的兩側，與水平方向呈60°夾角，內側刻有螺紋；所述的入射光學準直透鏡和出射光學準直透鏡前端帶有外螺紋與入射光纖接口和出射光纖接口處內螺紋相吻合；所述的圓柱形外殼的前后和頂部有過濾器；所述的吊環(huán)對稱位于圓柱形外殼上端兩側。
[0008]所述的光纖傳感器為透射式光纖傳感器，包括十字通外殼，過濾器，過濾器固定件，入射光纖接口，出射光纖接口，吊環(huán)，入射光學準直透鏡，出射光學準直透鏡；所述的十字通外殼是一個四通結構，橫向和縱向兩端都為外螺紋結構；所述的過濾器固定件具有內螺紋結構，與縱向兩端外螺紋相吻合；所述的吊環(huán)對稱位于十字通外殼中間兩側；所述的入射傳光光纖和出射傳光光纖分別通過光纖接口連接到入射光學準直透鏡和出射光學準直透鏡，過濾器通過過濾器固定件固定在十字通外殼縱向兩端。
[0009]本實用新型的有益效果是:
[0010]1.采用光纖水質參數(shù)監(jiān)測器，可實現(xiàn)對于水質的無二次污染快速檢測。
[0011]2.采用回航裝置使浮標能夠實現(xiàn)人為控制返回港口或者靠岸，方便維護工作。
[0012]3.采用浮標搭載技術，可實現(xiàn)大范圍、實時水質監(jiān)測。
[0013]4.采用GPRS數(shù)據(jù)傳送方法，實現(xiàn)水質測量數(shù)據(jù)的遠程交互通信。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結合附圖及具體方式對本實用新型作進一步說明。
[0015]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型中浮標平臺的俯視圖；
[0017]圖3是本實用新型的浮標控制系統(tǒng)框架圖；
[0018]圖4是反射式光纖傳感器的結構示意圖
[0019]圖5是透射式光纖傳感器的結構示意圖
[0020]圖中:1為天線；2為警示航標燈；3為浮標平臺；4為浮標支架；5為浮標儀器倉；6為防撞條；7為鋼索；8為出射傳光光纖；9為入射傳光光纖；10為光纖傳感器；11為螺旋槳；12為方向舵；13為錨；14為錨鏈；15為起錨裝置；16為太陽能電池板；17為船載GPRS模塊；18為GPS模塊；19為寬帶光源；20為光譜儀；21為光纖水質參數(shù)監(jiān)測器；22為STM32主處理器終端；23為回航裝置；24為蓄電池；25為起錨機；26為衛(wèi)星；27為陸地GPRS模塊；28為PC機；29為入射光纖接口 ；30為入射光學準直透鏡；31為過濾器固定件；32為過濾器；33為吊環(huán)；34為出射光學準直透鏡；35為出射光纖接口 ；36為圓柱形外殼；37為平面反射鏡裝置；38為入射光纖接口 ；39為入射光學準直透鏡；40為過濾器；41為過濾器固定件；42為吊環(huán)；43為出射光纖接口 ；44為出射光學準直透鏡；45為十字通外殼。
【具體實施方式】
[0021]圖1-3中，一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，包括浮標平臺3、浮標支架4、浮標儀器倉5 ;浮標平臺3安裝于浮標支架4上；浮標平臺3上安裝有天線1、警示航標燈2、太陽能電池板16 ;浮標儀器倉5內安裝有蓄電池24、船載GPRS模塊17、GPS模塊18、光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21、STM32主處理器終端22、回航裝置23、起錨裝置15 ;浮標儀器倉5外部安裝有防撞條6、起錨機25、錨鏈14和錨13，起錨機25與起錨裝置15相互連接；浮標儀器倉5底部安裝有螺旋槳11、方向舵12，分別連接到回航裝置23 ;光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21包含寬帶光源19、光譜儀20、光纖傳感器10、入射傳光光纖9、出射傳光光纖8 ;光纖傳感器10由鋼索7掉入水中，寬帶光源19連接入射傳光光纖9，入射傳光光纖9連接光纖傳感器10，光纖傳感器10連接出射傳光光纖8，出射傳光光纖8連接光譜儀20，光譜儀20通過USB數(shù)據(jù)線連接STM32主處理器終端22 ；STM32主處理器終端22各端口連接蓄電池24、船載GPRS模塊17、GPS模塊18、警示航標燈2、太陽能電池板16、回航裝置23、天線1、起錨裝置15。
[0022]一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀工作過程:STM32處理器終端22控制起錨裝置15使起錨機25拉起或者放下錨13，使得基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀能固定在水中；太陽能電池板16吸收陽光，把光能轉化成電能通過STM32主處理器終端22控制保存在蓄電池24中，STM32主處理器終端22控制蓄電池24為整個浮標上的電氣設備提供電源。STM32處理器終端22控制光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21，獲取水質信息，同時STM32處理器終端22將從GPS模塊18和光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21所獲得的數(shù)據(jù)信息，通過控制船載GPRS模塊17與陸地GPRS模塊27進行遠程數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)遠程PC機28能實時獲得基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀的地理位置信息和當前水質數(shù)據(jù)信息，方便大規(guī)模的監(jiān)控水體污染情況。夜間時，STM32處理器終端22控制浮標平臺3頂部的警示航標燈2，對船只進行導航。當需要維護或者更換器件時，STM32處理器終端22控制起錨裝置15使起錨機25拉起錨13，同時控制回航裝置23控制方向舵12和螺旋槳11，使基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀能夠沿著設定好的路線回港口或者靠岸方便維護檢修工作。
[0023]實施例1:一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，光纖傳感器采用反射式光纖傳感器的【具體實施方式】
[0024]圖4中，反射式光纖傳感器，包括圓柱形外殼36，過濾器32，過濾器固定件31，入射光纖接口 29，出射光纖接口 35，平面反射鏡裝置37，吊環(huán)33，入射光學準直透鏡30，出射光學準直透鏡34組成。圓柱形外殼36內部有直通的螺紋結構，圓柱形外殼36底部安裝有平面反射鏡裝置37，平面反射鏡裝置37外部有螺紋，與圓柱形外殼36內部直通的螺紋相吻合，平面反射鏡裝置37可以通過螺紋上下旋轉調節(jié)，進行準直對焦；圓柱形外殼36上的入射光纖接口 29和出射光纖接口 35對稱位于圓柱形外殼36的兩側，與水平方向呈60°夾角，內側刻有螺紋；入射光學準直透鏡30和出射光學準直透鏡34前端帶有外螺紋與入射光纖接口 29和出射光纖接口 35處內螺紋相吻合，方便入射光學準直透鏡30和出射光學準直透鏡34旋緊。入射傳光光纖9和出射傳光光纖8分別通過光纖接頭連接到入射光學準直透鏡30和出射光學準直透鏡34，調節(jié)平面反射鏡裝置37使入射光和出射光經(jīng)準直后再傳輸。圓柱形外殼36的前后和頂部有過濾器32 ;吊環(huán)33對稱位于圓柱形外殼36上端兩側，方便采用鋼索7將反射式光纖傳感器掉入深水中，以免傳光光纖承重。過濾器32通過過濾器固定件31固定,過濾水環(huán)境中浮游物和大顆粒物質。
[0025]一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀采用反射式光纖傳感器工作過程為:光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21中的反射式光纖傳感器根據(jù)圖4所示的各部件連接好，通過鋼索7連接吊環(huán)33，將這種反射式光纖傳感器放入待測水環(huán)境中，水樣經(jīng)過濾器32過濾后進入到傳感區(qū)。STM32處理器終端22控制光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21中的寬帶光源19發(fā)出的光，通過入射傳光光纖9傳輸至入射光纖接口 29，由入射光學準直透鏡30聚焦準直，經(jīng)水樣照射圓柱形外殼36內部所設置的平面反射鏡裝置37，該平面反射鏡裝置37對照射的光反射，反射光經(jīng)水樣傳輸至出射光纖接口 35，由出射光學準直透鏡34聚焦準直，經(jīng)出射傳光光纖8傳輸至光譜儀20，光譜儀20將數(shù)據(jù)傳輸至STM32處理器終端22。STM32處理器終端22將從GPS模塊18和光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21所獲得的數(shù)據(jù)信息，通過控制船載GPRS模塊17與陸地GPRS模塊27進行遠程數(shù)據(jù)通信，使遠程PC機28獲得基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀的地理位置信息和當前水質數(shù)據(jù)信息。
[0026]實施例2:—種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，光纖傳感器采用透射式光纖傳感器的【具體實施方式】
[0027]圖5中，透射式光纖水質傳感，包括十字通外殼45，過濾器40，過濾器固定件41，入射光纖接口 38，出射光纖接口 43，吊環(huán)42，入射光學準直透鏡39，出射光學準直透鏡44組成。十字通外殼45是一個四通結構，橫向和縱向兩端都為外螺紋結構；過濾器固定件41具有內螺紋結構，與縱向兩端外螺紋相吻合。吊環(huán)42對稱位于十字通外殼45中間兩側，方便采用鋼索將透射式光纖傳感器掉入深水中，以免傳光光纖承重。入射傳光光纖9和出射傳光光纖8分別通過光纖接口連接到入射光學準直透鏡39和出射光學準直透鏡44，過濾器40通過過濾器固定件41固定在十字通外殼45縱向兩端。
[0028]一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀采用透射式光纖傳感器工作過程為:光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21中的透射式光纖傳感器根據(jù)圖5所示的各部件連接好，將透射式光纖傳感器用鋼索連接吊環(huán)42放入待測水樣并完全浸沒，由于透射式光纖傳感器縱向兩端固定有了過濾器40，進入透射式光纖傳感器內的水基本不包含大顆粒雜質。STM32處理器終端22控制光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21中的寬帶光源19發(fā)出的光，通過入射傳光光纖9傳輸至入射光纖接口 38，由入射光學準直透鏡39聚焦準直。經(jīng)水樣傳輸至出射光纖接口 43，由出射光學準直透鏡44聚焦準直，經(jīng)出射傳光光纖8傳輸至光譜儀20，光譜儀20將數(shù)據(jù)傳輸至STM32處理器終端22。STM32處理器終端22將從GPS模塊18和光纖水質參數(shù)監(jiān)測器21所獲得的數(shù)據(jù)信息，通過控制船載GPRS模塊17與陸地GPRS模塊27進行遠程數(shù)據(jù)通信，使遠程PC機28獲得基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀的地理位置信息和當前水質數(shù)據(jù)信息。
【權利要求】
1.一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，包括浮標平臺、浮標支架、浮標儀器倉；所述的浮標平臺安裝于浮標支架上；所述的浮標平臺上安裝有天線、警示航標燈、太陽能電池板；其特征在于:所述的浮標儀器倉內安裝有蓄電池、船載GPRS模塊、GPS模塊、光纖水質參數(shù)監(jiān)測器、STM32主處理器終端、回航裝置、起錨裝置；所述的浮標儀器倉外部安裝有防撞條、起錨機、錨鏈和錨，起錨機與起錨裝置相互連接；所述的浮標儀器倉底部安裝有螺旋槳、方向舵，分別連接到所述的回航裝置；所述的光纖水質參數(shù)監(jiān)測器包含寬帶光源、光譜儀、光纖傳感器、入射傳光光纖、出射傳光光纖；光纖傳感器由鋼索掉入水中，寬帶光源連接入射傳光光纖，入射傳光光纖連接光纖傳感器，光纖傳感器連接出射傳光光纖，出射傳光光纖連接光譜儀，光譜儀通過USB數(shù)據(jù)線連接STM32主處理器終端；STM32主處理器終端各端口連接蓄電池、船載GPRS模塊、GPS模塊、警示航標燈、太陽能電池板、回航裝置、天線、起錨裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，其特征在于，所述的防撞條為橡膠制成的防撞條。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，其特征在于，所述的光纖傳感器為反射式光纖傳感器，包括圓柱形外殼，過濾器，過濾器固定件，入射光纖接口，出射光纖接口，平面反射鏡裝置，吊環(huán)，入射光學準直透鏡，出射光學準直透鏡；所述的圓柱形外殼內部有直通的螺紋結構，底部安裝有平面反射鏡裝置；所述的平面反射鏡裝置外部有螺紋，與圓柱形外殼內部直通的螺紋相吻合；所述的圓柱形外殼上的入射光纖接口和出射光纖接口對稱位于圓柱形外殼的兩側，與水平方向呈60°夾角，內側刻有螺紋；所述的入射光學準直透鏡和出射光學準直透鏡前端帶有外螺紋與入射光纖接口和出射光纖接口處內螺紋相吻合；所述的圓柱形外殼的前后和頂部有過濾器；所述的吊環(huán)對稱位于圓柱形外殼上端兩側。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光纖傳感的浮標式水質監(jiān)測儀，其特征在于，所述的光纖傳感器為透射式光纖傳感器，包括十字通外殼，過濾器，過濾器固定件，入射光纖接口，出射光纖接口，吊環(huán)，入射光學準直透鏡，出射光學準直透鏡；所述的十字通外殼是一個四通結構，橫向和縱向兩端都為外螺紋結構；所述的過濾器固定件具有內螺紋結構，與縱向兩端外螺紋相吻合；所述的吊環(huán)對稱位于十字通外殼中間兩側；所述的入射傳光光纖和出射傳光光纖分別通過光纖接口連接到入射光學準直透鏡和出射光學準直透鏡，過濾器通過過濾器固定件固定在十字通外殼縱向兩端。
【文檔編號】G08C17/02GK203798724SQ201420100652
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權日:2014年3月5日
【發(fā)明者】余云森, 李佳, 黃杰, 熊稚莉, 沈為民, 樓俊, 嚴灑灑, 陳烽 申請人:中國計量學院