[發(fā)明專(zhuān)利]一種自巡回式多功能水庫(kù)水情監(jiān)測(cè)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110572889.0
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113447070B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊鑫;沈光澤;劉成棟;張凱;向衍;王亞坤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01D21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01D21/02;G01D11/30;G01D11/24;G01D11/16;G01D11/00;G01S19/14;G05D1/02;B08B1/00;H04N7/18
• 代理公司: 青島致嘉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37236
• 代理人: 李浩成

1.一種自巡回式多功能水庫(kù)水情監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括：動(dòng)力裝置和集成監(jiān)測(cè)裝置，集成監(jiān)測(cè)裝置由濁度監(jiān)測(cè)模塊、電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)模塊、流速監(jiān)測(cè)模塊和水深監(jiān)測(cè)模塊組成；所述的動(dòng)力裝置為監(jiān)測(cè)裝置提供在水中移動(dòng)的動(dòng)力并記錄監(jiān)測(cè)裝置的地理坐標(biāo)，包括一個(gè)控制盒（a1），一個(gè)螺旋槳（a2），一臺(tái)發(fā)電機(jī)（a3），一臺(tái)控制PC機(jī)（a4），一套GPS定位裝置（a5），兩個(gè)轉(zhuǎn)輪固定架（a6），兩個(gè)轉(zhuǎn)輪（a7），一個(gè)鋼絲繩固定架（a8），兩條鋼絲繩（a9），一個(gè)浮力箱（a10）；所述的濁度監(jiān)測(cè)模塊利用感光傳感器測(cè)量散射光束在水中的散射程度實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)水情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括一個(gè)清潔刷轉(zhuǎn)動(dòng)軸（b1），一個(gè)90度感光傳感器（b2），一條感光傳感器數(shù)據(jù)線(xiàn)（b3），一套光信號(hào)數(shù)據(jù)分析裝置（b4），一臺(tái)140度感光傳感器（b5），一個(gè)帶毛的清潔刷（b6），一個(gè)散光凹透鏡（b7），一個(gè)橫向聚光鏡片（b8），兩個(gè)鏡片固定架（b9），一個(gè)黑色遮光器（b10），一個(gè)透明有機(jī)玻璃（b11），兩個(gè)個(gè)感光傳感器圓筒（b12）和一個(gè)凹透鏡圓筒（b13）；所述的電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)測(cè)量溶液電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)水體電導(dǎo)率的監(jiān)測(cè)，包括一個(gè)蓄電池盒開(kāi)關(guān)蓋（c1），一個(gè)蓄電池（c2），一個(gè)低功率迷你水泵（c3），一個(gè)電流計(jì)（c4），一根導(dǎo)水管（c5），一個(gè)濾水網(wǎng)（c6），一根導(dǎo)線(xiàn)（c7），一個(gè)電壓表（c8）和兩個(gè)電表固定鐵片（c9）；所述的流速監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)激光粒子成像技術(shù)進(jìn)行水庫(kù)水體流速監(jiān)測(cè)，包括一個(gè)圖片存儲(chǔ)器（d1），一個(gè)防水外裝盒（d2），一個(gè)相機(jī)外接蓄電池（d3），一個(gè)激光蓄電池（d4），一條激光發(fā)射器電源線(xiàn)（d5），一個(gè)激光發(fā)射器（d6），一個(gè)透明有機(jī)玻璃防水板（d7），一個(gè)聚光凸透鏡（d8），一個(gè)固定支架（d9），一個(gè)60度三角錐（d10），一個(gè)相機(jī)支架（d11），一臺(tái)ccd相機(jī)（d12），一條相機(jī)數(shù)據(jù)線(xiàn)（d13）和一條相機(jī)電源線(xiàn)（d14）；所述的水深監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)測(cè)定聲脈接受器收到聲脈發(fā)射器發(fā)出聲脈沖信號(hào)時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)水體的深度測(cè)量，包括一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（e1），一個(gè)聲脈沖發(fā)射器（e2），一個(gè)聲脈沖接收器（e3）和一條接收器數(shù)據(jù)線(xiàn)（e4）；

所述的濁度監(jiān)測(cè)模塊中，所述的清潔刷轉(zhuǎn)動(dòng)軸（b1）固定在防水外裝盒（d2）上端表面，其材質(zhì)為不銹鋼，其長(zhǎng)度為1~2cm；所述的90度感光傳感器（b2）固定在感光傳感器圓筒（b12）內(nèi)部，內(nèi)部有電源裝置，其工作電壓為3.3~5.5V，其光通量測(cè)量范圍為0~20000lm；所述的兩條感光傳感器數(shù)據(jù)線(xiàn)（b3）分別用于連接90度感光傳感器（b2），140度感光傳感器（b5）與光信號(hào)數(shù)據(jù)分析裝置（b4），其長(zhǎng)度為20~30cm；所述的光信號(hào)數(shù)據(jù)分析裝置（b4）用于存儲(chǔ)感光傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；所述的140度感光傳感器（b5）固定在感光傳感器圓筒（b12）內(nèi)部，內(nèi)部有電源裝置，其工作電壓為3.3~5.5V，其光通量測(cè)量范圍為0~20000lm；所述的帶毛清潔刷（b6）安裝在清潔刷轉(zhuǎn)動(dòng)軸（b1）上，其材質(zhì)為聚酯纖維，其長(zhǎng)度為1~2cm；所述的散光凹透鏡（b7）安裝在凹透鏡圓筒（b13）內(nèi)部，用于對(duì)激光光束的擴(kuò)散，其焦距為30~50mm；所述的橫向聚光鏡片（b8）固定在兩片鏡片固定架（b9）中，用于對(duì)激光光束的聚焦，其焦距為20~50mm；

所述的兩個(gè)鏡片固定架（b9）安裝在黑色遮光器（b10）上，其材質(zhì)為不銹鋼，其厚度為1~2mm；所述的黑色遮光器（b10）安裝在防水外裝盒（d2）內(nèi)部，用于遮蔽外部光束的影響，其材質(zhì)為合成樹(shù)脂；所述的透明有機(jī)玻璃（b11）密封連接在防水外裝盒（d2）邊緣，作為觀測(cè)水體懸濁物的視窗，其厚度為3~5mm；所述的兩個(gè)感光傳感器圓筒（b12）安裝在防水外裝盒（d2）內(nèi)部，用于固定90度感光傳感器（b2）和140度感光傳感器（b5），其材質(zhì)為不銹鋼，厚度為1~2mm；所述的凹透鏡圓筒（b13）安裝在防水外裝盒（d2）內(nèi)部，用于固定散光凹透鏡（b7），其材質(zhì)為不銹鋼，厚度為1~2mm；

所述的動(dòng)力裝置中，所述的控制盒（a1）材質(zhì)為ABS塑料，其長(zhǎng)度為50~80cm，寬度為30~50cm，高度為20~40cm，厚度為1~2cm；所述的螺旋槳（a2）安裝于控制盒（a1）一側(cè)，其功率為20~50馬力；所述的發(fā)電機(jī)（a3）安裝于控制盒內(nèi)，為螺旋槳（a2）提供動(dòng)力，其輸出電壓為220V，功率為3kW~6kW；所述的控制PC機(jī)（a4）安裝于控制盒（a1）內(nèi)，其電源電壓為220V；所述的GPS定位裝置（a5）安裝于控制盒（a1）內(nèi)，實(shí)時(shí)記錄裝置的地理坐標(biāo)；所述的兩個(gè)轉(zhuǎn)輪固定架（a6）材質(zhì)為不銹鋼，安裝于控制盒（a1）下方，其厚度為1~3mm；所述的兩個(gè)轉(zhuǎn)輪（a7）分別固定在兩個(gè)轉(zhuǎn)輪固定架（a6）上，其材料為聚氨酯，其直徑為5~7cm；所述的鋼絲繩固定架（a8）安裝在浮力箱（a10）上，其材質(zhì)為不銹鋼，其厚度為1~2mm；所述的鋼絲繩（a9）材質(zhì)為不銹鋼，一端固定在鋼絲繩固定架（a8），一端連接防水外裝盒（d2），其長(zhǎng)度為2~10m；所述的浮力箱（a10）固定在轉(zhuǎn)輪固定架（a6）下端，為裝置的懸停提供浮力，其材質(zhì)為EVA塑料，其長(zhǎng)度為40~70cm，寬度為20~40cm，高度為15~35cm，厚度為1~1.5cm；

所述的電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)模塊中，所述的蓄電池盒開(kāi)關(guān)蓋（c1）長(zhǎng)度為2~3cm，其寬度為1~2cm，其材料為ABS塑料；所述的蓄電池（c2）用于提供裝置中的電流，其電壓范圍為1~5V；所述的低功率迷你水泵（c3）用于抽放導(dǎo)水管（c5）中的水體樣本，固定在防水外裝盒（d2）上，其工作功率為5V，其工作揚(yáng)程為1~3m；所述的電流計(jì)（c4）固定在電表固定鐵片（c9）上，其量程為1~5A；所述的導(dǎo)水管（c5）存放水體樣本，其材質(zhì)為有機(jī)玻璃，其厚度為2~4mm；所述的濾水網(wǎng)（c6）用于阻擋水體中的雜質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)水管（c5），其材質(zhì)為聚酯纖維；所述的導(dǎo)線(xiàn)（c7）用于連接蓄電池（c2）、電流計(jì)（c4）及電壓表（c8），其長(zhǎng)度為20~30cm；所述的電壓表（c8）用于測(cè)量電路電壓，其量程為1~5V；所述的電表固定鐵片（c9）用于固定電壓表（c8）及電流計(jì)（c4），其厚度為1~2mm；

所述的流速監(jiān)測(cè)模塊中，所述的圖片存儲(chǔ)器（d1）固定在防水外裝盒（d2）內(nèi)部，其內(nèi)存為1~5G；所述的防水外裝盒（d2）材質(zhì)為ABS塑料，其厚度為5~15mm；所述的相機(jī)外接蓄電池（d3）為ccd相機(jī)（d12）提供電源，其容量為1~5AH；所述的激光蓄電池（d4）為激光發(fā)射器（d6）提供電源，其容量為1~5AH；所述的激光發(fā)射器電源線(xiàn)（d5）連接激光蓄電池（d4）和激光發(fā)射器（d6），其長(zhǎng)度為10~30cm；所述的激光發(fā)射器（d6）用于產(chǎn)生激光束，其功率為4kW?~10kW；所述的透明有機(jī)玻璃防水板（d7），其材質(zhì)為有機(jī)玻璃，厚度為4~8mm；所述的聚光凸透鏡（d8）用于對(duì)激光束的聚焦，安裝于固定支架（d9）上，其焦距為40~60mm；

所述的固定支架（d9）用于安裝固定聚光凸透鏡（d8）及60度角錐，其材質(zhì)為不銹鋼，厚度為5~10mm；所述的60度角錐用于對(duì)激光束擴(kuò)散，其擴(kuò)散角度為60度；所述的相機(jī)支架（d11）用于固定ccd相機(jī)（d12），其材質(zhì)為不銹鋼，厚度為5~10mm；所述的ccd相機(jī)（d12）用于拍攝水下高清視頻，600萬(wàn)物理像素，最高拍攝頻率為40fps；所述的相機(jī)數(shù)據(jù)線(xiàn)（d13）連接ccd相機(jī)（d12）和圖片存儲(chǔ)器（d1），其長(zhǎng)度為20~30cm；所述的相機(jī)電源線(xiàn)（d14）連接ccd相機(jī)（d12）和相機(jī)外接蓄電池（d3），其長(zhǎng)度為20~30cm；

所述的水深監(jiān)測(cè)模塊中，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（e1）用于存儲(chǔ)聲脈沖接收器（e3）的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其內(nèi)存為1~5G；所述的聲脈沖發(fā)射器（e2）用于產(chǎn)生聲脈沖信號(hào)，內(nèi)置電源，安裝在固定支架（d9）上，其工作電壓為220V；所述的聲脈沖接收器（e3）安裝于固定支架（d9）上，內(nèi)置電源，其工作電壓為220V；所述的接收器數(shù)據(jù)線(xiàn)（e4）連接聲脈沖接收器（e3）與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（e1），其長(zhǎng)度為20~30cm。

2.一種利用權(quán)利要求1所述的一種自巡回式多功能水庫(kù)水情監(jiān)測(cè)裝置的使用方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）將螺旋槳（a2）與發(fā)電機(jī)（a3）連接，將控制PC機(jī)（a4）和GPS定位裝置（a5）和連接好的螺旋槳（a2）與發(fā)電機(jī)（a3）分別固定在控制盒（a1）中；

（2）將兩個(gè)轉(zhuǎn)輪（a7）分別安裝在兩個(gè)轉(zhuǎn)輪固定架（a6）上，鋼絲繩（a9）固定在浮力箱（a10）中央；將浮力箱（a10）固定在兩個(gè)轉(zhuǎn)輪固定架（a6）下端，再將兩個(gè)轉(zhuǎn)輪固定架（a6）上端安裝在控制盒（a1）底部；

（3）將鋼絲繩（a9）一端固定在鋼絲繩固定架（a8）上，另外一端分別連接電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)模塊和濁度監(jiān)測(cè)模塊部分的防水外裝盒（d2）上端；

（4）將清潔刷轉(zhuǎn)動(dòng)軸（b1）一端安裝在濁度監(jiān)測(cè)模塊防水外裝盒（d2），另一端連接帶毛清潔刷（b6），分別將90度感光傳感器（b2）、140度感光傳感器（b5）安裝在感光傳感器圓筒（b12）一端，再將散光凹透鏡（b7）安裝在凹透鏡圓筒（b13）一端，用感光傳感器數(shù)據(jù)線(xiàn)（b3）連接90度感光傳感器（b2）和140度感光傳感器（b5）至光信號(hào)數(shù)據(jù)分析裝置（b4），將感光傳感器圓筒（b12）固定于透明有機(jī)玻璃（b11）邊緣；

（5）通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)（c7）連接蓄電池（c2），電壓表（c8）和電流計(jì)（c4）形成工作電路，電流計(jì)（c4）和電壓表（c8）均通過(guò)電表固定鐵片（c9）安裝，將低功率迷你水泵（c3）和導(dǎo)水管（c5）安裝在防水外裝盒（d2）上，并將工作電路與導(dǎo)水管（c5）連接，打開(kāi)蓄電池盒開(kāi)關(guān)蓋（c1）裝入蓄電池（c2），在導(dǎo)水管（c5）外部安裝濾水網(wǎng)（c6）；

（6）安裝黑色遮光器（b10），通過(guò)鏡片固定架（b9）將橫向聚光鏡片（b8）安裝于黑色遮光器（b10）中，帶毛的清潔刷（b6）安裝在黑色遮光器（b10）下部；

（7）安裝相機(jī)支架（d11），將ccd相機(jī)（d12）固定在相機(jī)支架（d11）上，分別通過(guò)相機(jī)電源線(xiàn)（d14）和相機(jī)數(shù)據(jù)線(xiàn)（d13）連接ccd相機(jī)（d12）與相機(jī)外接蓄電池（d3）和圖片存儲(chǔ)器（d1），安裝透明有機(jī)玻璃防水板（d7）；

（8）安裝固定支架（d9），將60度三角錐（d10）和聚光凸透鏡（d8）安裝在固定支架（d9）上，將激光發(fā)射器（d6）與激光蓄電池（d4）固定于固定支架（d9）底部，通過(guò)激光發(fā)射器電源線(xiàn)（d5）接通激光蓄電池（d4）與激光發(fā)射器（d6），安裝透明有機(jī)玻璃防水板（d7）；

（9）將聲脈沖接收器（e3）和聲脈沖發(fā)射器（e2）安裝與固定支架（d9）上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（e1）固定在防水外裝盒（d2）底部，通過(guò)接收器數(shù)據(jù)線(xiàn)（e4）連接數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（e1）與聲脈沖接收器（e3）；

（10）將整個(gè)裝置放入水庫(kù)水體中，遠(yuǎn)程控制控制PC機(jī)（a4）對(duì)裝置的移動(dòng)路線(xiàn)進(jìn)行控制，各個(gè)監(jiān)測(cè)模塊開(kāi)始采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)至相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；

（11）監(jiān)測(cè)結(jié)束后，工作人員由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中提取各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合監(jiān)測(cè)裝置移動(dòng)路線(xiàn)構(gòu)建水庫(kù)水情多參數(shù)三維空間監(jiān)測(cè)信息庫(kù)。