技术领域
[0001] 本
发明涉及滩涂气象与滩涂
土壤参数监测仪器，尤其涉及一种滩涂生态环境因子监测装置，属于滩涂环境监测技术领域。
背景技术
[0002] 我国沿海湿地地域辽阔，
生物资源十分丰富，特别是沿海湿地处于海陆相交区域，受到物理、化学和生物等多种因素相互影响，是一个生态多样性较高的生态边缘区，对滩涂生态环境进行监测，不仅对保护沿海岸线和维持生态功能有积极意义，而且对沿海资源开发、动
植物保护和耐盐植物研究都具有经济价值和社会意义，以
传感器为核心的滩涂生态环境监测装置在环境保护、滩涂开发、远程监测和农林生产等方面已经得到广泛应用，目前主要有卫星照相法、雷达探测法、定点
采样法和现场测量法等等，构想各有千秋，性能各有优劣，上述方法中有的构造复杂、造价昂贵、难以普及，有的只能监测气象参数，有的只能监测土壤参数，
数据采集不够全面。
发明内容
[0003] 本系统的目的在于提供一种既能监测气象参数，也能监测土壤参数，监测数据相对较为全面的滩涂生态环境因子监测装置。
[0004] 本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：所述装置包括埋管(1)、渗
水环(2)、内管(3)、土壤传感器组(4)、
水泥座(5)、地面(6)、挡格(7)、
手柄(8)、
主板(9)、立杆(10)、进
风网口(11)、下部风桶(12)、中部风桶(13)、上部风桶(14)、出风
扁管(15)、连管(16)、光照度传感器(17)、锥顶(18)、防雨罩(19)、风桶接管(20)、箱盖(21)、
蓄电池(22)、底箱(23)、地表
温度传感器(24)、线管(25)、顶部
支架(26)、风向传感器(27)、第一连轴(28)、弧边环(29)、微型发
电机(30)、风叶(31)、中部支架(32)、轴套(33)、
万向节(34)、底部支架(35)、气温传感器(36)、
湿度传感器(37)、气压传感器(38)、含
氧量传感器(39)、第二连轴(40)、碗口支架(41)、半碗形凹面(42)、光伏板(43)、载波
电路(44)、
整流桥(45)、耦合电容器C1、耦合电容器C2和定向
二极管D1-D12。
[0005] 气温传感器(36)、湿度传感器(37)、气压传感器(38)、含氧量传感器(39)、光照度传感器(17)和主板(9)构成气象参数测量机构，土壤传感器组(4)、地表温度传感器(24)和主板(9)构成土壤参数测量机构，上部风桶(14)、中部风桶(13)、下部风桶(12)和风桶接管(20)构成微涡型风桶机构，风叶(31)和微型发电机(30)构成微型
风力发电机构。
[0006] 滩涂的地面(6)下设有垂直的埋管(1)，埋管(1)上设有按高度均匀分布的五个渗水环(2)，渗水环(2)内嵌有能够渗水且不会滴水的海绵环，埋管(1)内嵌有可插拔的内管(3)，内管(3)上设有按高度均匀分布的五个土壤传感器组(4)，每个土壤传感器组(4)分别与其对应的渗水环(2)对齐且穿入相应的海绵环中。
[0007] 立杆(10)上方设有上部风桶(14)、中部风桶(13)和下部风桶(12)，上部风桶(14)与中部风桶(13)之间以及中部风桶(13)与下部风桶(12)之间均通过风桶接管(20)连接且风桶接管(20)使三只风桶的内腔互相连通，上部风桶(14)的底部、中部风桶(13)的顶部和底部以及下部风桶(12)的顶部和底部均设有弯头朝上或弯头朝下的弧边环(29)，立杆(10)上半部设有进风网口(11)，进风网口(11)底部设为密封且将立杆(10)内管隔断，进风网口(11)顶部与立杆(10)的重合部分设为开口使进风网口(11)顶部与下部风桶(12)底部连通，进风网口(11)的圆柱面部分为网格形的进风口。
[0008] 顶部支架(26)的轴套(33)和中部支架(32)的轴套(33)中穿有垂直的第一连轴(28)，第一连轴(28)顶端设有锥顶(18)和光照度传感器(17)，锥顶(18)的下沿口且在上部风桶(14)顶部的外部设有防雨罩(19)，锥顶(18)一侧设有起风向
舵作用的出风扁管(15)，出风扁管(15)通过连管(16)与锥顶(18)连接且使出风扁管(15)、连管(16)和锥顶(18)三者的内腔连通，顶部支架(26)的轴套(33)下方且靠近第一连轴(28)处设有风向传感器(27)。
[0009] 中部风桶(13)内且在中部支架(32)上方设有内置的微型发电机(30)，微型发电机(30)的
定子设为能够让第一连轴(28)穿过的空心定子，空心定子底端与中部支架(32)的轴套(33)的顶部连接，微型发电机(30)的
转子外部设有四个风叶(31)，底部支架(35)上设有测量气象参数的气温传感器(36)、湿度传感器(37)、气压传感器(38)和含氧量传感器(39)，底部支架(35)中心设有小型轴套且小型轴套中穿有垂直的第二连轴(40)，第二连轴(40)上方设有万向节(34)，第二连轴(40)顶端通过万向节(34)与第一连轴(28)底端连接，第二连轴(40)下方且在进风网口(11)内设有能够跟随第二连轴(40)转动即能够在进风网口(11)内摆动的能随着风向变动进风方向的半碗形凹面(42)，半碗形凹面(42)水平面的开口向上，半碗形凹面(42)的开口内设有俯视图为X形的碗口支架(41)，碗口支架(41)的四
角与半碗形凹面(42)开口的沿口连接，碗口支架(41)的X形中心点与第二连轴(40)底端连接，半碗形凹面(42)垂直面的截口与进风网口(11)的圆柱面内壁平行，半碗形凹面(42)截口的法线方向面对进风方向。
[0010] 有风时，在风力作用下出风扁管(15)的指向顺着风力方向，风力在出风扁管(15)的出风口处形成
负压即产生吸力，在所述的微涡型风桶机构内产生垂直向上的空气气流，驱动风叶(31)转动，带动微型发电机(30)旋转且发电，为
蓄电池(22)充电或为主板(9)提供电源。
[0011] 风向改变时，出风扁管(15)的指向根据风向的改变而改变，出风扁管(15)的转动依次通过连管(16)、锥顶(18)、第一连轴(28)、万向节(34)、第二连轴(40)和碗口支架(41)的传动，使半碗形凹面(42)截口的法线方向随时正对风力方向，外部风力有效进入微涡型风桶机构内。
[0012] 主板(9)下方的地下设有L形线管(25)，线管(25)一端穿过水泥座(5)紧靠于主板(9)下方，线管(25)另一端抵达滩涂环境监测基站，线管(25)内穿有220伏的供电电源线，主板(9)上包含
信号放大与处理电路、电源电路和载波电路(44)，所有传感器的输出端分别通过屏蔽线与主板(9)上信号放大与处理电路中所对应的输入端连接，信号放大与处理电路的输出端与载波电路(44)的输入端连接，载波电路(44)的输出端通过耦合电容器C1和耦合电容器C2分别与线管(25)内的火线和零线连接，载波电路(44)的
输出信号通过供电电源线传输至滩涂环境监测基站，由滩涂环境监测基站的载波接收器和电脑对传输来的载波信号进行解调、放大、处理和分析，并通过显示器、电视墙或LED大屏显示。
[0013] 由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：本装置既能监测气象参数，也能监测土壤参数，监测数据相对较为全面，可应用于农业、林业、渔业和
畜牧业的生产环境监测以及滩涂环境保护和滩涂资源开发等。
附图说明
[0014] 本发明有如下6幅附图：
[0015] 图1是本装置主视图的局部剖视图，图2是本装置上半部分的局部剖视图，图3是本装置上半部分的剖视图，图4是光伏板与部分电源电路连接的原理图，图5是本装置内管和土壤传感器组维护时的状态图，图6是风桶和光伏板的俯视图。
[0016] 附图中所标各数字分别表示如下：
[0017] 1.埋管，2.渗水环，3.内管，4.土壤传感器组，5.水泥座，6.地面，7.挡格，8.手柄，9.主板，10.立杆，11.进风网口，12.下部风桶，13.中部风桶，14.上部风桶，15.出风扁管，
16.连管，17.光照度传感器，18.锥顶，19.防雨罩，20.风桶接管，21.箱盖，22.蓄电池，23.底箱，24.地表温度传感器，25.线管，26.顶部支架，27.风向传感器，28.第一连轴，29.弧边环，
30.微型发电机，31.风叶，32.中部支架，33.轴套，34.万向节，35.底部支架，36.气温传感器，37.湿度传感器，38.气压传感器，39.含氧量传感器，40.第二连轴，41.碗口支架，42.半碗形凹面，43.光伏板，44.载波电路，45.整流桥，46.朝向，C1. 耦合电容器，C2.耦合电容器，D1-D12.定向二极管。
具体实施方式
[0018] 1.下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明，根据图1至图6，所述装置包括埋管(1)、渗水环(2)、内管(3)、土壤传感器组(4)、水泥座(5)、地面(6)、挡格(7)、手柄(8)、主板(9)、立杆(10)、进风网口(11)、下部风桶(12)、中部风桶(13)、上部风桶(14)、出风扁管(15)、连管(16)、光照度传感器(17)、锥顶(18)、防雨罩(19)、风桶接管(20)、箱盖(21)、蓄电池(22)、底箱(23)、地表温度传感器(24)、线管(25)、顶部支架(26)、风向传感器(27)、第一连轴(28)、弧边环(29)、微型发电机(30)、风叶(31)、中部支架(32)、轴套(33)、万向节(34)、底部支架(35)、气温传感器(36)、湿度传感器(37)、气压传感器(38)、含氧量传感器(39)、第二连轴(40)、碗口支架(41)、半碗形凹面(42)、光伏板(43)、载波电路(44)、整流桥(45)、耦合电容器C1、耦合电容器C2和定向二极管D1-D12。
[0019] 2.气温传感器(36)、湿度传感器(37)、气压传感器(38)、含氧量传感器(39)、光照度传感器(17)和主板(9)构成气象参数测量机构，土壤传感器组(4)、地表温度传感器(24)和主板(9)构成土壤参数测量机构，上部风桶(14)、中部风桶(13)、下部风桶(12)和风桶接管(20)构成微涡型风桶机构，风叶(31)和微型发电机(30)构成微型风力发电机构。
[0020] 3.在滩涂的地面(6)上设置水泥座(5)，水泥座(5)上设有底箱(23)，底箱(23)上方设有箱盖(21)，底箱(23)内设有主板(9)和蓄电池(22)，水泥座(5)下方的地下埋有垂直的埋管(1)，埋管(1)的上部穿过水泥座(5)，埋管(1)的地下部分设有按高度均匀分布的五个渗水环(2)，渗水环(2)内嵌有能够渗水且不会滴水的海绵环，埋管(1)内嵌有可插拔的内管(3)，内管(3)上设有按高度均匀分布的五个土壤传感器组(4)，土壤传感器组(4)包括土壤湿度传感器、
盐度传感器和酸
碱度传感器，每个土壤传感器组(4)分别与其对应的渗水环(2)对齐且穿入相应的海绵环中，内管(3)顶部上方设有挡格(7)和手柄(8)，水泥座(5)内穿有地表温度传感器(24)，其敏感部分朝下且插入地下浅层。
[0021] 4.水泥座(5)中心设有垂直的立杆(10)，立杆(10)底部穿过箱盖(21)、底箱(23)和水泥座(5)且部分插入地下，立杆(10)上方设有上部风桶(14)、中部风桶(13)和下部风桶(12)三只风桶，上部风桶(14)与中部风桶(13)之间以及中部风桶(13)与下部风桶(12)之间均通过风桶接管(20)连接且风桶接管(20)使三只风桶内腔互相连通，上部风桶(14)的底部、中部风桶(13)的顶部和底部以及下部风桶(12)的顶部和底部均设有弯头朝上或弯头朝下的弧边环(29)，立杆(10)上半部设有进风网口(11)，进风网口(11)底部设为密封且将立杆(10)内管隔断，进风网口(11)顶部与立杆(10)的重合部分设为开口使进风网口(11)顶部与下部风桶(12)底部连通，进风网口(11)的圆柱面部分为网格形的全方位进风口。
[0022] 5.上部风桶(14)内设有一字形的顶部支架(26)，顶部支架(26)两端均与上部风桶(14)内壁连接，中部风桶(13)内设有俯视图为十字形的中部支架(32)，中部支架(32)四角均与中部风桶(13)内壁连接，中部支架(32)中心和顶部支架(26)中心均设有轴套(33)，顶部支架(26)的轴套(33)和中部支架(32)的轴套(33)中穿有垂直的第一连轴(28)，第一连轴(28)顶端设有锥顶(18)和光照度传感器(17)，锥顶(18)的下沿口且在上部风桶(14)顶部的外部设有防雨罩(19)，锥顶(18)一侧设有起风向舵作用的出风扁管(15)，出风扁管(15)通过连管(16)与锥顶(18)连接且使出风扁管(15)、连管(16)和锥顶(18)三者的内腔连通，顶部支架(26)的轴套(33)下方且靠近第一连轴(28)处设有风向传感器(27)。
[0023] 6.中部风桶(13)内且在中部支架(32)上方设有内置桶内的微型发电机(30)，微型发电机(30)的定子设为能够让第一连轴(28)穿过的空心定子，空心定子底端与中部支架(32)的轴套(33)的顶部连接，微型发电机(30)的转子外部设有四个风叶(31)，下部风桶(12)内设有一字形的底部支架(35)，底部支架(35)两端均与下部风桶(12)内壁连接，底部支架(35)上设有测量气象参数的气温传感器(36)、湿度传感器(37)、气压传感器(38)和含氧量传感器(39)，底部支架(35)中心设有小型轴套且小型轴套中穿有垂直的第二连轴(40)，第二连轴(40)上方设有万向节(34)，第二连轴(40)顶端通过万向节(34)与第一连轴(28)底端连接，第二连轴(40)下方且在进风网口(11)内设有能够跟随第二连轴(40)转动即能够在进风网口(11)内摆动的能随着风向变动进风方向的半碗形凹面(42)，半碗形凹面(42)水平面的开口向上，半碗形凹面(42)的开口内设有俯视图为X形的碗口支架(41)，碗口支架(41)的四角与半碗形凹面(42)开口的沿口连接，碗口支架(41)的X形中心点与第二连轴(40)底端连接，半碗形凹面(42)垂直面的截口与进风网口(11)的圆柱面内壁平行，半碗形凹面(42)截口的法线方向面对进风方向。
[0024] 7.有风时，在风力作用下出风扁管(15)的指向顺着风力方向，风力在出风扁管(15)的出风口处形成负压即产生吸力，在所述的微涡型风桶机构内产生垂直向上的空气气流，气流的前进方向依次为：进风网口(11)、半碗形凹面(42)、立杆(10)顶部、下部风桶(12)、下方的风桶接管(20)、中部风桶(13)、上方的风桶接管(20)、上部风桶(14)、锥顶(18)、连管(16)、出风扁管(15)，微涡型风桶机构内流通的气流驱动风叶(31)转动，带动微型发电机(30)旋转且发电，为蓄电池(22)充电或为主板(9)提供电源，微型发电机(30)兼风速传感器。
[0025] 8.风向改变时，出风扁管(15)的指向根据风向的改变而改变，出风扁管(15)的转动依次通过连管(16)、锥顶(18)、第一连轴(28)、万向节(34)、第二连轴(40)和碗口支架(41)的传动，使半碗形凹面(42)截口的法线方向随时正对风力方向，外部风力有效进入微涡型风桶机构内。
[0026] 9.主板(9)下方的地下设有L形线管(25)，线管(25)一端穿过水泥座(5)紧靠于主板(9)下方，线管(25)另一端抵达滩涂环境监测基站，线管(25)内穿有220伏的供电电源线，主板(9)上包含信号放大与处理电路、电源电路和载波电路(44)，所有传感器的输出端分别通过屏蔽线与主板(9)上信号放大与处理电路中所对应的输入端连接，信号放大与处理电路的输出端与载波电路(44)的输入端连接，载波电路(44)的输出端通过耦合电容器C1和耦合电容器C2分别与线管(25)内的火线和零线连接，载波电路(44)的输出信号通过供电电源线传输至滩涂环境监测基站，由滩涂环境监测基站的载波接收器和电脑对传输来的载波信号进行解调、放大、处理和分析，并通过显示器、电视墙或LED大屏显示。
[0027] 10.主板(9)上的电源电路中设有十二只定向二极管D1-D12，下部风桶(12)上的十二列光伏板(43)的正极分别与十二只定向二极管D1-D12的正极连接，定向二极管D1-D12的负极并接后与蓄电池(22)的正极连接，十二列光伏板(43)的负极并接后与蓄电池(22)的负极连接，上部风桶(14)和中部风桶(13)与下部风桶(12)相应列的光伏板(43)的输出端并联，即相应列的正极与正极连接，相应列的负极与负极连接。
[0028] 11.当三只风桶上十二列光伏板(43)中的某些光伏板有阳光照射且阳光较强，所产生的
电压值较高且大于蓄电池(22)的充电电压值时，这些光伏板向蓄电池(22)充电，与光伏板相应
位置的定向二极管中的充电
电流较大。
[0029] 12.当三只风桶上十二列光伏板(43)中的某些光伏板有阳光照射且阳光较弱，所产生的电压值较低但大于蓄电池(22)的充电电压值时，这些光伏板仍向蓄电池(22)充电，与光伏板相应位置的定向二极管中的充电电流较小。
[0030] 13.当三只风桶上十二列光伏板(43)中的某些光伏板没有阳光照射或侧对或背对阳光，所产生的电压值很低且小于蓄电池(22)的充电电压值时，这些光伏板停止向蓄电池(22)充电，与光伏板相应位置的定向二极管中没有充电电流。
[0031] 14.对于北半球，由早到晚，阳光自东向西围绕所述装置转动，依次照射风桶上的十二列光伏板(43)，十二列光伏板(43)依次产生较高电压且依次通过相应位置的定向二极管向蓄电池(22)充电，由于本装置一经安装其位置是固定的，而光照方向是动态的，动态的阳光照向使半圆形阵列的十二列光伏板(43)之间产生不同的电压值，正对阳光的光伏板(43)所产生的电压值较高，侧对阳光的光伏板(43)所产生的电压值较低，为防止高电压值的光伏板向其他
低电压值的光伏板形成串扰电流，十二列光伏板(43)之间采用十二只定向二极管D1-D12隔离，安装时，朝向(46)面对中午时的阳光方向。
[0032] 15.三只风桶的材质为工程塑料，其朝向阳光的半面均嵌有十二列长方形的平板型光伏板(43)，十二列光伏板在俯视图上组成半圆形，风桶背向阳光的半面为装饰层，其外观
颜色、条纹大小和视觉效果与光伏板一致，采用装饰层的目的是减少风桶上光伏板的用量，提高光伏板的使用效率，降低装置的造价，三只风桶的高度均为0.75-0.82米，外径均为0.42-0.45米，采用本案的风桶和内置发电机的发电结构比现有的外置风叶和外置发电机的小型风力发电结构其外形较为美观。
[0033] 16.出风扁管(15)用于指示风向，其横截面为圆角长方形管状，连管(16)的横截面为圆管状，连管(16)和出风扁管(15)的连接处有形状过渡，出风扁管(15)、锥顶(18)和防雨罩(19)的材质为
铝合金，半碗形凹面(42)的材质为不锈
钢，半碗形凹面(42)的作用有两个：一是半碗形凹面(42)能跟随出风扁管(15)一起转动，指向随风向的改变而改变，其截口的法线始终面对风力方向；二是半碗形凹面(42)能将水平向的进风引导成垂直向的桶内气流，弧边环(29)可在桶内形成微量
涡流，使桶内气流的温度和湿度均匀些。
[0034] 17.土壤传感器组(4)设置在可插拔的内管(3)上便于传感器的维护或更换，渗水环(2)外部的圆柱面为网孔状，便于渗水，五个渗水环(2)分别位于地面(6)下方1米、2米、3米、4米和5米深处，使土壤传感器组(4)能够检测不同深度
地下水的盐度和酸碱度，以及检测盐度和酸碱度按地下深度分布的梯度关系，维护土壤传感器组(4)时，取下底箱(23)上的箱盖(21)，握住手柄(8)从埋管(1)中抽出内管(3)，对相应的传感器进行维护或更换，装回内管(3)时，挡格(7)起
定位作用。
[0035] 18.立杆(10)为空芯管，材质为
镀锌管或
不锈钢，有阳光或有风日时，光伏板或微型风力发电机为蓄电池(22)充电且为主板(9)供电，无阳光或无风力时，蓄电池(22)为主板(9)供电，长时间无阳光和无风力且蓄电池(22)的
电能快耗尽时，滩涂环境监测基站通过线管(25)内的电源线和主板(9)上电源电路中的整流桥(45)为蓄电池(22)充电且为主板(9)提供电源，载波采用间隙式通信，每隔10分钟通信一次，每次20秒内传输完数据，载波信号的
频率为80KHz，载波信号的电压幅度为10Vp-p。
[0036] 19.有阳光且无风日时，日晒在风桶内略形成一点温度后，依靠热空气上升的原理在桶内形成空气上升的动力，外部空气从进风网口(11)进入桶内，桶内空气上升后在出风扁管(15)的出风口处排出，桶内温度越高，热空气上升越快，桶内空气上升的动力越大，从而保证桶内的温度与外部空气的温度基本一致，使风桶起到气象站的
百叶窗效果。
