技术领域
[0001] 本
发明属于水质监测测技术领域，涉及一种多参数垂向水质
数据采集装置，尤其涉及一种数据变化智能反馈垂向水质数据手动采集装置及使用方法。
背景技术
[0002] 水是
基础性自然资源和战略性经济资源，是人类赖以生存的基本要素，也是社会和经济发展的基本保障。随着社会经济快速发展，在污染超标排放和水资源过度开发的双重压
力下，我国水环境污染问题愈发突显，各级管理部
门和广大群众对水环境保护工作日益重视。了解和掌握水环境状态是水环境保护工作开展的重要基础和基本条件。因此，如何能够全面准确的了解水环境状态，已经成为水资源管理和水环境保护的关键问题。
[0003] 水质监测是掌握和监控水质状态，了解水环境情况的重要手段。水质监测的常规数据主要包括
温度、深度、溶解
氧、Ph、电导率、氧化还原电位、
浊度等指标。随着
电子信息技术的发展和水质
传感器技术的日益完善，依靠水质传感器的常规水质参数原位测量开始逐渐取代传统的人工
采样和实验室监测的测量方式。监测人员将多参数水质检测仪器下放实现水质参数的原位获取。例如，德国Sea&Sun公司CTD90m检测仪可以选择深度间隔模式或者连续模式等测定垂直剖面的深度、温度、pH值、溶解氧、电导率、氧化还原电位、浊度等水质数据，通过连接
笔记本电脑即可现场观察水质参数变化趋势。但其功能较单一、下放过程完全由操作人员自行控制，容易错过水质数据快速变化的区间，采集效率不高，而且监测过程中也容易触底，水质数据的获取完全依赖单个水质传感器，一旦传感器出现故障必然影响检测数据。大连理工大学韩敏等发明的
专利“一种水库多参数水质垂向动态数据采集装置”(公开号：CN105044303A)对多参数水质监测装置进行了改进，能够根据水质各项参数的变化速率调节采样
频率以及采集装置的运动速度，实现多参数水质垂向分布的在线观测，提高了采样
精度和采样效率，但是专利仍然局限于概念阶段，仍然存在设备结构复杂、步进
电机导致下放重量受限、数据采集过程中容易触底、缺少
传感器数据自检等不足。
[0004] 显然，现有的水质监测装置无法真正实现高精度高效率采样，也不具备防止装置触底、传感器数据自检等功能。因此，急需一种高效率，高精度并能够实现传感器故障自检和防触底功能的水质垂向分布数据采集装置。
发明内容
[0005] 本发明致力于解决现有水质垂向分布数据采集装置的不足，通过增加
超声波水下测距传感器、多个水质传感器协同工作、采用智能提示手动下放的下放方式，从而提出一种结构简单，高效率，高精度，智能化并能够实现传感器数据自检和防触底功能的水质垂向分布数据采集装置。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种
浮力补偿式多参数垂向水质数据自动采集装置，主要包括水下监测装置1，升降及控制装置2两部分。
[0008] 所述的水下监测装置1包括两个多参数水质传感器1-1、水质传感器下保护套1-2、
超声波水下测距传感器1-3、线缆连接模
块1-4、传感器上固定片1-5、传感器下固定片1-6、提手1-7。
[0009] 所述的两个多参数水质传感器1-1进行封装实现防水功能。所述的两个多参数水质传感器1-1并排设置，其主体均为圆柱体结构，底端设有各传感器
探头。所述的上固定片1-5和下固定片1-6通过
法兰固定在多参数水质传感器1-1上。所述的水质传感器下保护套
1-2为镂空结构，其周边开孔，底部两端为中间带孔
挡板，底部中间开孔，避免影响超声波水下测距传感器1-3，顶部通过连接
螺栓1-8与下固定片1-6连接，多参数水质传感器1-1底端的各传感器探头位于水质传感器下保护套1-2内。所述的线缆连接模块1-4固定在上固定片
1-5上，位于两个多参数水质传感器1-1中部，多参数水质传感器1-1顶端通过水下连接器与线缆连接模块1-4顶端连接。所述的超声波水下测距传感器1-3固定在下固定片1-6中部，其顶端通过水下连接器与线缆连接模块1-4底端连接。所述的提手1-7为弧形结构，其两端与上固定片1-5端部固接，中部通过拧紧螺栓与承重线缆2-7连接，承重线缆2-7端部与线缆连接模块1-4顶端通过水下连接器连接。
[0010] 所述的超声波水下测距传感器1-3由超声波测距换能器和
信号处理的
单片机封装组成并能够实现防水功能。通过超声波水下测距传感器1-3采集装置与水底的距离数据并通过显示终端2-5实时显示，在装置与水底距离减小到预设数值后，装置开始提升，防止装置触底影响监测数据并保护传感器安全；通过操作显示终端2-5可实现采集装置的自动智能采集。
[0011] 所述的升降及控制装置2包括设备上
支架2-1、设备下支架2-2及其它结构。
[0012] 所述的设备上支架2-1主体由
钢管加工而成，其底端设有
锁紧装置2-8；其侧面设有悬臂，悬臂端部安装用于设备升降的
滑轮；其上部安装升降步进电机2-3、
绞盘2-3、数据蓝牙传输模块2-4、显示终端2-5、电源2-6。所述电源2-6为显示终端2-5供电。
[0013] 绞盘2-3上设有数据蓝牙传输模块2-4，数据蓝牙传输模块2-4用于传输接收的水质数据和与水底的距离数据。所述的绞盘2-3端部设有一个手摇柄和固定孔，在上支架2-1上与该固定孔对应的
位置同样设有一个固定孔，用于插入绞盘固定销轴2-10，阻止绞盘转动；拔出绞盘固定销轴2-10，通过手摇柄能够手动完成装置的下放和回收。所述的承重线缆2-7缠绕于绞盘2-3上穿过滑轮，承重线缆2-7的一端与线缆连接模块1-4顶端连接，另一端与数据蓝牙传输模块2-4相连。
[0014] 所述的显示终端2-5接收数据蓝牙传输模块2-4发送的水质参数数据、水底距离数据和水深数据，绘制水质参数数据的变化曲线，将水深数据变化率转换为下放速度进行显示，并根据各个水质参数变化速率计算得出推荐下放速度，并提示操作人员下放速度需加快、保持或减慢，同时将这些数据、地理位置信息和时间信息保存到显示终端2-5。所述的显示终端2-5显示的水质参数数据是各对应传感器发送的数据均值，并可查询各个传感器测量的具体数值，当同一参数的水质传感器1-1数据结果出现较大分歧时，显示终端2-5显示警告，提示检查对应参数的传感器。
[0015] 所述的设备下支架2-2主体由钢管加工而成，设备下支架2-2上端与设备上支架2-1套接，二者能够相对转动，并通过锁紧装置2-8锁紧；设备下支架2-2侧面设有两个三
角形
支撑架，支撑架与主体钢管之前通过折页连接，能够绕主体钢管转动。所述的支撑架下侧钢管上设有固定槽，底部支撑杆2-9两端固定在三角形支撑架下侧钢管的固定槽上，用于维持设备下支架2-2的稳定和操作人员的站立。
[0016] 上述浮力补偿式多参数垂向水质数据自动采集装置的使用方法，包括以下步骤：
[0017] 步骤1：组装水下监测装置1和升降及控制装置2，操作人员踩在底部支撑杆2-9上，插入绞盘固定销轴2-10，将设备上支架2-1旋转至身侧，将承重线缆2-7和线缆连接模块1-4连接，并锁紧其与提手1-7中部相交处。
[0018] 步骤2：参考显示终端2-5显示的经纬度坐标信息，若到达
指定采样点后，旋转设备上支架2-1使其伸出采样船后，拧紧锁紧装置2-8，同时取出绞盘固定销轴2-10并通过绞盘2-3上摇柄手动下放水下监测装置1，根据显示终端2-5上提示随时调整下放速度，进行水质参数采集。
[0019] 步骤3：在装置自动采集模式的下放过程中，数据蓝牙传输模块2-4实时将水质参数数据发送给显示终端2-5。
[0020] 步骤4：显示终端2-5实时显示水质参数数据、装置与水底距离及下放速度，根据水质数据变化速率计算适宜下放速度与实际速度比较，并显示
加速、保持或减慢提示操作人员，将并将水质参数数据以变化曲线的形式进行绘制、显示。
[0021] 步骤5：在采集水质参数数据的过程中，当两个多参数水质传感器1-1数据结果出现较大分歧时，显示终端2-5显示警告，在完成采样后找出测量结果错误的传感器，在使用数据时剔除错误传感器记录的数据。
[0022] 步骤6：在下放装置接近水底后，提升装置，将装置提升至适宜高度后，插入绞盘固定销轴2-10，并松开锁紧装置2-8，旋转设备上支架2-1使其缩回至采样船内，结束本次监测。
[0023] 本发明的益处与优点在于：通过水质数据变化速率的智能反馈，从而实现水质监测装置下放的操作人员对装置下放速度的合理控制，提升了水质数据采样效率。通过增加超声波水下测距传感器实时测量装置与水底距离并进行反馈，防止装置触底影响测量结果，保护传感器；多个水质传感器协同工作实现传感器数据自检。
附图说明
[0024] 图1是一种浮力补偿式多参数垂向水质数据自动采集装置整体示意图。
[0025] 图2是水下监测装置正视图。
[0026] 图3是水下监测装置(除提手外)俯视图。
[0027] 图4是升降及控制装置正视图。
[0028] 图5是升降及控制装置左视图。
[0029] 图6是设备下支架和底部支撑杆组合后俯视图
[0030] 图中：1水下监测装置；2升降及控制装置；1-1多参数水质传感器；1-2水质传感器下保护套；1-3超声波水下测距传感器；1-4线缆连接模块；1-5上固定片；1-6下固定片；1-7提手；1-8连接螺栓；2-1设备上支架；2-2设备下支架；2-3绞盘；2-4数据蓝牙传输模块；2-5显示终端；2-6电源；2-7承重线缆；2-8锁紧装置；2-9底部支撑杆；2-10绞盘固定销轴。
具体实施方式
[0031] 以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。
[0032] 一种浮力补偿式多参数垂向水质数据自动采集装置，主要包括水下监测装置1，升降及控制装置2两部分。
[0033] 所述的水下监测装置1包括两个多参数水质传感器1-1、水质传感器下保护套1-2、超声波水下测距传感器1-3、线缆连接模块1-4、传感器上固定片1-5、传感器下固定片1-6、提手1-7、连接螺栓1-8。
[0034] 所述的两个多参数水质传感器1-1分别集成一套需获取参数的传感器并进行封装实现防水功能，防护等级满足日常使用的防水需求。所述的两个多参数水质传感器1-1并排设置，其主体均为圆柱体结构，底端设有各传感器探头。所述的上固定片1-5和下固定片1-6通过法兰固定在多参数水质传感器1-1上。所述的水质传感器下保护套1-2为镂空结构，其周边开孔，底部两端为中间带孔挡板，底部中间开孔，避免影响超声波水下测距传感器1-3，顶部通过连接螺栓1-8与下固定片1-6连接，多参数水质传感器1-1底端的各传感器探头位于水质传感器下保护套1-2内，水质传感器下保护套1-2周边开孔便于传感器探头周边
水体的交换。所述的线缆连接模块1-4固定在上固定片1-5中部，两个多参数水质传感器1-1位于线缆连接模块1-4左右两侧；超声波水下测距传感器1-3通过主体中下部的法兰与传感器下固定片1-6连接，位于线缆连接模块1-4下方。所述数水质传感器1-1上端通过水下连接器与线缆连接模块1-4顶端连接，超声波水下测距传感器1-3顶端通过水下连接器与线缆连接模块1-4底端连接。所述的提手1-7为弧形结构，其两端与上固定片1-5端部固接，中部通过拧紧螺栓与承重线缆2-7连接，承重线缆2-7端部与线缆连接模块1-4顶端通过水下连接器连接。
[0035] 所述的线缆连接模块1-4是封装为圆柱形的信号整合装置，防护等级满足日常使用的防水需求，内部通过
电路板将各水质传感器信号整合并由一根线缆输出。
[0036] 所述的超声波水下测距传感器1-3由超声波测距换能器和
信号处理的单片机封装组成并能够实现防水功能。通过超声波水下测距传感器1-3采集装置与水底的距离数据并通过显示终端2-5实时显示，防止装置触底影响监测数据并保护传感器安全。
[0037] 所述的上固定片1-5和下固定片1-6均由
不锈钢板开孔加工而成，上固定片1-5两侧各有一个圆孔与多参数水质传感器1-1主体外径相同，中间有一开孔与线缆连接模块1-4圆柱体外径相同，上固定片1-5上布有与多参数水质传感器1-1上法兰和线缆连接模块1-4钢片上螺孔对应的螺孔；下固定片1-6两侧各有一个圆孔与多参数水质传感器1-1下端带
螺纹圆柱体外径相同，中间有一开孔与超声波水下测距传感器1-3外径相同，下固定片1-6上布有与多参数水质传感器1-1下法兰和超声波水下测距传感器1-3法兰上螺孔对应的螺孔；所述的多参数水质传感器1-1、超声波水下测距传感器1-3和线缆连接模块1-4通过连接螺栓1-8固定在上固定片1-5和下固定片1-6上。
[0038] 所述的升降及控制装置2包括设备上支架2-1、设备下支架2-2、绞盘2-3、数据蓝牙传输模块2-4、显示终端2-5、电源2-6、承重线缆2-7、锁紧装置2-8、底部支撑杆2-9和绞盘固定销轴2-10。
[0039] 所述的设备上支架2-1主体由钢管加工而成，其下端设有锁紧装置2-8；其侧面设有悬臂，悬臂端部安装用于设备升降的滑轮；其上部安装升降步进电机2-3、绞盘2-3、数据蓝牙传输模块2-4、步进电机
驱动器2-6、控制单元2-7、显示终端2-5、电源2-6。所述电源2-6分别为升降步进电机2-3、步进电机驱动器2-6、控制单元2-7、显示终端2-5供电。所述的控制单元2-7分别与步进电机驱动器2-6和显示终端2-5相连。
[0040] 绞盘2-3靠近升降步进电机2-1一侧设有数据蓝牙传输模块2-4。所述的绞盘2-3端部设有一个手摇柄和固定孔，在上支架2-1上与该固定孔对应的位置同样设有一个固定孔，用于插入绞盘固定销轴2-10，阻止绞盘转动；拔出绞盘固定销轴2-10，通过手摇柄能够手动完成装置在水面以上部分的下放和回收。所述的承重线缆2-7缠绕于绞盘2-3上穿过滑轮，承重线缆2-7的一端通过水下连接器与线缆连接模块1-4顶端连接，另一端与数据蓝牙传输模块2-4相连。
[0041] 所述的数据蓝牙传输模块2-4由蓝牙数据发射器和电源封装而成，可将接收的水质数据和与水底的距离数据通过蓝牙向外传输。
[0042] 所述的显示终端2-5接收数据蓝牙传输模块2-4发送的水质参数数据、水底距离数据和水深数据，绘制水质参数数据的变化曲线，将水深数据变化率转换为下放速度进行显示，并根据各个水质参数变化速率计算得出推荐下放速度，并提示操作人员下放速度需加快、保持或减慢，同时将这些数据、地理位置信息和时间信息保存到显示终端2-5。所述的显示终端2-5显示的水质参数数据是各对应传感器发送的数据均值，并可查询各个传感器测量的具体数值，当同一参数的水质传感器1-1数据结果出现较大分歧时，显示终端2-5显示警告，提示检查对应参数的传感器。
[0043] 所述的设备下支架2-2主体由钢管加工而成，设备下支架2-2上端与设备上支架2-1套接，二者能够相对转动，并通过锁紧装置2-8锁紧；设备下支架2-2侧面设有两个三角形支撑架，支撑架与主体钢管之前通过折页连接，能够绕主体钢管自由转动。所述的支撑架下侧钢管上各设有用于固定底部支撑杆2-9的固定槽，所述底部支撑杆2-9由一根钢管两端分别
焊接一个固定片而成，底部支撑杆2-9的两端固定在三角形支撑架下侧钢管的固定槽上，用于维持设备下支架2-2的稳定和操作人员的站立。
[0044] 一种浮力补偿式多参数垂向水质数据自动采集装置的水体垂向水质数据采集具体实施步骤如下：
[0045] 步骤1：组装水下监测装置1和升降及控制装置2，操作人员踩在底部支撑杆2-9上，插入绞盘固定销轴2-10，将设备上支架2-1旋转至身侧，将承重线缆2-7和线缆连接模块1-4连接，并锁紧其与提手1-7中部相交处。
[0046] 步骤2：参考显示终端2-5显示的经纬度坐标信息，若到达指定采样点后，旋转设备上支架2-1使其伸出采样船后，拧紧锁紧装置2-8，同时取出绞盘固定销轴2-10并通过绞盘2-3上摇柄手动下放水下监测装置1，根据显示终端2-5上提示随时调整下放速度，进行水质参数采集。
[0047] 步骤3：在装置自动采集模式的下放过程中，数据蓝牙传输模块2-4实时将水质参数数据发送给显示终端2-5。
[0048] 步骤4：显示终端2-5实时显示水质参数数据、装置与水底距离及下放速度，根据水质数据变化速率计算适宜下放速度与实际速度比较，并显示加速、保持或减慢提示操作人员，将并将水质参数数据以变化曲线的形式进行绘制、显示。
[0049] 步骤5：在采集水质参数数据的过程中，当两个多参数水质传感器1-1数据结果出现较大分歧时，显示终端2-5显示警告，在完成采样后找出测量结果错误的传感器，在使用数据时剔除错误传感器记录的数据。
[0050] 步骤6：在下放装置接近水底后，提升装置，将装置提升至适宜高度后，插入绞盘固定销轴2-10，并松开锁紧装置2-8，旋转设备上支架2-1使其缩回至采样船内，结束本次监测。
[0051] 装置根据水质数据变化速率智能计算出适宜下放速度并提示操作人员，从而实现了装置人工下放过程中的速度智能计算和控制，提高了水质数据采集过程的效率。装置整体结构简单，水下监测装置1和升降及控制装置2可分解运输、现场组装，设备下支架2-2支撑架与主体钢管间使用折页连接，能够绕主体钢管自由转动从而将设备下支架2-2收起，提升了装置的便携性和实用性。
[0052] 以上所述
实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干
变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
