一种海洋水质自动观测浮标的制作方法

1.本发明属于水体环保设备技术领域，更具体地说，涉及一种海洋水质自动观测浮标。


背景技术：

2.水，是人类生存的必要物质。但由于近代人类工业的迅速发展，牺牲了部分自然环境，如：粉尘污染、噪音污染、水质污染等。其中尤其以水质污染较为严重，水质污染会引起连锁污染，人类饮用的水、植物灌溉的水、自然界循环的水等等，都会被影响。并且部分污染物是无色无味的，仅凭借目视无法判断水体的污染程度。因此，水体污染检测是亟待解决的问题。
3.海洋，是大自然中重要的生态环境，它对地球上所有生物生存以及生存坏境都有极大的影响力。海洋水体的水质净度直接反映了水体的污染度。
4.海洋污染，通常是指人类改变了海洋原来的状态，使海洋生态系统遭到破坏。有害物质进入海洋环境而造成的污染，会损害生物资源，危害人类健康，妨碍捕鱼和人类在海上的其他活动，损坏海水质量和环境质量等。海洋面积辽阔，储水量巨大，因而长期以来是地球上最稳定的生态系统。由陆地流入海洋的各种物质被海洋接纳，而海洋本身却没有发生显著的变化。然而近几十年，随着世界工业的发展，海洋的污染也日趋严重，使局部海域环境发生了很大变化，并有继续扩展的趋势。
5.在部分发展较落后，或环保监管力度不强的沿海城市，存在着将工业废水、生活废水在未经处理的情况下，直接排入海洋中的问题。海洋中的生物在生存环境受到污染后，会大大缩短寿命，并通过食物链、水传播，将海洋中的有害物质浓缩传递给陆地上的人类或其他生物。
6.海洋水体的净度是水质的重要指标之一。海洋水质观测浮标是沿海地区用来检测海洋水体水质的重要工具。现有的海洋水质观测浮标结构复杂、成本高、可持续程度低、不利于民用拓展。
7.因此，设计便捷、简单的可持续水体净度检测设备是十分有必要的。


技术实现要素：

8.1．要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种海洋水质自动观测浮标，它可以实现自动监测所在海域的海水水质情况，通过不同净度海水的比热容不同，对同一温度的物体降温速度不同，来反应所在海域的海水水质情况。
9.2．技术方案为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
10.一种海洋水质自动观测浮标，包括标准模块、检测模块和控制模块。
11.检测模块包括采集箱和采集温杆。
12.采集温杆温度高于待测水体温度。采集箱用于储存采集的海水。采集的海水用于降低采集温杆温度。
13.控制模块包括控制器、电源和采集感温器。
14.采集感温器抵接于采集温杆外端，以此感应采集温杆的温度变化。控制器与采集感温器电性连接，将温度信号转化为电信号。控制器可设定下限温度，下限温度低于采集温杆温度。
15.标准模块用于提供标准水体将采集温杆温度降低至下限温度所用的时间，作为参照标准。
16.标准水体是指标准净度的所在海域的海水。
17.进一步的，受到污染或盐度不足的海水，其比热容量与标准水体的比热容量不同。比热容越大，物体在相同质量和温升时，需要更多热能；比热容越小，物体在相同质量和温升时，需要热能更少。受到污染的海水因溶质成分不同，常见为金属离子等，比热容较标准水体的比热容低。盐度不足的海水因溶质浓度降低，比热容较标准水体的比热容低。
18.进一步的，检测模块还包括采集翻板。采集箱下端开设有采集开口。采集翻板密度小于水体密度。采集翻板转动连接于采集箱下侧内壁，采集翻板外径大于采集开口内径，以使采集翻板在受力平衡的情况下可封闭采集开口。
19.进一步的，当采集箱下沉入待测海域的海水中后，采集翻板受到浮力向上翻转打开，待测海水涌入采集箱中，待测海水装满采集箱后，拉起采集箱后，采集翻板受到采集箱内海水压力以及自身重力向下翻转，并封闭采集开口，采集箱内充满了待测海水。
20.进一步的，采集温杆贯穿采集箱上壁，采集温杆与采集箱固定连接，采集温杆的上端部位于采集箱外，采集温杆的下端部位于采集箱内，采集温杆由比热容在80
‑
500j/（kg*℃）的固体材料制成。
21.进一步的，采集温杆上端部可吸收外界（如太阳光）的温度，采集温杆下端部与待测海水接触后，可对采集温杆降温，降低相同温度的所用时间与待测海水的比热容呈正相关。
22.进一步的，标准模块包括标准水箱和标准温杆。标准水箱内设有标准水体。标准温杆贯穿标准水箱上壁，标准温杆的上端部位于标准水箱外，标准温杆的下端部位于标准水箱内。标准温杆与采集温杆为结构、大小和材质均相同的部件，标准温杆位于采集箱内的体积与采集温杆位于标准水箱内的体积一致。控制模块还包括标准感温器。标准感温器抵接于标准温杆外端，标准感温器与控制器电性连接。
23.进一步的，标准感温器用于感应标准温杆的温度，并将温度信号转化为电信号传递给控制器。
24.进一步的，标准模块还包括密封滑板和标准翻板。密封滑板密度低于待测水体密度。密封滑板滑动连接于标准水箱内壁，密封滑板上侧为容纳腔。容纳腔内设有标准水体，容纳腔容积大于标准水体体积。标准水箱下端开设有标准开口。标准翻板密度小于水体密度。标准翻板转动连接于标准水箱下侧内壁，标准翻板可封闭标准开口，标准翻板始终位于密封滑板下侧。
25.进一步的，当标准水箱下沉入待测海域的海水中后，标准翻板受到浮力向上翻转打开，待测海水涌入标准水箱中，密封滑板受到浮力向上移动，并带动标准水体向上移动，
直至标准水体充满容纳腔，标准水体充满容纳腔103后与标准温杆106自动接触。当检测完毕后，拉起标准水箱，标准翻板受到标准水箱内海水压力以及自身重力向下翻转，并封闭标准开口，使标准水体与标准温杆106保持接触。
26.进一步的，标准水体体积与采集箱容积相等。
27.进一步的，使标准水体与待测海水体积一致，排除干扰因子，使观测结果更精确。
28.进一步的，标准水箱101由比热容80
‑
500j/（kg*℃）的固体材料制成，使标准水体降温更快，缩短两次观测之间的冷却时间。
29.进一步的，采集温杆位于采集箱上侧的上端部和标准温杆位于标准水箱上侧的上端部均涂有吸热涂料。
30.进一步的，使采集温杆和标准温杆吸收太阳光的热量效率更高。
31.进一步的，电源包括逆变器和光伏组件。光伏组件将太阳能吸收转化为电能。逆变器直流电转变为定频定压交流电，为控制器、采集感温器和标准感温器提供电能。
32.进一步的，标准温杆和采集温杆外端均罩设有玻璃罩。玻璃罩呈无色透明。与标准温杆对应的玻璃罩可拆卸连接于标准水箱上端。与采集温杆对应的玻璃罩可拆卸连接于采集箱上端。采集感温器和标准感温器均贯穿对应的玻璃罩。玻璃罩内外保持密封。
33.进一步的，有效避免标准温杆和采集温杆受到海浪冲击或外物撞击造成的损坏问题。
34.进一步的，玻璃罩包括外层罩和内层罩。外层罩和内层罩均呈无色透明。外层罩和内层罩之间设有真空层。
35.进一步的，有效避免标准温杆和采集温杆吸热后又将热量散播到外界的问题，使标准温杆和采集温杆的温度不易发散。
36.进一步的，标准模块为控制器内的设定数字信号组。控制器内设定有：与采集温杆相同的温度，在相同体积、相同温度的标准水体下降温至固定温度所用的时间，该时间为标准时间，标准时间作为时间对比的基准值。
37.3．有益效果相比于现有技术，本发明的优点在于：（1）本发明设置标准模块1和检测模块2；标准模块1用于提供标准水体将标准温杆106温度降低至下限温度所用的时间，作为参照标准；检测模块2用于收集待测海水，并检测待测海水将与标准温杆106温度相同的采集温杆204温度降低至下限温度所用的时间，作为对比数据；通过两者所用时间的不同，判断待测海水与标准水体相比，自身的比热容的大小；由于待测海水的溶质浓度与溶质成分，会直接影响比热容数值，待测海水的盐分超标或含有重金属成分时，比热容数值与标准水体的比热容数值具有明显的降低，从而判断待测海水的受污染程度。本发明具有结构简单的有益效果。
38.（2）本发明采集温杆204和标准温杆106为结构相同的部件，采集温杆204和标准温杆106通过吸收太阳光补充热能，将温度维持在高于待测海水的温度上，具有减少电能消耗，可持续产热，降低能源消耗，绿色清洁无污染的有益效果。
39.（3）本发明标准水体体积与采集箱201的容积相同，当采集箱201内充满待测海水后，标准水体与待测海水体积相同，有效排除因水体体积大小不同，引起的降温速度与理想数值超差，影响实验结果的风险。
40.（4）本发明当采集箱201下沉入待测海域的海水中后，采集翻板203受到浮力向上翻转打开，待测海水涌入采集箱201中，待测海水装满采集箱201后，拉起采集箱201后，采集翻板203受到采集箱201内海水压力以及自身重力向下翻转，并封闭采集开口202，采集箱201内充满了待测海水；具有自动收集待测海水与主动密闭的有益效果。
41.（5）本发明当标准水箱101下沉入待测海域的海水中后，标准翻板105受到浮力向上翻转打开，待测海水涌入标准水箱101中，密封滑板102受到浮力向上移动，并带动标准水体向上移动，直至标准水体充满容纳腔103，标准水体充满容纳腔103后与标准温杆106自动接触。当检测完毕后，拉起标准水箱101，标准翻板105受到标准水箱101内海水压力以及自身重力向下翻转，并封闭标准开口104，使标准水体与标准温杆106保持接触；具有将标准水体与标准温杆106自动接触的有益效果。
42.（6）本发明在标准温杆106和采集温杆204外端均设置玻璃罩4，有效避免受到海浪冲击或外物撞击造成标准温杆106和采集温杆204的损坏问题。
43.（7）本发明玻璃罩4中间设有真空层，有效避免标准温杆106的温度向外发散，造成积温困难的问题。
44.（8）本发明的标准水体与标准温杆106在未进行测量时，处于分离状态，有效保证标准温杆106与采集温杆204温度一致，具有保证检测条件一致的有益效果。
附图说明
45.图1为本发明的具体实施例一的平面结构示意图；图2为本发明的具体实施例一的标准模块的立体剖视结构示意图；图3为本发明的具体实施例一的检测模块的立体剖视结构示意图；图4为本发明的具体实施例一的控制模块的结构示意图；图5为本发明的具体实施例一的入水准备采集待测海水时的平面结构示意图；图6为本发明的具体实施例一的待测海水采集完毕准备检测时的平面结构示意图；图7为本发明的具体实施例一的检测完毕后出水时的平面结构示意图；图8为本发明的具体实施例一的检测模块、标准温杆和采集温杆接收阳光辐射时的示意图；图9为本发明的具体实施例二的部分平面结构示意图；图10为本发明的具体实施例三的玻璃罩的平面剖视结构示意图；图11为本发明的具体实施例四的部分平面结构示意图；图12为本发明的具体实施例五的部分平面结构示意图；图13为本发明的具体实施例六的部分平面结构示意图；图14为本发明的具体实施例八的部分平面结构示意图。
46.图中标号说明：标准模块1、标准水箱101、密封滑板102、容纳腔103、标准开口104、标准翻板105、标准温杆106、检测模块2、采集箱201、采集开口202、采集翻板203、采集温杆204、控制模块3、控制器301、电源302、采集感温器303、标准感温器304、逆变器305、光伏组件306、备用蓄电池307、玻璃罩4、外层罩401、真空层402、内层罩403、浮板5、伸缩电机6。
具体实施方式
47.具体实施例一：请参阅图1
‑
8的一种海洋水质自动观测浮标，包括标准模块1、检测模块2和控制模块3。
48.检测模块2包括采集箱201、采集翻板203和采集温杆204。
49.采集温杆204温度高于待测水体温度。采集箱201用于储存采集的海水。采集的海水用于降低采集温杆204温度。
50.采集温杆204贯穿采集箱201上壁，采集温杆204与采集箱201固定连接，采集温杆204的上端部位于采集箱201外，采集温杆204的下端部位于采集箱201内，采集温杆204由比热容在80
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500j/（kg*℃）的固体材料制成。采集温杆204上端部可吸收外界（如太阳光）的温度，采集温杆204下端部与待测海水接触后，可对采集温杆204降温，降低相同温度的所用时间与待测海水的比热容呈正相关。
51.采集箱201下端开设有采集开口202。采集翻板203密度小于水体密度。采集翻板203转动连接于采集箱201下侧内壁，采集翻板203外径大于采集开口202内径，以使采集翻板203在受力平衡的情况下可封闭采集开口202。当采集箱201下沉入待测海域的海水中后，采集翻板203受到浮力向上翻转打开，待测海水涌入采集箱201中，待测海水装满采集箱201后，拉起采集箱201后，采集翻板203受到采集箱201内海水压力以及自身重力向下翻转，并封闭采集开口202，采集箱201内充满了待测海水。
52.控制模块3包括控制器301、电源302和采集感温器303。
53.采集感温器303抵接于采集温杆204外端，以此感应采集温杆204的温度变化。控制器301与采集感温器303电性连接，将温度信号转化为电信号。控制器301可设定下限温度，下限温度低于采集温杆204温度。
54.电源302包括逆变器305和光伏组件306。光伏组件306将太阳能吸收转化为电能。逆变器305直流电转变为定频定压交流电，为控制器301、采集感温器303和标准感温器304提供电能。
55.标准模块1包括标准水箱101、密封滑板102、标准翻板105和标准温杆106。标准水箱101内设有标准水体。标准水体是指标准净度的所在海域的海水。标准温杆106贯穿标准水箱101上壁，标准温杆106的上端部位于标准水箱101外，标准温杆106的下端部位于标准水箱101内。标准温杆106与采集温杆204为结构、大小和材质均相同的部件，标准温杆106位于采集箱201内的体积与采集温杆204位于标准水箱101内的体积一致。控制模块3还包括标准感温器304。标准感温器304抵接于标准温杆106外端，标准感温器304与控制器301电性连接。标准感温器304用于感应标准温杆106的温度，并将温度信号转化为电信号传递给控制器301。标准模块1将标准温杆106被标准水体降温至设定温度后所用的时间，作为参照标准。
56.密封滑板102密度低于待测水体密度。密封滑板102滑动连接于标准水箱101内壁，密封滑板102上侧为容纳腔103。容纳腔103内设有标准水体，容纳腔103容积大于标准水体体积。标准水箱101下端开设有标准开口104。标准翻板105密度小于水体密度。标准翻板105转动连接于标准水箱101下侧内壁，标准翻板105可封闭标准开口104，标准翻板105始终位于密封滑板102下侧。
57.当标准水箱101下沉入待测海域的海水中后，标准翻板105受到浮力向上翻转打
开，待测海水涌入标准水箱101中，密封滑板102受到浮力向上移动，并带动标准水体向上移动，直至标准水体充满容纳腔103，标准水体充满容纳腔103后与标准温杆106自动接触。当检测完毕后，拉起标准水箱101，标准翻板105受到标准水箱101内海水压力以及自身重力向下翻转，并封闭标准开口104，使标准水体与标准温杆106保持接触。
58.标准水体体积与采集箱201容积相等，使标准水体与待测海水体积一致，排除干扰因子，使观测结果更精确。
59.标准水箱101由比热容80
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500j/（kg*℃）的固体材料制成，使标准水体在与标准温杆106分离后，降温更快，缩短两次观测之间的冷却时间。标准水体降温至与待测海水温度一致后，才能与标准温杆106重新接触，排除干扰因子，使观测结果更精确。
60.受到污染或盐度不足的海水，其比热容量与标准水体的比热容量不同。比热容越大，物体在相同质量和温升时，需要更多热能；比热容越小，物体在相同质量和温升时，需要热能更少。受到污染的海水因溶质成分不同，常见为金属离子等，比热容较标准水体的比热容低。盐度不足的海水因溶质浓度降低，比热容较标准水体的比热容低。
61.采集温杆204位于采集箱201上侧的上端部和标准温杆106位于标准水箱101上侧的上端部均涂有吸热涂料，使采集温杆204和标准温杆106吸收太阳光的热量效率更高。
62.标准水箱101和采集箱201固定连接，标准水箱101和采集箱201为高度一致的部件，即标准水箱101和采集箱201的上端齐平，标准水箱101和采集箱201的下端齐平。使标准水箱101和采集箱201同时入水，同时集水，进而使标准温杆106和采集温杆204同时接触水体降温，使检测结果更精确。
63.标准模块1用于提供标准水体将标准温杆106温度降低至下限温度所用的时间，作为参照标准；检测模块2用于收集待测海水，并检测待测海水将与标准温杆106温度相同的采集温杆204温度降低至下限温度所用的时间，作为对比数据；通过两者所用时间的不同，判断待测海水与标准水体相比，自身的比热容的大小；由于待测海水的溶质浓度与溶质成分，会直接影响比热容数值，待测海水的盐分超标或含有重金属成分时，比热容数值与标准水体的比热容数值具有明显的降低，从而判断待测海水的受污染程度。
64.具体实施例二：在具体实施例一的基础上，请参阅图9的一种海洋水质自动观测浮标，标准温杆106和采集温杆204外端均罩设有玻璃罩4。玻璃罩4呈无色透明，使太阳光依旧可以穿透玻璃罩4，对标准温杆106和采集温杆204进行照射，使标准温杆106和采集温杆204升温。
65.与标准温杆106对应的玻璃罩4可拆卸连接于标准水箱101上端。
66.与采集温杆204对应的玻璃罩4可拆卸连接于采集箱201上端。
67.采集感温器303和标准感温器304均贯穿对应的玻璃罩4。
68.标准温杆106与对应的玻璃罩4保持密封，采集温杆204与对应的玻璃罩4保持密封。有效避免标准温杆106和采集温杆204受到海浪冲击或外物撞击造成的损坏问题。
69.具体实施例三：在具体实施例二的基础上，请参阅图10的一种海洋水质自动观测浮标，玻璃罩4包括外层罩401和内层罩403。
70.外层罩401和内层罩403均呈无色透明。
71.外层罩401和内层罩403之间设有真空层402。有效避免标准温杆106和采集温杆204吸热后又将热量散播到外界的额问题，使标准温杆106和采集温杆204的温度不易发散，
有效增强温度稳定性。
72.具体实施例四：在具体实施例三的基础上，请参阅图11的一种海洋水质自动观测浮标，标准模块1为控制器301内的设定数字信号组。控制器301内设定有：与采集温杆204相同的温度，在相同体积、相同温度的标准水体下降温至固定温度所用的时间，该时间为标准时间，标准时间作为时间对比的基准值。减少了零部件的使用，降低制造成本，数组信号组的标准时间时恒定的，有效降低了对比偏差，使对比结果更精确。
73.具体实施例五：在具体实施例四的基础上，请参阅图12的一种海洋水质自动观测浮标，采集箱201周侧固设有浮板5。浮板5由密度低于水的固体材料制成，如泡沫。浮板5所受的浮力使采集箱201可漂浮于海面上，使采集箱201可成为浮标。
74.控制模块3还包括警示灯（图中未表示），警示灯的启闭通过控制器301控制。警示灯、电源302和控制器301均始终位于海面上。当控制器301通过对比检测数据与标准数据，测得该处海域的海水水质超标时，控制器301控制警示灯闪烁，以通知海域环保人员进行排查和处理。
75.具体实施例六：在具体实施例五的基础上，请参阅图13的一种海洋水质自动观测浮标，控制模块3还包括伸缩电机6，伸缩电机6的输出端与采集箱201连接，伸缩电机6的启闭通过控制器301控制。当需要测量该处海域的海水时，控制器301控制伸缩电机6启动，伸缩电机6带动采集箱201下沉进入海水中收集海水。
76.伸缩电机6是安装在海面上侧的固定平台上的，伸缩电机6输出端伸长时，将采集箱201下压入水，伸缩电机6输出端缩短时，带动采集箱201上浮回位。
77.伸缩电机6在固定平台上设有多个，采集箱201仅有一个，伸缩电机6输出端与采集箱201上端是抵接的，通过采集箱201在水面上的移动，并启动对应的伸缩电机6，可实现在单个采集箱201的情况下，观测多个位置海域的海水水质情况。
78.具体实施例七：与具体实施例六不同的是，伸缩电机6是安装在海底的，伸缩电机6输出端与采集箱201下端固定连接，伸缩电机6输出端缩短时，采集箱201下沉入水，伸缩电机6输出端伸长时，采集箱201上浮回位。
79.伸缩电机6在海底是固定的，伸缩电机6与采集箱201的数量是一一对应的，伸缩电机6输出端与采集箱201至今通过链条连接。
80.使采集箱201摆脱了固定平台的限制，可在更深的海域中进行作业。
81.具体实施例八：在具体实施例六的基础上，请参阅图14的一种海洋水质自动观测浮标，控制模块3还包括备用蓄电池307，备用蓄电池307作为电源302的备用电池，可以在阴雨天阳光不充分的情况下，支持系统的运行，有效延长续航能力。
82.具体实施例九：在具体实施例一的基础上，标准水箱101内设有温度计，温度计的感受端位于箱体内，且始终与标准水体接触，温度计的反馈端位于箱体外，反馈端可显示标准水体的实时温度。在测量待测海水前，先使用测温装置，测量待测海水的温度，在待测海水温度与标准水体温度一致的情况下进行测量，有效保证测量条件的一致性。同时，也有利于判断标准水体和待测海水的温度是否已低于标准温杆106和采集温杆204的温度，有利于判断是否可以进行测量。