本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水體透明度監(jiān)測(cè)裝置、方法以及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水是無(wú)色透明的，當(dāng)水體中含泥沙、微生物、懸浮物、有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象，水的透明度便會(huì)降低。水的透明度降低不但影響感官性狀，還會(huì)影響水生生物的生活。因此水的透明度也是反映水質(zhì)狀況的一項(xiàng)指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)中通常使用塞氏盤(pán)(也稱(chēng)薩氏盤(pán))測(cè)量水體的透明度，塞氏盤(pán)是一塊具有一定直徑的圓盤(pán)，圓盤(pán)被相互垂直的直徑平均分為四個(gè)等份，四個(gè)等份中相對(duì)的兩個(gè)等份被涂成黑色，剩余兩個(gè)相對(duì)的等份被涂成白色，如圖1所示。在測(cè)量時(shí)，選擇一自然水域作為測(cè)定對(duì)象，在水體無(wú)直射光照射處將塞氏盤(pán)緩緩沉入水中，當(dāng)賽氏盤(pán)下沉到恰好看不到盤(pán)面的白色時(shí)，測(cè)量賽氏盤(pán)的下沉深度，此數(shù)據(jù)即代表了水體透明度。使用賽氏盤(pán)測(cè)量水體透明度存在許多問(wèn)題，最直觀的一個(gè)問(wèn)題是，不同視力的測(cè)量者在使用賽氏盤(pán)進(jìn)行測(cè)量時(shí)得出的結(jié)果會(huì)有較大差別，在不同的天氣狀況下，塞氏盤(pán)的測(cè)量結(jié)果也會(huì)存在較大的差別。即使同一水體，在不同的深度，一天中的不同時(shí)刻，不同的氣候溫度下，水體透明度也有較大的差別，使用賽氏盤(pán)進(jìn)行水體透明度測(cè)量會(huì)有較大的測(cè)量誤差。

而水體透明度是描述水體光學(xué)性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，與太陽(yáng)輻射、湖水的理化性質(zhì)、懸浮物組成有著密切的關(guān)系，同時(shí)也是評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)，因此，提供一套測(cè)量水體透明度的裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水體透明度準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地測(cè)量成為值得研究的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種水體透明度監(jiān)測(cè)裝置、方法以及系統(tǒng)。

本發(fā)明的第一方面，提供一種水體透明度監(jiān)測(cè)裝置，所述裝置包括：光電傳感器組裝單元，包含光電傳感器，用于接收來(lái)自水體的光信號(hào)；控制和處理電路，用于提供控制信號(hào)，并處理光電傳感器接收到的信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)和處理電路與所述光電傳感器組裝單元可通信耦合連接；所述光電傳感器組裝單元由至少一種光電傳感器組裝模塊組裝而成。

優(yōu)選地，所述控制和處理電路中設(shè)置無(wú)線通信模塊，用于傳輸所述水體透明度監(jiān)測(cè)裝置獲得的監(jiān)測(cè)信息。

優(yōu)選地，所述水體透明度監(jiān)測(cè)裝置包含第一殼體，所述驅(qū)動(dòng)和處理電路設(shè)置于所述第一殼體內(nèi)。

優(yōu)選地，所述第一殼體包含平衡翼裝置，所述平衡翼裝置用于使所述水體透明度監(jiān)測(cè)裝置處于水體中時(shí)，保持平衡態(tài)。

優(yōu)選地，所述第一殼體包含正方體結(jié)構(gòu)的主體；以及，所述平衡翼裝置包括從所述正方體主體四角向外延伸的四支獨(dú)立的平衡翼。

優(yōu)選地，所述平衡翼的末端設(shè)置有浮力塊。

優(yōu)選地，所述平衡翼的末端設(shè)置有光源。

優(yōu)選地，所述控制和處理電路包含積分單元，用于對(duì)每個(gè)光電傳感器接收到的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行積分。

本發(fā)明的第二方面，提供一種水體透明度監(jiān)測(cè)方法，所述方法包括如下步驟：步驟1：獲取光電傳感器組中各光電傳感器的相對(duì)位置關(guān)系；步驟2：獲取光電傳感器組中的光電傳感器在多個(gè)深度接收到的光強(qiáng)度；步驟3：根據(jù)光電傳感器的相對(duì)位置關(guān)系，基于光在液體介質(zhì)中的傳播原理，獲得水體透明度與傳感器接收到的光強(qiáng)之間的關(guān)系；步驟4：根據(jù)所述水體透明度與傳感器接收到的光強(qiáng)之間的關(guān)系，計(jì)算水體透明度的結(jié)果。

本發(fā)明的第三方面提供一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包含用戶(hù)終端以及前述的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，所述用戶(hù)終端與所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置直接通過(guò)無(wú)線通信連接；或者，所述用戶(hù)終端通過(guò)無(wú)線通信與數(shù)據(jù)處理和控制中心連接，數(shù)據(jù)處理和控制中心通過(guò)無(wú)線傳輸模塊與所述水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置通信連接。

本發(fā)明的有益效果：

一、本發(fā)明提供了一種能夠在水體中穩(wěn)定漂浮的結(jié)構(gòu)，能夠自適應(yīng)地調(diào)節(jié)水體波動(dòng)、水生動(dòng)植物對(duì)測(cè)量裝置的影響，測(cè)量精度高。

二、本發(fā)明利用積分模塊，能夠監(jiān)測(cè)一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)的平均水體透明度監(jiān)測(cè)數(shù)值，結(jié)果精確度高。

三、本發(fā)明利用自帶光源，能夠全天候?qū)崿F(xiàn)對(duì)水體透明度的持續(xù)監(jiān)測(cè)。

四、本發(fā)明提供的模塊式結(jié)構(gòu)，被封裝于各個(gè)模塊中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝配容差性強(qiáng)，使于戶(hù)外長(zhǎng)期工作的較惡劣環(huán)境。

五、本發(fā)明提供的監(jiān)測(cè)裝置，利用無(wú)線通信模塊與數(shù)據(jù)中心無(wú)線通信，能夠有效借助數(shù)據(jù)中心與移動(dòng)終端通信的便利性，使用戶(hù)快捷、方便地獲取特定水體的透明度信息。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明；

圖1是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。

圖2(a)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置。

圖2(b)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的光電傳感器結(jié)構(gòu)圖。

圖2(c)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(a)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的光電傳感器組裝單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(b)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的光電傳感器組裝單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(c)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的光電傳感器組裝單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3(d)是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的光電傳感器組裝單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7(a)是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的光電傳感器組裝單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7(b)是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的光電傳感器組裝單元結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7(c)是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的俯視圖。

圖8是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量方法原理示意圖。

圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量方法原理示意圖。

圖10是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的水體透明度測(cè)量裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

如圖2(a)所示，在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種水體透明度監(jiān)測(cè)裝置，所述裝置包括殼體(未示出)、光電傳感器組裝單元21，纜線22、驅(qū)動(dòng)和處理電路23，所述光電傳感器組裝單元21由若干個(gè)拼接模塊211組成，所述套接模塊211中包含傳光電傳感器212。

如圖2(b)所示，所述套接模塊211中設(shè)置光電傳感器212，光電傳感器212用于接收來(lái)自水體的光，并將接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，基于所述電信號(hào)計(jì)算所述水體透明度。

如圖2(c)所示，纜線22用于實(shí)現(xiàn)所述驅(qū)動(dòng)和處理電路23、與各光電傳感器組裝單元21之間的通信連接。在一個(gè)示例中纜線22包含三條子纜線，三條子纜線呈品字形排列，并形成復(fù)合纜，三條子纜線分別用于對(duì)光電傳感器212接收到的信號(hào)進(jìn)行傳輸，以及對(duì)驅(qū)動(dòng)和處理電路提供的電能進(jìn)行傳輸。

所述光電傳感器組裝單元21由若干個(gè)拼接模塊211組成，在一個(gè)示例中，拼接模塊211具有拼接模塊主體和傳感器接入口，拼接模塊本體包含與其他拼接模塊進(jìn)行組合拼接的接口，這個(gè)接口可以是卡扣-旋槽、按壓式對(duì)準(zhǔn)螺紋等等使得各個(gè)拼接模塊物理連接的接口，本實(shí)施例中不對(duì)接口進(jìn)行具體限定。

如果采用“卡扣-旋槽”結(jié)構(gòu)，則兩個(gè)相鄰的拼接模塊分別具有卡扣和旋槽結(jié)構(gòu)，二者的卡扣扣合之后，二者旋槽相互匹配，并可以發(fā)生相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)生相同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，拼接模塊211上的光電傳感器也隨著模塊的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，如此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水體透明度監(jiān)測(cè)裝置周向的測(cè)量和監(jiān)控。

按壓式對(duì)準(zhǔn)螺紋，則是在所述拼接模塊的兩個(gè)拼接模塊上對(duì)應(yīng)地設(shè)置按壓式對(duì)準(zhǔn)螺紋，在安裝時(shí)，首先通過(guò)按壓使二者的螺紋相互匹配卡合，停止按壓后，螺紋相互壓緊，使二者相互固定，并且可以在周向旋轉(zhuǎn)

如圖3(a)所示，在一個(gè)實(shí)施例中，光電傳感器組裝單元21中包含若干拼接模塊，拼接模塊本體為柱狀，每?jī)蓚€(gè)拼接模塊之間通過(guò)拼裝接口連接。在形狀為柱體的拼裝模塊上設(shè)置有光電傳感器，光電傳感器具有一定的接收視場(chǎng)角。

如圖3(b)所示，在拼接模塊的兩端設(shè)置有插孔，所述插孔用于與設(shè)置于所述拼裝接口上的插頭匹配連接，在插頭插入插孔后，相鄰的拼接模塊和拼裝接口即實(shí)現(xiàn)了電聯(lián)通。

結(jié)合圖3(c)、圖3(d)，拼裝接口包括可相互轉(zhuǎn)動(dòng)的第一部分和第二部分，可轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)連接件連接。當(dāng)插頭和插孔匹配之后，拼接模塊的第一部分和相鄰拼接模塊的第二部分固定連接。水體透明度監(jiān)測(cè)裝置在水體中處于平衡態(tài)時(shí)，平衡翼和第一殼體處于水平面附近，而光電傳感器組裝單元與水平面垂直，且向水面以下延伸，光電傳感器組裝單元中的各個(gè)光電傳感器模塊基本處于同一豎直線上，且每個(gè)光電傳感器與水平面的距離不同。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4-圖6所示，水體透明度監(jiān)測(cè)裝置包括：光電傳感器組裝單元，包含光電傳感器，用于接收來(lái)自水體的光信號(hào)；驅(qū)動(dòng)和處理電路，用于處理光電傳感器接收到的信號(hào)；驅(qū)動(dòng)和處理電路與所述光電傳感器組裝單元可通信耦合連接；光電傳感器組裝單元由至少一種光電傳感器組裝模塊組裝而成。所述驅(qū)動(dòng)和處理電路中設(shè)置無(wú)線通信模塊，用于傳輸所述水體透明度監(jiān)測(cè)裝置獲得的監(jiān)測(cè)信息。監(jiān)測(cè)信息被發(fā)送至數(shù)據(jù)處理和控制中心，數(shù)據(jù)處理和控制中心會(huì)根據(jù)發(fā)送監(jiān)測(cè)信息的監(jiān)測(cè)裝置id，對(duì)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和記錄，在整個(gè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)處理和控制中心會(huì)對(duì)水體中分布的預(yù)定數(shù)量和id的水體透明度監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。當(dāng)用戶(hù)想通過(guò)終端設(shè)備查詢(xún)某處水體的透明度情況時(shí)，可以通過(guò)終端輸入查詢(xún)條件，數(shù)據(jù)處理和控制中心會(huì)根據(jù)查詢(xún)條件進(jìn)行查詢(xún)，并將查詢(xún)結(jié)果返回至用戶(hù)終端，用戶(hù)可以在終端設(shè)備上獲取某個(gè)水域的水體透明度信息，信息可選地包括實(shí)測(cè)信息和一段時(shí)間的歷史記錄信息。用戶(hù)輸入的查詢(xún)條件可以是用戶(hù)的gps定位信息、預(yù)知的裝置id信息、需要查詢(xún)的水域信息等等于查詢(xún)區(qū)域關(guān)聯(lián)的信息。

如圖7(a)、7(b)所示，光電傳感器組裝單元還可以是一組設(shè)置于基材上的光電傳感器組，基材可以是剛性薄板，薄板中包含導(dǎo)電通路。薄板的一面設(shè)置光電傳感器，并且在薄板表面涂覆透明防水材料。絕緣材料可以是透明樹(shù)脂、透明的防水漆等等。圖7(a)中，可以通過(guò)通孔，也可以通過(guò)凹槽預(yù)留光電傳感器的安裝位置，安裝位置內(nèi)側(cè)具有光電傳感器電接觸裝置，點(diǎn)接觸裝置與薄板中的導(dǎo)電通路連接。

基材還可以是柔性材料，柔性材料可以卷曲，以使得光電傳感器朝向不同的方向，例如，柔性材料可以卷曲為

在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線通信模塊包括但不限于：藍(lán)牙、zigbee、gsm、cdma、wcdma、cdma2000、wifi、lte等等。

所述水體透明度監(jiān)測(cè)裝置包含第一殼體，所述驅(qū)動(dòng)和處理電路設(shè)置于所述第一殼體內(nèi)。平衡翼裝置用于在水體透明度監(jiān)測(cè)裝置位于水中時(shí)，保持裝置在水體中處于平衡狀態(tài)。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖7(c)所示，所述第一殼體包含正方體結(jié)構(gòu)的主體；以及，所述平衡翼裝置包括從所述正方體主體四角向外延伸的四支獨(dú)立的平衡翼。所述四支平衡翼的質(zhì)心處于同一平面，并且與殼體的質(zhì)心處于同一平面。

在另一些實(shí)施例中，所述第一殼體的形狀還可以是球形、圓柱形、多面體形狀等等，平衡翼數(shù)量也不限于四個(gè)，可以是以第一殼體為中心向外伸展的三個(gè)、五個(gè)、六個(gè)、七個(gè)、八個(gè)等等。當(dāng)然，平衡翼的數(shù)量不同，其在第一殼體外的排布方式也不同。例如，如果平衡翼的數(shù)量為三個(gè)，則三個(gè)平衡翼在自上向下的俯視平面內(nèi)呈三角形狀排布；如果平衡翼的數(shù)量為八個(gè)，則八個(gè)平衡翼在自上向下的俯視平面內(nèi)呈蜘蛛肢節(jié)的形狀向外發(fā)散伸展排布。

在另一些實(shí)施例中，平衡翼的端部設(shè)置有浮力塊，浮力塊用于為裝置提供浮力，當(dāng)水體透明度測(cè)量裝置因?yàn)轱L(fēng)浪發(fā)生側(cè)傾時(shí)，平衡翼一端的浮力塊因?yàn)楦×ψ饔茫瑫?huì)為裝置提供回復(fù)到平衡裝置的浮力，以保證平衡翼和第一殼體處于水平面附近，而光電傳感器組裝單元與水平面垂直，且向水面以下延伸，光電傳感器組裝單元中的各個(gè)光電傳感器模塊基本處于同一豎直線上，進(jìn)而保證裝置測(cè)量結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性。

裝置會(huì)因?yàn)樗参锏睦p繞而處于傾斜態(tài)，在一個(gè)示例中，單個(gè)平衡翼是具有第一殼體具有一傾角的扇葉結(jié)構(gòu)，多個(gè)平衡翼組成轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu),當(dāng)出現(xiàn)纏繞現(xiàn)象時(shí)，平衡翼會(huì)在波浪的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而使裝置脫離水生植物的纏繞。

在一個(gè)示例中，平衡翼浮球端還設(shè)置有l(wèi)ed光源，用于根據(jù)光電傳感器感測(cè)到的周?chē)h(huán)境光強(qiáng)判斷是否啟用自有光源。如果周?chē)h(huán)境光強(qiáng)小于預(yù)定閾值，則啟動(dòng)led光源，傳感器接收l(shuí)ed光源發(fā)出的光，并根據(jù)接收到的光強(qiáng)計(jì)算水體透明度。led光源的加入，能夠使裝置能夠在夜晚、陰天等光電傳感器無(wú)法正常工作的環(huán)境測(cè)量水體透明度。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)裝置在陰天或者背景光較弱的環(huán)境下工作時(shí)，利用積分器分別對(duì)每個(gè)光電傳感器獲得的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行積分，以獲得

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例還提供一種水體透明度監(jiān)測(cè)方法，如圖8-11所示，4個(gè)傳感器探頭分別記為第一探頭、第二探頭、第三探頭和第四探頭，其中第一探頭與水體表面的具體為d0,四個(gè)探頭距離為d1-d3，四個(gè)探頭接收到的光強(qiáng)分別為ez0,ez1,ez2,ez3，根據(jù)光在液體介質(zhì)中的傳播原理，衰減系數(shù)與光強(qiáng)之間的關(guān)系可以用下式表示：

其中，e1和e2分別為傳感器在第一深度z1和第二深度接z2收到的光強(qiáng)度，δz＝z2-z1為兩個(gè)位置的深度差，對(duì)等式兩邊取對(duì)數(shù)，可以得到：

lne2=-kdδz+ln(e1)

根據(jù)上式可以類(lèi)推得到，對(duì)于第i個(gè)傳感器，其接收到的光強(qiáng)度為ei，那么光強(qiáng)度于光衰減系數(shù)之間的關(guān)系為：

lnei=-kdδz+constant

基于上述原理，以裝置包含4個(gè)傳感器為例，水體內(nèi)光衰減度按照下式計(jì)算：

基于第一、二組傳感器測(cè)量得到的光衰減系數(shù)：

基于第二、三組傳感器測(cè)量得到的光衰減系數(shù)：

基于第三、四組傳感器測(cè)量得到的光衰減系數(shù)：

最后使用平均值來(lái)計(jì)算水體透明度：

以陽(yáng)光直射模型為例，即不考慮陽(yáng)光傾斜入射對(duì)于透明度測(cè)量的影響，計(jì)算水體透明度。當(dāng)然，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，相鄰傳感器之間的距離z可以相同，也可以不同。

在實(shí)際的的測(cè)量過(guò)程中，裝置的傳感器數(shù)量不限于四個(gè)，并且傳感器之間的布置方式也不限于自上而下的豎直方向。

本發(fā)明還提供一種水體透明度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)包含光源，用于全天候持續(xù)監(jiān)測(cè)水體的透明度，并基于該指標(biāo)反饋水體的理化性質(zhì)、懸浮物組成以及水體富營(yíng)養(yǎng)化的程度。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。