一种水质监测装置及系统

技术领域

本发明属于水质监测技术领域，具体地说，是涉及一种水质监测装置及系统。

背景技术

随着水产养殖业向现代化水平的发展，工厂化循环水养殖模式作为我国水产养殖业现代化的支撑技术，受到科学研究者和渔业生产部门的高度重视，而工厂化循环水养殖系统为了实现高密度养殖，对水质控制、净化处理方面有了更高的要求，因此，利用水质监测装置对水质的溶解氧、PH值、温度、含氮量等状态进行监测必要且关键。

现今的水产养殖水质监测装置，作业时往往需要人为介入，在手工操作下运行，测量结果受人为影响较大且操作较为复杂，自动化程度低。而且，水质监测探头易受污染而发生老化，影响了其检测精度。

现今的水产养殖水质监测装置，难以实时观测养殖鱼池内的情况，难以将养殖鱼池内的漂浮物（例如死鱼、水面垃圾等）进行及时自动清理，不具备鱼池内的杂物清理功能，智能化程度低。

发明内容

本发明提出了一种水质监测装置，提高了水质检测机构的清洁性。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种水质监测装置，包括：

支撑框架；

移动机构，其固定在所述支撑框架上；

监测机构，其固定在所述移动机构上，在所述移动机构的驱动下移动；

所述监测机构包括水质检测机构、清洗机构；所述水质检测机构伸入水下进行水质检测，检测完成升出水面后，所述清洗机构对所述水质检测机构进行清洗。

进一步的，所述水质检测机构包括：水质检测传感器，用于进行水质检测；伸缩杆，其一端与所述水质检测传感器连接，带动所述水质检测传感器伸入水面或升出水面；所述清洗机构包括：储液箱，其内部储存有清洗液；喷头，其与所述储液箱连通，所述储液箱内的清洗液经喷头喷向所述水质检测传感器。

又进一步的，所述监测机构还包括：摄像头，其用于采集水面图像信息；机械臂，其根据所述摄像头采集到的图像信息进行抓取操作。

更进一步的，所述移动机构包括横向移动机构和纵向移动机构；

所述横向移动机构包括横向载物台、横向导轨、横向驱动机构；所述横向导轨固定在所述支撑框架上，所述横向载物台与所述横向导轨滑动连接，所述横向驱动机构驱动所述横向载物台沿所述横向导轨滑动；

所述纵向移动机构包括纵向载物台、纵向导轨、纵向驱动机构；所述纵向导轨与所述横向导轨垂直，且所述纵向导轨与所述横向载物台固定；所述纵向载物台与所述纵向导轨滑动连接，所述纵向驱动机构驱动所述纵向载物台沿所述纵向导轨滑动；所述监测机构固定在所述纵向载物台上。

再进一步的，所述横向驱动机构包括横向步进电机、横向同步带轮、横向同步带、横向张紧轮；所述横向同步带轮位于所述横向导轨的一端，所述横向张紧轮位于所述横向导轨的另一端，所述横向步进电机的输出轴与所述横向同步带轮连接，所述横向同步带轮通过所述横向同步带与所述横向张紧轮连接；所述横向同步带与所述横向载物台啮合；

所述纵向驱动机构包括纵向步进电机、纵向同步带轮、纵向同步带、纵向张紧轮；所述纵向同步带轮位于所述纵向导轨的一端，所述纵向张紧轮位于所述纵向导轨的另一端，所述纵向步进电机的输出轴与所述纵向同步带轮连接，所述纵向同步带轮通过所述纵向同步带与所述纵向张紧轮连接；所述纵向同步带与所述纵向载物台啮合。

进一步的，在所述横向载物台上开设有两个横向带孔，所述横向同步带穿设两个横向带孔；其中一个横向带孔与横向同步带啮合；在所述纵向载物台上开设有两个纵向带孔，所述纵向同步带穿设两个纵向带孔；其中一个纵向带孔与纵向同步带啮合。

又进一步的，所述横向移动机构还包括横向支杆，所述横向支杆与所述横向导轨固定；所述横向支杆固定在所述支撑框架上；所述纵向移动机构还包括纵向支杆，所述纵向支杆与所述纵向导轨固定；所述纵向支杆固定在所述横向载物台上。

更进一步的，所述支撑框架上设置有若干个横向导向杆，所述横向导向杆与所述横向导轨平行；所述纵向支杆的下端固定有穿设部，所述穿设部上开设有穿射孔，所述穿射孔与所述横向导轨平行；所述横向导向杆穿设所述穿射孔。

再进一步的，所述横向移动机构设置有两个，两个横向移动机构的横向导轨平行且间隔布设；所述纵向导轨的一端固定在其中一个横向移动机构的横向载物台上，所述纵向导轨的另一端固定在另一个横向移动机构的横向载物台上。

基于上述水质监测装置的设计，本发明提出了一种水质监测系统，包括：

所述的水质监测装置；

控制装置，用于控制所述水质监测装置的移动机构运行，驱动所述水质监测装置的监测机构移动到检测位置，然后控制所述水质监测装置的水质检测机构伸入水下进行水质检测，检测完成升出水面后，控制所述水质监测装置的清洗机构对所述水质检测机构进行清洗。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的水质监测装置及系统，通过支撑框架对移动机构和监测机构进行支撑，通过移动机构带动监测机构在养殖池上方移动，可以移动到需要进行水质检测的位置；当需要进行水质检测时，水质检测机构伸入水下进行水质检测，检测完成升出水面后，清洗机构对水质检测机构进行清洗，以提高水质检测机构的清洁性。监测机构还包括摄像头和机械臂；摄像头用于采集水面图像信息；机械臂用于根据摄像头采集到的图像信息进行抓取操作。当监测摄像头检测到养殖池水面上存在杂物时，可通过多自由度抓取机械臂对杂物进行抓取，以起到改善水产养殖环境的作用。摄像头可以用于实时监测养殖池内部的水产品生长情况。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 是本发明所提出的水质监测装置的一种实施例的轴测图；

图2是图1的后视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图3中纵向移动机构的示意图；

图5是图1中纵向导轨的一端的示意图；

图6是图1中纵向导轨的另一端的示意图；

图7是图1中监测机构的示意图；

图8是图7的另一个角度的示意图。

附图标记：

101、桁架；102、多角连接头；103、固定台；104、横向导向杆；

201、横向步进电机；202、横向同步带轮；203、横向电机固定架；204、横向导轨；205、横向同步带；206、横向张紧轮；207、横向载物台；208、横向支杆；209、横向滑台；

301、纵向载物台；302、纵向步进电机；303、纵向同步带轮；304、纵向支杆；305、纵向导轨；306、纵向同步带；307、纵向张紧轮；308、穿设部；

401、储液箱；402、喷头；501、伸缩杆；502、水质检测传感器；

6、机械臂；701、摄像头支架；702、摄像头；8、养殖池。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖”、“横”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提出了一种水质监测装置，主要包括支撑框架、移动机构、监测机构等，参见图1至图8所示。

支撑框架，是由多根桁架101通过多角连接头102连接而成的方形框架，拆装方便。支撑框架固定安装在养殖池8的上方，用于固定支撑移动机构。

移动机构，其固定在支撑框架上，用于驱动监测机构移动。

监测机构，其固定在移动机构上，在移动机构的驱动下移动，包括横向移动和纵向移动。在移动机构的驱动下，监测机构可以移动到养殖池任意位置的上方。

监测机构包括水质检测机构和清洗机构等；水质检测机构用于对养殖池的水质进行检测；当进行水质检测时，水质检测机构伸入水下进行水质检测，检测完成后，水质检测机构升出水面，清洗机构对水质检测机构进行清洗，以保证水质检测机构的清洁性。

本实施例的水质监测装置，通过支撑框架对移动机构和监测机构进行支撑，通过移动机构带动监测机构在养殖池上方移动，可以移动到需要进行水质检测的位置；当需要进行水质检测时，水质检测机构伸入水下进行水质检测，检测完成升出水面后，清洗机构对水质检测机构进行清洗，以保证水质检测机构的清洁性。

在本实施例中，水质检测机构包括多参数水质检测传感器502和电动伸缩杆501；水质检测传感器502用于伸入水下采集水质数据，进行水质检测；伸缩杆501的一端与水质检测传感器502连接，带动水质检测传感器502移动，伸入水面或升出水面。

清洗机构包括储液箱401和喷头402；储液箱401的内部储存有清洗液，清洗液为常用的清洗消毒杀菌液，喷头402与储液箱401连通，储液箱401内的清洗液经喷头402喷出，喷向水质检测传感器502。

当伸缩杆501伸出时，带动水质检测传感器502伸入水下，采集水质数据，进行水质检测；当水质检测完成后，伸缩杆501缩回，带动水质检测传感器502升出水面，喷头402开启，喷出清洗液，喷向水质检测传感器502，对水质检测传感器502进行清洗，以保证水质检测传感器502的清洁度。通过设计电动伸缩杆501、水质检测传感器502，便于对水质检测传感器502的伸入水面和升出水面进行控制；通过设计储液箱401、喷头402，便于对水质检测传感器502进行清洗。

在本实施例中，监测机构还包括摄像头702和机械臂6；摄像头702用于采集水面图像信息；机械臂6用于根据摄像头采集到的图像信息进行抓取操作。当监测摄像头702检测到养殖池水面上存在杂物（如死鱼或水面垃圾）时，可通过多自由度抓取机械臂6对杂物进行抓取，以起到改善水产养殖环境的作用。摄像头702可以用于实时监测养殖池内部的水产品生长情况。

在本实施例中，移动机构包括横向移动机构和纵向移动机构。

横向移动机构主要包括横向载物台207、横向导轨204、横向驱动机构等；横向导轨204固定在支撑框架上，横向载物台207与横向导轨204滑动连接，横向驱动机构驱动横向载物台207沿横向导轨204滑动。

纵向移动机构主要包括纵向载物台301、纵向导轨305、纵向驱动机构等；纵向导轨305与横向导轨204垂直，且纵向导轨305与横向载物台207固定；纵向载物台301与纵向导轨305滑动连接，纵向驱动机构驱动纵向载物台301沿纵向导轨305滑动。

监测机构固定在纵向载物台301上，纵向载物台301沿纵向导轨305滑动，从而实现监测机构的纵向移动；纵向导轨305与横向载物台207固定，横向载物台207沿横向导轨204滑动，从而实现纵向导轨305的横向移动，进而实现监测机构的横向移动。通过设计上述的移动机构，不仅实现了监测机构的纵向移动和横向移动，便于监测机构移动至养殖池需要进行水质监测的位置，而且，结构简单、便于搭建、成本低。

监测机构固定在纵向载物台301上，具体来说：纵向载物台301的一侧固定连接电动伸缩杆501，在电动伸缩杆501的底部固定连接多参数水质检测传感器502；在纵向载物台301靠近电动伸缩杆501的一侧固定连接喷头402，在纵向载物台301靠近喷头402的一侧固定连接储液箱401。在纵向载物台301上远离水质检测传感器502的另一侧固定连接摄像头支架701，在摄像头支架701的下部固定安装摄像头702，在纵向载物台301的上表面固定连接多自由度抓取机械臂6。即，在纵向载物台301的一侧安装有伸缩杆501、水质检测传感器502、储液箱401、喷头402；在纵向载物台301的另一侧安装有摄像头支架701、摄像头702；在纵向载物台301的上表面安装机械臂6，布局合理，既便于进行水质检测，又便于对水面杂物进行抓取。

在本实施例中，横向驱动机构包括横向步进电机201、横向同步带轮202、横向同步带205、横向张紧轮206；横向同步带轮202位于横向导轨204的一端，横向张紧轮206位于横向导轨204的另一端，横向步进电机201的输出轴与横向同步带轮202连接，横向同步带轮202通过横向同步带205与横向张紧轮206连接，横向同步带205的内周面与横向同步带轮202、横向张紧轮206啮合；横向同步带205与横向载物台207啮合。横向步进电机201转动，带动横向同步带轮202转动，横向同步带轮202带动横向同步带205转动，横向同步带205带动横向张紧轮206转动，横向同步带205带动横向载物台207沿横向导轨204滑动。通过设计上述的横向驱动机构，既便于驱动横向载物台207沿横向导轨204滑动，实现监测机构的横向移动，而且，结构简单，性能稳定。

在本实施例中，纵向驱动机构包括纵向步进电机302、纵向同步带轮303、纵向同步带306、纵向张紧轮307；纵向同步带轮303位于纵向导轨305的一端，纵向张紧轮307位于纵向导轨305的另一端，纵向步进电机302的输出轴与纵向同步带轮303连接，纵向同步带轮303通过纵向同步带306与纵向张紧轮307连接，纵向同步带306的内周面与纵向同步带轮303、纵向张紧轮307啮合；纵向同步带306与纵向载物台301啮合。纵向步进电机302转动，带动纵向同步带轮303转动，纵向同步带轮303带动纵向同步带306转动，纵向同步带306带动纵向张紧轮307转动，纵向同步带306带动纵向载物台301沿纵向导轨305滑动。通过设计上述的纵向驱动机构，既便于驱动纵向载物台301沿纵向导轨305滑动，实现监测机构的纵向移动，而且，结构简单，性能稳定。

为了便于横向同步带205带动横向载物台207沿横向导轨204滑动，在横向载物台207上开设有两个横向带孔，两个横向带孔与横向导轨204平行，横向同步带205穿设两个横向带孔；其中一个横向带孔与横向同步带205啮合，另一个横向带孔与横向同步带205不啮合。具体来说，以横向同步带轮202、横向张紧轮206的转动中心轴所在平面为分界面，横向同步带205被划分成第一横向同步半带和第二横向同步半带；第一横向同步半带穿过其中一个横向带孔，与该横向带孔啮合；第二横向同步半带穿过另一个横向带孔，与该横向带孔不啮合。

为了便于纵向同步带306带动纵向载物台301沿纵向导轨305滑动，在纵向载物台301上开设有两个纵向带孔，两个纵向带孔与纵向导轨305平行，纵向同步带306穿设两个纵向带孔；其中一个纵向带孔与纵向同步带306啮合；另一个纵向带孔与纵向同步带306不啮合。具体来说，以纵向同步带轮303、纵向张紧轮307的转动中心轴所在平面为分界面，纵向同步带306被划分成第一纵向同步半带和第二纵向同步半带；第一纵向同步半带穿过其中一个纵向带孔，与该纵向带孔啮合；第二纵向同步半带穿过另一个纵向带孔，与该纵向带孔不啮合。

横向移动机构还包括横向支杆208，横向支杆208与横向导轨204固定，用于固定支撑横向导轨204，提高横向导轨204的稳定性；横向支杆208固定在支撑框架上。横向支杆208的数量可以为多根，如两根。在横向支杆208的下方均匀安装有固定台103，横向支杆208的底端与固定台103的顶端固定，固定台103的底端与支撑框架的顶端固定连接；固定台103可以对横向支杆208起到固定支撑作用。横向载物台207的下部固定有横向滑台209；横向滑台209与横向导轨204滑动连接；横向载物台207位于横向支杆208的上方，与横向支杆208不接触。为了便于安装横向步进电机201，在横向支杆208的一端固定安装横向电机固定架203，在横向电机固定架203上安装横向步进电机201。

纵向移动机构还包括纵向支杆304，纵向支杆304与纵向导轨305固定，用于固定支撑纵向导轨305，提高纵向导轨305的稳定性；纵向支杆304固定在横向载物台207上。纵向支杆304的数量可以为多根，如两根。纵向支杆304的顶端与纵向导轨305的底端固定。

为了提高纵向导轨305在横向移动时的稳定性，支撑框架上设置有若干个等间隔布设的横向导向杆104，横向导向杆104与横向导轨305平行；纵向支杆304的下端固定有穿设部308，穿设部308上开设有穿射孔，穿射孔与横向导轨305平行；横向导向杆104穿设穿射孔。纵向导轨305在横向移动时，横向导向杆104在穿射孔内滑动，横向导向杆104在纵向导轨305横向移动时起到导向作用，保证纵向导轨305横向移动时的稳定性。

为了提高纵向导轨305的横向移动稳定性，横向移动机构设置有两个，两个横向移动机构的横向导轨平行且间隔布设；纵向导轨305的一端固定在其中一个横向移动机构的横向载物台207上，纵向导轨305的另一端固定在另一个横向移动机构的横向载物台207上。纵向支杆304的一端固定在其中一个横向移动机构的横向载物台207上，纵向支杆304的另一端固定在另一个横向移动机构的横向载物台207上。

纵向步进电机302、纵向同步带轮303固定在纵向导轨305的一端，或者固定在其中一个横向移动机构的横向载物台207上；纵向张紧轮307固定在纵向导轨305的另一端，或者固定在另一个横向移动机构的横向载物台207上。

基于上述水质监测装置的设计，本实施例还提出了一种水质监测系统，包括所述的水质监测装置以及控制装置，控制装置控制水质监测装置的运行。

控制装置，用于控制移动机构运行，驱动监测机构移动到检测位置，然后控制水质检测机构伸入水下进行水质检测，检测完成升出水面后，控制清洗机构对水质检测机构进行清洗。

具体来说，控制装置接收用户输入或发送的位置信息，并生成控制信号，控制横向步进电机201、纵向步进电机302转动，进而带动监测机构移动到检测位置；然后控制装置控制伸缩杆501伸出，带动水质检测传感器502伸入水下，采集水质数据，进行水质检测，并将采集到的水质数据发送至控制装置；当水质检测完成后，控制装置控制伸缩杆501缩回，带动水质检测传感器502升出水面，然后控制喷头402开启，喷出清洗液，清洗水质检测传感器502。

摄像头702采集水面图像信息，并将采集到的图像信息发送至控制装置，控制装置根据接收到的图像信息生成抓取指令，控制机械臂6进行抓取操作。

本实施例的水质监测装置及水质监测系统，通过在养殖池的上方搭建桁架式支撑框架，在支撑框架上安装多自由度的移动机构，在移动机构上侧搭载多参数水质检测传感器502、喷头402、摄像头702以及机械臂6等，构建了一套自动化、智能化的水质监测装置及系统，对解决生产实际问题具有重要的现实意义，可有效降低劳动力成本，促进养殖对象良好生长，提高养殖生产效率和效益，具有良好的推广应用前景。本实施例的水质监测装置及系统，适用于养殖池的水质监测环节，也可以用于其他水体监测、死鱼处理等领域。

与常规的水厂养殖用水质监测装置相比，本实施例的水质监测装置及系统，可定时、定量的进行水质监测作业，无需过多的人工干预，自动化、智能化程度高，安装方便、易拆卸。

传统的水质监测探头易受污染而产生老化，本实施例的水质监测装置及系统通过为水质检测传感器502配备了清洗喷头402，能够在水质检测传感器502结束作业后，利用喷头自动为水质检测传感器502进行冲洗，提升了水质监测装置的检测精度和使用寿命。

为水质监测装置配备智能监测摄像头702以及杂物清理机械臂6，智能监测摄像头702可实时监测养殖池内部的水产品生长情况，并且可通过机械臂6对水面异物进行抓取清理，改善了水产养殖环境的作用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。