[发明专利]一种基于水体流动的水力多要素监测设备

说明书

一种基于水体流动的水力多要素监测设备，从外至内分别是外壳及内设的缓冲泡沫圈；缓冲泡沫圈内设有集成电路板；集成电路板与下方的电池电连接；集成电路板上侧设有O型橡胶密封圈；流速传感器、波浪传感器、水温传感器分别与集成电路板上设有的RS‑422接口、RS‑232接口、SPI接口连接；LoRa无线通信模块连接在集成电路板上的IPEX接口上；外壳底部设有锚；本设备利用浮力和水流所施加的推动力作为设备驱动力，无需内置动力装置，实现超长时间、超远巡航、非定点、多要素作业。

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，具体涉及一种基于水体流动的水力多要素监测设备。

背景技术

自新中国成立以来，全国已建堤防29万公里，水库从之前的1200多座增加到8.72万座，总库容从约200亿立方米增加到7064亿立方米，调蓄能力不断提高。截至目前，全国已建成各类水库9.8万多座、总库容8983亿立方米，各类河流堤防43万公里，开辟国家蓄滞洪区98处、容积达1067亿立方米，基本建成了江河防洪、城乡供水、农田灌溉等水利基础设施体系。但是，我国水利设施仍较为薄弱，其中水库病险率较高的问题尤为突出。我国大型病险水库约80座，中型病险水库约470座，小型病险水库约1.88万座。因此开展工程检测诊断及除险加固工作刻不容缓。

目前，为开展工程检测诊断及除险加固工作已建立40多家“工程医院”，但面对工程数量多、问题复杂、诊断需迅速等难题，工程医院体系的检测、治疗设备捉襟见肘，特别是对于特定的复杂工程缺乏全生命周期、多要素、实时监测数据，导致病险情缺乏前期的数据积累，难以确诊。

尤其针对水工隧洞高埋深、超长距离、洞径变化多等复杂的全生命周期、多要素、实时监测等关键问题，以及在无通讯与定位信号、流速大且水位变幅剧烈、无法人为巡检的区域，亟需开发一套满足复杂水工隧洞全程体检与监测的自动化、一体式设备，代替人工全洞室巡检，及时发现水工隧洞在运行过程中的病情、险情，为专家团队提供全方位、多要素的监测数据，通过专家团队的综合诊断和科学治疗恢复水工隧洞的安全运行，从而提高工程的运行效率，延长工程的使用寿命。

根据调查，市面上存在的水文要素勘测设备大都运用于大江大河，应用范围单一，仅在有信号区域适用，对于无信号区域仍较为空白；其次，测量设备功能单一，仅可测量水温、波浪和水质等单一水力要素，对于多种要素的实时监测尚不完备；另外，针对具体的实施方式，已拥有的测量设备多为定点静态测量，便携性差，需人工手动监测，成本及使用代价过大。以水下机器人和传统定位浮标为例，水下机器人可以深入地下管道以超0.5米/秒的速度在-30摄氏度到50摄氏度的环境中工作，判断管道泄漏点，检测管道内部是否存在破裂、变形等问题，但其价格昂贵且体积庞大，难以大规模量产，且在一些复杂工程如超长距离的引水隧洞中仍存在着续航问题，难以完成水工隧洞全程巡检的任务；而传统定位浮标搭载了流速传感器及温度传感器，通过卫星传输其采集的定点数据，应用于海洋洋流研究、海洋观测及搜救示踪等领域，但其仅适用于开敞的水域环境，适用范围受限，在高埋深的输水隧洞、地下涵管等弱信号区域无法传输实时数据。因此，无法对弱信号水域进行监测以及无法高效率传输实时数据的通信技术一直是制约水下装备技术发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于水体流动的水力多要素监测设备，主要攻克了无通讯定位信号、流速大且水位变幅剧烈、无法人为巡检的工程隧洞及有压管道等环境的监测难题，同时也完善了对其他水域各种水力要素数据监测的技术体系。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

一种基于水体流动的水力多要素监测设备，包括有外壳，外壳内设有缓冲泡沫圈；缓冲泡沫圈内设有集成电路板；集成电路板与下方的电池电连接；集成电路板上侧设有O型橡胶密封圈；流速传感器、波浪传感器、水温传感器分别与集成电路板上设有的RS-422接口、RS-232接口、SPI接口连接；外壳底部设有锚。

所述的电池采用D-Cell电池组，其电池座由黑色聚丙烯制成。