一种水力发电式径流自动监测装置的制造方法
一种水力发电式径流自动监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及流域面源污染径流监测技术领域，更具体地，设及一种水力发电式径 流自动监测装置。
【背景技术】
[0002] 目前，流域面源污染是水体污染的重要来源，流域内农业生产用水、居民生活污水 通过地表径流的方式排入地表水体，导致重要湖泊、水库等富营养化，区域生态环境质量下 降等问题。通过面源径流污染监测，可W明确不同条件下面源污染的程度，从而针对相应的 防治措施。
[0003] 常规的流域面源污染的径流监测是在流域产生降雨并形成地表径流时，由监测人 员携带水质仪、流速仪等赶到现场进行测量和记录。由于流域位置偏远，导致面源径流监测 不及时，如要求监测人员提前赶赴现场等待，则加大了人力和财力的投入。同时，传统的降 雨量数据来源于当地气象或环保部口，其监测点位置与流域位置具有空间差异，导致降雨 量数据产生误差。另一方面，人工的径流流量读数也会产生误差，因此，研究一种实时、精确 的流域面源污染径流的自动监测装置，实现监测数据的存储和远程传输，对于流域面源污 染防控具有重要意义。已有的一些径流自动监测装置大都采取太阳能电池板的方式进行设 备的野外供电，该方式在遇到雨季时难W给设备提供足够的电能，导致设备无法正常运转， 因此，需要通过其他的途径为设备提供电能。
[0004] 综上所述，如何在克服已有流域面源污染径流难W实时监测、监测误差较大，较大 的人力投入等问题的同时，最大限度解决设备在野外的供电需求，节约装置用电，成为目前 需要解决的技术问题。
【发明内容】
[000引针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种水力发电式径流自动监测装置，其目的 在于通过水力产生的电能为装置供电，为装置进行径流水质和流量的自动监测提供除了太 阳能W外的能源保障，本发明在进行径流监测时，流入的水流带动装置内部的水轮机，水轮 机带动水力发电机产生电流，电流控制器对产生的电流进行控制，从而实现对装置的蓄电 池进行稳定的充电，可W提供除了太阳能发电板W外的电能来源。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了一种水力发电式径流自动监测装置，包括径流 入口套，控制模块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙日，水轮机，水力发 电机，电流控制器，蓄电池，太阳能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器和壳体;所述壳 体为空屯、管状结构，包括第一空屯、管、第二空屯、管和第Ξ空屯、管;所述第一空屯、管和所述第 Ξ空屯、管呈水平状，所述第二空屯、管呈斜坡状且分别与所述第一空屯、管和所述第二空屯、管 连接;所述径流入口套设置在所述第一空屯、管中未与所述第二空屯、管连接的那一端，且与 所述第一空屯、管密封连接;所述控制模块设置在所述第一空屯、管外，用于对径流进行监测 并对监测的数据进行存储和传输;所述雨量计设置在所述第一空屯、管外，用于对降雨量进 行监测;所述多参数水质监测仪设置在所述第一空屯、管内，用于对经过径流入口流入的径 流进行水质监测;所述格栅设置在所述第一空屯、管内，且位于所述多参数水质监测仪后方 和所述雨量计的下方，用于对流入的径流中的砂石进行拦截，防止水轮机受到砂石的损害； 所述雨量计与所述格栅通过冲洗连接孔相通;所述排沙口设置在所述格栅的下方;所述水 轮机设置在所述第Ξ空屯、管内，且靠近所述第Ξ空屯、管与所述第二空屯、管连接的那一端； 所述散热防护罩设置在所述第Ξ空屯、管外，所述水力发电机、所述电流控制器和所述蓄电 池均位于所述散热防护罩内部;所述太阳能发电板位于所述散热防护罩的上方，所述太阳 能发电板用于将太阳能转化为电能，并通过所述电流控制器产生稳定的电流对所述蓄电池 供电；所述流速计和所述液位传感器均设置在所述第Ξ空屯、管内且靠近出口处，所述流速 计用于监测流速;所述液位传感器用于监测径流液面高度。
[0007] 更进一步地，径流入口套由高强度、伸缩性好的材料制成，可在其材料弹性形变内 适应不同形状及大小的径流排水口。
[0008] 更进一步地，所述控制模块的外壳为坚固、防腐蚀材料制成。
[0009] 更进一步地，壳体底部的截面为矩形、正方形或直角朝下的等腰直角Ξ角形。
[0010] 更进一步地，流速计和所述液位传感器均通过设置在壳体内部的数据线与所述控 制模块进行数据传输。
[0011] 更进一步地，控制模块，所述雨量计，所述多参数水质监测仪，所述流速计和所述 液位传感器均通过设置在所述壳体内部的电源线由所述蓄电池供电。
[0012] 更进一步地，在径流监测时，流入的水流带动所述水轮机，所述水轮机带动水力发 电机产生电流，所述电流控制器对产生的电流进行控制，从而达到对所述蓄电池进行稳定 的充电。进而实现本装置除了太阳能W外的电力来源。
[0013] 更进一步地，当完成径流监测后，连接所述雨量计和所述格栅的所述冲洗连接孔 打开，排沙口也同时打开，所述雨量计中的雨水从冲洗连接孔流到格栅，实现对格栅的冲 洗，砂石通过排沙口排出。
[0014] 更进一步地，可通过所述控制模块设置径流监测的最低工作阔值(比如，可设置雨 量记录的数值高于5毫米，液位传感器有读数时长超过5分钟），那么当雨量计记录的数值达 到5毫米，且液位传感器有读数时间达到5分钟时，多参数水质监测仪和所述流速计才开始 运行，最大限度地排除人为干扰的同时节省能源。
[0015] 本发明通过水力产生的电能为装置提供除了太阳能W外的电力;为防止装置的水 轮机受到砂石损坏，设置格栅进行防护;为了使格栅不堵塞，利用雨量计里的雨水对格栅 上附着的砂石进行清理;蓄电池、电流控制器、发电机运些发热单元由坚固防腐蚀的散热防 护罩提供保护;控制模块除了进行监测程序设计、数据存储与远程传输W外，还可W设置本 装置的最低工作阔值，从而尽可能节省装置能耗。W上设计为本装置尽可能地进行径流的 野外无人值守自动监测提供保障。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置结构示意图。
[0017] 图2为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置中控制模块的结构示意 图。
[0018] 图3为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置中壳体底部横截面图， 其中：（a)为矩形截面，（b)为正方形截面，（C)为直角朝下的等腰直角Ξ角形截面。
[0019] 图4为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置中数据线路布置示意 图。
[0020] 图5为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置中电源线路布置示意 图。
[0021] 图6为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 本发明设及一种水力发电式径流自动监测装置，主要用于流域面源污染的径流自 动监测。具体地，提供了一种水力发电式径流自动监测装置;在装置进行径流监测时，流入 装置的水流带动装置内部的水轮机，水轮机带动水力发电机产生电流，电流控制器对产生 的电流进行控制，实现对装置的蓄电池进行稳定的充电，从而使装置获得除了太阳能发电 板W外的电能来源。
[0024] 本发明提供了 一种水力发电式径流自动监测装置，装置包括径流入口套，控制模 块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙口，水轮机，水力发电机，电流控制 器，蓄电池，太阳能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器，壳体。所述的径流入口套，控 制模块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙口，水轮机，水力发电机，电流 控制器，蓄电池，太阳能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器均与壳体相连。其中，径流 入口套，控制模块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙口位于装置上部分； 径流入口套由高强度、伸缩性好的材料制成，可在其材料弹性形变内适应不同形状及大小 的径流排水口，径流入口套通过密封方法与壳体相连;控制模块具备径流监测程序设计、数 据存储，数据传输功能，控制模块外壳为坚固、防腐蚀材料制成，操作人员可通过装置的控 制模块设置径流监测的最低工作阔值，即装置的雨量计记录的数值在达到设计值，同时液 位传感器的读数持续设计时长时，装置的多参数水质监测仪和流速计才开始运行，最大限 度地排除人为干扰的同时节省能源。雨量计位于壳体上方，可对降雨量进行监测；多参数水 质仪位于壳体上部的内部，可对流入装置的径流进行水质监测;格栅位于多参数水质监测 仪后方、雨量计的下方，格栅与雨量计通过冲洗连接孔相通。格栅可对流入装置的径流中的 砂石进行拦截;排沙口位于格栅下方，当本装置完成每一次径流监测后，连接雨量计和格栅 的冲洗连接孔打开，排沙口亦同时打开，雨量计中的雨水从冲洗连接孔流到格栅，砂石则通 过排沙口排出本装置，实现对格栅的冲洗。水轮机，水力发电机，电流控制器，蓄电池，太阳 能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器位于装置下部分。其中，水轮机位于壳体内部下 方，水力发电机、电流控制器和蓄电池均位于散热防护罩内部，径流监测时，流入装置的水 流带动水轮机，水轮机带动水力发电机产生电流，电流控制器对产生的电流进行控制，从 而实现对蓄电池进行稳定地充电；太阳能发电板位于散热防护罩上方，太阳能发电板把太 阳能转化为电能，通过电流控制器产生稳定的电流对蓄电池供电。散热防护罩用坚固、防腐 蚀、散热性好的材料制成，从而确保、散热防护罩内的、水力发电机、电流控制器和蓄电池能 顺利散热，保证正常工作;流速计和液位传感器位于壳体内部接近出口处，用来对径流的流 速和液面高度进行监测。雨量计，多参数水质监测仪，蓄电池，流速计和液位传感器均通过 壳体内部的数据线与控制模块进行数据传输。控制模块，雨量计，多参数水质监测仪，流速 计和液位传感器均通过壳体内部的电源线由蓄电池供电。
[0025] 本发明的优点是:通过水力产生的电能为装置提供除了太阳能W外的电力；设置 格栅对水轮机进行防护，同时，为了使格栅不堵塞，利用雨量计里的雨水对格栅上附着的砂 石进行清理;蓄电池、电流控制器、发电机运些发热单元由坚固防腐蚀的散热防护罩提供保 护和散热的需要;控制模块除了进行监测程序设计、数据存储与远程传输W外，还可W设置 本装置的最低工作阔值，从而尽可 能节省装置能耗。W上设计为本装置尽可能地进行径流 的野外无人值守自动监测提供保障。
[0026] 下面结合附图对本发明进行进一步说明。
[0027] 如图1所示，一种水力发电式径流自动监测装置，该装置由径流入口套1，控制模块 2，雨量计3，多参数水质监测仪4，冲洗连接孔5，格栅6，排沙口 7，水轮机8，水力发电机9，电 流控制器10，蓄电池11，太阳能发电板12，散热防护罩13，流速计14，液位传感器15和壳体16 组成；其中，壳体16为空屯、管状结构，呈型，壳体16的上段和下段呈水平状态，壳体的中 段呈斜坡状态，径流监测时，水流先流入壳体16的上段，通过壳体16的中段，再从壳体16的 下段流出；径流入口套1，控制模块2,雨量计3,多参数水质监测仪4,冲洗连接孔5,格栅6， 排沙口 7位于装置上部分;径流入口套1由高强度、伸缩性好的材料制成，可在其材料弹性形 变内适应不同形状及大小的径流排水口，径流入口套1通过密封方法与壳体16相连;控制模 块2由径流监测程序子模块2-1、数据存储子模块2-2，数据传输模块2-3Ξ个子模块组成，其 中，径流监测程序子模块2-1负责径流监测程序的设定，数据存储子模块2-2负责径流监测 数据存储，其存储介质为硬盘或者数据存储卡，数据传输子模块2-3负责径流监测数据的对 外传输，其对外数据远程传输是利用移动通讯网络(Mobi 1 e Communi cations)实现，数据拷 贝通过USB化niversal Serial Bus)端口实现），如图2所示，控制模块2的Ξ个子模块通过 数据线互相连接实现信息的传递。控制模块2外壳为坚固、防腐蚀材料制成;雨量计3位于壳 体16上方，可对降雨量进行监测；多参数水质仪4位于壳体16上部的内部，可对流入装置的 径流进行水质监测;格栅6位于多参数水质监测仪4后方，雨量计3的下方，格栅6与雨量计3 通过冲洗连接孔5相通;格栅6可对流入装置的径流中的砂石进行拦截，防止水轮机8受到砂 石的损害;排沙口 7位于格栅6的下方。
[002引水轮机8,水力发电机9,电流控制器10,蓄电池11，太阳能发电板12,散热防护罩 13,流速计14,液位传感器15位于装置下部分;其中，水轮机8位于壳体16内部下方，水力发 电机9、电流控制器10和蓄电池11均位于散热防护罩13内部，径流监测时，流入装置的水流 带动水轮机8,水轮机带动水力发电机产生电流，电流控制器10对产生的电流进行控制，从 而实现对蓄电池11进行稳定的充电；太阳能发电板12位于散热防护罩13上方，太阳能发电 板12把太阳能转化为电能，通过电流控制器10产生稳定的电流对蓄电池11供电；散热防护 罩13用坚固、防腐蚀、散热性好的材料制成，从而确保散热防护罩13内的水力发电机9、电流 控制器10和蓄电池11能顺利散热、正常工作;流速计14和液位传感器15位于壳体16内部接 近出口处，流速计14用来监测流速，液位传感器15用来监测径流液面高度。本装置在进行安 装时，应保持壳体16出口水平。
[0029] 如图3所示，壳体16底部的截面为矩形、正方形或直角朝下的等腰直角Ξ角形。当 壳体16底部的截面为矩形，如图3(a)时，或者正方形，如图3(b)时，通过装置的径流流量为 流速计14记录的数值乘W液位传感器15记录的数值，再乘W壳体16底部截面的内长；当壳 体16底部的截面为直角朝下的等腰直角Ξ角形，如图3(c)时，通过装置的径流流量为流速 计14记录的数值乘W液位传感器15记录的数值的平方。
[0030] 如图4所示，雨量计3，多参数水质监测仪4,蓄电池11，流速计14和液位传感器15均 通过壳体16内部的数据线（图3中虚线)与控制模块2进行数据传输。
[0031 ]如图5所示，控制模块2，雨量计3，多参数水质监测仪4,流速计14和液位传感器15 均通过壳体16内部的电源线（图4中带箭头的粗虚线，箭头表示供电方向），由蓄电池11供 电，水力发电机9和太阳能发电板12发的电通过电流控制器10后，对蓄电池11进行稳定地充 电，图4中带箭头的细虚线表示充电路径和方向。
[0032] 如图6所示，装置在进行安装和程序设定、充足电后的一次完整的径流监测流程 为：
[0033] 首先装置为待机状态，只有当雨量计3数值达到工作阔值和液位传感器15读数持 续到一定时间时，本装置多参数水质仪4、流速计14才开始进行径流水质和流速的监测，否 则装置继续待机;本径流监测过程中，雨量计3、多参数水质仪4、流速计14和液位传感器15 依照控制模块2设定的监测频率，将数据传给控制模块2并存储;径流监测后，控制模块2通 过移动通讯网络(Mobile Communications)将数据传给指定的客户端，格栅6与雨量计3相 连的冲洗连接孔5开启，排沙口开启7，雨量计3中胆存的雨水对格栅6进行冲洗，砂石通过排 沙口 7流出装置;冲洗完毕后冲洗连接孔5和排沙口 7关闭，装置待机。
[0034] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，包括径流入口套（1)，控制模块 (2)，雨量计(3)，多参数水质监测仪(4)，冲洗连接孔(5)，格栅(6)，排沙口（7)，水轮机(8)， 水力发电机(9)，电流控制器（10)，蓄电池（11)，太阳能发电板（12)，散热防护罩（13)，流速 计（14)，液位传感器(15)和壳体(16); 所述壳体（16)为空心管状结构，包括第一空心管、第二空心管和第三空心管;所述第一 空心管和所述第三空心管呈水平状，所述第二空心管呈斜坡状且分别与所述第一空心管和 所述第二空心管连接； 所述径流入口套（1)设置在所述第一空心管中未与所述第二空心管连接的那一端，且 与所述第一空心管密封连接； 所述控制模块(2)设置在所述第一空心管外，用于对径流进行监测并对监测的数据进 行存储和传输； 所述雨量计(3)设置在所述第一空心管外，用于对降雨量进行监测； 所述多参数水质监测仪(4)设置在所述第一空心管内，用于对经过径流入口流入的径 流进行水质监测； 所述格栅(6)设置在所述第一空心管内，且位于所述多参数水质监测仪(4)后方和所述 雨量计(3)的下方，用于对流入的径流中的砂石进行拦截，防止水轮机(8)受到砂石的损害； 所述雨量计(3)与所述格栅(6)通过冲洗连接孔(5)相通； 所述排沙口（ 7)设置在所述格栅(6)的下方； 所述水轮机(8)设置在所述第三空心管内，且靠近所述第三空心管与所述第二空心管 连接的那一端； 所述散热防护罩（13)设置在所述第三空心管外，所述水力发电机(9)、所述电流控制器 (10)和所述蓄电池（11)均位于所述散热防护罩(13)内部;所述太阳能发电板(12)位于所述 散热防护罩（13)的上方，所述太阳能发电板（12)用于将太阳能转化为电能，并通过所述电 流控制器(10)产生稳定的电流对所述蓄电池(11)供电； 所述流速计（14)和所述液位传感器（15)均设置在所述第三空心管内且靠近出口处，所 述流速计（14)用于监测流速;所述液位传感器(15)用于监测径流液面高度。2. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述径流入口套 (1) 由高强度、伸缩性好的材料制成，可在其材料弹性形变内适应不同形状及大小的径流排 水口。3. 如权利要求1或2所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述控制模块 (2) 的外壳为坚固、防腐蚀材料制成。4. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述壳体（16)底部 的截面为矩形、正方形或直角朝下的等腰直角三角形。5. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述流速计（14)和 所述液位传感器（15)均通过设置在壳体(16)内部的数据线与所述控制模块(2)进行数据传 输。6. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述控制模块(2)， 所述雨量计(3)，所述多参数水质监测仪(4)，所述流速计（14)和所述液位传感器（15)均通 过设置在所述壳体(16)内部的电源线由所述蓄电池(11)供电。7. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，在径流监测时，流 入的水流带动所述水轮机(8)，所述水轮机(8)带动水力发电机产生电流，所述电流控制器 (10)对产生的电流进行控制，从而达到对所述蓄电池(11)进行稳定的充电。8. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于， 当完成径流监测后，连接所述雨量计(3)和所述格栅(6)的所述冲洗连接孔(5)打开，排 沙口（7)也同时打开，所述雨量计(3)中的雨水从冲洗连接孔(5)流到格栅(6)，实现对格栅 (6)的冲洗，砂石通过排沙口（7)排出。9. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，可通过所述控制模 块(2)设置径流监测的最低工作阈值，当雨量计(3)记录的数值达到所述最低工作阈值时， 且液位传感器(15)的读数为预设的时长时，所述多参数水质监测仪(14)和所述流速计（15) 才开始运行，最大限度地排除人为干扰的同时节省能源。
【专利摘要】本发明公开了一种水力发电式径流自动监测装置，主要用于小流域面源污染径流的自动监测。本系统由径流入口套，控制模块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙口，水轮机，水力发电机，电流控制器，蓄电池，太阳能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器和壳体组成。本发明通过水力产生的电能为装置提供除了太阳能以外的电力；为防止装置的水轮机受到砂石损坏，设置格栅进行防护；为了使格栅不堵塞，利用雨量计里的雨水对格栅上附着的砂石进行清理；蓄电池、电流控制器、发电机这些发热单元由坚固防腐蚀的散热防护罩提供保护；控制模块除了进行监测程序设计、数据存储与远程传输以外，还可以设置本装置的最低工作阈值，从而尽可能节省装置能耗。以上设计为本装置尽可能地进行径流的野外无人值守自动监测提供保障。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105486839
【申请号】CN201511003497
【发明人】冯奇, 杜耘, 薛怀平, 肖飞
【申请人】中国科学院测量与地球物理研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月29日
【技术领域】
[0001] 本发明设及流域面源污染径流监测技术领域，更具体地，设及一种水力发电式径 流自动监测装置。
【背景技术】
[0002] 目前，流域面源污染是水体污染的重要来源，流域内农业生产用水、居民生活污水 通过地表径流的方式排入地表水体，导致重要湖泊、水库等富营养化，区域生态环境质量下 降等问题。通过面源径流污染监测，可W明确不同条件下面源污染的程度，从而针对相应的 防治措施。
[0003] 常规的流域面源污染的径流监测是在流域产生降雨并形成地表径流时，由监测人 员携带水质仪、流速仪等赶到现场进行测量和记录。由于流域位置偏远，导致面源径流监测 不及时，如要求监测人员提前赶赴现场等待，则加大了人力和财力的投入。同时，传统的降 雨量数据来源于当地气象或环保部口，其监测点位置与流域位置具有空间差异，导致降雨 量数据产生误差。另一方面，人工的径流流量读数也会产生误差，因此，研究一种实时、精确 的流域面源污染径流的自动监测装置，实现监测数据的存储和远程传输，对于流域面源污 染防控具有重要意义。已有的一些径流自动监测装置大都采取太阳能电池板的方式进行设 备的野外供电，该方式在遇到雨季时难W给设备提供足够的电能，导致设备无法正常运转， 因此，需要通过其他的途径为设备提供电能。
[0004] 综上所述，如何在克服已有流域面源污染径流难W实时监测、监测误差较大，较大 的人力投入等问题的同时，最大限度解决设备在野外的供电需求，节约装置用电，成为目前 需要解决的技术问题。
【发明内容】
[000引针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种水力发电式径流自动监测装置，其目的 在于通过水力产生的电能为装置供电，为装置进行径流水质和流量的自动监测提供除了太 阳能W外的能源保障，本发明在进行径流监测时，流入的水流带动装置内部的水轮机，水轮 机带动水力发电机产生电流，电流控制器对产生的电流进行控制，从而实现对装置的蓄电 池进行稳定的充电，可W提供除了太阳能发电板W外的电能来源。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了一种水力发电式径流自动监测装置，包括径流 入口套，控制模块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙日，水轮机，水力发 电机，电流控制器，蓄电池，太阳能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器和壳体;所述壳 体为空屯、管状结构，包括第一空屯、管、第二空屯、管和第Ξ空屯、管;所述第一空屯、管和所述第 Ξ空屯、管呈水平状，所述第二空屯、管呈斜坡状且分别与所述第一空屯、管和所述第二空屯、管 连接;所述径流入口套设置在所述第一空屯、管中未与所述第二空屯、管连接的那一端，且与 所述第一空屯、管密封连接;所述控制模块设置在所述第一空屯、管外，用于对径流进行监测 并对监测的数据进行存储和传输;所述雨量计设置在所述第一空屯、管外，用于对降雨量进 行监测;所述多参数水质监测仪设置在所述第一空屯、管内，用于对经过径流入口流入的径 流进行水质监测;所述格栅设置在所述第一空屯、管内，且位于所述多参数水质监测仪后方 和所述雨量计的下方，用于对流入的径流中的砂石进行拦截，防止水轮机受到砂石的损害； 所述雨量计与所述格栅通过冲洗连接孔相通;所述排沙口设置在所述格栅的下方;所述水 轮机设置在所述第Ξ空屯、管内，且靠近所述第Ξ空屯、管与所述第二空屯、管连接的那一端； 所述散热防护罩设置在所述第Ξ空屯、管外，所述水力发电机、所述电流控制器和所述蓄电 池均位于所述散热防护罩内部;所述太阳能发电板位于所述散热防护罩的上方，所述太阳 能发电板用于将太阳能转化为电能，并通过所述电流控制器产生稳定的电流对所述蓄电池 供电；所述流速计和所述液位传感器均设置在所述第Ξ空屯、管内且靠近出口处，所述流速 计用于监测流速;所述液位传感器用于监测径流液面高度。
[0007] 更进一步地，径流入口套由高强度、伸缩性好的材料制成，可在其材料弹性形变内 适应不同形状及大小的径流排水口。
[0008] 更进一步地，所述控制模块的外壳为坚固、防腐蚀材料制成。
[0009] 更进一步地，壳体底部的截面为矩形、正方形或直角朝下的等腰直角Ξ角形。
[0010] 更进一步地，流速计和所述液位传感器均通过设置在壳体内部的数据线与所述控 制模块进行数据传输。
[0011] 更进一步地，控制模块，所述雨量计，所述多参数水质监测仪，所述流速计和所述 液位传感器均通过设置在所述壳体内部的电源线由所述蓄电池供电。
[0012] 更进一步地，在径流监测时，流入的水流带动所述水轮机，所述水轮机带动水力发 电机产生电流，所述电流控制器对产生的电流进行控制，从而达到对所述蓄电池进行稳定 的充电。进而实现本装置除了太阳能W外的电力来源。
[0013] 更进一步地，当完成径流监测后，连接所述雨量计和所述格栅的所述冲洗连接孔 打开，排沙口也同时打开，所述雨量计中的雨水从冲洗连接孔流到格栅，实现对格栅的冲 洗，砂石通过排沙口排出。
[0014] 更进一步地，可通过所述控制模块设置径流监测的最低工作阔值(比如，可设置雨 量记录的数值高于5毫米，液位传感器有读数时长超过5分钟），那么当雨量计记录的数值达 到5毫米，且液位传感器有读数时间达到5分钟时，多参数水质监测仪和所述流速计才开始 运行，最大限度地排除人为干扰的同时节省能源。
[0015] 本发明通过水力产生的电能为装置提供除了太阳能W外的电力;为防止装置的水 轮机受到砂石损坏，设置格栅进行防护;为了使格栅不堵塞，利用雨量计里的雨水对格栅 上附着的砂石进行清理;蓄电池、电流控制器、发电机运些发热单元由坚固防腐蚀的散热防 护罩提供保护;控制模块除了进行监测程序设计、数据存储与远程传输W外，还可W设置本 装置的最低工作阔值，从而尽可能节省装置能耗。W上设计为本装置尽可能地进行径流的 野外无人值守自动监测提供保障。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置结构示意图。
[0017] 图2为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置中控制模块的结构示意 图。
[0018] 图3为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置中壳体底部横截面图， 其中：（a)为矩形截面，（b)为正方形截面，（C)为直角朝下的等腰直角Ξ角形截面。
[0019] 图4为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置中数据线路布置示意 图。
[0020] 图5为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置中电源线路布置示意 图。
[0021] 图6为本发明实施例提供的水力发电式径流自动监测装置的工作流程图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 本发明设及一种水力发电式径流自动监测装置，主要用于流域面源污染的径流自 动监测。具体地，提供了一种水力发电式径流自动监测装置;在装置进行径流监测时，流入 装置的水流带动装置内部的水轮机，水轮机带动水力发电机产生电流，电流控制器对产生 的电流进行控制，实现对装置的蓄电池进行稳定的充电，从而使装置获得除了太阳能发电 板W外的电能来源。
[0024] 本发明提供了 一种水力发电式径流自动监测装置，装置包括径流入口套，控制模 块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙口，水轮机，水力发电机，电流控制 器，蓄电池，太阳能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器，壳体。所述的径流入口套，控 制模块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙口，水轮机，水力发电机，电流 控制器，蓄电池，太阳能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器均与壳体相连。其中，径流 入口套，控制模块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙口位于装置上部分； 径流入口套由高强度、伸缩性好的材料制成，可在其材料弹性形变内适应不同形状及大小 的径流排水口，径流入口套通过密封方法与壳体相连;控制模块具备径流监测程序设计、数 据存储，数据传输功能，控制模块外壳为坚固、防腐蚀材料制成，操作人员可通过装置的控 制模块设置径流监测的最低工作阔值，即装置的雨量计记录的数值在达到设计值，同时液 位传感器的读数持续设计时长时，装置的多参数水质监测仪和流速计才开始运行，最大限 度地排除人为干扰的同时节省能源。雨量计位于壳体上方，可对降雨量进行监测；多参数水 质仪位于壳体上部的内部，可对流入装置的径流进行水质监测;格栅位于多参数水质监测 仪后方、雨量计的下方，格栅与雨量计通过冲洗连接孔相通。格栅可对流入装置的径流中的 砂石进行拦截;排沙口位于格栅下方，当本装置完成每一次径流监测后，连接雨量计和格栅 的冲洗连接孔打开，排沙口亦同时打开，雨量计中的雨水从冲洗连接孔流到格栅，砂石则通 过排沙口排出本装置，实现对格栅的冲洗。水轮机，水力发电机，电流控制器，蓄电池，太阳 能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器位于装置下部分。其中，水轮机位于壳体内部下 方，水力发电机、电流控制器和蓄电池均位于散热防护罩内部，径流监测时，流入装置的水 流带动水轮机，水轮机带动水力发电机产生电流，电流控制器对产生的电流进行控制，从 而实现对蓄电池进行稳定地充电；太阳能发电板位于散热防护罩上方，太阳能发电板把太 阳能转化为电能，通过电流控制器产生稳定的电流对蓄电池供电。散热防护罩用坚固、防腐 蚀、散热性好的材料制成，从而确保、散热防护罩内的、水力发电机、电流控制器和蓄电池能 顺利散热，保证正常工作;流速计和液位传感器位于壳体内部接近出口处，用来对径流的流 速和液面高度进行监测。雨量计，多参数水质监测仪，蓄电池，流速计和液位传感器均通过 壳体内部的数据线与控制模块进行数据传输。控制模块，雨量计，多参数水质监测仪，流速 计和液位传感器均通过壳体内部的电源线由蓄电池供电。
[0025] 本发明的优点是:通过水力产生的电能为装置提供除了太阳能W外的电力；设置 格栅对水轮机进行防护，同时，为了使格栅不堵塞，利用雨量计里的雨水对格栅上附着的砂 石进行清理;蓄电池、电流控制器、发电机运些发热单元由坚固防腐蚀的散热防护罩提供保 护和散热的需要;控制模块除了进行监测程序设计、数据存储与远程传输W外，还可W设置 本装置的最低工作阔值，从而尽可 能节省装置能耗。W上设计为本装置尽可能地进行径流 的野外无人值守自动监测提供保障。
[0026] 下面结合附图对本发明进行进一步说明。
[0027] 如图1所示，一种水力发电式径流自动监测装置，该装置由径流入口套1，控制模块 2，雨量计3，多参数水质监测仪4，冲洗连接孔5，格栅6，排沙口 7，水轮机8，水力发电机9，电 流控制器10，蓄电池11，太阳能发电板12，散热防护罩13，流速计14，液位传感器15和壳体16 组成；其中，壳体16为空屯、管状结构，呈型，壳体16的上段和下段呈水平状态，壳体的中 段呈斜坡状态，径流监测时，水流先流入壳体16的上段，通过壳体16的中段，再从壳体16的 下段流出；径流入口套1，控制模块2,雨量计3,多参数水质监测仪4,冲洗连接孔5,格栅6， 排沙口 7位于装置上部分;径流入口套1由高强度、伸缩性好的材料制成，可在其材料弹性形 变内适应不同形状及大小的径流排水口，径流入口套1通过密封方法与壳体16相连;控制模 块2由径流监测程序子模块2-1、数据存储子模块2-2，数据传输模块2-3Ξ个子模块组成，其 中，径流监测程序子模块2-1负责径流监测程序的设定，数据存储子模块2-2负责径流监测 数据存储，其存储介质为硬盘或者数据存储卡，数据传输子模块2-3负责径流监测数据的对 外传输，其对外数据远程传输是利用移动通讯网络(Mobi 1 e Communi cations)实现，数据拷 贝通过USB化niversal Serial Bus)端口实现），如图2所示，控制模块2的Ξ个子模块通过 数据线互相连接实现信息的传递。控制模块2外壳为坚固、防腐蚀材料制成;雨量计3位于壳 体16上方，可对降雨量进行监测；多参数水质仪4位于壳体16上部的内部，可对流入装置的 径流进行水质监测;格栅6位于多参数水质监测仪4后方，雨量计3的下方，格栅6与雨量计3 通过冲洗连接孔5相通;格栅6可对流入装置的径流中的砂石进行拦截，防止水轮机8受到砂 石的损害;排沙口 7位于格栅6的下方。
[002引水轮机8,水力发电机9,电流控制器10,蓄电池11，太阳能发电板12,散热防护罩 13,流速计14,液位传感器15位于装置下部分;其中，水轮机8位于壳体16内部下方，水力发 电机9、电流控制器10和蓄电池11均位于散热防护罩13内部，径流监测时，流入装置的水流 带动水轮机8,水轮机带动水力发电机产生电流，电流控制器10对产生的电流进行控制，从 而实现对蓄电池11进行稳定的充电；太阳能发电板12位于散热防护罩13上方，太阳能发电 板12把太阳能转化为电能，通过电流控制器10产生稳定的电流对蓄电池11供电；散热防护 罩13用坚固、防腐蚀、散热性好的材料制成，从而确保散热防护罩13内的水力发电机9、电流 控制器10和蓄电池11能顺利散热、正常工作;流速计14和液位传感器15位于壳体16内部接 近出口处，流速计14用来监测流速，液位传感器15用来监测径流液面高度。本装置在进行安 装时，应保持壳体16出口水平。
[0029] 如图3所示，壳体16底部的截面为矩形、正方形或直角朝下的等腰直角Ξ角形。当 壳体16底部的截面为矩形，如图3(a)时，或者正方形，如图3(b)时，通过装置的径流流量为 流速计14记录的数值乘W液位传感器15记录的数值，再乘W壳体16底部截面的内长；当壳 体16底部的截面为直角朝下的等腰直角Ξ角形，如图3(c)时，通过装置的径流流量为流速 计14记录的数值乘W液位传感器15记录的数值的平方。
[0030] 如图4所示，雨量计3，多参数水质监测仪4,蓄电池11，流速计14和液位传感器15均 通过壳体16内部的数据线（图3中虚线)与控制模块2进行数据传输。
[0031 ]如图5所示，控制模块2，雨量计3，多参数水质监测仪4,流速计14和液位传感器15 均通过壳体16内部的电源线（图4中带箭头的粗虚线，箭头表示供电方向），由蓄电池11供 电，水力发电机9和太阳能发电板12发的电通过电流控制器10后，对蓄电池11进行稳定地充 电，图4中带箭头的细虚线表示充电路径和方向。
[0032] 如图6所示，装置在进行安装和程序设定、充足电后的一次完整的径流监测流程 为：
[0033] 首先装置为待机状态，只有当雨量计3数值达到工作阔值和液位传感器15读数持 续到一定时间时，本装置多参数水质仪4、流速计14才开始进行径流水质和流速的监测，否 则装置继续待机;本径流监测过程中，雨量计3、多参数水质仪4、流速计14和液位传感器15 依照控制模块2设定的监测频率，将数据传给控制模块2并存储;径流监测后，控制模块2通 过移动通讯网络(Mobile Communications)将数据传给指定的客户端，格栅6与雨量计3相 连的冲洗连接孔5开启，排沙口开启7，雨量计3中胆存的雨水对格栅6进行冲洗，砂石通过排 沙口 7流出装置;冲洗完毕后冲洗连接孔5和排沙口 7关闭，装置待机。
[0034] 本领域的技术人员容易理解，W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，包括径流入口套（1)，控制模块 (2)，雨量计(3)，多参数水质监测仪(4)，冲洗连接孔(5)，格栅(6)，排沙口（7)，水轮机(8)， 水力发电机(9)，电流控制器（10)，蓄电池（11)，太阳能发电板（12)，散热防护罩（13)，流速 计（14)，液位传感器(15)和壳体(16); 所述壳体（16)为空心管状结构，包括第一空心管、第二空心管和第三空心管;所述第一 空心管和所述第三空心管呈水平状，所述第二空心管呈斜坡状且分别与所述第一空心管和 所述第二空心管连接； 所述径流入口套（1)设置在所述第一空心管中未与所述第二空心管连接的那一端，且 与所述第一空心管密封连接； 所述控制模块(2)设置在所述第一空心管外，用于对径流进行监测并对监测的数据进 行存储和传输； 所述雨量计(3)设置在所述第一空心管外，用于对降雨量进行监测； 所述多参数水质监测仪(4)设置在所述第一空心管内，用于对经过径流入口流入的径 流进行水质监测； 所述格栅(6)设置在所述第一空心管内，且位于所述多参数水质监测仪(4)后方和所述 雨量计(3)的下方，用于对流入的径流中的砂石进行拦截，防止水轮机(8)受到砂石的损害； 所述雨量计(3)与所述格栅(6)通过冲洗连接孔(5)相通； 所述排沙口（ 7)设置在所述格栅(6)的下方； 所述水轮机(8)设置在所述第三空心管内，且靠近所述第三空心管与所述第二空心管 连接的那一端； 所述散热防护罩（13)设置在所述第三空心管外，所述水力发电机(9)、所述电流控制器 (10)和所述蓄电池（11)均位于所述散热防护罩(13)内部;所述太阳能发电板(12)位于所述 散热防护罩（13)的上方，所述太阳能发电板（12)用于将太阳能转化为电能，并通过所述电 流控制器(10)产生稳定的电流对所述蓄电池(11)供电； 所述流速计（14)和所述液位传感器（15)均设置在所述第三空心管内且靠近出口处，所 述流速计（14)用于监测流速;所述液位传感器(15)用于监测径流液面高度。2. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述径流入口套 (1) 由高强度、伸缩性好的材料制成，可在其材料弹性形变内适应不同形状及大小的径流排 水口。3. 如权利要求1或2所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述控制模块 (2) 的外壳为坚固、防腐蚀材料制成。4. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述壳体（16)底部 的截面为矩形、正方形或直角朝下的等腰直角三角形。5. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述流速计（14)和 所述液位传感器（15)均通过设置在壳体(16)内部的数据线与所述控制模块(2)进行数据传 输。6. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，所述控制模块(2)， 所述雨量计(3)，所述多参数水质监测仪(4)，所述流速计（14)和所述液位传感器（15)均通 过设置在所述壳体(16)内部的电源线由所述蓄电池(11)供电。7. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，在径流监测时，流 入的水流带动所述水轮机(8)，所述水轮机(8)带动水力发电机产生电流，所述电流控制器 (10)对产生的电流进行控制，从而达到对所述蓄电池(11)进行稳定的充电。8. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于， 当完成径流监测后，连接所述雨量计(3)和所述格栅(6)的所述冲洗连接孔(5)打开，排 沙口（7)也同时打开，所述雨量计(3)中的雨水从冲洗连接孔(5)流到格栅(6)，实现对格栅 (6)的冲洗，砂石通过排沙口（7)排出。9. 如权利要求1所述的水力发电式径流自动监测装置，其特征在于，可通过所述控制模 块(2)设置径流监测的最低工作阈值，当雨量计(3)记录的数值达到所述最低工作阈值时， 且液位传感器(15)的读数为预设的时长时，所述多参数水质监测仪(14)和所述流速计（15) 才开始运行，最大限度地排除人为干扰的同时节省能源。
【专利摘要】本发明公开了一种水力发电式径流自动监测装置，主要用于小流域面源污染径流的自动监测。本系统由径流入口套，控制模块，雨量计，多参数水质监测仪，冲洗连接孔，格栅，排沙口，水轮机，水力发电机，电流控制器，蓄电池，太阳能发电板，散热防护罩，流速计，液位传感器和壳体组成。本发明通过水力产生的电能为装置提供除了太阳能以外的电力；为防止装置的水轮机受到砂石损坏，设置格栅进行防护；为了使格栅不堵塞，利用雨量计里的雨水对格栅上附着的砂石进行清理；蓄电池、电流控制器、发电机这些发热单元由坚固防腐蚀的散热防护罩提供保护；控制模块除了进行监测程序设计、数据存储与远程传输以外，还可以设置本装置的最低工作阈值，从而尽可能节省装置能耗。以上设计为本装置尽可能地进行径流的野外无人值守自动监测提供保障。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN105486839
【申请号】CN201511003497
【发明人】冯奇, 杜耘, 薛怀平, 肖飞
【申请人】中国科学院测量与地球物理研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月29日
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