地下水无线监测系统及方法
阅读说明：本技术 地下水无线监测系统及方法 (Underground water wireless monitoring system and method ) 是由 王庆兵 任翠爱 吴光伟 常允新 杨培杰 王晓玮 王宁 李永超 崔亮亮 于 2021-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种地下水无线监测系统,包括投入式传感装置、监测终端、连接线缆、线缆收放装置；投入式传感装置包括装置壳体、水压传感器、水温传感器、微处理器、无线通信单元；投入式传感装置被投入至地下水监测井中进行地下水监测；连接线缆收放时带动投入式传感装置在地下水监测井中上下移动；无线通信单元将水位数据值、温度值发送至监测终端进行监测。此外,本发明还公开了一种地下水无线监测方法。本发明的地下水无线监测系统及方法具有准确度高、误差小且结构较简单的优点,适于推广应用。(The invention discloses an underground water wireless monitoring system which comprises a throwing-in type sensing device, a monitoring terminal, a connecting cable and a cable winding and unwinding device, wherein the throwing-in type sensing device is connected with the monitoring terminal; the input sensing device comprises a device shell, a water pressure sensor, a water temperature sensor, a microprocessor and a wireless communication unit; the input type sensing device is put into an underground water monitoring well for underground water monitoring; when the connecting cable is wound and unwound, the throwing type sensing device is driven to move up and down in the underground water monitoring well; the wireless communication unit sends the water level data value and the temperature value to the monitoring terminal for monitoring. In addition, the invention also discloses a wireless underground water monitoring method. The underground water wireless monitoring system and method have the advantages of high accuracy, small error and simpler structure, and are suitable for popularization and application.)
技术领域
本发明涉及地下水监测
技术领域
，特别涉及一种地下水无线监测系统及方法。背景技术
地下水是农业和城市用水的重要水源之一，其过度开采和污染会引起沼泽化、盐渍化、滑坡和地面下沉等不利现象的发生。目前，我国的地下水资源紧缺情况是十分严重的。造成地下水资源紧缺的原因，一方面是需水量大幅度增加，另一方面是地下水资源开发利用不合理，浪费严重。与此同时，水体污染也在加剧地下水危机，根据相关调查，地下水的污染已经十分严重，甚至地表水都受到了不同程度的污染，对地下水进行监测有助于对地下水采取保护措施，对地下水进行长期监测尤为重要。
然而，发明人经研究发现，现有技术中地下水监测装置或监测系统存在以下几个缺陷：首先，地下水监测装置自动化程度低、精度差，人力成本大；其次，监测井钻孔数量多、施工量大、占地广、成本高；单层监测井的建井成本较高，费用昂贵，而多层监测井需要分层填充滤料减少地下水样品杂质，以及止水密封用于阻止水力联系，工艺复杂，密封难度大，耗费时间却达不到理想效果；地下水常规非专一指标不能实现原位监测。
发明内容
基于此，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种地下水无线监测系统，包括投入式传感装置、监测终端、连接线缆、线缆收放装置；
所述投入式传感装置被投入至地下水监测井中进行地下水监测；所述线缆收放装置包括驱动电机、主动轮、从动轮，所述连接线缆搭绕过所述从动轮后盘绕在所述主动轮上；所述驱动电机连接至所述主动轮，所述驱动电机开启后驱动所述主动轮进行转动，使得盘绕在所述主动轮上的连接线缆进行收放，所述连接线缆经过所述从动轮后与所述投入式传感装置相连接，所述连接线缆进行收放时带动所述投入式传感装置在所述地下水监测井中上下移动；
其中，所述投入式传感装置包括装置壳体、水压传感器、水温传感器、微处理器、无线通信单元；所述水压传感器、所述水温传感器、所述无线通信单元分别与所述微处理器相连接；
其中，所述装置壳体的顶端设置有容纳所述连接线缆的线缆通孔，所述连接线缆通过所述线缆通孔穿入所述装置壳体，所述线缆通孔上设置有防水密封圈；所述微处理器、所述无线通信单元设置于所述装置壳体中；
其中，所述水压传感器设置于所述装置壳体的底端；所述水压传感器用于获取水压信号并将获取到的水压值信号传输至所述微处理器；所述微处理器利用其接收到的水压信号计算得到水位数据值，所述微处理器将所述水位数据值传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述水位数据值发送至所述监测终端；
其中，所述连接线缆具有中空腔体，所述连接线缆穿过所述装置壳体固定连接至所述水压传感器；所述水压传感器具有传感器通气管，所述传感器通气管与所述连接线缆的中空腔体相连通；所述连接线缆的中空腔体使得地下水监测井的井口地面空气通过连接线缆进入所述水压传感器；
其中，所述水温传感器设置于所述装置壳体侧壁并邻接于所述水压传感器；所述水温传感器用于获取当前水体的温度值信号并将所述温度值传输至所述微处理器；所述微处理器将所述温度值传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述温度值发送至所述监测终端。
在一种实施例中，所述装置壳体为圆柱形壳体。
在一种实施例中，所述水压传感器为倒梯形圆台，所述水压传感器的顶面直径与所述装置壳体的截面直径相等，所述水压传感器的底面直径小于所述水压传感器的顶面直径；水压传感器的顶面通过螺纹固定连接至装置壳体的底面且两者连接处安装有防水密封环；所述水压传感器的侧壁上设置有多个透水孔，所述透水孔的轴线垂直于装置壳体的轴线，相邻透水孔的轴线相互垂直；水压传感器测量所述透水孔中水的水压值。
在一种实施例中，所述投入式传感装置还包括溶解氧传感器、电导率传感器；所述溶解氧传感器、所述电导率传感器分别与所述微处理器相连接；
其中，所述溶解氧传感器设置于所述装置壳体侧壁；所述溶解氧传感器用于获取当前水体的溶解氧数据并将检测到的所述溶解氧数据传输至所述微处理器；所述微处理器将所述溶解氧数据传输至所述无线通信单元，所述无线通信单元将所述溶解氧数据发送至监测终端；
其中，所述电导率传感器设置于所述装置壳体侧壁；所述电导率传感器用于获取当前水体的电导率数据并将检测到的所述电导率数据传输至所述微处理器；所述微处理器将所述电导率数据传输至所述无线通信单元，所述无线通信单元将所述电导率数据发送至监测终端。
在一种实施例中，所述微处理器中存储有不同温度对应的水位补偿数据，所述微处理器计算获得所述水位数据值之后，根据接受自水温传感器的当前温度值搜索该温度值所对应的水位补偿数据，利用所述水位补偿数据对计算得到的所述水位数据值进行补偿处理得到补偿的水位数据值后再传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述补偿的水位数据值发送至监测终端。
此外，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种地下水无线监测方法，包括：
将投入式传感装置固定连接至连接线缆；所述线缆收放装置包括驱动电机、主动轮、从动轮，将所述连接线缆搭绕过所述从动轮后盘绕在所述主动轮上；
将投入式传感装置投入至地下水监测井中进行地下水监测；驱动电机开启后驱动所述主动轮进行转动，使得盘绕在所述主动轮上的连接线缆进行收放，所述连接线缆进行收放时带动所述投入式传感装置在所述地下水监测井中进行上下移动；
所述投入式传感装置包括装置壳体、水压传感器、水温传感器、微处理器、无线通信单元；所述装置壳体的顶端设置有容纳所述连接线缆的线缆通孔，所述连接线缆通过所述线缆通孔穿入所述装置壳体，所述线缆通孔上设置有防水密封圈；将所述微处理器、所述无线通信单元设置于所述装置壳体中；
所述水压传感器设置于所述装置壳体的底端；所述水压传感器获取水压信号并将水压值信号传输至与其相连接的所述微处理器；所述微处理器利用其接收到的水压信号计算得到水位数据值，所述微处理器将所述水位数据值传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述水位数据值发送至监测终端；
所述连接线缆具有中空腔体，所述连接线缆穿过所述装置壳体固定连接至所述水压传感器；所述水压传感器具有传感器通气管，所述传感器通气管与所述连接线缆的中空腔体相连通；所述连接线缆的中空腔体使得地下水监测井的井口地面空气通过连接线缆进入所述水压传感器；
所述水温传感器设置于所述装置壳体侧壁并邻接于所述水压传感器；所述水温传感器获取当前水体的温度值信号并将所述温度值传输至与其相连接的所述微处理器；所述微处理器将所述温度值传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述温度值发送至监测终端。
在一种实施例中，所述投入式传感装置还设置有溶解氧传感器、电导率传感器；所述溶解氧传感器、所述电导率传感器分别与所述微处理器相连接；
其中，所述溶解氧传感器设置于所述装置壳体侧壁；所述溶解氧传感器用于获取当前水体的溶解氧数据并将检测到的所述溶解氧数据传输至所述微处理器；所述微处理器将所述溶解氧数据传输至所述无线通信单元，所述无线通信单元将所述溶解氧数据发送至监测终端；
其中，所述电导率传感器设置于所述装置壳体侧壁；所述电导率传感器用于获取当前水体的电导率数据并将检测到的所述电导率数据传输至所述微处理器；所述微处理器将所述电导率数据传输至所述无线通信单元，所述无线通信单元将所述电导率数据发送至监测终端。
在一种实施例中，设置所述水压传感器为倒梯形圆台，所述水压传感器的顶面直径与所述装置壳体的截面直径相等，所述水压传感器的底面直径小于所述水压传感器的顶面直径；水压传感器的顶面通过螺纹固定连接至装置壳体的底面且两者连接处安装有防水密封环；在所述水压传感器的侧壁上设置多个透水孔，所述透水孔的轴线垂直于装置壳体的轴线，相邻透水孔的轴线相互垂直；所述水压传感器测量并获取所述透水孔中水的水压值信号。
在一种实施例中，在所述微处理器中存储有不同温度对应的水位补偿数据，所述微处理器计算获得所述水位数据值之后，根据接受自水温传感器的当前温度值搜索该温度值所对应的水位补偿数据，利用所述水位补偿数据对计算得到的所述水位数据值进行补偿处理得到补偿的水位数据值后再传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述补偿的水位数据值发送至监测终端。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明采用连接线缆连接投入式传感装置使其在地下水监测井中能够灵活自由地上下移动，同时利用连接线缆的中空腔体将底面空气直接到入至水压传感器，而无需另外设置大气压计便能够直接实现水压传感器的压力补偿；不同于现有技术，连接线缆仅作为投入式传感装置在地下水监测井中进行移动以及大气压力补偿使用而不用于进行有线电缆信号传输，投入式传感装置所采集和测量的数据信号利用无线方式传输至监控终端，从而大大降低了连接线缆损坏的概率，保证了检测系统的稳定性；本发明的地下水无线监测系统的具有准确度高、误差小且结构较简单的优点，适于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
其中：
图1为本发明中地下水无线监测系统的示意图；
图2为本发明中投入式传感装置的示意图；
其中包括，地下水监测井1、投入式传感装置2、连接线缆3、主动轮4、从动轮5、驱动电机6，装置壳体21、水压传感器22、水温传感器23、微处理器24、无线通信单元25、传感器通气管221，中空腔体31。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明公开了一种地下水无线监测系统，包括投入式传感装置、监测终端、连接线缆、线缆收放装置；
其中，所述投入式传感装置包括装置壳体、水压传感器、水温传感器、微处理器、无线通信单元；
所述投入式传感装置被投入至地下水监测井中进行地下水监测；
其中，所述线缆收放装置包括驱动电机、主动轮、从动轮，连接线缆搭绕过所述从动轮后盘绕在所述主动轮上；驱动电机连接至所述主动轮，所述驱动电机开启后驱动所述主动轮进行转动，使得盘绕在所述主动轮上的连接线缆进行收放，所述连接线缆经过所述从动轮后与所述投入式传感装置相连接，所述连接线缆收放时带动所述投入式传感装置在地下水监测井中上下移动；
其中，所述水压传感器、所述水温传感器、所述无线通信单元分别与所述微处理器相连接；
特别地，如图2所示，所述装置壳体为圆柱形壳体；圆柱形的装置壳体有利于地下水无线监测装置在地下水监测井中进行上下灵活顺畅地移动，且浸入到水面以下后容易保持稳定而不容易倾覆，使其监测的地下水数据更为精确；
其中，所述装置壳体的顶端设置有容纳所述连接线缆的线缆通孔，所述连接线缆通过所述线缆通孔穿入所述装置壳体，所述线缆通孔上设置有防水密封圈；所述微处理器、所述无线通信单元设置于所述装置壳体中；
其中，所述水压传感器设置于所述装置壳体的底端；所述水压传感器用于获取水压信号并将获取到的水压值信号传输至所述微处理器；所述微处理器利用其接收到的水压值信号计算得到水位数据值，所述微处理器将所述水位数据值传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述水位数据值发送至所述监测终端；
其中，所述连接线缆具有中空腔体，所述连接线缆穿过所述装置壳体与设置于所述装置壳体底端的水压传感器固定连接；所述水压传感器具有传感器通气管，所述传感器通气管与所述连接线缆的中空腔体相连通；所述连接线缆的中空腔体使得地下水监测井的井口地面空气通过连接线缆直接进入所述水压传感器，从使得水压传感器与大气直接连通，从而直接实现水压传感器的大气压补偿而无需再另外设置大气压计进行补偿；
特别地，所述水压传感器为倒梯形圆台，所述水压传感器的顶面直径与所述装置壳体的截面直径相等，所述水压传感器的底面直径小于所述水压传感器的顶面直径；水压传感器的顶面通过螺纹固定连接至装置壳体的底面且两者连接处安装有防水密封环；所述水压传感器的侧壁上设置有多个透水孔，所述透水孔的轴线垂直于装置壳体的轴线，相邻透水孔的轴线相互垂直；所述水压传感器测量并获取所述透水孔中水的水压值信号，该水压值的测量数据更为精确；
其中，所述水温传感器设置于所述装置壳体侧壁并与邻接于所述水压传感器；所述水温传感器用于获取当前水体的温度值信号并将检测到的所述温度值传输至所述微处理器；所述微处理器将所述温度值传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述温度值发送至所述监测终端；
特别地，所述微处理器中存储有不同温度对应的水位补偿数据，所述微处理器计算获得所述水位数据值之后，根据接受自水温传感器的当前温度值搜索该温度值所对应的水位补偿数据，利用所述水位补偿数据对计算得到的所述水位数据值进行补偿处理得到补偿的水位数据值后再传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述补偿的水位数据值发送至监测终端；
特别地，所述投入式传感装置还包括溶解氧传感器、电导率传感器；所述溶解氧传感器、所述电导率传感器分别与所述微处理器相连接；
其中，所述溶解氧传感器设置于所述装置壳体侧壁；所述溶解氧传感器用于获取当前水体的溶解氧数据并将检测到的所述溶解氧数据传输至所述微处理器；所述微处理器将所述溶解氧数据传输至所述无线通信单元，所述无线通信单元将所述溶解氧数据发送至监测终端；
其中，所述电导率传感器设置于所述装置壳体侧壁；所述电导率传感器用于获取当前水体的电导率数据并将检测到的所述电导率数据传输至所述微处理器；所述微处理器将所述电导率数据传输至所述无线通信单元，所述无线通信单元将所述电导率数据发送至监测终端。
此外，本发明还公开了一种地下水无线监测方法，包括：
将投入式传感装置固定连接至连接线缆；所述线缆收放装置包括驱动电机、主动轮、从动轮，将所述连接线缆搭绕过所述从动轮后盘绕在所述主动轮上；
将投入式传感装置投入至地下水监测井中进行地下水监测；驱动电机开启后驱动所述主动轮进行转动，使得盘绕在所述主动轮上的连接线缆进行收放，所述连接线缆进行收放时带动所述投入式传感装置在所述地下水监测井中进行上下移动；
所述投入式传感装置包括装置壳体、水压传感器、水温传感器、微处理器、无线通信单元；所述装置壳体的顶端设置有容纳所述连接线缆的线缆通孔，所述连接线缆通过所述线缆通孔穿入所述装置壳体，所述线缆通孔上设置有防水密封圈；将所述微处理器、所述无线通信单元设置于所述装置壳体中；
所述水压传感器设置于所述装置壳体的底端；所述水压传感器获取水压信号并将水压值信号传输至与其相连接的所述微处理器；所述微处理器利用其接收到的水压值信号计算得到水位数据值，所述微处理器将所述水位数据值传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述水位数据值发送至所述监测终端进行监测；
所述连接线缆具有中空腔体，所述连接线缆穿过所述装置壳体固定连接至所述水压传感器；所述水压传感器具有传感器通气管，所述传感器通气管与所述连接线缆的中空腔体相连通；所述连接线缆的中空腔体使得地下水监测井的井口地面空气通过连接线缆进入所述水压传感器，从而使得水压传感器与大气相连通；
所述水温传感器设置于所述装置壳体侧壁并邻接于所述水压传感器；所述水温传感器获取当前水体的温度值信号并将所述温度值传输至与其相连接的所述微处理器；所述微处理器将所述温度值传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述温度值发送至所述监测终端进行监测；
其中，所述投入式传感装置还设置有溶解氧传感器、电导率传感器；所述溶解氧传感器、所述电导率传感器分别与所述微处理器相连接；
其中，所述溶解氧传感器设置于所述装置壳体侧壁；所述溶解氧传感器用于获取当前水体的溶解氧数据并将检测到的所述溶解氧数据传输至所述微处理器；所述微处理器将所述溶解氧数据传输至所述无线通信单元，所述无线通信单元将所述溶解氧数据发送至所述监测终端进行监测；
其中，所述电导率传感器设置于所述装置壳体侧壁；所述电导率传感器用于获取当前水体的电导率数据并将检测到的所述电导率数据传输至所述微处理器；所述微处理器将所述电导率数据传输至所述无线通信单元，所述无线通信单元将所述电导率数据发送至所述监测终端进行监测。
其中，在所述微处理器中存储有不同温度对应的水位补偿数据，所述微处理器计算获得所述水位数据值之后，根据接受自水温传感器的当前温度值搜索该温度值所对应的水位补偿数据，利用所述水位补偿数据对计算得到的所述水位数据值进行补偿处理得到补偿的水位数据值后再传输至所述无线通信单元；所述无线通信单元将所述补偿的水位数据值发送至所述监测终端进行监测。
其中，设置所述水压传感器为倒梯形圆台，所述水压传感器的顶面直径与所述装置壳体的截面直径相等，所述水压传感器的底面直径小于所述水压传感器的顶面直径；水压传感器的顶面通过螺纹固定连接至装置壳体的底面且两者连接处安装有防水密封环；在所述水压传感器的侧壁上设置多个透水孔，所述透水孔的轴线垂直于装置壳体的轴线，相邻透水孔的轴线相互垂直；所述水压传感器测量并获取所述透水孔中水的水压值信号。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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