[0001] 本发明属于水质监测技术领域，特别是涉及一种浮标式水污染监测装置。

[0002] 随着对水体保护要求的日益严格，目前水质监测成为了水文监测中比较重要的一项，水质监测主要采取浮标式水质监测设备漂浮在水体上，搭载相关的探头传感器采集相应的参数，同时也进行水样采集，并运用物理的、化学的及生物的技术手段，对其中的污染物及其有关的组成成分进行定性、定量和系统的综合分析，以探索研究水体质量的变化。

[0003] 现有的水质监测设备功能单一，无法同时满足水质参数采集监测、水样采集分析研究、自清洁等多样化的需求。另外在长时间的使用过程中，浸泡在水体中的探头传感器表面会吸附杂质，影响监测，因此需要进行定期清理。

[0029] 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。

[0030] 参见图1‑图13，本实施例的浮标式水污染监测装置，包括浮体210、浮体套110、内套120、风轮220，浮体套110套装固定在内套120外，浮体210套装固定在浮体套110外，且浮体210采用低密度材料制作，以使其具有较大的浮力，使用时利用浮体210的浮力使得整个装置漂浮在水面上。浮体套110上设置有拉扣111，使用时可以通过绳索与拉扣111装配，从而利用绳索将整个水污染监测装置漂浮固定在水面上，防止其飘走。

[0031] 内套120内部由上至下依次安装有第一内套板121、第一隔板141、第二隔板142、第三隔板143、第二内套板122、内套环123，第一内套板121上安装有支架231，支架231上安装有光伏板230，光伏板230的表面可与光伏刷毛252贴紧以使得光伏刷毛252转动时刷洗光伏板230的表面，光伏刷毛252安装在刷洗壳250上，刷洗壳250安装在刷洗架240上，刷洗架240上设置有刷洗套241，刷洗套241安装固定在刷洗轴筒340上，且刷洗套241内部设置有刷洗套环腔2411，刷洗套环腔2411通过插接管253与刷洗腔251内部连通，刷洗腔251设置在刷洗壳250内且刷洗壳250安装光伏刷毛252的一侧上设置有数个贯穿的刷洗孔（未标出）。

[0032] 刷洗套环腔2411通过第一进水管471与供水壳460的供水腔461连通，供水腔461与抽水壳450的抽水腔451连通，抽水腔451通过第二进水管472插接管头474连接，插接管头474与第三进水管473的一端连接，第三进水管473的另一端上安装有过滤器4731，过滤器
4731浸泡在水体中。

[0033] 刷洗轴筒340的底端穿过供水腔、抽水腔，且刷洗轴筒位于抽水腔451内的外侧壁安装有叶轮452，刷洗轴筒340转动时能对抽水腔451内产生负压，从而对第二进水管472一端产生抽吸负压、对供水腔461一端产生推压，这样就起到水泵的作用，可以将过滤器4731一端的水抽送至抽水腔451，再从抽水腔451压入第一供水腔461，供水腔461内的水通过第一进水管471输入刷洗套环腔2411内，然后从插接管253输入刷洗腔251中，最后从刷洗孔流出以配合光伏刷毛252刷洗光伏板230。对于抽水壳450内部、叶轮452处的具体结构，可以采用现有水泵的相关设计，理论上只要实现抽水进入抽水腔451、将水压入第一进水管471即可，实际上可以采用现有水泵去除电机部分，并采用刷洗轴筒340驱动即可。

[0034] 供水壳460安装在抽水壳450上，抽水壳450安装在第一隔板141上，刷洗轴筒340穿过供水壳460、抽水壳450，刷洗轴筒340与供水壳460和/或抽水壳450可相对圆周转动、不可轴向移动装配。

[0035] 刷洗轴筒340不可圆周转动且可轴向滑动地套装在传动套330外，传动套330可圆周转动、可轴向滑动地套装在中间轴310外，传动套330的顶端穿出刷洗轴筒340后安装有风轮驱动盘331，风轮驱动盘331与风轮摩擦盘321正对且可压紧传动，风轮摩擦盘321设置在风轮套320的底端上，风轮套320套装固定在中间轴310外，且风轮套320外套装固定有风轮220。风轮220可通过风吹转动。参见图6，初始状态时，风轮驱动盘331与风轮摩擦盘321不接触，此时风轮220不能驱使传动套330转动。

[0036] 传动套330远离风轮220的一端上套装固定有轴移筒350，轴移筒350、刷洗轴筒340相互靠近的一端上分别设置有清洗驱动盘351、清洗摩擦盘341，清洗驱动盘351可与清洗摩擦盘341压紧从而驱使清洗摩擦盘341转动，也就是驱使刷洗轴筒340转动。参见图6，初始状态时，清洗驱动盘351与清洗摩擦盘341不接触，此时轴移筒350不能驱使刷洗轴筒340转动。

[0037] 轴移筒350外套装有驱动筒360，驱动筒360可圆周转动、不可轴向移动地安装在第二隔板142、第三隔板143上，驱动筒360不可相对圆周转动、且可轴向滑动地套装在轴移筒350外，驱动筒360通过皮带260与电机轴421连接并构成带传动机构，电机轴421的一端装入电机420内，电机420安装在第三隔板143上。

[0038] 第二隔板142上还安装有伸缩装置430，伸缩装置430套装在轴移筒350外，且与轴移筒350不可相对轴向移动、可圆周转动装配。本实施例中，伸缩装置可与选用中空电磁铁、电磁线圈，选用中空电磁铁时，其中空伸缩轴与轴移筒350不可相对轴向移动、可圆周转动装配，使用时直接通过中空电磁铁通过驱使其中空伸缩轴移动即可带动轴移筒350移动。伸缩装置选用电磁线圈时，而轴移筒350上安装有磁铁，使用时伸缩装置430通电产生磁场，磁场推动轴移筒350轴向移动。伸缩装置430也可以采用现有的伸缩电磁铁，只是其伸缩轴两端分别与中间轴310装配固定（中间轴310可以视为在伸缩电磁铁处分割为两段），且其伸缩轴与伸缩电磁铁可圆周转动装配。当然理论上伸缩装置430只要能够实现与轴移筒350不可相对轴向移动、可圆周转动装配，同时能够驱使轴移筒350轴向移动即可。

[0039] 轴移筒350由伸缩装置驱使后向风轮上移，风轮驱动盘331与风轮摩擦盘321压紧传动、清洗驱动盘351上移后与清洗摩擦盘341压紧传动，此时风轮220转动可以带动传动套330、轴移筒350转动，也就可以带动刷洗轴筒340转动，从而使得第一进水管471向刷洗腔
251内供水、转动刷洗架240转动清洗光伏板230。此时也可以启动电机420，电机驱使驱动筒
360转动，驱动筒360带动轴移筒350、传动套330同步转动，轴移筒350、传动套330分别带动风轮220、刷洗轴筒340转动，以实现对光伏板230的刷洗。电机420不具有刹车功能，其断电后能够通过皮带被驱动筒360带动其电机轴421转动，这样可以实现风轮驱使刷洗轴筒340、传动套330转动。

[0040] 中间轴310远离风轮220的一端穿出传动套330后穿过发电机410、第二内套板122，中间轴310与发电机410的发电输入轴装配固定、与第二内套板122可圆周转动且不可轴向移动装配。发电机410的发电输入轴采用中间有通孔的中空轴，中间轴310转动时就能带动发电机410的发电输入轴转动，从而使得发电机发电。本实施例中，也可以采用普通发电机，只是其发电输入轴的两端分别穿出发电机的外壳且分别与中间轴310装配固定（中间轴310可以视为在发电机410处分割为两段）。

[0041] 内套120内还安装有采样架130，采样架130的一端与内套环123贴紧且通过螺栓固定在内套环123上，采样架130上安装有用于探测水质的探头440，探头440有多个，实际使用时可以根据需要选择不同功能的探头，如COD探头、水质浊度探头、PH探头等。采样架130上还可圆周转动且不可轴向移动地安装有探头自清洁轴370，探头自清洁轴370、中间轴310相互靠近的一端上分别设置有从动盘371、主动盘311，从动盘371、主动盘311压紧传动，以使得中间轴310转动时能够驱使探头自清洁轴370转动。采样架130上设置有支撑部分131，支撑部分131用于在岸边操作时和地面接触以支撑整个设备，同时对其内侧的探头传感器进行保护。

[0042] 多个探头440以探头自清洁轴370为中心均匀安装在其圆周方向上，探头自清洁轴370与探头440对应处安装有圆弧刷270，即圆弧刷沿探头自清洁轴周向布置，圆弧刷270上的探头刷毛271只分布在圆弧刷270的部分圆周上，且探头刷毛271与探头440贴紧。探头自清洁轴370转动时带动圆弧刷270转动，圆弧刷270转动时带动探头刷毛271转动，探头刷毛
271不断刷洗探头440的外壁，从而实现对探头的外壁的刷洗。

[0043] 结合图14‑图17，部分实施例中，探头440可圆周转动且不可轴向移动地安装在采样架130上，采样架130与探头440对应处安装有探头套490，探头套490内部中空，探头套490的内壁、探头440的外壁分别与卷簧491的两端装配，探头套490的内壁上还设置有止位凸起492，探头440的外壁上还设置有配合凸起442，配合凸起442不能穿过止位凸起492以限制探头440的转动角度，防止探头过度旋转，探头440的信号通过导线441接入工控机内。

[0044] 在探头刷毛271刷洗探头440的外壁时，可以驱使探头440转动，探头440转动时使得卷簧491收卷而存储弹力，同时探头刷毛271与探头440的外壁还具有相对转动以实现刷洗，而探头刷毛271与探头440的外壁分离后，卷簧驱使探头440反转，直到下一次探头刷毛271与探头440的外壁刷洗，如此往复，这样就能尽量全面地刷洗探头440的外壁，避免只刷洗一部分外壁造成效果差的问题。

[0045] 内套120内安装有电池以及对应的充放电电路、无线模块、工控机，发电机、光伏板产生的电通过充放电电路处理后输入电池内存放，电池的电可以为各个模块供电，工控机与无线模块通讯连接，无线模块通过无线的方式联网，以使得可以远程控制获取工控机获得的相关数据，如电池电量、各个探头对应传感器探测的数据、采样次数等，无线模块可以选择5G模块。当然这些都是现有技术，可以直接采用现有具有远程控制功能、光伏发电和发电机发电的相关技术，如现有可以远程联网的水质探测设备、监控设备等。

[0046] 参见图1‑图27，在实际使用时，为了进一步验证、研究的需要，因此需要进行采样，目前主要的通过人工采样，显然这种方式过于耗时耗力，而且针对一些通过参数设定，达到某些参数后就采样的要求来说，人工采样是不可行的，对此，本申请增加采样模块500进行采样。具体地：采样架130上安装有多个采样模块500、采样泵480，采样模块500用于存储采样的水。采样泵480的进口与抽水管481的一端连通，抽水管481的另一端穿过采样架130后进入水中，采样泵480的出口通过水管和与之靠近的采样模块500的第一采样管530连通，两个相邻采样模块500之间通过连接管475连接。具体为上一采样模块500的第三采样管550通过连接管475与下一采样模块500的第一采样管530连通，最一个采样模块500的第三采样管550接出采样架130或直接为开放端。

[0047] 采样架130上还安装有排水管401，排水管401靠近水体的一端上安装有单向阀片402，单向阀片402具有弹性且通过自生弹力保持将排水管401封闭，以使得水体中的水不能穿过排水管401进入内套和采样架130内侧。而采样架130内有水时，水会进入排水管401，然后通过重力打开单向阀片402，从而将水排出。

[0048] 详见图14‑图27，采样模块500包括采样壳510、两个阀壳520（第一阀壳、第二阀壳结构相似），采样壳510内部为中空的采样腔511，且采样壳510上还设置有止位槽514、采样插孔515，采样插孔515与第一采样凸管531插接装配，第一采样凸管531安装在第一采样管530上，第一采样管530安装在管架501上且第一采样管530和与之靠近的阀壳520的阀腔521连通。采样盒510安装在管架501上。

[0049] 止位槽514内安装有单向阀片620，单向阀片620一端与止位槽514的内壁装配，另一端为开放端，且单向阀片620具有弹性，初始状态时单向阀片通过自生弹力与止位槽514的端面压紧密封，从而将采样腔511与采样插孔515密封分割。当第一采样凸管531的水压足够推开单向阀片620时，水流推开单向阀片620从而将水输入采样腔511内存放。

[0050] 采样腔511内还设置有上限位环513、下限位环512，采样腔511位于上限位环513、下限位环512之间的部分与活塞610密封且滑动装配，活塞610上设置有活塞环槽611，活塞610与活塞轴810的一端装配，活塞轴810的另一端套装活塞弹簧710后穿出采样壳510且与连接帽751装配。如图22所示，为第一阀壳处C部放大图，连接帽751与第一拉索750的一端装配，第一拉索750的另一端穿过两个第一导轮701后与第一锁轴840装配固定，两个第一导轮
701可圆周转动地安装在第一导轮板583上，第一导轮板583安装在对应的第一阀壳520上。

[0051] 如图21所示，两个阀壳520内部为中空的阀腔521，两个阀腔521之间通过第二采样管540连通，第二采样管540上设置有第二凸管541，第二凸管541与过水盒570内部连通；远离采样壳510一侧的第二阀壳520的阀腔521与第三采样管550的一端连通。第一、第二阀壳内部结构相同，以第二阀壳为例，第二阀腔521与第二阀芯560密封且滑动装配，第二阀芯560上设置有第二阀芯孔561且第二阀芯与第二阀杆820的一端装配，第二阀杆820的另一端套装第二阀杆弹簧720后穿过第二锁座580后与弹性带830装配，第二阀杆弹簧720对第二阀芯施加远离第二锁座580的推力，第二锁座580安装在第二阀壳520上。

[0052] 第一阀杆锁紧结构如图22所示，第一阀杆820上设置有第一锁槽821，初始状态时，第一锁槽821与第一锁块842的一端卡合装配以使得第一阀杆820不能在第一阀杆弹簧720的作用下远离第一锁座580移动并存储弹力，此时第一阀芯孔561不与第二采样管540连通以使得第一阀芯560保持而将第一、第二采样管540隔断。第一锁块842安装在第一滑块841上，第一滑块841安装在第一锁轴840的一端上，第一锁轴840的另一端套装第一锁轴弹簧650、穿出第一锁轴孔582后与第一拉索750装配，第一滑块841与第一滑块槽581卡合且滑动装配，第一锁轴孔582、第一滑块槽581均设置在第一锁座580上。图24为第二阀杆的锁紧结构，与第一阀杆的锁紧结构相同。

[0053] 过水盒570内部为中空且顶部开口的过水腔571，过水腔571的顶部通过过水盖574封闭，过水盖574安装在过水盒570上，过水盖574上还设置有过水插孔572、过水阀孔573，过水插孔572、过水阀孔573、过水腔571依次连通，过水插孔572与第二凸管541插接装配，过水阀孔573内滑动且密封安装有过水塞640，过水塞640与过水阀孔573远离过水插孔572的一端之间安装有过水弹簧730，过水弹簧730用于对过水塞640施加向过水插孔572压紧的推力以使得初始状态时过水塞640与过水阀孔573的端面压紧密封。

[0054] 过水盖574位于过水阀孔573的一端与引流管852的一端装配，与过水盒570对应的第二阀壳520与回流管851的一端装配，引流管852、回流管851上均可轴向滑动地套装有浮块630，浮块630可以漂浮在水面上。引流管、回流管可以为浮块提供导向，回流管为第二阀芯560的下移提供排气空间。回流管851位于浮块630下方的部分（图23为准）上设置有回流管槽8511。参见图21，引流管852的另一端、回流管851的另一端均位于浮块630下方。

[0055] 过水盒570上还安装有轴板575，轴板575通过铰接轴771与杠杆770的中间部分铰接，杠杆770的一端进入过水盒570内且位于浮块630上方，杠杆770的另一端与拉索轴761的一端装配，拉索轴761与第二拉索760的一端装配，第二拉索760绕过对应的导轮701后与对应的锁轴840装配（参见图24）。杠杆770与拉索轴761装配的一端还与弹簧片650的一端压紧，弹簧片650的另一端与过水盒570装配，弹簧片650具有弹性且对杠杆770位于拉索轴761的一端施加阻碍其向下转动的弹力（参见图23）。

[0056] 参见图25‑图26，部分实施例中，采样壳510上还安装有锁壳860，锁壳860内部中空且滑动安装有滑环871，滑环871套装固定在插杆870上，插杆870位于滑环871和锁壳860内部的封闭端之间的部分上套装有插杆弹簧660，插杆弹簧660对插杆870施加向采样腔511推动的弹力，以保持初始状态时插杆870的插接端873保持在采样腔511内，而插杆870的另一端穿出锁壳860后与拉环872装配。在活塞610向上限位环513移动到位的过程中，活塞610会推开插杆870直到活塞环槽611与插接端873正对，插杆870在插杆弹簧660的推动下向活塞环槽611滑动使得插接端873插装入活塞环槽611内以使得活塞610相对固定，从而保持采样腔511内的采样空间不变。

[0057] 部分实施例中，过水盒570的底部设置有贯穿槽5711，贯穿槽5711的横截面面积不超过第二凸管541内部横截面面积的1/4，这种设计能够使得第二凸管541的水流快速进入过水腔571内且使得浮块630上浮，但是第二凸管541的水进入过水腔571内后水会通过贯穿槽5711排出至采样架130上，然后通过排水管401排出，浮块630在重力的作用下下移复位。

[0058] 参见图21，需要采样时，工控机控制采样泵480启动，采样泵480通过抽水管481将水抽送至与之连接的第一采样管530内，水流从第一采样管530、第一凸管531进入对应的采样壳510内且打开单向阀片620，水流进入采样腔511内，水流通过水压推动活塞挤压活塞弹簧710上移，同时活塞采用可以漂浮在水上的材料制作以使得活塞具有浮力以辅助挤压活塞弹簧710，直到活塞与上限位环513贴紧，此时插接端873插装入活塞环槽611内以锁紧活塞610，从而完成采样。在此过程中，活塞杆810随之上移从而带动第一拉索750上移直到第一拉索750逐渐绷紧然后对对应的第一锁轴840施加向外移动的拉力，从而拉动第一锁轴840向外移动使得第一锁块842退出对应的第一锁槽821，第一阀杆820由于失去束缚而在第一阀杆弹簧720的推动下带动对应的第一阀芯560下移，直到阀芯孔561将第一采样管530、第二采样管540连通，此时对应的另一阀芯560（右侧的）保持不动，完成一次采样。

[0059] 二次采样时，采样泵480启动以将水抽送至第二采样管540，由于右侧第二阀芯阻挡了水进入第三采样管且左侧采样壳内活塞不能移动以使得水压会进入第二凸管541内，水压推开过水塞640以使得水穿过过水阀孔573后进入引流管852内最终进入浮块630下方，浮块630向上漂浮直到浮块与杠杆770的一端压紧，且随着浮块630的上移会推动杠杆770安装拉索轴761的一端克服弹簧片作用力向下转动，从而对第二拉索760产生牵拉力和位移，第二拉索760拉动对应的第二锁轴840移动以使得对应的第二锁块842退出对应的第二锁槽821，右侧的第二阀杆、第二阀芯在第二阀杆弹簧720的作用下下移，以使得第二阀芯孔561将第二采样管540、第三采样管550连通，水进入下一采样腔511内完成采样即可。通过过水盒570的贯穿槽将管路内的水排出，以避免干扰第二次采样，从而降低第二次采样样品被污染的概率。

[0060] 需要取出采样壳510时，取下采样架130，然后拆卸连接帽751，再将采样壳510从管架501上拉出，再顶开单向阀片620、将插杆870拉出活塞环槽611即可排出采样的水。然后装回采样壳510，将弹性带830位于两个阀壳520之间的部分向上拉，从而拉动两根阀杆820复位（对应的锁块与锁槽卡合装配），弹性带830具有弹性，以使得两根阀杆分别移动时可以通过弹力伸缩以实现自适应，但是在手动拉动弹性带830时，弹性带达到伸缩极限后就能有效地拉动两侧的阀杆移动，从而实现两根阀杆的快速复位。两根阀杆复位后杠杆在弹簧片的作用下复位，浮块如果重力下没有复位则会被杠杆下压以满足再次采样的需求。