Система для дистанционного определения химико-физических параметров водной среды и управления устройствами для предупреждения заморов
Владельцы патента RU 2437086:
Федеральное Государственное унитарное предприятие Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства (RU)
Изобретение предназначено для оперативного дистанционного определения температуры, водородного показателя (рН) водной среды, коэффициента заморности водной среды и управления устройствами для предупреждения заморов. Система для дистанционного определения химико-физических параметров водной среды и управления устройствами для устранения заморов выполнена в виде передающей станции, расположенной в плавучем буе и приемной станции, установленной на берегу. Передающая станция содержит источник питания, через таймер подключенный к элементам передающей станции, датчик температуры, преобразователь температуры, датчик водородного показателя верхнего слоя воды, преобразователь водородного показателя, датчик водородного показателя нижнего слоя воды с преобразователем водородного показателя. Преобразователи показателей датчиков связаны с тремя входами трехвходового коммутатора, выходом подключенного к аналого-цифровому преобразователю, который через передатчик сигналов подключен к передающей антенне. Приемная станция содержит источник питания, приемную антенну, приемник сигналов, блок определения сигнала, выходом связанный с коммутатором, три выхода которого соединены с устройствами для обработки данных и индикации результатов измерения температуры и водородных показателей. Устройства для обработки данных и индикации результатов измерения температуры и водородных показателей выполнены в виде последовательно соединенных демодулятора, дешифратора, регистра памяти и цифрового индикатора. Выходы регистров памяти устройств обработки и индикации водородных показателей дополнительно связаны с входами вычислительного блока. Выход блока подключен к исполнительному блоку, подающему команды на силовое оборудование для включения устройства аэрации для предупреждения замора. Предлагаемая система позволяет проводить дистанционный контроль за состоянием водоема, автоматически включать оборудование для предупреждения замора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для оперативного дистанционного определения температуры, водородного показателя (рН) воды водоема, коэффициента заморности водной среды и управления устройствами для предупреждения заморов.
Традиционно измерения температуры воды водоема и ее водородного показателя производятся при помощи переносных термометра и рН-электрода. Измерения такими устройствами требует постоянного перемещения обслуживающего персонала по прудам. Проводить измерения в различных точках и глубинах водоема затруднительно, для этого нужно плавсредство. Это затратно и создаются неудобства в работе персонала.
Известно устройство дистанционного измерения температуры (1), в котором информацию от датчика температуры обрабатывают и передают через сотовый телефон по запросу. При этом запросом является звонок на этот сотовый телефон. Сигнал вызова преобразуют в управляющую команду поднятия трубки сотового телефона, затем передают через микрофон речевую информацию о величине измеренной температуры. После чего опускают трубку сотового телефона. Устройство для реализации способа содержит блок сопряжения, модуль индикации, модуль ввода параметров, таймер, синтезатор речи, причем таймер и модуль ввода параметров подключены непосредственно к входам микроконтроллера, а модуль индикации, вход управления сотовым телефоном и управляющий вход синтезатора речи подключены непосредственно к его выходам. При этом выход звукового сигнала сотового телефона через блок сопряжения подключен к входу микроконтроллера, а аналоговый выход синтезатора речи соединен с микрофонным входом сотового телефона.
Данное устройство дорогое, сложное и предназначено для определения только температуры водной среды.
Известно устройство для дистанционного измерения рН (2) (заявка Франции №2334103, МКИ G01N 27/56, 33/18), которое позволяет считывать, регистрировать и передавать на расстояние измерения рН. Устройство содержит предварительный усилитель, который преобразует эдс электродов в пропорциональный сигнал. Передающая линия содержит две раздельные цепи, одна из которых питает предварительный усилитель низким напряжением, а другая передает сигнал, пропорциональный эдс.
Избирательный усилитель принимает указанный сигнал и после усиления передает его на индикатор. Данное устройство предназначено для определения только одного параметра водной среды.
Наиболее близкой к предложенной системе является выбранная в качестве прототипа система измерительная химико-физических параметров водной среды, автоматическая (3), включающая датчик и преобразователь температуры, датчик и преобразователь водородного показателя, автономный источник напряжения питания, запитывающий элементы системы, аналого-цифровой преобразователь с контроллером интерфейса RS-485 на выходе, а также электронно-вычислительную машину. Выходы преобразователей подключены к входам аналого-цифрового преобразователя, вход-выход контроллера интерфейса соединен последовательным каналом связи с соответствующим входом-выходом ЭВМ, которая выполнена с возможностью обработки данных, получаемых от преобразователей гидрохимико-физических параметров водной среды, визуализации обработанных результатов измерения, архивирования и документирования измерительной информации.
Известная система не может передавать и регистрировать на расстояние измерения химико-физических параметров водной среды. Кроме того, в ней не предусмотрено определение коэффициента заморности водной среды и автоматическое управление установками для предупреждения заморов.
Целью предлагаемого изобретения является дистанционное измерение химико-физических параметров водной среды, определение коэффициента заморности водной среды и при возможности появления замора, управление устройствами аэрации для его предупреждения.
Поставленная цель достигается тем, что в известной системе для дистанционного определения химико-физических параметров водной среды и управления устройствами для устранения заморов, включающей источник питания, датчик температуры, преобразователь температуры, датчик водородного показателя и преобразователь водородного показателя, аналого-цифровой преобразователь, устройство для обработки данных и индикации результатов измерения, согласно изобретению система выполнена в виде передающей станции, расположенной в плавучем буе и приемной станции, установленной на берегу, и дополнительно содержит передающую и приемную антенны, передатчик и приемник сигналов, блок определения сигнала, коммутаторы, исполнительный блок, силовое оборудование для включения устройства аэрации для предупреждения замора, при этом передающая станция содержит источник питания, через таймер подключенный к элементам передающей станции, датчик температуры, преобразователь температуры, датчик водородного показателя, преобразователь водородного показателя, дополнительный датчик водородного показателя с преобразователем водородного показателя, при этом преобразователи показателей датчиков связаны с тремя входами трехвходового коммутатора, выходом подключенного к аналого-цифровому преобразователю, который через передатчик сигналов подключен к передающей антенне, а приемная станция содержит источник питания, приемную антенну, приемник сигналов, блок определения включения передающей станции, выходом связанный с коммутатором, имеющим три выхода, из которых каждый соединен с соответствующим устройством для обработки данных и индикации результатов измерения температуры и водородных показателей, причем каждое устройство выполнено в виде последовательно соединенных демодулятора, дешифратора, регистра памяти и цифрового индикатора, вторые выходы регистров памяти устройств обработки водородных показателей связаны с входами вычислительного блока, выходом подключенного к исполнительному блоку, подающему команды на силовое оборудование для включения устройства аэрации для предупреждения замора.
Источник питания передающей станции содержит солнечную батарею, аккумуляторную батарею, тумблер включения питания и подключен к элементам станции через таймер.
Источник питания приемной станции содержит сетевую электрическую вилку, батарею аккумуляторов и тумблер включения питания и подключен к приемнику сигналов, блоку определения сигнала непосредственно, а к остальным элементам станции через электронный ключ блока определения сигнала.
Выполнение системы в виде передающей станции, расположенной в плавучем буе, и приемной станции позволяет передавать параметры водной среды на любые расстояния, что значительно облегчает регистрацию, считывание и работу с полученной информацией. Наличие двух датчиков водородных показателей, расположенных в верхнем и нижнем слоях водной среды и передающих информацию через передающую и приемную линии на вычислительный блок, позволяет определять коэффициент заморности водной среды. Наличие блока управления, который в зависимости от значения коэффициента заморности, управляет силовым оборудованием, включающим устройство аэрации, позволяет предупредить замор.
Совокупность отличительных признаков описываемой системы обеспечивает достижение указанного технического результата.
Сравнение прототипа с заявляемым техническим решением показало, что указанные выше признаки являются отличительными, в связи с чем заявляемое устройство соответствует критерию "новизны".
На чертеже изображена блок-схема системы дистанционного определения химико-физических параметров водной среды и управления устройствами для предупреждения заморов.
Система содержит передающую 1 и приемную 2 станции. Передающая станция 1 расположена в буе, установленном в водоеме, и содержит погружной датчик 3 температуры, связанный с преобразователем температуры 4, датчик 5 водородного показателя рН, расположенный в верхнем слое воды водоема, связанный с преобразователем 6 рН, датчик 7 рН, расположенный у дна водоема, связанный с преобразователем 8 рН.
Выходы преобразователей 4, 6, 8 связаны со входами трехвходового коммутатора 9, выход которого подключен ко входу аналогово-цифрового преобразователя 10, выход которого через передатчик сигналов 11 связан с передающей антенной 12. Питание всех элементов передающей станции осуществляется блоком питания через таймер 13. Блок питания содержит аккумуляторную 14 и солнечную 15 батареи и тумблер 16. Приемная станция 2 установлена на берегу. Станция 2 содержит приемную антенну 17, приемник сигналов 18, блок 19 определения сигнала, связанный со входом коммутатора 20, имеющего три выхода. Первый выход связан с устройством для обработки данных и индикации результата измерения температуры воды водоема. Второй выход связан с устройством для обработки данных и индикации результата измерения водородного показателя верхнего слоя воды водоема. Третий выход связан с устройством для обработки данных и индикации результата измерения водородного показателя нижнего слоя воды водоема. Устройство для обработки данных и индикации результата измерения температуры содержит последовательно соединенные демодулятор 21, дешифратор 22, регистр 23 памяти, цифровой индикатор 24 температуры. Устройство для обработки данных и индикации результата измерения водородного показателя верхнего слоя воды содержит последовательно соединенные демодулятор 25, дешифратор 26, регистр 27 памяти, цифровой индикатор 28 водородных показателей. Устройство для обработки данных и индикации результата измерения водородного показателя нижнего слоя воды содержит последовательно соединенные демодулятор 29, дешифратор 30, регистр 31 памяти, цифровой индикатор 32 водородных показателей. Выходы регистров 27, 31 памяти показателей рН в верхнем и нижнем слое воды водоема дополнительно связаны с входами вычислительного блока 33. Выход блока 33 подключен к исполнительному блоку 34, который связан с силовым оборудованием 35 для включения устройства аэрации для предупреждения замора. Источник питания приемной станции 2 содержит сетевую электрическую вилку 36, блок 37 подзарядки аккумуляторов, батарею аккумуляторов 38 и тумблер 39 включения питания и подключен к приемнику сигналов 18 и блоку 19 определения сигнала непосредственно, а к остальным элементам станции через электронный ключ блока 19.
Система работает следующим образом.
Перед введением системы в эксплуатацию включают тумблер 11 передающей станции 1, а также вилку 36 в электросеть и тумблер 39 приемной станции 2.
Аккумуляторная батарея 14 передающей станции 1 в течение всего периода эксплуатации подзаряжается солнечной батареей 15 и питает элементы передающей станции 1 через таймер 13, который автоматически включается несколько раз в сутки в определенное время. Время включения-отключения таймера 13 устанавливается во время сборки передающей станции 1. При включении таймера 13 включаются все элементы передающей станции 1. Датчик 3 температуры термозависим, изменяет свое сопротивление в зависимости от температуры воды водоема. Данные поступают на преобразователь 4 температуры, который преобразует сигнал от датчика 3 в аналоговый сигнал, который поступает на первый вход коммутатора 9. Время переключения входов коммутатора 9 установлено соответственно с периодом времени опроса текущего параметра. С выхода коммутатора 9 аналоговый сигнал поступает на вход цифроаналогового преобразователя 10, где преобразуется в цифровой сигнал, который поступает на вход передатчика 11 сигналов, который модулирует цифровую информацию несущей частотой. Модулированный сигнал через передающую антенну 12 излучается в эфир. После этого коммутатор 9 переключается на второй вход. Датчик 5 водородного показателя рН, расположенный в верхнем слое воды водоема, подает эдс, зависящую от среды водоема, на преобразователь 6 рН, где достигает уровня, необходимого для дальнейшей обработки. Далее сигнал поступает на второй вход коммутатора 9 и при включении этого входа поступает на вход цифроаналогового преобразователя 10, где преобразуется в цифровой сигнал, который поступает на вход передатчика 11 сигналов, где цифровая информация модулируется несущей частотой передатчика 11 сигналов, и модулированный сигнал через передающую антенну 12 излучается в эфир. Коммутатор 9 переключается на третий вход. Датчик 7 водородного показателя рН, расположенный в нижнем слое воды водоема, подает эдс, зависящую от среды водоема, на преобразователь 8 рН, где достигает уровня, необходимого для дальнейшей обработки. Далее сигнал поступает на третий вход коммутатора 9 и при включении этого входа поступает на вход цифроаналогового преобразователя 10, где преобразуется в цифровой сигнал, который поступает на вход передатчика 11 сигналов, где цифровая информация модулируется несущей частотой передатчика 11 сигналов, и модулированный сигнал через передающую антенну 12 излучается в эфир. Таймер 13 отключается.
Приемная станция 2 работает следующим образом. В процессе эксплуатации станции 2 идет пребразование переменного сетевого напряжения 220 В в постоянное напряжение питания элементов станции 2 и подзарядка батареи аккумуляторов 28. При поступлении сигнала от передающей станции 1 на приемную антенну 17 он передается на приемник 18 сигнала, настроенного на несущую частоту передающей станции 1. Затем сигнал поступает на блок 19 определения сигнала. Поступивший сигнал через электронный ключ блока 19 включает питание всех элементов станции 2, а также поступает на вход коммутатора 20. Период переключений коммутаторов 9, 20 одинаков. При поступлении питания на коммутатор 20 он открывает первый выход и сигнал, соответствующий температуре, поступает на вход демодулятора 21 устройства для обработки данных и индикации результата измерения температуры. В демодуляторе 21 срезается несущая частота сигнала и информационный сигнал температуры передается на вход дешифратора 22, где сигнал расшифровывается и подготавливается к приему регистром памяти 23, где сигнал записывается и поступает на индикатор температуры 24. Коммутатор 20 переключается во второе положение. Сигнал, соответствующий водородному показателю верхнего слоя воды, принимается приемной антенной 17, передается на приемник сигнала 18, затем на блок 19 определения сигнала. Поступивший сигнал поступает на вход коммутатора 20, через второй выход которого поступает на вход демодулятора 25 устройства для обработки данных и индикации результата измерения водородного показателя верхнего слоя воды водоема. В демодуляторе 25 срезается несущая частота сигнала и информационная частота водородного показателя верхнего слоя воды поступает на вход дешифратора 26, который расшифровывает сигнал и подготавливает к приему регистром памяти 27, где сигнал записывается и поступает на индикатор 28 рН верхнего слоя воды. Коммутатор 20 переключается в третье положение. Сигнал, соответствующий водородному показателю нижнего слоя воды, принимается приемной антенной 17, передается на приемник 18 сигнала, затем на блок 19 определения сигнала. Поступивший сигнал поступает на вход коммутатора 20 и через его третий выход поступает на вход демодулятора 29 устройства для обработки данных и индикации результата измерения водородного показателя нижнего слоя воды водоема. В демодуляторе 29 срезается несущая частота сигнала и информационная частота водородного показателя нижнего слоя воды поступает на вход дешифратора 30, который расшифровывает сигнал и подготавливает к приему регистром памяти 31, где сигнал записывается и поступает на индикатор 32 рН нижнего слоя воды. Данные с регистров памяти 27, 31 устройств для обработки данных и индикации результатов измерений водородных показателей верхнего и нижнего слоев воды дополнительно поступают на вход вычислительного блока 33, где производится функция деления полученных данных с определением коэффициента заморности водной среды.
где К3 - коэффициент заморности водной среды;
рНпов - водородный показатель верхнего слоя воды водоема;
рНдн - водородный показатель нижнего слоя воды водоема.
При значении «К3» меньше 1,0 кислородный режим благоприятен. При значении «К3», равном 1,0 или близком к нему, испытывается напряжение кислорода у дна.
При «К3», большем 1,0 (особенно в интервале 1,02-1,1 и выше), концентрация кислорода у дна находится в пределах 2,0-00 мг/л - возможен замор. Данные коэффициента заморности поступают на вход исполнительного блока 34, который при значении К3 выше 1, подает команду на силовое оборудование 35, включающее устройство аэрации, или подачу свежей воды, богатой кислородом.
Предлагаемая система позволяет проводить дистанционный контроль за состоянием водоема, автоматически включать оборудование для предупреждения замора.
Система недорогая, простая в эксплуатации, значительно облегчает труд рыбоводов.
Источники информации
1. Завка на изобретение РФ №2005135002, МКИ G08C 17/02.
2. Заявка Франции №2334103, МКИ G01N 27/56, 33/18.
3. Полезная модель РФ №29376, МКИ G01N 27/00.
1. Система для дистанционного определения химико-физических параметров водной среды и управление устройствами для предупреждения заморов, включающая источник питания, датчик температуры, преобразователь температуры, датчик водородного показателя, преобразователь водородного показателя, аналого-цифровой преобразователь, устройство для обработки данных и индикации результатов измерения, отличающаяся тем, что система выполнена в виде передающей станции, расположенной в плавучем буе и приемной станции, установленной на берегу, и дополнительно содержит передающую и приемную антенны, передатчик и приемник сигналов, блок определения сигнала, коммутаторы, исполнительный блок, силовое оборудование для включения устройства аэрации для предупреждения замора, при этом передающая станция содержит источник питания через таймер подключенный к элементам передающей станции, датчик температуры, преобразователь температуры, датчик водородного показателя, преобразователь водородного показателя, дополнительный датчик водородного показателя с преобразователем водородного показателя, причем преобразователи показателей датчиков связаны с тремя входами трехвходового коммутатора, выходом подключенного к аналого-цифровому преобразователю, который через передатчик сигналов подключен к передающей антенне, а приемная станция содержит источник питания, приемную антенну, приемник сигналов, блок определения сигнала, выходом связанный с коммутатором, три выхода которого соединены с устройствами для обработки данных и индикации результатов измерения температуры и водородных показателей, выполненных в виде последовательно соединенных демодулятора, дешифратора, регистра памяти и цифрового индикатора, при этом выходы регистров памяти устройств обработки водородных показателей дополнительно связаны с входами вычислительного блока, выходом подключенного к исполнительному блоку, подающего команды на силовое оборудование для включения устройства аэрации для предупреждения замора.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник питания передающей станции содержит солнечную батарею, аккумуляторную батарею, тумблер включения питания и подключен к элементам станции через таймер.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник питания приемной станции содержит сетевую электрическую вилку, батарею аккумуляторов и тумблер включения питания и подключен к приемнику сигналов, блоку определения приемного сигнала непосредственно, а к остальным элементам станции через электронный ключ блока определения сигнала.
