一种水体浮标的制作方法

本公开属于水质监测技术领域，具体涉及一种水体浮标。

背景技术：

浮标是以锚定在水上，以观测浮标为主体组成的水文、水质、气象自动监测系统。一般来说，浮标主要结构包括：浮体、桅杆和锚链，功能模块主要由供电、通讯控制、传感器等构成。但是当浮标体放置于水中时，受风浪影响，上下颠簸、左右摇晃，重心偏离平衡位置，重心点将升高，平衡被打破，浮标容易倾倒；另外，考虑到应用工况，通常浮标体采用圆柱体(减少水流的阻力)。会发生旋转，导致固定浮标体的锚链交叉缠绕，严重的发生锚链断裂。

技术实现要素：

本公开提供了一种水体浮标，旨在解决现有技术中浮标体放置于水中时，受风浪影响容易倾倒的问题。

为了解决上述技术问题，本公开所采用的技术方案为：

一方面，本公开提供了一种水体浮标，包括浮标体和配重摆动件，所述配重摆动件为悬挂在浮标体底部且上小下大的配重摆动件；所述配重摆动件为扇形的平板件且底部为弧形面，配重摆动件的弧形底面两端采用圆弧形的过度角过渡；所述配重摆动件与浮标体通过连接锁扣相连，所述连接锁扣包括设置在配重摆动件顶部的下锁环和设置在浮标体底部的上锁环，所述上锁环和下锁环悬挂在一起。

进一步改进的方案：所述配重摆动件为铁块。

进一步改进的方案：所述浮标体包括浮体和设置在浮体上的桅杆；桅杆上设有浮标集控中心和太阳能收集板；浮标集控中心上连接有蓄电池组、水质传感器和气象传感器；太阳能收集板与蓄电池组相连；蓄电池组和气象传感器设置在桅杆上，所述水质传感器设置在浮体的底部。

进一步改进的方案：所述浮标集控中心上还连接有通讯单元。

另一方面，本公开提供了一种水体浮标，包括浮标体和配重摆动件，所述配重摆动件包括悬挂在浮标体底部且上小下大的配重摆动件；所述配重摆动件为圆锥体且底部为球形面；所述配重摆动件的上端与浮标体的下端转动连接。

进一步改进的方案：所述配重摆动件的上端设有下锁环，浮标体的下端设有上锁环，所述上锁环和下锁环悬挂在一起。

进一步改进的方案：所述配重摆动件的上端与浮标体的下端通过球铰连接。

进一步改进的方案：所述配重摆动件为铁块。

进一步改进的方案：所述浮标体包括浮体和设置在浮体上的桅杆；桅杆上设有浮标集控中心和太阳能收集板；浮标集控中心上连接有蓄电池组、水质传感器和气象传感器；太阳能收集板与蓄电池组相连；蓄电池组和气象传感器设置在桅杆上，所述水质传感器设置在浮体的底部。

进一步改进的方案：所述浮标集控中心上还连接有通讯单元。

本公开的有益效果为：

本公开中在浮标体底部悬挂有配重摆件且配重摆动件上小下大；一方面，当浮标体受到风浪影响时，会对浮标体产生一个干扰力矩，使浮标体发生倾斜，同时配重摆件发生倾斜对浮标体产生一个抵抗力矩，抵抗力矩的方向和干扰力矩的方向正好相反，抵抗和制止了风浪外力对浮标体产生的干扰作用，同时随着浮标体倾斜的角度不断增大，重心作用线的偏移量也不断增大，抵抗力矩的量值也不断增大，随着抵抗力和干扰力对浮标体做功，能量的逐渐耗尽，即抵抗力矩等于干扰力矩时，浮标体就进入新的平衡状态。另一方面，采用配重摆动件替代锚链，避免了交叉缠绕以及发生锚链断裂的现象。

当配重摆动件为扇形的平板件且底部为弧形面，配重摆动件的弧形底面两端采用圆弧形的过度角过渡，所述配重摆动件与浮标体上锁环和下锁环悬挂在一起。采用扇形的平板件，当在河流当中，配重摆动件在水流作用下会与水流方向平行，减少水流的冲击。

当配重摆动件为扇形的平板件且底部为弧形面，配重摆动件的弧形底面两端采用圆弧形的过度角过渡，所述配重摆动件与浮标体上锁环和下锁环悬挂在一起。采用扇形的平板件，当在河流当中，配重摆动件在水流作用下会与水流方向平行，减少水流的冲击。

当配重摆动件为圆锥体且底部为球形面；配重摆动件的上端与浮标体的下端转动连接，适用于湖泊中。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关附图。

图1是本公开中受力平衡状态时水体浮标的结构示意图。

图2是本公开中受到外力干扰时时水体浮标的结构示意图。

图3是本公开中实施例一中配重摆动件的结构示意图。

图4是本公开中实施例二中配重摆动件的结构示意图。

图5是本公开中数据采集系统的系统架构示意图。

图中标号说明：

1-浮体；2-配重摆动件；3-桅杆；4-上锁环；5-下锁环。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，并不用于限定本公开。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开的保护范围。

实施例一：

参阅图1、图2和图3，本公开提供了一种水体浮标，包括浮标体和配重摆动件2，所述配重摆动件2为悬挂在浮标体底部且上小下大的配重摆动件2；所述配重摆动件2为扇形的平板件且底部为弧形面，配重摆动件2的弧形底面两端采用圆弧形的过度角过渡；所述配重摆动件2与浮标体通过连接锁扣相连，所述连接锁扣包括设置在配重摆动件2顶部的下锁环5和设置在浮标体底部的上锁环4，所述上锁环4和下锁环5悬挂在一起。所述上锁环4和下锁环5可以为椭圆形环或圆形环等表面平滑的环状结构；上锁环4和下锁环5悬挂在一起可以为类似铁链一样两个环相互连接，也可以为类似钥匙扣的连接方式。其中，所述配重摆动件2可以选择铁块，也可以选择其他较重的物体。

下面对通过力学分析对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，浮标体平衡的受力情况，浮标体在水中，受到三个外力的作用：第一个是自身重力g，第二个是配重摆动件对浮标体拉力，第三个是水体对浮标体的浮力。根据物体的平衡条件，只要这三个力作用在一条直线上、合力为零，浮标体及配重摆动件就能够保持平衡的状态。此时，配重摆动件的受力情况，受到两个外力的作用：一个是自身重力g，另一个是浮标体对配重摆动件的拉力。

参阅图2，当浮标体受到风浪影响发生倾斜，连锁到配重摆动件的受力情况。浮标体倾斜时受到两个力矩的作用，称外力的作用为干扰，外力形成干扰力矩；另一个叫抵抗力矩，由浮标体自身和配重摆动件的重力形成。本来浮标体是直立的，由于外力的作用，外力对浮标体产生力矩，使浮标体倾斜，打破原来的平衡。本来浮标体重力是不产生力矩的，浮标体与配重摆动件的重力作用线和连接锁扣位于同一直线上，力矩为零。由于外力的作用，浮标体倾斜，配重摆动件向一侧倾斜，浮标体、配重摆动件的重心与连接锁扣的中心偏离不在同一直线上，因而形成力矩，这就是抵抗力矩。正是由于抵抗力矩的形成和发展，抵抗和制止了外力的干扰作用。抵抗力矩的方向和干扰力矩的方向正好相反，同时随着浮标体倾斜的角度不断增大，重心作用线的偏移量也不断增大，抵抗力矩的量值也不断增大，随着抵抗力和干扰力对浮标体做功，能量的逐渐耗尽，即抵抗力矩等于干扰力矩时，浮标体就进入新的平衡状态，此时外力的干扰作用也就宣告停止。由此可知，浮标体受到外力干扰后，原有的平衡破坏了，但新的平衡随之形成，虽然平衡的方式不同，但平衡的本质不变，这种便是动态平衡。受力分析如下：

当浮标体受风浪作用力影响，重心偏离倾斜θ角时，配重摆动件偏离力臂此时配重摆动件重心c相对与原来o点的位置矢量可表示为：

r＝(rtanθ±dsinθ)i+(r±dcosθ)j

式中“+”表示配重摆动件重心c位于连接锁扣上方，“-”表示配重摆动件重心c位于连接锁扣下方。由此，系统的势能函数为：

e(θ)＝mg(r±dcosθ)

浮标体与配重摆动件稳定时，θ＝0应为平衡位置，将(2)式在θ＝0处展开为泰勒级数

配重摆动件重心c位于连接锁扣上方，(3)式取上边符号，即

此时θ＝0为势能函数的极大值，这时随着|θ|从零增加，势能减少。根据机械能守恒，动能将增加，即从θ＝0的微小偏离，都将引起更大的偏离。

配重摆动件重心c位于连接锁扣下方，上式取下边符号，即

此时0＝0为势能函数的极小值，这时随着|θ|从零增加时，势能也增加。根据机械能守恒，动能将减少，最后动能将消失，这意味着从θ＝0偏开后将达到静止，然后再向θ＝0返回。

浮标体复原的受力情况：从势能角度考虑，势能低的物体比较稳定，物体一定会向着势能低的状态变化。当浮标体受力倾斜，配重摆动件的重心被抬高，造成势能增加，所以浮标体在配重摆动件联动下要回复原来的位置。从杠杆原理来说，浮标体倾斜时，重心的作用点(即联结点)抬升偏离原有位置，配重摆动件的重心会因为相对于联结点力矩大而恢复到原来位置(力矩＝力×力臂)。

在以上的整个过程中，建立新的平衡是其中主要的问题，通过反反复复的抵制外力的干扰，趋于浮标体与配重摆动件的整体平衡。在整个过程中浮标体始终趋于平衡的属性，这便是″平衡的稳定性″。即仅当配重摆动件重心c位于连接锁扣下方时，θ＝0才是系统的稳定平衡点。

综上所述，这个原理的要点在于：使重力的作用线偏离支点，使重力对支点产生力矩，即抵抗力矩。由于浮标体倾斜的角度不断增大，重力作用线的偏移量随之增大，抵抗力矩也随之增大，最终实现和外力力矩的平衡，配重摆动件通过连接锁扣联动浮标体抵抗外力干扰、保持平衡的能力就是这样形成的。

在上述方案的基础上，所述浮标体包括浮体1和设置在浮体1上的桅杆3；桅杆3上设有浮标集控中心和太阳能收集板；参阅图5，浮标集控中心上连接有蓄电池组、水质传感器和气象传感器；太阳能收集板与蓄电池组相连；蓄电池组和气象传感器设置在桅杆上，所述水质传感器设置在浮体的底部。所述浮标集控中心上还连接有通讯单元。

实施例二：

参阅图1、图2和图4，本公开提供了一种水体浮标，包括浮标体和配重摆动件2，所述配重摆动件2包括悬挂在浮标体底部且上小下大的配重摆动件2；所述配重摆动件2为圆锥体且底部为球形面；所述配重摆动件2的上端与浮标体的下端转动连接。所述配重摆动件2为铁块。

配重摆动件2与浮标体的连接方式包括但不限于以下两种方式：

第一种方式为：所述配重摆动件2的上端设有下锁环5，浮标体的下端设有上锁环4，所述上锁环4和下锁环5悬挂在一起。

第二种方式为：所述配重摆动件2的上端与浮标体的下端通过球铰连接。

配重摆动件2与浮标体力学分析与实施例一原理相同，这里不再赘述。

在上述方案的基础上，所述浮标体包括浮体1和设置在浮体1上的桅杆3；桅杆3上设有浮标集控中心和太阳能收集板；参阅图5，浮标集控中心上连接有蓄电池组、水质传感器和气象传感器；太阳能收集板与蓄电池组相连；蓄电池组和气象传感器设置在桅杆上，所述水质传感器设置在浮体的底部。所述浮标集控中心上还连接有通讯单元，所述通讯单元可以采用wifi、3g、4g等网络形式与外部通讯终端通讯。

本公开不局限于上述可选实施方式，在互不抵触的前提下，各方案之间可任意组合；任何人在本公开的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本公开权利要求界定范围内的技术方案，均落在本公开的保护范围之内。

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