CN105466728B - 无人船搭载的多点水样自动采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人船搭载的多点水样自动采集装置，包括采水控制模块、进水装置、储水装置和传动装置。进水装置包括抽水泵、用于抽水的抽水管及用于连接抽水泵和储水装置的连接管。储水装置包括托盘、支撑杆、采水瓶架、采水瓶和盖板，采水瓶架通过支撑杆固定在托盘上方，传动装置可驱动采水瓶架绕支撑杆旋转。采水瓶架上设有一圈采水瓶卡槽，每一采水瓶卡槽中卡固一采水瓶，采水瓶架的上方安装一可将采水瓶架覆盖的盖板，盖板上设有与连接管连通的水管接头，所述采水控制模块用于控制采水瓶架的旋转角度和抽水泵的启闭时间。本发明可实现多点水样采集，可替代人工作业，在多点采集时可实现精确控制，效率高，安装和使用均较为方便。

Description

无人船搭载的多点水样自动采集装置及方法

技术领域

本发明涉及水样采集技术领域，具体是一种无人船搭载的多点水样自动采集装置及方法。

背景技术

从水体环境中取得具有代表性和有效性的样品，是水环境分析监测基础工作。除了有些项目(如水温、溶解氧、电导率等)可以现场测定外，多数水质参数需要现场采集水样，通过实验室内检测设备进行分析测定。为保证采集水样的代表性，避免采用近岸水体(受周边环境和人类活动影响)对水体成分产生影响，采水地点要求尽量远离岸边，并在整片水域设置布局合理的采样点。但在无人区或无船区水体开展水环境监测工作时，由于无法深入水域中心，目前通常做法是仅对近岸水体进行采集，以近岸水样分析数据作为判定整片水域水质状况的数据，如此肯定会影响判定的准确性。

近年来，无人船作为一种体积小、携带方便、操作简单、灵活机动的数据采集载体，技术发展迅速，应用范围越来越广，不仅可以用于海洋水生物调查等方面，也可以在无人船上搭载水样采集装置，应用于无人区或无船区的水样采集工作，将有效解决整片水域中多样点人工采样困难的问题。

因此，设计一种搭载于无人船的多点水样自动采集装置，对于无人区或无船区的水体水环境监测工作有很大的实用意义。

发明内容

本发明提供一种无人船搭载的多点水样自动采集装置及方法，可以在无人区或无船区水体实现多点水样采集，采水过程自动控制，可替代人工作业，而且在多点采集时可实现精确控制，效率高，安装和使用均较为方便。

一种无人船搭载的多点水样自动采集装置，包括采水控制模块、进水装置、储水装置和传动装置，所述进水装置包括抽水泵、用于抽水的抽水管及用于连接抽水泵和储水装置的连接管，所述储水装置包括托盘、支撑杆、采水瓶架、采水瓶和盖板，采水瓶架通过支撑杆固定在托盘上方，传动装置可驱动采水瓶架绕支撑杆旋转，采水瓶架上设有一圈采水瓶卡槽，每一采水瓶卡槽中卡固一采水瓶，采水瓶架的上方安装一可将采水瓶架覆盖的盖板，盖板上设有与连接管连通的水管接头，采水瓶架绕支撑杆旋转时水管接头可对准每个采水瓶的瓶口，所述采水控制模块用于给抽水泵和传动装置提供控制信号，控制采水瓶架的旋转角度和抽水泵的启闭时间，采水瓶架上设有采水瓶架排水孔，采水过程中产生的余水通过水瓶架排水孔收集到下方托盘中。

进一步的，所述传动装置包括步进电机、传动齿轮，所述采水瓶架上设有穿设在支撑杆的从动齿轮，所述传动齿轮固定在步进电机的输出轴上，所述传动齿轮与采水瓶架上的从动齿轮啮合，所述采水控制模块控制步进电机运行，通过步进电机控制采水瓶架每次转动固定的角度，保证采水瓶卡槽能准确转动到水管接头下方使水管接头对准采水瓶的瓶口。

进一步的，所述托盘为一上端开口、内部中空的圆柱形腔体结构，托盘固定在无人船工作台面上，用于收集采水过程中排出的多余水样。

进一步的，在托盘的侧壁上设有出水孔，用于将托盘内收集的余水排出。

进一步的，托盘的底板上设有凸台，凸台位于托盘的底板中央位置，所述支撑杆竖直固定在凸台上的中心位置，用于支撑采水瓶架和盖板。

进一步的，所述采水瓶架通过轴承安装到支撑杆上。

进一步的，采水瓶卡槽由一大一小两个圆形开孔叠加而成，为葫芦形，较大直径圆孔用于放入采水瓶，较小直径圆孔用于卡固采水瓶。

一种利用上述无人船搭载的多点水样自动采集装置进行水样采集的方法，包括如下步骤：

步骤一、根据预设在无人船控制系统内的航线，无人船航行到达采样点，初始位置时水管接头对应采水瓶架排水孔；

步骤二、所述采水控制模块发出控制信号给抽水泵，控制抽水泵开始工作以将上一个采样点的余水通过采水瓶架排水孔排出到托盘中，余水排出一预设时间后控制抽水泵停止工作；

步骤三、所述采水控制模块发出控制信号给传动装置，传动装置带动采水瓶架旋转固定角度将其中一个采水瓶旋转至水管接头下方；

步骤四、所述采水控制模块控制抽水泵开始工作一预设时间后停止工作，采样点的水经过抽水管、抽水泵、连接管、水管接头流入水管接头下方的采水瓶中；

步骤五、根据预设在无人船控制系统内的航线无人船航行到下一采样点，返回执行步骤一，直至完成所有采样点的水样采集工作。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、本发明考虑到设计、生产及安装成本，对整个采水过程采用开环控制方式，只需在采水前预设好每个采水环节的开始时间和持续时间，不用另外布置传感器，降低采水装置成本，并使其安装使用简单。

2、本发明考虑到无人船船舱内控制主机需要防水，在储水装置中设置托盘，用于收集进水装置排出的余水或采样过程中泼洒出来的水样，并通过设计在托盘侧壁上的出水口排出，保证无人船船舱内不会进水。

3、本发明考虑到不同采样点间水样可能会相互污染的问题，在采水瓶架上间隔设计采水瓶卡槽和排水孔，在每次采样之前，都会事先将进水装置中存留的上一个样点的水样排出。

4、本发明考虑到采样瓶需快速更换问题，将采水瓶卡槽设计为由两个圆形开孔叠加而成，为葫芦形，其中一个圆孔直径大于另一个圆孔，较大直径圆孔用于放入采水瓶，较小直径圆孔用于卡固采水瓶，实现采水瓶快速更换。

5、本发明考虑到已采集到的水样可能被外部灰尘污染等问题，在采水瓶架上设计有盖板遮挡采样瓶瓶口，采集的水样经由进水管、抽水泵、连接管，最后通过水管接头流入采水瓶中，已装满水样的采样瓶瓶口被盖板遮挡，达到防尘防灰目的。

6、本发明为了保证采水瓶架旋转角度的精确性，采用步进电机作为采水瓶架的旋转驱动，预设步进电机每次脉冲信号的脉冲数，当接收到脉冲信号后，电机就按设定的方向转动一个固定的角度，保证采样瓶或排水孔能准确旋转至水管接头下方。

附图说明

图1是本发明无人船搭载的多点水样自动采集装置的结构示意图；

图2为本发明中进水装置的结构示意图；

图3为本发明中抽水泵的俯视图；

图4为本发明中托盘的结构示意图；

图5为本发明中步进电机的结构示意图；

图6为本发明中支撑杆的结构示意图；

图7为本发明中采水瓶架的结构示意图；

图8为本发明中盖板的结构示意图；

图9为本发明无人船搭载的多点水样自动采集装置的工作流程示意图。

图中：1—无人船工作平台，2—进水装置，3—抽水管，4—连接管，5—抽水泵，6—进水口，7—出水口，8—储水装置，9—托盘，10—托盘出水孔，11—托盘凸台，12—步进电机，13—传动齿轮，14—支撑杆，15—采水瓶，16—采水瓶架，17—采水瓶卡槽，18—采水瓶架排水孔，19—从动齿轮，20—盖板，21—水管接头，22—盖板安装孔。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1，本发明提供一种无人船搭载的多点水样自动采集装置，其搭载在无人船上，包括采水控制模块、进水装置2、储水装置8和传动装置。

请参考图2，所述进水装置2包括抽水泵5、用于抽水的抽水管3和用于连接抽水泵5和储水装置8的连接管4。所述抽水泵5通过螺栓固定在无人船工作平台1上；所述抽水管3的一端与抽水泵5的进水口6(如图3所示)相连，另一端没入水体中；所述连接管4的一端与抽水泵5的出水口7相连，另一端连接到储水装置8上方的水管接头21上。

请一并参考图4、图6、图7和图8，所述储水装置8包括托盘9、支撑杆14、采水瓶架16、采水瓶15和盖板20，所述托盘9为一上端开口、内部中空的圆柱形腔体结构，托盘9通过螺栓固定在无人船工作台面上。所述托盘9为整套储水装置8提供安装固定，同时托盘9也起到收集采水过程中排出的多余水样的作用。

在托盘9的侧壁上设有出水孔10，用于将托盘9内收集的余水排出。托盘9的底板上设有凸台11，凸台11可位于托盘9的底板中央位置，所述支撑杆14竖直固定在凸台11上的中心位置，用于支撑采水瓶架16和盖板20。所述采水瓶架16通过轴承安装到支撑杆14上，所述采水瓶架16上设有穿设在支撑杆14的从动齿轮19。采水瓶架16上每隔一定角度设置采水瓶卡槽17，多个采水瓶卡槽17围成一个圆圈。采水瓶卡槽17为葫芦形，即一大一小两个圆形开孔叠加而成，较大直径圆孔用于放入采水瓶15，较小直径圆孔用于卡固采水瓶15，这样可方便采水瓶15的取下和安装固定。采水瓶架18上在相邻两个采水瓶卡槽17间设有排水孔18，用于将采水过程中产生的余水通过排水孔18收集到托盘9中。

请参考图8，所述盖板20为一与采水瓶架16形状适配的板状结构(例如为一块直径与采水瓶架16直径相同的圆盘)，所述盖板20通过支撑杆14固定在采水瓶16上方，用于遮盖采水瓶15。盖板不随步进电机转动，可起到防尘的作用。盖板上还设有一个水管接头21，用于插接连接管5，采集的水样经由进水管3、抽水泵5、连接管5，最后通过水管接头21流入采水瓶15中。水管接头21的出口与卡入采水瓶卡槽17中的采水瓶15的进口对应设置，以便采集的水样进入采水瓶15中。

所述传动装置包括步进电机12、传动齿轮13(如图5所示)，步进电机12固定在托盘9的凸台11上，传动齿轮13固定在步进电机12的输出轴上，与采水瓶架16下方的从动齿轮19啮合，这样采水瓶架16可随步进电机12转动。通过步进电机12控制采水瓶架16每次转动固定的角度，保证采水瓶卡槽17能准确转动到水管接头21下方，即水管接头21对准采水瓶15的瓶口。

所述采水控制模块集成在无人船控制系统上，抽水泵5和步进电机作12为执行装置为采水和储水过程提供驱动，所述采水控制模块与所述步进电机12和抽水泵5连接，所述采水控制模块主要为抽水泵5和步进电机12提供信号输入，控制每个采水环节的开始时间和持续时间，以对采水过程进行控制。

本发明工作原理如下(请参考图9)：

开始工作时，根据预设在无人船控制系统内的航线，无人船将航行到达采样点，采水控制模块接收到无人船控制系统达到采样点的信号后，所述采水控制模块对抽水泵5和步进电机作12发出工作信号，控制抽水泵5开始工作，排出进水装置2中上一个采样点的余水，设置采水瓶架排水孔18为起点(即初始位置水管接头21对应的是采水瓶架排水孔18，而不是采水瓶15)，排出余水完毕后，抽水泵5停止进水，排出的余水将直接收集到托盘9中，并通过托盘出水孔10排出。首先进水装置2进行装置内余水排出，当经过预设时间后，进水装置2停止抽水，传动装置(步进电机12、传动齿轮13)带动采水瓶架16旋转固定角度，将其中一个采水瓶15旋转至水管接头21下方，随后进水装置2再次开始抽水，当经过预设时间后，采水瓶15装满，传动装置再次带动采水瓶架16旋转一定角度，将相邻的采水瓶15转至水管接头21下方，此时即完成一个采样点的水样采集工作。然后无人船到达另一预设采样点后进行下一个采样点的水样采集，直至完成该区域所有采样点的水样采集工作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种利用无人船搭载的多点水样自动采集装置进行水样采集的方法，所述无人船搭载的多点水样自动采集装置包括采水控制模块、进水装置（2）、储水装置（8）和传动装置，所述进水装置（2）包括抽水泵（5）、用于抽水的抽水管（3）及用于连接抽水泵（5）和储水装置（8）的连接管（4），所述储水装置（8）包括托盘（9）、支撑杆（14）、采水瓶架（16）、采水瓶（15）和盖板（20），采水瓶架（16）通过支撑杆（14）固定在托盘（9）上方，传动装置可驱动采水瓶架（16）绕支撑杆（14）旋转，采水瓶架（16）上设有一圈采水瓶卡槽（17），每一采水瓶卡槽（17）中卡固一采水瓶（15），采水瓶架（16）的上方安装一可将采水瓶架（16）覆盖的盖板（20），盖板（20）上设有与连接管（4）连通的水管接头（21），采水瓶架（16）绕支撑杆（14）旋转时水管接头（21）可对准每个采水瓶（15）的瓶口，所述采水控制模块用于给抽水泵（5）和传动装置提供控制信号，控制采水瓶架（16）的旋转角度和抽水泵（5）的启闭时间，采水瓶架（16）上设有采水瓶架排水孔（18），采水过程中产生的余水通过采水瓶架排水孔（18）收集到下方托盘（9）中，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、根据预设在无人船控制系统内的航线，无人船航行到达采样点，初始位置时水管接头（21）对应采水瓶架排水孔（18）；

步骤二、所述采水控制模块发出控制信号给抽水泵（5），控制抽水泵（5）开始工作以将上一个采样点的余水通过采水瓶架排水孔（18）排出到托盘（9）中，余水排出一预设时间后控制抽水泵（5）停止工作；

步骤三、所述采水控制模块发出控制信号给传动装置，传动装置带动采水瓶架（16）旋转固定角度将其中一个采水瓶（15）旋转至水管接头（21）下方；

步骤四、所述采水控制模块控制抽水泵（5）开始工作一预设时间后停止工作，采样点的水经过抽水管（3）、抽水泵（5）、连接管（4）、水管接头（21）流入水管接头（21）下方的采水瓶（15）中；

步骤五、根据预设在无人船控制系统内的航线无人船航行到下一采样点，返回执行步骤一，直至完成所有采样点的水样采集工作。