CN106092658A - 一种用于水样分层采集的全自动水样采集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水样分层采集的全自动水样采集系统。它主要包括采水桶机构、凸轮组机构、绳系机构、支架机构和控制系统部分。所述采水桶机构均布于支架小圆环上，负责采集水样；所述凸轮机构在电机带动下控制小卡盘的运动，进而控制采水桶密封盖的闭合；所述绳系机构起到传递小卡盘的力和放大行程作用；所述支架机构起到整个机构的固定连接以及工作时吊装作用；所述控制系统部分起到识别水深和控制电机运转作用。本发明可以实现由一个电机控制多个凸轮的运动实现不同水层的水样采集作业，实现全程全自动的作业过程，无需人为释放使锤，可实现无人值守，作业区域更广，减少人为因素干扰，同时可以很方便的进行拓展采水桶和凸轮个数进行更多水层的采水作业。

Description

一种用于水样分层采集的全自动水样采集器

技术领域

本发明涉及一种用于水样分层采集的全自动水样采集器，用于对江河湖、海水等水体的水样进行定深采样，属于水样采集领域。

背景技术

随着经济社会的发展，环境污染越来越严重，而水资源作为人类赖以生存的重要资源，如今也被各种生活污水和工业废水污染严重，不但破坏生态环境，更加危害着人类的健康，环境治理迫在眉睫。而对于水质监测工作，水样的采集便是其中重要的一环。水样的采集经常需要在不同的地方进行不同深度的水样采集，然后确定水体的质量状况，现有的水样采集器大都需要人到现场亲自进行操作，待水样采集器到达指定的水层深度后，人为的释放使锤将采样器关闭，而且每次只能采集唯一深度的水样。这样一旦遇到不利于人的危险复杂环境，便无法进行水样采集。而且不能实现一次操作而取得多个深度的水样。另外现有技术的水样采集器无法在自身结构的基础上实现简单拓展以适应更多个水层的水样采集工作。所以对于目前水样采集工作来说，迫切的需要一种自动化程度高，效率高，无人值守，一次操作可以取得多个水层水样采集的全自动水样采集器。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的水样采集过程中必须人为值守、无法一次操作实现多个深度的水样采集，而提供一种用于水样分层采集的全自动水样采集器，一次操作可取得多个水层水样。

为解决上述技术问题本发明的构思是：

一种用于水样分层采集的全自动水样采集器，从总体上主要由凸轮组机构，采水桶机构，控制系统和支架组成。采水桶负责采集指定深度的水样，凸轮组负责控制采水桶两端密封盖的闭合，控制系统负责检查水深进而控制电机的转动，支架一方面起到支撑结合各个机构，另一方面也可以作为机构拓展基础和整个机构的吊装牵引架。该系统可以实现采水器一次入水而在三个不同水深处自动采集水样功能，而且后期可以拓展采水桶和凸轮数目，以实现采水器一次入水实现在三个以上水深处自动采水功能。该水样采集器工作过程为，先在控制系统中设定要采集水样水层深度信息，将采水器放入水中后，由压力传感器检测到水深信息后，控制电机旋转，电机带动主轴旋转，主轴带动凸轮旋转，凸轮通过卡盘机构拉动滑轮绳系，进而绳系拉开采水桶两端的密封盖。待凸轮旋转过一定角度后，释放第一个卡扣，采水桶两端密封盖在自身复位弹簧作用下紧紧盖紧采水桶，则第一个设定水深水样采集完毕。待凸轮再次旋转一个角度后，释放第二个个卡扣，另一个采水桶两端密封盖封闭，则第二个设定水深水样采集完毕。然后重复以上过程，达到一次采集多个水深水样之目的。另外由于本装置采水桶以及凸轮组的布置特点，可以为后期增加采水桶和凸轮数量留下可观的拓展结构和空间，以实现三个以上不同水深处的采水作业。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种用于水样分层采集的全自动水样采集器，包括采水桶机构、凸轮组机构、绳系机构、支架机构和控制系统，其特征在于：（1）所述支架机构为一个圆柱形体的框架，其内固定安装具有竖直周向均布的n个水桶的采水桶机构，n为等于大于1的自然数；（2）在支架机构的中心轴线上固定安装具有一轴串联n个凸轮而由一个电机驱动的凸轮组机构；（3）所述凸轮组机构的n个凸轮分别经绳系机构系连采水桶机构中的n个水桶的上下两个密封盖；（4）所述控制机构有n个压力传感器经控制电路连接电机，据压力传感器感测的水深压力控制电机的转动方位，从而控制n个凸轮的转动方位，实现n个圆桶的上下两个密封盖的启闭。

所述采水桶机构通过上下两个圆箍由螺栓螺母固定在支架机构上，其组成由水桶、前平衡连杆、后两支撑连杆、上下两密封盖支撑圆箍盘、上下两密封盖、上下密封盖复位弹簧、上下复位弹簧套筒、上下两滑轮机构组成。其中后两支撑连杆与前平衡连杆和上下两密封盖支撑圆箍盘相连，将水桶固定在支撑圆箍中心，上下密封盖分别与支撑圆箍盘活动铰接，密封盖则通过固定于盖上的左右对称小连杆与套筒上的螺栓通过复位弹簧连接，小滑轮通过支架与支撑圆箍盘固定。

所述凸轮组机构通过凸轮组上固定架、凸轮组下固定架与支架机构相连，其组成由中心连杆，中心固定盘，止推轴承，凸轮1，凸轮2，凸轮3，主轴，凸轮固定盘，键，联轴器，联轴器密封筒，电机，电机密封筒组成；其特征在于：所述中心固定盘通过中心连杆固定在凸轮组上固定架上，中心固定盘和主轴由止推轴承连接，凸轮1、凸轮2、凸轮3分别由各自上下两个凸轮固定盘通过紧定螺钉固定在主轴上，主轴上开有键槽，固定凸轮的周向转动，主轴通过联轴器由电机连接，联轴器密封套和电机密封套与凸轮组下固定支架连接。电机由控制系统控制旋转，通过联轴器带动主轴旋转，主轴带动凸轮1、凸轮2、凸轮3旋转，带动各自的小卡盘拉动绳子，各个小卡盘在开始时均由各凸轮的0度相位角卡入凸轮槽，带动绳系系统操作采水桶密封盖向上拉开，凸轮1、2、3的开槽区间弧度长度递增，待主轴运动一定角度后，凸轮1的卡槽中的小卡盘首先从卡槽中弹出，被拉开的采水桶密封盖在自身的复位弹簧作用下复位密封住桶口。然后凸轮2、3重复这一过程。

所述绳系机构由各采水桶上的小滑轮支架，小滑轮，安装在支架机构上的行程放大滑轮组，上下靠轮，小卡盘弹簧套，小卡盘弹簧，小卡盘，以及连接从采水桶上下密封盖到小滑轮再到行程放大滑轮组，从行程放大滑轮组到小卡盘机构的绳索组成；其特征在于：由凸轮组上凸轮的旋转将小卡盘卡到凸轮槽后，由于凸轮的回程拉动小卡盘向凸轮主轴靠近，小卡盘带动绳子拉动行程放大滑轮组上的小滑轮，小滑轮带动大滑轮，这样小滑轮的小运动角度便被放大为计算好的大滑轮运动角度，大滑轮拉动绳索绕过采水桶小滑轮进而拉动采水桶密封盖，打开采水桶，让水样得以进入采水桶，待小卡轮弹出凸轮后，绳索就在采水桶密封盖复位弹簧和小卡轮弹簧套中的复位弹簧的作用下回到初始位置，安装在行程放大滑轮组上下的靠轮起到防止绳索在复位过程中由于速度过快而弹出行程放大滑轮的作用。

所述支架机构是由中间的槽钢，中心小圆环，外围大圆环，连接大小圆环的连接杆，连接上下大圆环的连接杆构成圆柱形体构架；其特征在于：中间槽钢均布在小圆环上，采水桶，主轴支架，行程放大滑轮组，靠轮都固定于其上，大小圆环及连接杆组成的支架机构一方面起到整个采水器自身的支撑作用，另一方面则是起到采水桶在船舶，飞机上工作时的吊架作用。

所述控制系统由压力传感器以及相应的控制电路和程序组成。其特征在于：在采水器开始作业前，在控制系统中输入待采集水层深度的各水层压强，待采水器进入水中，由压力传感器不断扫描所处水层的压力值，并将数据返回至控制系统，待返回值与设定值之差小于设定动作值时，控制系统开始控制电机旋转，待压力传感器返回值刚好等于设定值时，电机刚好转过第一个凸轮的有效弧度，第一个小卡盘弹出，第一水层的水样采集作业完成，采水器继续下行，到压力传感器返回值与第二个设定值之差小于第二个设定动作值时，控制系统控制电机转动，并在返回的压力传感器值刚好等于设定值时，第二个凸轮刚好转过有效弧度，第二个小卡盘弹出，第二水层的水样采集作业完成，采水器继续下行，进行第三个水层的水样采集作业。

本发明与现有技术相比较，具有如下实质特点和显著优点；

目前国内该领域还没有这种水样采集器，与目前市面上现有的水样采集器相比，该水样采集器有以下显著优点：首先，由一个电机控制多个凸轮的运动实现多个水层的水样采集作业，这样只需控制一个电机的运动可使控制系统简单；其次，由凸轮来控制采水器密封盖的闭合，在水下机械控制更加可靠，而且结构简单；再者，由传感器实现全程全自动的作业过程，无需人为释放使锤，可实现无人值守，作业区域更广，减少人为因素干扰；最后，本采水器后期可以很方便的进行拓展采水桶和凸轮个数进行更多水层的采水作业。

附图说明

图1是一种用于水样分层采集的全自动水样采集器结构总图

图2是采水桶机构的结构示意图

图3是凸轮组机构的结构示意图

图4是采水桶机构复位部分结构示意图

图5是小卡盘机构的结构示意图

图6是绳系机构部分结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1-图6，本用于水样分层采集的全自动水样采集器，包括采水桶机构（B）、凸轮组机构（C）、绳系机构、支架机构（A）和控制系统，其特征在于：（1）所述支架机构（A）为一个圆柱形体的框架，其内固定安装具有竖直周向均布的n个水桶（17）的采水桶机构（B），n为等于大于1的自然数；（2）在支架机构（A）的中心轴线上固定安装具有一轴串联n个凸轮而由一个电机（46）驱动的凸轮组机构（C）；（3）所述凸轮组机构（C）的n个凸轮分别经绳系机构系连采水桶机构（B）中的n个水桶（17）的上下两个密封盖（4）；（4）所述控制机构有n个压力传感器（11）经控制电路连接电机（46），据压力传感器（11）感测的水深压力控制电机（46）的转动方位，从而控制n个凸轮的转动方位，实现n个圆桶（17）的上下两个密封盖的启闭。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

参见图1，所述控制系统由压力传感器（11）以及相应的控制电路和程序组成；其特征在于：在采水器开始作业前，在控制系统中输入待采集水层深度的各水层压强，待采水器进入水中，由压力传感器不断扫描所处水层的压力值，并将数据返回至控制系统，待返回值与设定值之差小于设定动作值时，控制系统开始控制电机（46）旋转，待压力传感器（11）返回值刚好等于设定值时，电机（46）刚好转过第一个凸轮（34）的有效弧度，第一个小卡盘（26-1）弹出，第一水层的水样采集作业完成，采水器继续下行，到压力传感器（11）返回值与第二个设定值之差小于第二个设定动作值时，控制系统控制电机（46）转动，并在返回的压力传感器值刚好等于设定值时，第二个凸轮（38）刚好转过有效弧度，第二个小卡盘（26-2）弹出，第二水层的水样采集作业完成，采水器继续下行，进行第三个水层的水样采集作业。

参见图1，所述支架部分（A）由中间的槽钢（49），中心小圆环（28），外围大圆环（1），连接大小圆环的连接杆（2），连接上下大圆环（1）的连接杆（3）构成圆柱形体框架；其特征在于：中间槽钢（49）均布在小圆环（28）上，采水桶（B），主轴支架（44）（30），行程放大滑轮组（39），靠轮（14）都固定于其上，大小圆环及连接杆组成的支架机构（A）一方面起到整个采水器自身的支撑作用，另一方面则是起到采水桶在船舶，飞机上工作时的吊架作用。

参见图2及图4，所述采水桶机构（B）通过上下两个圆箍由螺栓螺母固定在支架机构（A）上，其组成水圆桶（17）、前平衡连杆（9）、后两支撑连杆（8）、上下两密封盖支撑圆箍盘（5）、上下两密封盖（4）、上下密封盖复位弹簧（20）、上下复位弹簧套筒（7）、上下两滑轮（22）机构组成；其中后两支撑连杆（8）与前平衡连杆（9）和上下两密封盖支撑圆箍盘（5）相连，将水桶（17）固定在支撑圆箍（5）中心，上下密封盖（4）分别与支撑圆箍盘（5）活动铰接，密封盖（4）则通过固定于盖上的左右对称小连杆（29）与套筒（7）上的螺栓通过复位弹簧（20）连接，小滑轮（22）通过支架（21）与支撑圆箍盘（5）固定。

参见图3，所述凸轮组机构（C）通过凸轮组上固定架（30）、凸轮组下固定架（44）与支架机构（A）相连，其组成由中心连杆（32），中心固定盘（33），止推轴承（31），凸轮1（34），凸轮2（38），凸轮3（41），主轴（35），凸轮固定盘（36），键，联轴器（43），联轴器密封筒（42），电机（46），电机密封筒（45）构成；其特征在于：所述中心固定盘(33)通过中心连杆（32）固定在凸轮组上固定架（30）上，中心固定盘（33）和主轴（35）由止推轴承（31）连接，凸轮1（34）、凸轮2（38）、凸轮3（41）分别由各自上下两个凸轮固定盘（36）通过紧定螺钉固定在主轴（35）上，主轴（35）上开有键槽，固定凸轮的周向转动，主轴（35）通过联轴器（43）由电机（46）连接，联轴器密封套（42）和电机密封套（45）与凸轮组下固定支架（44）连接；电机（46）由控制系统控制旋转，通过联轴器（43）带动主轴（35）旋转，主轴（35）带动凸轮1（34）、凸轮2（38）、凸轮3（41）旋转，带动各自的小卡盘（26）拉动绳子，各个小卡盘在开始时均由各凸轮的0度相位角卡入凸轮槽，带动绳系系统操作采水桶密封盖（4）向上拉开，凸轮1（34）、凸轮2（38）、凸轮3（41）的开槽区间弧度长度递增，待主轴（35）运动一定角度后，凸轮1（34）的卡槽中的小卡盘（26）首先从卡槽中弹出，被拉开的采水桶密封盖（4）在自身的复位弹簧（20）作用下复位密封住桶口；然后凸轮2（38）、凸轮3（41）重复这一过程。

参见图5及图6，所述绳系机构由各采水桶机构（B）上的小滑轮支架（21），小滑轮（22），安装在支架机构（A）上的行程放大滑轮组（39），上下靠轮（14），小卡盘弹簧套（19），小卡盘弹簧（25），小卡盘（26），以及连接从采水桶上下密封盖（4）到小滑轮（22）再到行程放大滑轮组（39），从行程放大滑轮组（39）到小卡盘机构的绳索（16）（10）（37）（47）（27）（48）组成；其特征在于：由凸轮组机构上凸轮的旋转将小卡盘（26）卡到凸轮槽后，由于凸轮的回程拉动小卡盘向凸轮主轴（35）靠近，小卡盘（26）带动绳子拉动行程放大滑轮组（39）上的小滑轮，小滑轮带动大滑轮，这样小滑轮的小运动角度便被放大为计算好的大滑轮运动角度，大滑轮拉动绳索绕过采水桶小滑轮（22）进而拉动采水桶密封盖（4），打开采水桶，让水样得以进入采水桶，待小卡盘(26)弹出凸轮后，绳索就在采水桶密封盖复位弹簧（20）和小卡轮弹簧套（19）中的复位弹簧（25）的作用下回到初始位置，安装在行程放大滑轮组（39）上下的靠轮（14）起到防止绳索在复位过程中由于速度过快而弹出行程放大滑轮（39）的作用。

Claims (6)

1.一种用于水样分层采集的全自动水样采集器，包括采水桶机构（B）、凸轮组机构（C）、绳系机构、支架机构（A）和控制系统，其特征在于：（1）所述支架机构（A）为一个圆柱形体的框架，其内固定安装具有竖直周向均布的n个水桶（17）的采水桶机构（B），n为等于大于1的自然数；（2）在支架机构（A）的中心轴线上固定安装具有一轴串联n个凸轮而由一个电机（46）驱动的凸轮组机构（C）；（3）所述凸轮组机构（C）的n个凸轮分别经绳系机构系连采水桶机构（B）中的n个水桶（17）的上下两个密封盖（4）；（4）所述控制机构有n个压力传感器（11）经控制电路连接电机（46），据压力传感器（11）感测的水深压力控制电机（46）的转动方位，从而控制n个凸轮的转动方位，实现n个圆桶（17）的上下两个密封盖的启闭。

2.根据权利要求1所述的用于水样分层采集的全自动水样采集器，其特征在于：所述采水桶机构（B）通过上下两个圆箍由螺栓螺母固定在支架机构（A）上，其组成水圆桶（17）、前平衡连杆（9）、后两支撑连杆（8）、上下两密封盖支撑圆箍盘（5）、上下两密封盖（4）、上下密封盖复位弹簧（20）、上下复位弹簧套筒（7）、上下两滑轮（22）机构组成；所述后两支撑连杆（8）与前平衡连杆（9）和上下两密封盖支撑圆箍盘（5）相连，将水桶（17）固定在支撑圆箍（5）中心，上下密封盖（4）分别与支撑圆箍盘（5）活动铰接，密封盖（4）则通过固定于盖上的左右对称小连杆（29）与套筒（7）上的螺栓通过复位弹簧（20）连接，小滑轮（22）通过支架（21）与支撑圆箍盘（5）固定。

3.根据权利要求1所述的用于水样分层采集的全自动水样采集器，其特征在于：所述凸轮组机构（C）通过凸轮组上固定架（30）、凸轮组下固定架（44）与支架机构（A）相连，其组成由中心连杆（32），中心固定盘（33），止推轴承（31），凸轮1（34），凸轮2（38），凸轮3（41），主轴（35），凸轮固定盘（36），键，联轴器（43），联轴器密封筒（42），电机（46），电机密封筒（45）构成；所述中心固定盘(33)通过中心连杆（32）固定在凸轮组上固定架（30）上，中心固定盘（33）和主轴（35）由止推轴承（31）连接，凸轮1（34）、凸轮2（38）、凸轮3（41）分别由各自上下两个凸轮固定盘（36）通过紧定螺钉固定在主轴（35）上，主轴（35）上开有键槽，固定凸轮的周向转动，主轴（35）通过联轴器（43）由电机（46）连接，联轴器密封套（42）和电机密封套（45）与凸轮组下固定支架（44）连接；电机（46）由控制系统控制旋转，通过联轴器（43）带动主轴（35）旋转，主轴（35）带动凸轮1（34）、凸轮2（38）、凸轮3（41）旋转，带动各自的小卡盘（26）拉动绳子，各个小卡盘在开始时均由各凸轮的0度相位角卡入凸轮槽，带动绳系系统操作采水桶密封盖（4）向上拉开，凸轮1（34）、凸轮2（38）、凸轮3（41）的开槽区间弧度长度递增，待主轴（35）运动一定角度后，凸轮1（34）的卡槽中的小卡盘（26）首先从卡槽中弹出，被拉开的采水桶密封盖（4）在自身的复位弹簧（20）作用下复位密封住桶口；然后凸轮2（38）、凸轮3（41）重复这一过程。

4.根据权利要求1所述的用于水样分层采集的全自动水样采集器，其特征在于：由各采水桶机构（B）上的小滑轮支架（21），小滑轮（22），安装在支架机构（A）上的行程放大滑轮组（39），上下靠轮（14），小卡盘弹簧套（19），小卡盘弹簧（25），小卡盘（26），以及连接从采水桶上下密封盖（4）到小滑轮（22）再到行程放大滑轮组（39），从行程放大滑轮组（39）到小卡盘机构的绳索（16）（10）（37）（47）（27）（48）组成；由凸轮组机构上凸轮的旋转将小卡盘（26）卡到凸轮槽后，由于凸轮的回程拉动小卡盘向凸轮主轴（35）靠近，小卡盘（26）带动绳子拉动行程放大滑轮组（39）上的小滑轮，小滑轮带动大滑轮，这样小滑轮的小运动角度便被放大为计算好的大滑轮运动角度，大滑轮拉动绳索绕过采水桶小滑轮（22）进而拉动采水桶密封盖（4），打开采水桶，让水样得以进入采水桶，待小卡盘(26)弹出凸轮后，绳索就在采水桶密封盖复位弹簧（20）和小卡轮弹簧套（19）中的复位弹簧（25）的作用下回到初始位置，安装在行程放大滑轮组（39）上下的靠轮（14）起到防止绳索在复位过程中由于速度过快而弹出行程放大滑轮（39）的作用。

5.根据权利要求1所述的用于水样分层采集的全自动水样采集器，其特征在于：所述支架部分（A）由中间的槽钢（49），中心小圆环（28），外围大圆环（1），连接大小圆环的连接杆（2），连接上下大圆环（1）的连接杆（3）构成圆柱形体框架；所述中间槽钢（49）均布在小圆环（28）上，采水桶（B），主轴支架（44）（30），行程放大滑轮组（39），靠轮（14）都固定于其上，大小圆环及连接杆组成的支架机构（A）一方面起到整个采水器自身的支撑作用，另一方面则是起到采水桶在船舶，飞机上工作时的吊架作用。

6.根据权利要求1所述的用于水样分层采集的全自动水样采集器，其特征在于：所述控制系统由压力传感器（11）以及相应的控制电路和程序组成；在采水器开始作业前，在控制系统中输入待采集水层深度的各水层压强，待采水器进入水中，由压力传感器不断扫描所处水层的压力值，并将数据返回至控制系统，待返回值与设定值之差小于设定动作值时，控制系统开始控制电机（46）旋转，待压力传感器（11）返回值刚好等于设定值时，电机（46）刚好转过第一个凸轮（34）的有效弧度，第一个小卡盘（26-1）弹出，第一水层的水样采集作业完成，采水器继续下行，到压力传感器（11）返回值与第二个设定值之差小于第二个设定动作值时，控制系统控制电机（46）转动，并在返回的压力传感器值刚好等于设定值时，第二个凸轮（38）刚好转过有效弧度，第二个小卡盘（26-2）弹出，第二水层的水样采集作业完成，采水器继续下行，进行第三个水层的水样采集作业。