CN107340154B - 一种用于水体采样的设备及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水体采样的设备，主要包括无人机机体、导航系统、动力系统、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器、主控制器、数据处理器；所述采样器主要是由采样口、采样口收放装置、导水管、水样收集装置、真空泵组成，采样器包含多个水样瓶，无人机可以在每个采样布点处进行一次采样，每个水样瓶与相应的采样点相对应，从而一次性完成多个采样布点的水样采集，快速高效。本发明的污染物实时探测器，可以对流入水体的污染物进行定性和定量监测，若浓度超标则会发出预警信号至远程控制终端，为紧急污染事故的决策、指挥、等应急管理提供辅助决策，具有响应速度快、应用范围广的优点，在应急抢险方面具有较强优势。

Description

一种用于水体采样的设备及其工作方法

技术领域

本发明涉及采样设备技术领域，具体是涉及一种用于水体采样的设备及其工作方法。

背景技术

环境保护已经越来越受到国家的重视，我国已将环境保护列为一项基本国策，狠抓环境质量，作为环境保护细分领域的水质监测行业，也受到了各级政府部门的重视。为了治理水污染问题，我国制定了《水污染防治行动计划》，水质监测是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。水质监测的主要监测项目可分为两大类：一类是反映水质状况的综合指标，如温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量和生物需氧量等；另一类是一些有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。为客观的评价江河和海洋水质的状况，除上述监测项目外，有时需进行流速和流量的测定。

水样的采集和保存是水质分析的重要环节。要想获得准确、全面的水质分析资料，必须使用正确的采样方法和水样保存方法并及时送样分析化验。对于水样的采集，目前在河流、湖泊、水库、海洋中采样,常乘监测船或采样船、手划船等交通工具到采样点采集，或涉水和在桥上采集。这样的采集方法对于工作人员来说效率低、工作量太大，尤其是在一些特殊的环境下，甚至无法进行人工采样。

为解决传统人工水样采样方法存在的不足，无人采样设备应运而生。无人机采样是无人采样的一种，但目前的无人机水样采集虽然水样采集方便，但无人机水样采集的采水器往往只能够进行一次水样采集，不采集效率还是很低。因此，需要设计出一种新的采样设备，能够完成批量化水样采集。

发明内容

本发明针对现有技术中水样采集设备采集工作效率低的问题，提供一种用于水体采样的设备及其工作方法，可以快速高效、批量式完成水样的采集工作。

本发明的技术方案是：主要包括无人机机体、导航系统、动力系统、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器、主控制器、数据处理器，所述无人机机体上部设有螺旋桨，无人机机体底部设置有着陆轮，所述导航系统包括GPS定位器、高度计、巡航地图；所述数据处理器包括无线数据收发模块和数据存储模块；所述导航系统、动力系统、主控制器、数据处理器均位于无人机机体内部，导航系统、主控制器、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器均与所述数据处理器相连，将收集到的数据经数据处理器的数据存储模块存储后，再由无线数据收发模块通过无线网络或者蓝牙传输至远程终端设备；所述导航系统、动力系统、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器均与所述主控制器相连，由主控制器控制各部分的工作；所述采样器主要是由采样口、采样口收放装置、导水管、水样收集装置、真空泵组成，所述采样口通过采样口收放装置控制，伸出或缩回无人机机体，采样口通过导水管连接至水样收集装置，水样收集装置通过真空导管与真空泵相连；所述的采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器在非工作状态时位于无人机机体内部，在工作状态时，可通过主控制器控制，开关将采样器的采样口、流向检测器的探头、流速检测器的探头以及污染物实时探测器的探头向下伸出无人机机体外；采样设备通过无线网或者蓝牙与远程终端设备相连，由远程终端设备对其进行实时控制。

进一步地，在上述方案中，所述水样收集装置包括壳体、水样瓶、转盘、转轴、旋转控制器、水样瓶加盖器、固定板、采样控制插头；所述旋转控制器位于壳体的底部，通过转轴支撑转盘，转盘为圆形，水样瓶沿周向分布在转盘上并通过固定板定位，所述水样瓶的数量是根据采样点的数量来定的，每个水样瓶上标记有标号，并与采样点相对应；水样瓶、固定板可以通过转轴随着转盘旋转，由旋转控制器来控制转盘旋转的角度和时刻，水样瓶加盖器和采样控制插头均设在壳体的顶部，水样瓶加盖器和采样控制插头分别正对着壳体内相邻的个水样瓶，采样控制插头连接至主控制器控制，由主控制器控制其插入或拔出水样瓶的瓶口，导水管和真空导管插入在采样控制插头上，当采样控制插头插入水样瓶的瓶口时，导水管和真空导管也插入至水样瓶内。

更进一步地，转盘旋转的角度是根据水样瓶的数量而定的，水样瓶的数量记为n，则转盘每次的旋转角度θ＝360°/n。

更进一步地，所述水样瓶内设有液位探测器，所述液位探测器连接至旋转控制器，转盘旋转的时刻是根据水样瓶内液位高度来确定的，当某个采样瓶的水位到达液位线时，液位探测器将信号传输至旋转控制器，旋转控制器则控制转盘按照预定的旋转角度θ进行一次旋转，旋转方向是以转轴为旋转中心，沿着采样控制插头向水样瓶加盖器的方向。

进一步地，在上述方案中，所述远程终端设备包括电脑和手机APP。

进一步地，在上述方案中，所述污染物实时探测器可以对流入水体的污染物进行定性和定量监测，若浓度超标则会发出预警信号至远程控制终端，为紧急污染事故的决策、指挥、等应急管理提供辅助决策，具有响应速度快、应用范围广的优点，在应急抢险方面具有较强优势。

一种用于水体采样的设备，其工作方法为：

1)无人机根据预先设计好的河流采样分布网点首先飞往第一个采样点，采样分布网点存储在巡航地图内，通过GPS定位器、巡航地图和主控制器控制无人机的飞行线路；

2)无人机抵达采样点时，由主控制器控制采样器的采样口收放装置，将采样口伸入水体中，与此同时主控制器控制采样控制插头插入水样瓶的瓶口，将导水管和真空导管也插入至水样瓶内，主控制器控制真空泵工作，将水样从采样口经导水管进入水样瓶内，当采样瓶的水位到达液位线时，液位探测器将信号传输至旋转控制器，旋转控制器则控制转盘按照预定的旋转角度θ进行一次旋转，旋转方向是以转轴为旋转中心，沿着采样控制插头向水样瓶加盖器的方向，然后水样瓶加盖器给装满水样的水样瓶加上盖子；与此同时，控制器会控制真空泵关闭，导水管内的水倒流，从采样口排出，完成该采样点的一次采样；

3)在无人机抵达采样点的同时，通过主控制器控制流向检测器的探头、流速检测器的探头以及污染物实时探测器的探头向下伸出无人机机体外，进行流向、流速的检测，以及污染物的实时监测，并将所有数据通过数据处理器的存储模块进行存储，同时通过无线数据收发模块发送至远程控制终端。

4)重复以上步骤1)和2)，直到完成所有采样点的采样工作和水质实时检测工作。

本发明的有益效果是：本发明的水体采样设备内的采样器包含多个水样瓶，通过内置的导航系统，无人机可以在每个采样布点处进行一次采样，每个水样瓶与相应的采样点相对应，并进行标记，从而一次性完成多个采样布点的水样采集，快速高效，可批量式完成水样采集工作。另外，本发明的的水体采样设备内装有流向检测器和流速检测器，能够进行流向、流速的检测，还装有污染物实时探测器，可以对流入水体的污染物进行定性和定量监测，若浓度超标则会发出预警信号至远程控制终端，为紧急污染事故的决策、指挥、等应急管理提供辅助决策，具有响应速度快、应用范围广的优点，在应急抢险方面具有较强优势。

附图说明

图1是本发明水体采样设备的结构框图；

图2是本发明采样器的结构示意图；

图3是采样瓶在转盘上的分布示意图；

图4是壳体的俯视图。

其中，1-采样口、2-采样口收放装置、3-导水管、4-水样收集装置、5-真空泵、6-壳体、7-水样瓶、8-转盘、9-转轴、10-旋转控制器、11-水样瓶加盖器、12-固定板、13-采样控制插头、14-真空导管。

具体实施方式

下面结合具体实时方式来对本发明进行更进一步详细的说明：

如图1所示的一种用于水体采样的设备，主要包括无人机机体、导航系统、动力系统、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器、主控制器、数据处理器，无人机机体上部设有螺旋桨，无人机机体底部设置有着陆轮，导航系统包括GPS定位器、高度计、巡航地图；数据处理器包括无线数据收发模块和数据存储模块；导航系统、动力系统、主控制器、数据处理器均位于无人机机体内部，导航系统、主控制器、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器均与所述数据处理器相连，将收集到的数据经数据处理器的数据存储模块存储后，再由无线数据收发模块通过无线网络或者蓝牙传输至远程终端设备；导航系统、动力系统、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器均与所述主控制器相连，由主控制器控制各部分的工作。

如图2所示，采样器主要是由采样口1、采样口收放装置2、导水管3、水样收集装置4、真空泵5组成，采样口1通过采样口收放装置2控制，伸出或缩回无人机机体，采样口1通过导水管3连接至水样收集装置4，水样收集装置4通过真空导管14与真空泵5相连；的采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器在非工作状态时位于无人机机体内部，在工作状态时，可通过主控制器控制，开关将采样器的采样口1、流向检测器的探头、流速检测器的探头以及污染物实时探测器的探头向下伸出无人机机体外，述污染物实时探测器可以对流入水体的污染物进行定性和定量监测；采样设备通过无线网或者蓝牙与远程终端设备相连，由远程终端设备对其进行实时控制，远程终端设备包括电脑和手机APP。

如图2所示，水样收集装置4包括壳体6、水样瓶7、转盘8、转轴9、旋转控制器10、水样瓶加盖器11、固定板12、采样控制插头13；旋转控制器10位于壳体6的底部，通过转轴9支撑转盘8，转盘8为圆形，水样瓶7沿周向分布在转盘8上并通过固定板12定位(如图3所示)，水样瓶7的数量是根据采样点的数量来定的，每个水样瓶7上标记有标号，并与采样点相对应；水样瓶7、固定板12可以通过转轴9随着转盘8旋转，由旋转控制器10来控制转盘8旋转的角度和时刻，水样瓶加盖器11和采样控制插头13均设在壳体6的顶部(如图4所示)，水样瓶加盖器11和采样控制插头13分别正对着壳体内相邻的2个水样瓶7，采样控制插头13连接至主控制器控制，由主控制器控制其插入或拔出水样瓶7的瓶口，导水管3和真空导管14插入在采样控制插头13上，当采样控制插头13插入水样瓶7的瓶口时，导水管3和真空导管14也插入至水样瓶7内。转盘8旋转的角度是根据水样瓶7的数量而定的，水样瓶7的数量记为n，则转盘8每次的旋转角度θ＝360°/n。水样瓶7内设有液位探测器，所述液位探测器连接至旋转控制器10，转盘8旋转的时刻是根据水样瓶7内液位高度来确定的，当某个采样瓶7的水位到达液位线时，液位探测器将信号传输至旋转控制器10，旋转控制器10则控制转盘8按照预定的旋转角度θ进行一次旋转，旋转方向是以转轴9为旋转中心，沿着采样控制插头13向水样瓶加盖器11的方向。

该用于水体采样的设备的工作方法为：

1)无人机根据预先设计好的河流采样分布网点首先飞往第一个采样点，采样分布网点存储在巡航地图内，通过GPS定位器、巡航地图和主控制器控制无人机的飞行线路；

2)无人机抵达采样点时，由主控制器控制采样器的采样口收放装置2，将采样口1伸入水体中，与此同时主控制器控制采样控制插头13插入水样瓶7的瓶口，将导水管3和真空导管14也插入至水样瓶7内，主控制器控制真空泵5工作，将水样从采样口1经导水管3进入水样瓶7内，当采样瓶7的水位到达液位线时，液位探测器将信号传输至旋转控制器10，旋转控制器10则控制转盘8按照预定的旋转角度θ进行一次旋转，旋转方向是以转轴9为旋转中心，沿着采样控制插头13向水样瓶加盖器11的方向，然后水样瓶加盖器11给装满水样的水样瓶7加上盖子；与此同时，控制器会控制真空泵5关闭，导水管3内的水倒流，从采样口1排出，完成该采样点的一次采样；

3)在无人机抵达采样点的同时，通过主控制器控制流向检测器的探头、流速检测器的探头以及污染物实时探测器的探头向下伸出无人机机体外，进行流向、流速的检测，以及污染物的实时监测，并将所有数据通过数据处理器的存储模块进行存储，同时通过无线数据收发模块发送至远程控制终端。

4)重复以上步骤1)和2)，直到完成所有采样点的采样工作和水质实时检测工作。

最后应该说明的是，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (1)

1.一种用于水体采样的设备，其特征在于，主要包括无人机机体、导航系统、动力系统、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器、主控制器、数据处理器，所述无人机机体上部设有螺旋桨，无人机机体底部设置有着陆轮，所述导航系统包括GPS定位器、高度计、巡航地图；所述数据处理器包括无线数据收发模块和数据存储模块，所述导航系统、动力系统、主控制器、数据处理器均位于无人机机体内部，导航系统、主控制器、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器均与所述数据处理器相连，将收集到的数据经数据处理器的数据存储模块存储后，再由无线数据收发模块通过无线网络或者蓝牙传输至远程终端设备，所述导航系统、动力系统、采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器均与所述主控制器相连，由主控制器控制各部分的工作；所述采样器主要是由采样口、采样口收放装置、导水管、水样收集装置、真空泵组成，所述采样口通过采样收放装置控制，伸出或缩回无人机机体，采样口通过导水管连接至水样收集装置，水样收集装置通过真空导管与真空泵相连；所述的采样器、流向检测器、流速检测器、污染物实时探测器在非工作状态时位于无人机机体内部，在工作状态时，可通过主控制器控制，开关将采样器的采样口、流向检测器的探头、流速检测器的探头以及污染物实时探测器的探头向下伸出无人机机体外；采样设备通过无线网或者蓝牙与远程终端设备相连，由远程终端设备对其进行实时控制；

所述水样收集装置包括壳体、水样瓶、转盘、转轴、旋转控制器、水样瓶加盖器、固定板、采样控制插头；所述旋转控制器位于壳体的底部，通过转轴支撑转盘，转盘为圆形，水样瓶沿周向分布在转盘上并通过固定板定位，所述水样瓶的数量是根据采样点的数量来定的，每个水样瓶上标记有标号，并与采样点相对应；水样瓶、固定板可以通过转轴随着转盘旋转，由旋转控制器来控制转盘旋转的角度和时刻，水样瓶加盖器和采样控制插头均设在壳体的顶部，水样瓶加盖器和采样控制插头分别正对着壳体内相邻的水样瓶，采样控制插头连接至主控制器控制，由主控制器控制其插入或拔出水样瓶的瓶口，导水管和真空导管插入在采样控制插头上，当采样控制插头插入水样瓶的瓶口时，导水管和真空导管也插入至水样瓶内；

转盘旋转的角度是根据水样瓶的数量而定的，水样瓶的数量记为n，则转盘每次的旋转角度θ＝360°/n；

所述水样瓶内设有液位探测器，所述液位探测器连接至旋转控制器，转盘旋转的时刻是根据水样瓶内液位高度来确定的，当某个水样瓶的水位到达液位线时，液位探测器将信号传输至旋转控制器，旋转控制器则控制转盘按照预定的旋转角度θ进行一次旋转，旋转方向是以转轴为旋转中心，沿着采样控制插头向水样瓶加盖器的方向；

所述远程终端设备包括电脑和手机APP；

所述污染物实时探测器可以对流入水体的污染物进行定性和定量监测，若浓度超标则会发出预警信号至远程控制终端；

所述的用于水体采样的设备，其工作方法为：

1)无人机根据预先设计好的河流采样分布网点首先飞往第一个采样点，采样分布网点存储在巡航地图内，通过GPS定位器、巡航地图和主控制器控制无人机的飞行线路；

2)无人机抵达采样点时，由主控制器控制采样器的采样口收放装置，将采样口伸入水体中，与此同时主控制器控制采样控制插头插入水样瓶的瓶口，将导水管和真空导管也插入至水样瓶内，主控制器控制真空泵工作，将水样从采样口经导水管进入水样瓶内，当水样瓶的水位到达液位线时，液位探测器将信号传输至旋转控制器，旋转控制器则控制转盘按照预定的旋转角度θ进行一次旋转，旋转方向是以转轴为旋转中心，沿着采样控制插头向水样瓶加盖器的方向，然后水样瓶加盖器给装满水样的水样瓶加上盖子；与此同时，控制器会控制真空泵关闭，导水管内的水倒流，从采样口排出，完成该采样点的一次采样；

3)在无人机抵达采样点的同时，通过主控制器控制流向检测器的探头、流速检测器的探头以及污染物实时探测器的探头向下伸出无人机机体外，进行流向、流速的检测，以及污染物的实时监测，并将所有数据通过数据处理器的存储模块进行存储，同时通过无线数据收发模块发送至远程控制终端；

4)重复以上步骤1)和2)，直到完成所有采样点的采样工作和水质实时检测工作。