CN108627367A - 一种可采集不同水域的船体式遥控水样采集器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可采集不同水域的船体式遥控水样采集器。其主要包括外壳、机架、水样采储系统、驱动系统、电源和电路板盒，其中机架安装在外壳内，驱动系统安装在外壳下方，水样采储单元、电源和电路板盒安装在机架上；水样采储系统由水样采集装置和储存系统组成；电路板盒中设有控制器，水样采储系统和驱动系统通过电路板盒控制开关。本发明与现有技术相比，能够节约大量电能，续航时间长，解决了采集不同区域时水样交叉污染的问题，能够采集不同深度水样，采样时行动灵活，控制性和稳定性很强。

Description

一种可采集不同水域的船体式遥控水样采集器

技术领域

本发明涉及水质监测领域，具体是一种可采集不同水域的船体式遥控水样采集器。

背景技术

如今水资源污染已经成为了世界性问题，尤其是我国的污染情况尤为严重。水资源污染防治工作急需加强，及时了解水体受污染状况并加以控制，才能最大程度的减小污染物对水环境的伤害。目前常用的水体采样方式主要分为人工采样和自动采样，两者都有局限性，主要表现在：(1)人工采样耗时长、效率低、范围小，而自动采样位置固定，机动性差，维护费用高昂。(2)对于危险化学品泄露、洪水、台风、地震等突发性环境灾害地区，人工采样和自动采样装置均难以完成对相应部分水域的水样采集和水质指标测量的任务。

因此，出现了大量的可远程遥控的采样器，新型采样器工作范围广、体积小、易操作，能够代替人类进行一些危险环境的水样采集作业，对水质指标的人为影响很小，如中国专利201410374931公开了一种无人机采样器，具有很强的作业机动性，但同时由于其续航能力相对较差，水样采集时间紧张。中国专利201710040649设计了一种无人采样器，可以防止采集过程中的样品泼洒，但操作复杂，不能连续采样，也不能及时获得采样点的实时数据。此外，大部分无人机采样器均存在一些问题，比如采集装置因着重考虑搭载能力而使采样区块设计简单，达不到环境监测要求的采样深度及其它采样要求，搭载装置续航能力差、操作可靠性较低等。

发明内容

针对上述背景技术中现有水样采集方式及采集器的不足，本发明目的在于提供一种可采集不同水域的船体式遥控水样采集器。该水样采集器能够节省大量人力成本和自动采样的经济投入，监测范围大、续航时间长，且较现有的采集器产品，可靠性高、机动性和可操作性强，完全能够代替人类进行一些危险环境和复杂水域的水样采集测量作业。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可采集不同水域的船体式遥控水样采集器，其特征在于：包括船壳、机架、水样采储系统、驱动系统、电源和电板盒，其中机架通过船体固定角座安装在船壳内，驱动系统安装在水下船体的球鼻首末端位置，水样采储系统、电源和电板盒分别安装固定在机架上；所述电板盒中设有控制器，所述水样采储系统和驱动系统即通过所述电板盒控制。

所述水样采储系统内包括减速电机、通水弯管、左右卷扬轮、采样管提升轮、采样头、蠕动泵、旋转分液单元，蠕动泵、减速电机均通过螺钉固定在机架上，所述减速电机与传动轴通过联轴器连接，所述左右卷扬轮、采样管提升轮通过键槽方式安装在传动轴上；所述采样头通过钢丝绳和采样管分别与左右卷扬轮和采样管提升轮相连，采样管一端连接在采样管提升轮内部的通水端口上，所述采样头通过所述减速电机对水样采集深度进行控制，且所述钢丝绳和采样管在采储系统未开启时应缠绕在左右卷扬轮和采样管提升轮上；所述蠕动泵通过通水弯管与传动轴相连，所述旋转分液单元安装在水样固定架上，并与蠕动泵通过水管相连，所述水管安装在水样固定架上。

所述传动轴靠近减速电机的一端封闭，且设有多个通水口与采样管提升轮内通水接口相连，所述左右卷扬轮通过花键与传动轴相连，其中左右卷扬轮分别位于采样管提升轮两侧，所述左右卷扬轮两侧均设有卡簧进行固定，所述采样管提升轮内部两侧设有防过绕轮，所述防过绕轮通过传动滚筒套接在传动轴上，所述采样管提升轮上设有通水接口与采样管相连，所述防过绕轮内部设有6个圆柱形槽孔，孔内底部安装有弹簧，弹簧外端装有钢珠，并与采样管提升轮设有的钢珠槽吻合，所述钢丝绳一端固定在左右卷扬轮上，另一端固定在采样头的钢丝绳接口上。

所述旋转分液单元包括分液单元外壳、水样固定架、采样瓶、分水槽轮、分水器、旋转刮板、涡卷弹簧、压缩弹簧、中间圆柱、复位板、磁铁托板、支撑板、霍尔开关，所述中间圆柱安装在水样固定架上，所述分水槽轮和分水器安装在中间圆柱顶端，其中分水器接水口与分水槽轮接水口相通，所述分水槽轮固定在上端旋转刮板上，所述涡卷弹簧一端固定在下端旋转刮板下，另一端固定在中间圆柱的圆盘上，所述复位板垂直安装在磁铁托板上，所述磁铁托板通过压缩弹簧连接到所述水样固定架上，并通过下方所设支撑板进行限位，所述支撑板四周设限位孔，且底部设底座磁铁；所述霍尔开关通过胶水固定在水样固定架上，并正对磁铁托板下方安装的圆柱磁铁上；所述采样瓶安装在水样固定架内，瓶口正对分水槽轮出水口，瓶口安装有封口塞。

所述采样头包括过滤网、单向阀、信号处理盒、探头、开孔翻盖，所述采样头周围设有过滤网，上设红外线发射端、钢丝绳接口和吸水管接口，所述单向阀安装在吸水管接口处，所述信号处理盒安装在采样头内部，并设有防水盖，所述探头共5个，均与信号处理盒相连，并安装在壳体内部一侧，所述开孔翻盖通过铰链安装在采样头下方。

所述电板盒内设有中央数据处理单元、导航系统单元、采样控制单元、信号控制单元盒，其中中央数据处理单元控制导航系统单元、采样控制单元、信号控制单元，所述导航系统单元与信号驱动系统、信号控制单元相连，所述采样控制单元控制减速电机、蠕动泵和旋转分液单元的启停，所述信号控制单元包括红外信号收发器和卫星信号接收器。

所述船体包括船壳、上盖、把手、球鼻首，所述船壳与上盖通过盖槽连接，所述上盖设有把手。

所述驱动系统安装在船壳下部球鼻首内部，系统内设有驱动电机和螺旋桨，所述螺旋桨与驱动电机相连，电板盒通过电线控制所述驱动电机调整采样器前进方向。

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：

1、相对于普通无人机采样器在采样时需要消耗大量的电能，本发明在采样时能够漂浮在水面上，因此节约大量电能，大大延长了采样器的续航能力。

2、本发明将采样瓶放置在采样器内部能够防止不同深度水样的交叉污染，并通过减速电机控制采样头到达任意水域的指定深度。

3、本发明的采样头在到达指定水域位置时所测量的溶解氧值、叶绿素值、pH值等相对准确，并且采样头自身能作为船体配重增强仪器采样时的整体稳定性，减少吸水口在吸取水样位置的漂浮现象，增强水样采集数据的准确性，保证了水样数据的精确性。

4、本发明能够通过遥控采集多处地点的水样，极大地提高了采样的工作效率。底部球鼻首末端采用可正反转的双螺旋桨结构，能够使整机向各个方向前进，转弯或后退，具有极强的机动性、灵活性和可操作性。

5、本发明体积小，易携带，对于危险化学品泄露、洪水、台风、地震等人类无法进入的复杂危险区域有着很强的可靠性和环境适应能力。

附图说明

图1本发明的外形示意图

图2本发明的外壳剖视图

图3本发明的固定架结构示意图

图4本发明的内部结构左右二等角轴测图

图5本发明内部结构俯视图

图6本发明的水样采集装置爆炸图

图7本发明旋转分液单元剖视图

图8本发明分水槽轮和分水器结构图

图9本发明采样瓶局部放大图

图10本发明采样头上下二等角轴测图

图11本发明采样头仰视图

图中：1、船壳 2、上盖 3、球鼻首 4、把手 5、驱动电机 6、螺旋桨 7、电源 8、电源固定架 9-1、机架 9-2机架支脚 10-1、蠕动泵 10-2、蠕动泵支架 11、通水弯管 12-1、左卷扬轮 12-2、采样管提升轮 12-3、右卷扬轮 13、采样管 14、采样头 15、联轴器 16-1、减速电机 16-2、提升支座 17、分液单元外壳 18-1、电板盒 18-2、电板盒支架 19、过滤网 20、钢丝绳接口 21、采样头外壳 22、吸水管接口 23、单向阀 24、红外线发射端 25、钢丝绳26、开孔翻盖 27、内部吸水口 28、信号处理盒 29、探头 30、水样固定架 31、采样瓶 32、分水槽轮 33-1、涡卷弹簧 33-2、压缩弹簧 34、旋转刮板 35、水管 36、复位板 37、中间圆柱38、磁铁托板 39、底座磁铁 40、支撑板 41、霍尔开关 42、分水器 43、卡簧 44、防过绕轮45、盖槽 46、通道口 47、船体固定角座 48、圆柱磁铁 49、传动轴 50、传动滚筒

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述。

如图1所示，水样采集器外部包括船壳1、上盖2、球鼻首3、把手4，所述船壳1与上盖2通过盖槽45连接，上盖设有把手4，驱动系统安装在水下船体的球鼻首3末端位置，系统内设有驱动电机5和螺旋桨6，螺旋桨6与驱动电机5相连。

如图2，3，4所示，包括机架9-1、水样采储系统、驱动系统、电源7和电板盒18-1，其中机架9-1通过船体固定角座47安装在船壳1内，电源7和电板盒18-1分别安装在电源支架8和电板盒支架18-2上，提升装置安装在提升支座16-2上，电源支架8、电板盒支架18-2和提升支座16-2均通过螺钉固定在机架9-1上，所述电板盒18-1中设有控制器，水样采储系统和驱动系统即通过电板盒18-1控制。

如图5所示，所述水样采储系统内包括减速电机16-1、通水弯管11、左右卷扬轮12-1 12-3、采样管提升轮12-2、采样头14、蠕动泵10-1、旋转分液单元、采样瓶31，蠕动泵10-1、减速电机16-1均通过螺钉固定在机架9-1上，减速电机16-1与传动轴49通过联轴器15连接，左右卷扬轮12-1 12-3、采样管提升轮12-2通过键槽方式安装在传动轴49上；采样头14通过钢丝绳25和采样管13分别与左右卷扬轮12-1 12-3和采样管提升轮12-2相连，采样管13一端连接在采样管提升轮12-2内部的通水端口上，钢丝绳25和采样管13在采储系统未开启时应缠绕在左右卷扬轮12-1 12-3和采样管提升轮12-2上；蠕动泵10-1通过通水弯管11与传动轴49相连，旋转分液单元外壳17安装在水样固定架30上，并与蠕动泵10-1通过水管35相连，水管35安装在水样固定架30上。

如图6所示，传动轴49靠近减速电机16-1的一端封闭，且设有多个通水口与采样管提升轮通水接口相连，左右卷扬轮左右卷扬轮12-1 12-3通过花键与传动轴49相连，其中左右卷扬轮左右卷扬轮12-1 12-3分别位于采样管提升轮12-2两侧，且左右卷扬轮12-1 12-3两侧均设有卡簧43进行固定，采样管提升轮12-2内部两侧设有防过绕轮44，防过绕轮44通过传动滚筒50套接在传动轴49上，采样管提升轮12-2上设有通水接口与采样管13相连，防过绕轮44内部设有6个圆柱形槽孔，孔内底部安装有弹簧，弹簧外端装有钢珠，并与采样管提升轮设有的钢珠槽吻合，钢丝绳25一端固定在左右卷扬轮12-1 12-3上，另一端固定在采样头14的钢丝绳接口20上。

如图7所示，所述旋转分液单元包括分液单元外壳17、水样固定架30、采样瓶31、分水槽轮32、分水器42、旋转刮板34、涡卷弹簧33-1、压缩弹簧33-2、中间圆柱37、复位板36、磁铁托板38、支撑板40、霍尔开关41，中间圆柱37安装在水样固定架30上，如图8所示，分水槽轮32和分水器42安装在中间圆柱37顶端，其中分水器42接水口与分水槽轮32接水口相通，分水槽轮32固定在上端旋转刮板34上，涡卷弹簧33-1一端固定在下端旋转刮板34下，另一端固定在中间圆柱37的圆盘上，如图9所示，复位板36垂直安装在磁铁托板38上，磁铁托板38通过压缩弹簧33-2连接到所述水样固定架30上，并通过下方所设支撑板40进行限位，支撑板40四周设限位孔，且底部设底座磁铁39；霍尔开关41通过胶水固定在水样固定架30上，并正对磁铁托板38下方安装的圆柱磁铁48上。

如图10所示，所述采样头包括过滤网19、单向阀23、信号处理盒28、探头29、开孔翻盖26，采样头周围设有过滤网19，上设红外线发射端24、钢丝绳接口20和吸水管接口22，单向阀23安装在吸水管接口22处，开孔翻盖26通过铰链安装在采样头下方，如图11所示，信号处理盒28安装在采样头14内部，探头共5个，均与信号处理盒28相连，并安装在壳体内部一侧。

本发明的工作原理是：

到达所需采样的水域后，手持把手4将采样器放入水中，由控制人员通过遥控器向信号控制单元中的红外信号收发器发送“开机”’指令启动采样器；再向信号控制单元发送位置坐标或者通过导航系统控制驱动电机启动螺旋桨6到达指定地点后发送“停止”指令，停止螺旋桨6转动；控制人员通过遥控装置向信号控制单元发送“放管指令”，信号控制单元将该指令发送给采样控制单元，采样控制单元受到该指令后即控制减速电机16-1带动左右卷扬轮12-1 12-3和采样管提升管12-2将采样头14放下，到达指定深度后，采样头14中的探头29会探测所在位置的水压值、pH值、叶绿素值、溶解氧值、温度值，再将数据传给信号处理盒28，信号处理盒28通过红外线发射端24向电板盒18-1发射数据，其中的中央数据处理单元处理后再将数据传给控制人员，控制人员将数据记录后发送“采样开始”指令到信号收发器，通过控制蠕动泵10-1的启停将水样通过采样管13抽提上来，通过水管35进入到分水器42中，分水器42通过分水槽轮32中的通道进入采样瓶31，当采样瓶31接收的水样到达一定高度时会压缩磁铁托板38下的压缩弹簧33-2，当压缩弹簧33-2压缩到一定程度时会和底座磁铁39吸附在一起，复位板36同磁铁托板39一同下沉，旋转刮板34受涡卷弹簧33-1的作用瞬间弹至下一个复位板36处，此时霍尔开关41受圆柱磁铁48的作用产生电流，霍尔开关41将电信号传导至中央数据处理单元，中央处理单元控制蠕动泵10-1停止工作，控制蠕动泵10-1反向排干采样管13中水样15秒，并向控制人员发送此采样瓶已满的信号，控制人员得知后发送“收管指令”控制减速电机16-1反向转动提升采样头14，当采样管提升轮12-2成为主要承重轮时，钢珠槽会自动压缩防过绕轮上44的钢珠使钢珠自动跳转到下一个钢珠槽中，以保证钢丝绳25一直为主要承重绳，控制人员继续发送采样信号采集下点水样，采样前控制蠕动泵10-1抽提3秒水样后反向排干10秒，反复三次后继续进行下个采样点的水样采集工作，当所有的采样瓶31收集满后，控制人员操控采样器返航，返航后打开上盖2，将分水槽轮32提起，拿出采样瓶31，放松涡卷弹簧33-1，晾干待用。

下一次采样时，需要将涡卷弹簧33-1拧紧后再放入采样瓶31，盖上上盖2，继续下一次采样工作。

Claims (6)

1.一种可采集不同水域的船体式遥控水样采集器，其特征在于：包括船体、机架(9-1)、水样采储系统、驱动系统、电源(7)和电板盒(18-1)，其中机架(9-1)通过船体固定角座(47)安装在船壳(1)内，驱动系统安装在水下船体的球鼻首(3)末端位置，水样采储系统、电源(7)和电板盒(18-1)分别安装固定在机架(9-1)上；所述水样采储系统由水样采集装置和采样瓶(31)组成；所述电板盒(18-1)中设有控制器，水样采储系统和驱动系统即通过电板盒(18-1)控制。

2.根据权利要求1所述的可采集不同水域的船体式遥控水样采集器，其特征在于：所述水样采储系统内包括减速电机(16-1)、通水弯管(11)、左右卷扬轮(12-1)(12-3)、采样管提升轮(12-2)、采样头(14)、蠕动泵(10-1)、旋转分液单元，蠕动泵(10-1)、减速电机(16-1)均通过螺钉固定在机架(9-1)上，所述减速电机(16-1)与传动轴(49)通过联轴器(15)连接，所述左右卷扬轮(12-1)(12-3)、采样管提升轮(12-2)通过键槽方式安装在传动轴(49)上；所述采样头(14)通过钢丝绳(25)和采样管(13)分别与左右卷扬轮(12-1)(12-3)和采样管提升轮(12-2)相连，采样管(13)一端连接在采样管提升轮(12-2)内部的通水端口上，所述钢丝绳(25)和采样管(13)在采储系统未开启时应缠绕在左右卷扬轮(12-1)(12-3)和采样管提升轮(12-2)上；所述蠕动泵(10-1)通过通水弯管(11)与传动轴(49)相连，所述旋转分液单元外壳(17)安装在水样固定架(30)上，并与蠕动泵(10-1)通过水管(35)相连，所述水管(35)安装在水样固定架(30)上。

3.根据权利要求2所述的可采集不同水域的船体式遥控水样采集器，其特征在于：所述传动轴(49)靠近减速电机(16-1)的一端封闭，且设有多个通水口与采样管提升轮通水接口相连，所述左右卷扬轮左右卷扬轮(12-1)(12-3)通过花键与传动轴(49)相连，其中左右卷扬轮左右卷扬轮(12-1)(12-3)分别位于采样管提升轮(12-2)两侧，所述左右卷扬轮(12-1)(12-3)两侧均设有卡簧(43)进行固定，所述采样管提升轮(12-2)内部两侧设有防过绕轮(44)，所述防过绕轮(44)通过传动滚筒(50)套接在传动轴(49)上，所述采样管提升轮(12-2)上设有通水接口与采样管(13)相连，所述防过绕轮(44)内部设有6个圆柱形槽孔，孔内底部安装有弹簧，弹簧外端装有钢珠，并与采样管提升轮设有的钢珠槽吻合，所述钢丝绳(25)一端固定在左右卷扬轮(12-1)(12-3)上，另一端固定在采样头(14)的钢丝绳接口(20)上。

4.根据权利要求2所述的可采集不同水域的船体式遥控水样采集器，其特征在于：所述旋转分液单元包括分液单元外壳(17)、水样固定架(30)、采样瓶(31)、分水槽轮(32)、分水器(42)、旋转刮板(34)、涡卷弹簧(33-1)、压缩弹簧(33-2)、中间圆柱(37)、复位板(36)、磁铁托板(38)、支撑板(40)、霍尔开关(41)，所述中间圆柱(37)安装在水样固定架(30)上，所述分水槽轮(32)和分水器(42)安装在中间圆柱(37)顶端，其中分水器(42)接水口与分水槽轮(32)接水口相通，所述分水槽轮(32)固定在上端旋转刮板(34)上，所述涡卷弹簧(33-1)一端固定在下端旋转刮板(34)下，另一端固定在中间圆柱(37)的圆盘上，所述复位板(36)垂直安装在磁铁托板(38)上，所述磁铁托板(38)通过压缩弹簧(33-2)连接到所述水样固定架(30)上，并通过下方所设支撑板(40)进行限位，所述支撑板(40)四周设限位孔，且底部设底座磁铁(39)；所述霍尔开关(41)通过胶水固定在水样固定架(30)上，并正对磁铁托板(38)下方安装的圆柱磁铁(48)上。

5.根据权利要求2所述的可采集不同水域的船体式遥控水样采集器，其特征在于：所述采样头包括过滤网(19)、单向阀(23)、信号处理盒(28)、探头(29)、开孔翻盖(26)，所述采样头周围设有过滤网(19)，上设红外线发射端(24)、钢丝绳接口(20)和吸水管接口(22)，所述单向阀(23)安装在吸水管接口(22)处，所述信号处理盒(28)安装在采样头(14)内部，所述探头共5个，均与信号处理盒(28)相连，并安装在壳体内部一侧，所述开孔翻盖(26)通过铰链安装在采样头下方。

6.根据权利要求1所述的可采集不同水域的船体式遥控水样采集器，其特征在于：所述船体包括船壳(1)、上盖(2)、球鼻首(3)、把手(4)，所述船壳(1)与上盖(2)通过盖槽连接，所述上盖设有把手(4)。