CN109443851B - 一种瓶底进流式水样采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水样采集技术领域，并具体公开了一种瓶底进流式水样采集装置及方法，其通过将采集装置直接从底部插入水体中，以使水样从采集装置的底部进入采集装置中，以此在自然状态下完成水样的采集，不会形成强烈扰动而发生混合，可有效保持水系自然状态下的分层效应，以便于立体地分析水系的综合特性，本发明的采集装置可作为通用的水样采集装置进行水样采集。

Description

一种瓶底进流式水样采集装置及方法

技术领域

本发明属于水样采集技术领域，更具体地，涉及一种瓶底进流式水样采集装置及方法。

背景技术

水质状况是衡量生态环境质量的重要评价指标，是保证生态体系完整的关键因素，直接关系到人们饮水安全和身体健康。水质监测和分析是监视和测定水体中污染物的种类、污染物浓度及变化趋势以及分析水系中微生物种类和矿物元素成分，包括未被污染和已受污染的天然水，如江、河、湖、海和地下水及各种各样的工业排水等，评价和分析水质的温度、色度、浊度、pH值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量、生化需氧量、重金属含量和毒性等综合指标，以及水系中微生物种类、矿物元素成分等。

水样采集是水质监测和水质分析的重要环节，是分析测试的准确性和评价结论的可靠性的重要前提。为保证水样的代表性，必须选择具有代表性的监测断面或监测点位，并采用规范化的采样方法，使用合适的水样采集器在规定的时段内采集。而水系本身是个复杂多样的生态系统，其中含有多种生物种类、矿物元素，而且具有显著的分层特性，不同深度的水具有不同的生物种类分布和矿物成分。为了准确的分析水系特性，需要在同一采集瓶中采集到具有分层特性的水样并使水样尽量保持原始自然状态。选择合适的水样采集器对确保水样的稳定型至关重要，传统的水样采集装置一般由瓶口进水，水样采集时只能采集到瓶口附近某一局部区域的水样，当需要分析水系的分层特性时，则需要在不同深度下采集水样，而且进入采集瓶时容易形成强烈扰动而发生混合，不能有效保持水系自然状态下的分层效应，难以立体地分析水系的综合特性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种瓶底进流式水样采集装置及方法，其直接从底部插入水体，在自然状态下完成水样的采集，不会形成强烈扰动而发生混合，可有效保持水系自然状态下的分层效应，以便于立体地分析水系的综合特性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种瓶底进流式水样采集装置，其包括储水结构和进水连杆结构，其中：

所述储水结构包括桶形瓶壁、与桶形瓶壁底部密封连接的瓶底以及与桶形瓶壁顶部密封连接的瓶盖，三者之间构成的腔体作为储水腔用于储存待采集的水样，所述瓶底上开设有进水窗口，用于供水样进入储水腔中，所述瓶盖上方设置有瓶盖塞；

所述进水连杆结构设于桶形瓶壁内，其包括从上至下依次设置的导杆、滑环、连杆和瓶底密封片，所述导杆的上端穿过瓶盖，并与瓶盖塞相互吸引，下端与所述滑环相连，该滑环通过所述连杆与瓶底密封片相连，并且该瓶底密封片还与瓶底相连，以用于密封进水窗口，当瓶盖塞下压与瓶盖密封时，导杆及滑环向下运动，使得瓶底密封片下压以封住进水窗口，当瓶盖塞向上打开时，导杆及滑环向上运动，使得瓶底密封片向上打开，以此使得进水窗口与外界导通，待采集的水样经进水窗口进入储水腔中。

作为进一步优选的，还包括充液式密封结构其包括单向阀、充液活塞和橡胶密封软管，所述桶形瓶壁内设有外凸结构，该外凸结构为空心结构以作为充液通道，所述充液活塞从所述瓶盖的顶部插装在充液通道内，所述瓶底上开设有单向阀预留孔，该单向阀预留孔与充液通道导通，所述单向阀安装在该单向阀预留孔内，并与充液通道和单向阀预留孔连通处形成密封面，所述橡胶密封软管设在瓶底进水窗口边沿，且与单向阀预留孔导通。

作为进一步优选的，所述滑环通过内凹的圆弧与桶形瓶壁内部的外凸结构配合，避免滑环在桶形瓶壁内旋转。

作为进一步优选的，所述瓶盖内沿设有环形凹槽，与桶形瓶壁顶部外沿的环形凸起配合构成密封面，该瓶盖上开设有用于与瓶盖塞配合的半球形凹面以及与半球形凹面导通的用于供导杆穿过的通槽。

作为进一步优选的，所述瓶盖塞上设置有凸半球面，该凸半球面与瓶盖上的半球形凹面配合形成密封面。

作为进一步优选的，所述瓶底内沿设有环形凹槽，与桶形瓶壁底部外沿的环形凸起配合构成密封面。

按照本发明的另一方面，提供了一种瓶底进流式水样采集方法，其采用所述的采集装置进行，包括如下步骤：

S1打开瓶盖塞，滑环在瓶盖塞和导杆的带动下向上移动，并通过连杆作用打开瓶底密封片，形成开放的流体通道；

S2将采集装置由底部垂直插入水样，待水样充满储水腔后关闭瓶盖塞，瓶盖塞通过导杆推动滑环向下移动，并通过连杆关闭瓶底密封片，形成封闭的采样空间，以此完成水样的采集。

作为进一步优选的，步骤S1之前还包括如下步骤：释放橡胶密封软管中的液体，使橡胶密封软管收缩，便于瓶底密封片打开。

作为进一步优选的，步骤S2之后还包括如下步骤：S3推动充液活塞使单向阀打开，充液通道内的液体向橡胶密封软管内充液使橡胶密封软管膨胀，压紧瓶底密封片。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明采用开设有进水窗口的瓶底结构(即开放式瓶底结构)，使得水样由采集装置的底部流入并在自然状态下充满采集装置，最后通过进水连杆机构关闭瓶底密封片而形成封闭空间完成水样采集，水样不受流动的干扰混合而保持原始自然分层状态。

2.本发明的采集装置采用导杆、滑环和连杆机构控制密封片的开启和封闭，可实现瓶盖塞和瓶底密封片的有效联动，同时打开和关闭，便于操作。

3.本发明将采集装置由底部直接垂直插入水系中采集水样，使水样保持自然状态，避免水样受到扰动，本发明还设计了充液式密封结构，以增强密封效果。

4.本发明的采集装置能够一次性采集一定深度的水样，能够立体地对水系综合特性进行分析，高效快速的分析水系的分层特性，提高水样检测和分析效率。

附图说明

图1是瓶底进流式水样采集装置的主视图；

图2是图1的A-A向剖面图；

图3是图2的B-B向剖面图；

图4是图1的C-C向剖面图；

图5是图3的E处局部图；

图6a是滑环、连杆、瓶底密封片和瓶底的装配主视图；

图6b是连杆、瓶底密封片和瓶底的装配俯视图；

图7a是滑环的主视图；

图7b是滑环的俯视图；

图8a是瓶盖的侧剖视图；

图8b是瓶盖的主剖视图；

图9a是瓶盖塞的仰视图；

图9b是瓶盖塞的主剖视图。

图中，1-瓶底，2-瓶底密封片，3-连杆，4-滑环，5-桶形瓶壁，6-导杆，7-瓶盖，8-瓶盖塞，9-充液活塞，10-橡胶密封软管，11-单向阀芯，12-单向阀弹簧，13-单向阀盖。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种瓶底进流式水样采集装置，其包括储水结构和进水连杆结构，其中，储水结构包括桶形瓶壁5、与桶形瓶壁5底部密封连接的瓶底1以及与桶形瓶壁5顶部密封连接的瓶盖7，瓶底1、桶形瓶壁5和瓶盖7三者之间构成的腔体作为储水腔用于储存待采集的水样，瓶底1上开设有多个进水窗口，用于供水样进入储水腔中，瓶盖7上方设置有瓶盖塞8；进水连杆结构设于桶形瓶壁5内，其包括从上至下依次设置的导杆6、滑环4、连杆3和瓶底密封片2，导杆6的上端穿过瓶盖7，并与瓶盖塞8相互吸引，导杆6的下端与滑环4相连，该滑环4通过连杆3与瓶底密封片2相连，并且该瓶底密封片2的底部还与瓶底1相连，以用于密封进水窗口，当瓶盖塞8下压与瓶盖7密封时，导杆6及滑环4向下运动，使得瓶底密封片2下压以封住进水窗口，当瓶盖塞8向上打开时，导杆6及滑环4向上运动，使得瓶底密封片2向上打开，以此使得进水窗口与外界导通，待采集的水样经进水窗口进入储水腔中。

具体的，为了增强密封效果，瓶底进流式水样采集装置中还设置有充液式密封结构，该密封结构包括单向阀、充液活塞9和橡胶密封软管10，其中，桶形瓶壁5内设有外凸结构，该外凸结构为空心结构以作为充液通道，该充液通道中装有液体，所述充液活塞9从瓶盖7的顶部插装在充液通道内，瓶底1上开设有单向阀预留孔，该单向阀预留孔与充液通道导通，单向阀安装在该单向阀预留孔内，以使充液通道与单向阀预留孔导通或封闭，而橡胶密封软管10直接通过高性能胶粘合在瓶底进水窗口边沿，且与单向阀预留孔导通。

进一步的，单向阀包括单向阀芯11、单向阀弹簧12和单向阀盖13，该单向阀芯11的上端与单向阀预留孔和充液通道的连通处构成密封面，该单向阀芯11的下端与单向阀弹簧12相连，且单向阀弹簧12与单向阀盖13相连，通过单向阀弹簧的弹力作用使单向阀芯11的上端压紧在单向阀预留孔与充液通道的连通处，实现密封，以使得充液通道与单向阀预留孔不导通，且通过单向阀盖13将单向阀芯11和单向阀弹簧12装配在瓶底1的单向阀预留孔内，该单向阀盖13上开设有放液孔，放液孔中塞有密封塞，通过打开密封塞，可将橡胶密封软管10和单向阀预留孔中的液体排出。水样采集完毕后，下压充液活塞9使充液通道内的液体压力增大，在液体的作用下单向阀芯11向下运动使充液通道与单向阀预留孔导通，充液通道内的液体经单向阀预留孔进入橡胶密封软管10中实现充液，橡胶密封管逐渐膨胀从而压紧密封片和瓶底骨架，增强密封效果，橡胶密封软管膨胀后，停止下压充液活塞9，单向阀芯11在单向阀弹簧12的作用下，重新密封单向阀预留孔与充液通道的连通处。

更进一步的，瓶底1具体为十字型骨架结构，具有扇形窗口，构成开放式瓶底，其采用具有自洁性能和耐腐蚀性的疏水高分子材料制成，避免受到破坏影响水样采集，其与瓶底密封片构成密封面形成封闭的瓶底结构。

如图1-5所示，通过瓶盖塞8、瓶盖7、桶形瓶壁5和瓶底密封片2构成开放式可自由开启关闭的进流通道，实现从底部进流，减少水流干扰和水样混合几率，有效保证采集水样的自然属性，提高水样分析的完整性和准确性。瓶盖塞8和瓶底密封片2通过推杆6、滑环4和连杆3构成联动机构，实现瓶盖塞8与瓶底密封片2的联动，保证瓶盖塞8和瓶底密封片2同时打开和关闭，简化操作步骤，提高采样效率。桶形瓶壁5采用透明玻璃制成，其内侧设有一圆形充液通道和一组单向阀，当充液活塞9下移时，单向阀打开向橡胶密封软管10中充液，充液活塞9上移时，单向阀关闭，使液体进入充液通道以便再次充入橡胶密封软管10。采样完毕后，通过充液活塞9和单向阀向中充液使橡胶密封软管膨胀压紧密封片，提高密封效果。

图6a-6b分别是滑环、连杆、瓶底密封片和瓶底的装配主视图和俯视图，瓶盖塞8关闭时，滑环4在导杆6推动作用下向下移动，瓶底密封片2关闭贴紧瓶底1，以封住进水窗口；瓶盖塞8打开时，滑环4在导杆6带动下向上移动，同时瓶底密封片2在连杆3作用下打开，进水窗口与外界导通，便于水样由底部进入采集装置。瓶底1内沿设有环形凹槽，与桶形瓶壁5底部外沿的环形凸起配合构成密封面。具体的，进水窗口优选为扇形，扇形窗口周围布置着橡胶密封软管10，充液时，橡胶密封软管膨胀压迫密封片从而增强密封效果，放液时，橡胶密封软管收缩便于密封片开启。

图7a-7b分别是滑环的主视图和俯视图，该滑环4的外部形状与桶形瓶壁的内部形状相适应，通过内凹的圆弧与桶形瓶壁内外凸部分配合，避免滑环4在桶形瓶壁中旋转。滑环4通过导杆6上接瓶盖塞8，并通过连杆3下接瓶底密封片2，在桶形瓶壁内部上下自由滑动，使瓶盖塞8和瓶底密封片2联动。

图8a-8b分别是瓶盖的侧剖视图和主剖视图，瓶盖7内沿设有环形凹槽，与桶形瓶壁5底部外沿的环形凸起配合构成密封和叩合面，瓶盖7上还开设有半球形凹面和通槽，半球形凹面与瓶盖塞8的凸半球面构成密封面，通槽与半球形凹面导通，用于供导杆6穿过，瓶盖7上还设有两个凸台用于安装瓶盖塞8。

图9a-9b分别是瓶盖塞的仰视图和主剖视图，瓶盖塞8安装在瓶盖7的凸台上，其上设有一个凸半球面，与瓶盖7的半球形凹面配合。具体的，导杆6的上端做成半球面，该半球面穿过瓶盖7与瓶盖塞8的凸半球面构成球面高副，两者均具有磁性，从而相互吸引在一起又能相对滑动。

下面对本发明瓶底进流式水样采集装置的工作过程做简要说明，其具体包括如下步骤：

(1)采样前，释放橡胶密封软管中的液体，使橡胶密封软管收缩，便于瓶底密封片2打开；

(2)打开瓶盖塞8，滑环4在瓶盖塞8和导杆6的带动下向上移动，并通过连杆3作用打开瓶底密封片2，形成开放的流体通道；

(3)将桶形瓶壁由底部垂直插入水样中，水样从瓶底进入储水腔，当采集装置深入到指定位置采集到合适水样后完成采样，关闭瓶盖塞8，瓶盖塞8压迫导杆6推动滑环4向下移动，并通过连杆3关闭瓶底密封片2，使瓶底密封片2紧贴瓶底1，形成封闭的采样空间；

(4)推动充液活塞9使单向阀芯11向下运动，充液通道与单向阀预留孔导通，充液通道内的液体经单向阀预留孔进入橡胶密封软管使橡胶密封软管膨胀，压紧瓶底密封片2，形成密封面构成完整封闭空间，完成水样采集；

(5)拿出采集装置，结束采样。

本发明利用可自由开启、关闭的瓶底1和瓶盖7结构，实现由采集装置底部进流而完成水样的采集功能，保证水样不受采集装置的扰动，以自然状态进入采集装置，避免水样发生强烈混合，有效保持水系的分层特性。本发明可作为通用的水样采集装置进行水样采集。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种瓶底进流式水样采集装置，其特征在于，包括储水结构和进水连杆结构，其中：

所述储水结构包括桶形瓶壁（5）、与桶形瓶壁（5）底部密封连接的瓶底（1）以及与桶形瓶壁（5）顶部密封连接的瓶盖（7），三者之间构成的腔体作为储水腔用于储存待采集的水样，所述瓶底（1）上开设有进水窗口，用于供水样进入储水腔中，所述瓶盖（7）上方设置有瓶盖塞（8）；

所述进水连杆结构设于桶形瓶壁（5）内，其包括从上至下依次设置的导杆（6）、滑环（4）、连杆（3）和瓶底密封片（2），所述导杆（6）的上端穿过瓶盖（7），并与瓶盖塞（8）相互吸引，下端与所述滑环（4）相连，该滑环（4）通过所述连杆（3）与瓶底密封片（2）相连，并且该瓶底密封片（2）还与瓶底（1）相连，以用于密封进水窗口，当瓶盖塞（8）下压与瓶盖（7）密封时，导杆（6）及滑环（4）向下运动，使得瓶底密封片（2）下压以封住进水窗口，当瓶盖塞（8）向上打开时，导杆（6）及滑环（4）向上运动，使得瓶底密封片（2）向上打开，以此使得进水窗口与外界导通，待采集的水样经进水窗口进入储水腔中；

还包括充液式密封结构，其包括单向阀、充液活塞（9）和橡胶密封软管（10），所述桶形瓶壁（5）内设有外凸结构，该外凸结构为空心结构以作为充液通道，所述充液活塞（9）从所述瓶盖（7）的顶部插装在充液通道内，所述瓶底（1）上开设有单向阀预留孔，该单向阀预留孔与充液通道导通，所述单向阀安装在该单向阀预留孔内，并与充液通道和单向阀预留孔连通处形成密封面，所述橡胶密封软管（10）设在瓶底（1）进水窗口边沿，且与单向阀预留孔导通。

2.如权利要求1所述的瓶底进流式水样采集装置，其特征在于，所述滑环（4）通过内凹的圆弧与桶形瓶壁（5）内部的外凸结构配合，避免滑环（4）在桶形瓶壁（5）内旋转。

3.如权利要求1所述的瓶底进流式水样采集装置，其特征在于，所述瓶盖（7）内沿设有环形凹槽，与桶形瓶壁（5）顶部外沿的环形凸起配合构成密封面，该瓶盖（7）上开设有用于与瓶盖塞（8）配合的半球形凹面以及与半球形凹面导通的用于供导杆（6）穿过的通槽。

4.如权利要求1所述的瓶底进流式水样采集装置，其特征在于，所述瓶盖塞（8）上设置有凸半球面，该凸半球面与瓶盖（7）上的半球形凹面配合形成密封面。

5.如权利要求1所述的瓶底进流式水样采集装置，其特征在于，所述瓶底（1）内沿设有环形凹槽，与桶形瓶壁（5）底部外沿的环形凸起配合构成密封面。

6.一种瓶底进流式水样采集方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的采集装置进行，包括如下步骤：

S1打开瓶盖塞（8），滑环（4）在瓶盖塞（8）和导杆（6）的带动下向上移动，并通过连杆（3）作用打开瓶底密封片（2），形成开放的流体通道；

S2将采集装置由底部垂直插入水样，待水样充满储水腔后关闭瓶盖塞（8），瓶盖塞（8）通过导杆（6）推动滑环（4）向下移动，并通过连杆（3）关闭瓶底密封片（2），形成封闭的采样空间，以此完成水样的采集。

7.如权利要求6所述的瓶底进流式水样采集方法，其特征在于，步骤S1之前还包括如下步骤：释放橡胶密封软管中的液体，使橡胶密封软管收缩，便于瓶底密封片（2）打开。

8.如权利要求6所述的瓶底进流式水样采集方法，其特征在于，步骤S2之后还包括如下步骤：S3推动充液活塞（9）使单向阀打开，充液通道内的液体向橡胶密封软管内充液使橡胶密封软管膨胀，压紧瓶底密封片（2）。