CN109632384A - 一种水质采样无人双体艇及其采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水质采样无人双体艇及其采样方法，属于环境监测技术领域，包括两个并列排放的艇体，两个艇体通过艇体上方固定的梯形架刚性连接；梯形架上设有上平台和下平台，梯形架的中部设有贯穿上平台和下平台的柱形筒；上平台上设有与柱形筒相对应的卷扬机，上平台上还设有与卷扬机相配合的轴承支架；卷扬机上缠绕有采水管，采水管穿过柱形筒的一端连接有水样采集器；采水管的另一端连接有固定于上平台上的蠕动泵；下平台上设有水样分配器，水样分配器与蠕动泵连接。本发明通过在并列排放的无人艇上设置水样采集装置，提高了水样采集装置在无人双体艇移动过程中的稳定性。

Description

一种水质采样无人双体艇及其采样方法

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种水质采样无人双体艇及其采样方法。

背景技术

在水环境监测领域，要取得真实、准确且完整的水质监测数据，首先需要获得有代表性的水质样品。针对河流、湖泊、水库、近岸海域等地表水体进行水样采集时，不仅需要采集岸边采样点的水质样本，还需要采集远离岸边采样点的水质样品。通常水质样品人工采集过程中需要采样人员乘坐船只去采样点完成采集。但是人工操作存在以下缺点：（1）离水面较近且受气候、水流等条件影响，危险系数大；（2）需要消耗人员工时，存在船舶使用和燃料动力等费用，人力物力消耗大；（3）操作复杂，单次采样时间长，不同采样点之间耗时长，影响水样分析时效性；（4）人员操作中因习惯差异会导致样品采集质量的差异，不利于水质分析和对比；（5）当采样点处于狭小或水深不够等特殊地形时，普通船只和人员难以到达并完成采样。

因而，将无人艇应用于水质自动采样，能够降低工作人员危险系数、降低人力成本、提高水质采样效率和检测时效性，避免人为操作误差。然而，现有无人艇在进行水样采集时，遇到风浪时会出现不够稳定的现象，且无法控制水样采集的深度，难以实现不同水域不同深度的水样采集，并且不能准确记录水样被采集时的相关指标。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种稳定性好的水质采样无人双体艇，以实现对不同水域不同深度的水样采集，本发明的另一个目的在于提供一种利用水质采样无人双体艇进行水样采集的方法。

一种水质采样无人双体艇，包括两个并列设置的艇体，艇体的下部均设有螺旋桨，两个艇体的上方固定有梯形架，梯形架的底部两端分别固定在两个艇体的上部，两个艇体通过梯形架固定连接；梯形架包括上平台和下平台，梯形架的中部设有贯穿上平台和下平台的柱形筒；上平台上设有与柱形筒相对应的卷扬机，卷扬机通过轴承支架固定在上平台上，轴承支架上设有轴承，卷扬机通过轴承与轴承支架转动配合；卷扬机上缠绕有采水管，采水管的一端穿过柱形筒连接有水样采集器；采水管的另一端与固定在上平台上的蠕动泵相连通；下平台上设有水样分配器，水样分配器与蠕动泵连接。

进一步地，水样分配器包括固定于下平台上的底座和分液管，底座上设置有与分液管相配合的集水瓶，集水瓶设于分液管下方；分液管上设有进水管，进水管与蠕动泵连通；分液管的下端均匀分布有分水孔，分水孔上固定有电磁阀；集水瓶上固定有密封塞，密封塞上设有贯穿密封塞并与其过盈配合的输水管；输水管的一端伸入集水瓶内，另一端与电磁阀连接，集水瓶通过输水管和电磁阀与分液管配合连接。

进一步地，集水瓶的底部设有固定于底座上的减震器，集水瓶与减震器之间设有压力传感器。

进一步地，密封塞上设有单向透气孔。

进一步地，底座为圆盘状，分液管为环形筒状，集水瓶呈环形分布在底座上，并与分液管相配合。

进一步地，水样采集器包括与采水管连接的重锤，重锤的底部设有与采水管连通的通孔，通孔的外部固定有滤嘴；重锤的侧面设有深度传感器和压力传感器。

进一步地，梯形架的上平台上还设有通讯控制箱，通讯控制箱的上方设有避障雷达。

利用上述水质采样无人双体艇进行水质采样的方法，包括以下步骤：

1）：当接到水质采样任务时，派遣水质采样无人双体艇抵达指定采样位置，通过通讯控制箱发送控制指令使无人艇处于动力定位状态；

2）：启动卷扬机，下放采水管，水样采集器在重锤的重力作用下向下移动，当水样采集器被下放至水中时，开启深度传感器；

3）：当深度传感器检测到重锤达到第一指定深度时，卷扬机停止工作，温度传感器监测水温并反馈至通讯控制箱，蠕动泵开始运转抽水，水样经过滤嘴随着采水管从蠕动泵的一端传输至蠕动泵的另一端，并流入与蠕动泵连接的进水管中；

4）：水样随蠕动泵的运转继续流动，经过进水管流入分液管中，同时开启指定的电磁阀，水样从分液管中流经电磁阀和输水管流入相应的集水瓶中，开启压力传感器；

5）：当压力传感器检测到指定压力值时反馈信息至通讯控制箱，通讯控制箱控制蠕动泵停止运转，关闭电磁阀，完成第一深度水样采集；

6）：开启卷扬机下放采水管至第二指定深度，重复步骤2）至步骤5），完成第二深度水样采集；

7）重复步骤6），直至完成该采样位置处所有指定深度的水样采集，完成水样采集任务，无人双体艇返航。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.本发明采用两个并列设置的艇体，两个艇体的上方固定有梯形架，梯形架的底部两端分别固定在所述两个艇体的上部，两个艇体通过梯形架固定连接，使得无人采样双体艇对风浪的干扰有一定的抵抗性，提高了其在采样过程中的稳定性。

2.梯形架包括上平台和下平台，为采样装置提供安装平台；梯形架的中部设有贯穿上平台和下平台的柱形筒，便于水样采集器的下放和回收；上平台上设有与柱形筒相对应的卷扬机，卷扬机通过轴承支架固定在上平台上，以实现卷扬机带动缠绕于其上的采样管能够进行下放和回收操作，轴承支架上设有轴承，卷扬机通过轴承与轴承支架转动配合，减小卷扬机与轴承支架在转动配合过程中的摩擦力，提高动力传输效率，使得采样管的下放和回收过程更加平稳。

3.卷扬机上缠绕有采水管，采水管穿过柱形筒的一端连接有水样采集器，便于进行水样采集；采水管的另一端连接有固定于上平台上的蠕动泵，为水样的传输过程提供动力，便于将采集后的水样通过采样管进行传输；下平台上设有水样分配器，水样分配器与蠕动泵连接，便于将采集的水样通过蠕动泵输送至水样分配器。

4.水样分配器包括固定于下平台上的底座，为集水瓶提供安装场所，并且方便拆卸；水样分配器还包括分液管，底座上设置有与分液管相配合的集水瓶，集水瓶设于分液管下方，方便对水样的收集存放；分液管上设有进水管，用于承接蠕动泵输送的水样，实现将水样顺利地从蠕动泵传输至水样分配器中；分液管的下端均匀分布有分水孔，分水孔上固定有电磁阀，通过控制电磁阀的开启和关闭，实现不同采样点的水样的分瓶收集，提高采样效率。

5.水样分配器还包括固定于下平台上的底座，为集水瓶提供安装场所，并且方便拆卸；集水瓶置于底座上，方便对水样的收集存放；集水瓶上固定有密封塞，密封塞上设有单向透气孔，防止水样飞溅的同时便于平衡集水瓶内的压强；密封塞上设有贯穿密封塞并与其过盈配合的输水管，防止水样通过输水管与密封塞的连接处向外溢出；输水管的一端伸入集水瓶内，另一端与电磁阀连接，集水瓶通过输水管和电磁阀与分液管配合连接，使得不同水样能够分瓶存放，避免错乱。

6.采用在集水瓶的底部设置减震器，减轻集水瓶在无人双体艇运动过程中的震动，提高集水瓶的稳定性，防止集水瓶因晃动倾倒而无法顺利地进行水样收集；集水瓶与减震器之间设有压力传感器，用于检测集水瓶对其压力的变化，并根据集水瓶压力值的变化判断并反馈集水瓶是否达到满量程状态，提高了水样采集效率。

7.水样采集器包括与采水管连接的重锤，重锤具有一定的质量，便于将固定于重锤上的采样管下放至深水区，进行水样采集；重锤的底部设有与采水管连通的通孔，通孔的外部固定有滤嘴，用于过滤采样区域中的杂质，防止对采样管造成堵塞；重锤的侧面设有深度传感器和温度传感器，重锤上设置的深度传感器用于监测和反馈重锤的下方深度，便于及时调节卷扬机的工作状态，实现指定深度处的水样的采集；重锤上设置的温度传感器用于监测和反馈重锤下放至指定深度时的水温，准确反映了所采水样的温度指标。

8.梯形架的上平台上还设有通讯控制箱，用于联通设置在岸上的通讯设备，方便对无人双体艇的控制；通讯控制箱的上方设有避障雷达，用于扫测水面上的障碍物，便于及时通过通讯控制箱控制无人双体艇躲避障碍物。

综上所述，本发明通过在并列设置的无人艇上设置水样采集装置，提高了水样采集装置在无人双体艇移动过程中的稳定性；通过在水样采集器上设置深度传感器和温度传感器，实现指定深度处的水样采集，并准确记录所采水样的温度指标。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明双体艇架的结构示意图；

图3为本发明水样分配器的结构示意图；

图4为本发明水样采集器的结构示意图。

图中：1、艇体；2、水样分配器；3、水样采集器；5、螺旋桨；6、梯形架；7、柱形筒；8、通讯控制箱；9、避障雷达；10、轴承支架；11、轴承；12、卷扬机；13、采水管；14、蠕动泵；15、底座；16、减震器；17、压力传感器；18、集水瓶；19、密封塞；20、输水管；21、电磁阀；22、分液管；23、进水管；24、重锤；25、深度传感器；26、滤嘴；27温度传感器。

具体实施方式

一种水质采样无人双体艇，其结构如图1-4所示，包括两个并列设置的艇体1，艇体1的下方均设有螺旋桨5，两个艇体1的上方固定有梯形架6，梯形架6的底部两端分别固定在所述两个艇体1的上部，两个艇体1通过梯形架6固定连接，使得无人采样双体艇对风浪的干扰有一定的抵抗性，提高了其在采样过程中的稳定性。梯形架6包括上平台和下平台，为采样装置提供安装平台，梯形架6的中部设有贯穿上平台和下平台的柱形筒7，便于水样采集器3的下放和回收；梯形架6的上平台上设有与柱形筒7相对应的卷扬机12，卷扬机12通过轴承支架10固定在上平台上，以实现卷扬机12带动缠绕于其上的采样管能够进行下放和回收操作，轴承支架10上设有轴承11，卷扬机12通过轴承11与轴承支架10转动配合，减小卷扬机12与轴承支架10在转动配合过程中的摩擦力，提高动力传输效率，使得采样管的下放和回收过程更加平稳。卷扬机12上缠绕有采水管13，采水管13穿过柱形筒7的一端连接有水样采集器3，便于进行水样采集；采水管13的另一端连接有固定于上平台上的蠕动泵14，为水样的传输过程提供动力，便于将采集后的水样通过采样管进行传输。上平台上还设有通讯控制箱8，用于联通设置在岸上的通讯设备，方便对无人双体艇的控制；通讯控制箱8的上方设有避障雷达9，用于扫测水面上的障碍物，便于及时通过通讯控制箱8控制无人双体艇躲避障碍物。下平台上设有水样分配器2，水样分配器2与蠕动泵14连接，便于将采集的水样通过蠕动泵14输送至水样分配器2。

水样分配器2包括分液管22，分液管22上设有进水管23，水样分配器2通过进水管23与蠕动泵14连接；分液管22的下端均匀分布有分水孔，分水孔上固定有电磁阀21，通过控制电磁阀21的开启和关闭，实现不同采样点的水样的分瓶收集，提高采样效率；分液管22的下方设有与分液管22相配合的集水瓶18，集水瓶18置于底座15上，方便对水样的收集存放，所述底座15固定于下平台上，为集水瓶18提供安装场所，并且方便拆卸；底座15为圆盘状，分液管22为环形筒状，集水瓶18置于底座15上呈环形分布，并与分液管22相配合。集水瓶18的底部设有固定于底座15上的减震器16，减轻集水瓶18在无人双体艇运动过程中的震动，提高集水瓶18的稳定性，防止集水瓶18因晃动倾倒而无法顺利地进行水样收集；集水瓶18与减震器16之间设有压力传感器17，用于检测集水瓶18对其压力的变化，并根据集水瓶18压力值的变化判断并反馈集水瓶18是否达到满量程状态，提高了水样采集效率；集水瓶18上固定有密封塞19，密封塞19上设有单向透气孔，防止水样飞溅的同时便于平衡集水瓶18内的压强；密封塞19上设有贯穿密封塞19并与其过盈配合的输水管20，防止水样通过输水管20与密封塞19的连接处向外溢出；输水管20的一端伸入集水瓶18内，另一端与电磁阀21连接，集水瓶18通过输水管20和电磁阀21与分液管22配合连接，使得不同水样能够分瓶存放，避免错乱。水样采集器3包括与采水管13连接的重锤24，重锤24具有一定的质量，便于将固定于重锤24上的采样管下放至深水区进行水样采集，重锤24的底部设有与采水管13连通的通孔，通孔的外部固定有滤嘴26，用于过滤采样区域中的杂质，防止对采样管造成堵塞；重锤24的侧面设有深度传感器25和温度传感器27，重锤24上设置的深度传感器25用于监测和反馈重锤24的下方深度，便于及时调节卷扬机12的工作状态，实现指定深度处的水样的采集；重锤24上设置的温度传感器27用于监测和反馈重锤24下放至指定深度时的水温，准确反映了所采水样的温度指标。

利用上述水质采样无人双体艇进行水质采样的方法，包括以下步骤：

1）：当接到水质采样任务时，派遣水质采样无人双体艇抵达指定采样位置，通过通讯控制箱8发送控制指令使无人艇处于动力定位状态；

2）：启动卷扬机12，下放采水管13，水样采集器3在重锤24的重力作用下向下移动，当水样采集器3被下放至水中时，开启深度传感器25；

3）：当深度传感器25检测到重锤24达到第一指定深度时，卷扬机12停止工作，温度传感器27监测水温并反馈至通讯控制箱8，蠕动泵14开始运转抽水，水样经过滤嘴26随着采水管13从蠕动泵14的一端传输至蠕动泵14的另一端，并流入与蠕动泵14连接的进水管23中；

4）：水样随蠕动泵14的运转继续流动，经过进水管23流入分液管22中，同时开启指定的电磁阀21，水样从分液管22中流经电磁阀21和输水管20流入相应的集水瓶18中，开启压力传感器17；

5）：当压力传感器17检测到指定压力值时反馈信息至通讯控制箱8，通讯控制箱8控制蠕动泵14停止运转，关闭电磁阀21，完成第一深度水样采集；

6）：开启卷扬机12下放采水管13至第二指定深度，重复步骤2）至步骤5），完成第二深度水样采集；

7）重复步骤6），直至完成该采样位置处所有指定深度的水样采集，完成水样采集任务，无人双体艇返航。

Claims (8)

1.一种水质采样无人双体艇，包括两个并列设置的艇体，艇体下部均设有螺旋桨，其特征在于，所述两个艇体通过设于上方的梯形架固定连接；所述梯形架包括上平台和下平台，梯形架的中部设有贯穿上平台和下平台的柱形筒；上平台上设有与柱形筒相对应的卷扬机，卷扬机通过轴承支架固定在上平台上；所述卷扬机上缠绕有采水管，所述采水管的一端穿过柱形筒并连接有水样采集器；采水管的另一端与固定在上平台上的蠕动泵相连通；所述下平台上设有水样分配器，所述水样分配器与蠕动泵连接。

2.根据权利要求1所述的水质采样无人双体艇，其特征在于，所述水样分配器包括固定于下平台上的底座和分液管，底座上设置有与分液管相配合的集水瓶，集水瓶设于分液管下方；所述分液管上设有进水管，进水管与蠕动泵连通；所述分液管的下端均布有分水孔，分水孔上固定有电磁阀；所述集水瓶上固定有密封塞，密封塞上设有贯穿密封塞并与其过盈配合的输水管；输水管的一端伸入集水瓶内，另一端与电磁阀连接，所述集水瓶通过输水管和电磁阀与分液管配合连接。

3.根据权利要求2所述的水质采样无人双体艇，其特征在于，所述集水瓶的底部设有固定于底座上的减震器，所述集水瓶与减震器之间设有压力传感器。

4.根据权利要求3所述的水质采样无人双体艇，其特征在于，所述密封塞上设有单向透气孔。

5.根据权利要求4所述的水质采样无人双体艇，其特征在于，所述底座为圆盘状，所述分液管为环形筒状，所述集水瓶呈环形分布在底座上，并与分液管相配合。

6.根据权利要求5所述的水质采样无人双体艇，其特征在于，所述水样采集器包括与采水管连接的重锤，重锤的底部设有与采水管连通的通孔，通孔的外部固定有滤嘴；所述重锤的侧面设有深度传感器和压力传感器。

7.根据权利要求6所述的水质采样无人双体艇，其特征在于，所述梯形架的上平台上还设有通讯控制箱，所述通讯控制箱的上方设有避障雷达。

8.利用权利要求7所述的水质采样无人双体艇进行水质采样的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）：当接到水质采样任务时，派遣水质采样无人双体艇抵达指定采样位置，通过通讯控制箱发送控制指令使无人艇处于动力定位状态；

2）：启动卷扬机，下放采水管，水样采集器在重锤的重力作用下向下移动，当水样采集器被下放至水中时，开启深度传感器；

3）：当深度传感器检测到重锤达到第一指定深度时，卷扬机停止工作，温度传感器监测水温并反馈至通讯控制箱，蠕动泵开始运转抽水，水样经过滤嘴随着采水管从蠕动泵的一端传输至蠕动泵的另一端，并流入与蠕动泵连接的进水管中；

4）：水样随蠕动泵的运转继续流动，经过进水管流入分液管中，同时开启指定的电磁阀，水样从分液管中流经电磁阀和输水管流入相应的集水瓶中，开启压力传感器；

5）：当压力传感器检测到指定压力值时反馈信息至通讯控制箱，通讯控制箱控制蠕动泵停止运转，关闭电磁阀，完成第一深度水样采集；

6）：开启卷扬机下放采水管至第二指定深度，重复步骤2）至步骤5），完成第二深度水样采集；

7）重复步骤6），直至完成该采样位置处所有指定深度的水样采集，完成水样采集任务，无人双体艇返航。