CN109632393B - 一种水体自动采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水体自动采样装置，有效的解决了人工采样不方便、自动采样不能充分反映水体实际情况和采样不够精确的问题；其解决的技术方案包括通过河水带动叶轮转动，叶轮带动第一卷线轮收绳索、第二卷线轮放绳索，使采集样品的时间间隔跟河水的流速成正比；通过霍尔传感器传递的信号控制电机的启停，当电机带动第二转轴转动时，开始采集样品，第二卷线轮收绳索、第一卷线轮放绳索，使叶轮朝之前的反方向转动，这样不仅搅动了附近的河水使河水不存在分层现象，而且可使叶轮上缠绕的漂浮物自动脱离叶轮，电机每启停一次，行星齿轮系带动第一套筒转动一定的角度并采集到一瓶样品。

Description

一种水体自动采样装置

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别是一种水体自动采样装置。

背景技术

河水都会有丰水期、平水期、枯水期，在不同时期对河水采样的时间间隔不同，河水在丰水期时比在平水期和枯水期时的流速较快，因此在丰水期时采样的时间间隔要相应缩短，而且河水的流速瞬息万变，人工采样往往不能精准的控制采样的间隔，自动采样装置大都是在设定的时间间隔进行采样；一些自动采样装置为了能够根据河水流速进行采样而加装叶轮，叶轮在河水的推动下转动，河水中的水草等漂浮物很容易会缠绕到叶轮上，影响叶轮的转动从而使叶轮不能精准的反应河水的流速；在某一河段的河水可能会出现水质分层的现象，而自动采样装置只能对采样口所在的水层进行采样，不能充分反映水体的真实情况。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供了一种水体自动采样装置，有效的解决了人工采样不方便、自动采样不能充分反映水体实际情况和采样不够精确的问题。

其解决问题的技术方案是，包括平板，平板上间隔插装有第一转轴和第二转轴，第一转轴上固定有第一卷线轮，第二转轴上套有第二卷线轮，第一卷线轮和第二卷线轮上缠绕同一条绳索且置于平板的同侧；第一转轴下端固定有一个叶轮，第二转轴上固定有一个转盘，转盘上有一个第一通孔；平板下端面固定有一个密闭的采集箱，采集箱上端面上有一个圆形的凹槽，凹槽底部开有一个与采集箱内部连通的第二通孔，转盘置于凹槽内且转盘转动时第一通孔与第二通孔可连通，当第一通孔与第二通孔不连通时采集箱处于密闭状态；采集箱内有一个可围绕第二转轴转动的第一套筒，第一套筒上端面上圆周均布有多个采样瓶，第二转轴下端固定有一个置于采集箱内部的不完全齿轮，不完全齿轮啮合有一个行星轮，行星轮啮合有一个固定在第二套筒内壁上的内齿圈，不完全齿轮、行星轮和内齿圈组成行星齿轮系；当第一转轴作为主动轴转动时，第一卷线轮经绳索带动第二卷线轮转动且第一卷线轮与第二卷线轮转动方向相反，此时第二转轴不随第二卷线轮转动，当第一卷线轮将第二卷线轮上的绳索收完时，第二转轴开始作为主动轴转动，第二转轴带动第二卷线轮转动，第二卷线轮经绳索带动第一卷线轮朝之前的反方向转动，当第二卷线轮将第一卷线轮上的绳索收完时第二转轴停止转动且第一转轴开始为主动轴；第二转轴作为主动轴转动的过程中行星齿轮系带动第一套筒转动的角度可完成一个采样瓶的样品采集。

本发明通过霍尔传感器控制电机的启动，使装置自动进行采样，通过圆周布置增加了采样瓶的数量使采集箱的采样周期变长，采集样品的时间间隔与河水的流速密切相关，避免由于河水分层而影响最终的检测结果，而且使叶轮上缠绕的漂浮物在样品采集的过程中自动脱离叶轮。

附图说明

图1为本发明主视剖面图。

图2为本发明图1中A区域局部放大图。

图3为本发明图2中C区域局部放大图。

图4为本发明图1中B-B截面剖视图。

图5为本发明图1中支撑板的俯视图。

图6为本发明图1中转盘的俯视图。

图7为本发明图1中叶轮的俯视图。

图8为本发明图1中叶轮为主动力时第一卷线轮和第二卷线轮的转动示意图。

图9为本发明图1中电机为主动力时第一卷线轮和第二卷线轮的转动示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图9可知,本发明包括平板1，平板1上间隔插装有第一转轴2和第二转轴3，第一转轴2上固定有第一卷线轮4，第二转轴3上套有第二卷线轮5，第一卷线轮4和第二卷线轮5上缠绕同一条绳索6且置于平板1的同侧；第一转轴2下端固定有一个叶轮7，第二转轴3上固定有一个转盘8，转盘8上有一个第一通孔9；平板1下端面固定有一个密闭的采集箱10，采集箱10上端面上有一个圆形的凹槽，凹槽底部开有一个与采集箱10内部连通的第二通孔11，转盘8置于凹槽内且转盘8转动时第一通孔9与第二通孔11可连通，当第一通孔9与第二通孔11不连通时采集箱10处于密闭状态；采集箱10内有一个可围绕第二转轴3转动的第一套筒12，第一套筒12上端面上圆周均布有多个采样瓶13，第二转轴3下端固定有一个置于采集箱10内部的不完全齿轮14，不完全齿轮14啮合有一个行星轮15，行星轮15啮合有一个固定在第二套筒25内壁上的内齿圈16，不完全齿轮14、行星轮15和内齿圈16组成行星齿轮系；当第一转轴2作为主动轴转动时，第一卷线轮4经绳索6带动第二卷线轮5转动且第一卷线轮4与第二卷线轮5转动方向相反，此时第二转轴3不随第二卷线轮5转动，当第一卷线轮4将第二卷线轮5上的绳索6收完时，第二转轴3开始作为主动轴转动，第二转轴3带动第二卷线轮5转动，第二卷线轮5经绳索6带动第一卷线轮4朝之前的反方向转动，当第二卷线轮5将第一卷线轮4上的绳索6收完时第二转轴3停止转动且第一转轴2开始为主动轴；第二转轴3作为主动轴转动的过程中行星齿轮系带动第一套筒12转动的角度可完成一个采样瓶13的样品采集。

为了实现第二转轴3的转动，所述的平板1上端面固定有一个电机，电机的输出端连接有一个竖向的第一锥齿轮17，第一锥齿轮17啮合有一个水平的第二锥齿轮18，第二锥齿轮18上方有一个与其同轴安装的第一齿轮19，第一齿轮19啮合有一个安装在第二转轴3上的第二齿轮20；通过第一锥齿轮17、第二锥齿轮18、第一齿轮19和第二齿轮20使电机电动第二转轴3转动并降低第二转轴3的转速。

所述的平板1上端面固定有一个保护壳21，保护壳21的顶部固定有吊耳22，第一卷线轮4、第二卷线轮5、绳索6、电机、第一锥齿轮17、第二锥齿轮18、第一齿轮19和第二齿轮20皆置于保护壳21内；保护壳21可防止水、灰尘等进入其内部，影响整个装置的正常工作，吊耳22可方便整个装置的起吊。

所述的第二卷线轮5上固定有一个永磁铁23，平板1的上端面上安装有一个霍尔传感器24；所述的第二转轴3上套装有一个可随其转动的第二套筒25，第二套筒25上圆周开设有多个径向的滑槽，每个滑槽内设有一个可在其内部径向滑动的棘爪26，棘爪26与滑槽底部设有一个压簧27，压簧27的一端固定在滑槽的底部，另一端固定在棘爪26上，第二卷线轮5内壁上固定有一个与对应棘爪26配合的内棘轮28，当第二转轴3不转动时棘爪26和压簧27受到内棘轮28的挤压朝第二转轴3中心轴线的方向滑动，使第二卷线轮5的转动不受影响；当第一转轴2为主动轴时，第一卷线轮4转动收紧绳索6并带动第二卷线轮5反向转动，第二卷线轮5转动时由于棘爪26未卡在内棘轮28上，因此第二转轴3不随第二卷线轮5转动，当第一卷线轮4将第二卷线轮5上的绳索6收完时，通过霍尔传感器24的信号传递使电机开始启动，此时第二转轴3作为主动轴开始转动，棘爪26在离心力的作用下朝内棘轮28的方向滑动并卡在内棘轮28上，第二转轴3转动带动第二卷线轮5朝之前的反方向转动，第二卷线轮5收紧绳索6并带动第一卷线轮4、第一转轴2、叶轮7朝之前的反方向转动，当第二卷线轮5将第一卷线轮4上的绳索6收完时，通过霍尔传感器24的信号传递使电机停止转动。

所述的第一套筒12上端面上有一个第一环形槽29，第一环形槽29内均布有多个相互间隔的限位槽，每个限位槽内放置一个采样瓶13，通过限位槽既可使采样瓶13均匀布置在第一环形槽29内，又可防止第二套筒25转动时采样瓶13产生晃动；所述的相邻两个限位槽之间有一个第三通孔30，多余的河水可经过第三通孔30流向采集箱10底部。

所述的第二套筒25下方有一个固定在采集箱10内壁上的支撑板31，支撑板31上有一个第二环形槽32，第二环形槽32内均布有多个可在其内部滚动且固定在第一套筒12下端面上的转向轮33，转向轮33不仅起到支撑第二套筒25的作用，在放置和取出采样瓶13时还可使手动转动第二套筒25更加轻便；所述的支撑板31除第二环形槽32外其他部分为镂空状，可使第三通孔30流下的多余的水经过支撑板31流到采集箱10的底部。

为了实现将采样瓶13放入采集箱10内和从采集箱10内取出，所述的采集箱10的左侧壁上有一个开口，开口处旋装有一个第一密封塞34，空的采样瓶13经开口依次摆放在第一套筒12上，采集好样品的采样瓶13经开口从第一套筒12上取出。

所述的采集箱10底部开有一个排水孔，排水孔内有一个第二密封塞35，打开第二密封塞35可使采集箱10底部的积水通过排水孔排出采集箱10。

本发明的具体工作过程是：旋开第一密封塞34，将空的采样瓶13从开口依次摆放在第二套筒25上第一环形槽29内的限位槽内，将第一密封塞34旋入开口内，在吊耳22上捆绑上绳子，将整个装置悬挂在桥梁或搭建的平台上，保证采集箱10和叶轮7完全置于河水中，采集箱10通过连接杆固定在平板1上，由于平板1上端面上有电机以及给电机提供电源的蓄电池，因此平板1要置于河流的水面之上。

如图1所示，河水从叶轮7的右侧流经叶轮7，在流动的河水的作用下叶轮7顺时针转动，由于第一卷线轮4与叶轮7同轴安装，因此叶轮7经第一转轴2带动第一卷线轮4顺时针转动，第一卷线轮4经绳索6带动第二卷线轮5逆时针转动并将第二卷线轮5和内棘轮28向右拉动至内棘轮28与第二套筒25的外缘面接触，此时与内棘轮28接触到的棘爪26受到内棘轮28的挤压朝第二转轴3的中心轴线的方向滑动，压簧27被压缩，每个滑槽的端口处有一个豁口使棘爪26可以完全被挤压到第二套筒25内，如图8所示，在此过程中第二卷线轮5上的绳索6逐渐缠绕到第一卷线轮4上，第二卷线轮5每转动一圈其上的永磁铁23使霍尔传感器24向电机控制器发送一次信号，当第二卷线轮5上的绳索6全部缠绕至第一卷线轮4上时，第二卷线轮5转动的圈数达到电机控制器设定的第二卷线轮5转动的圈数，此时电机开始启动。

电机带动第一锥齿轮17顺时针转动，第一锥齿轮17顺时针转动带动与其啮合的第二锥齿轮18逆时针转动，由于第一齿轮19与第二锥齿轮18同轴安装，因此第一齿轮19逆时针转动，第一齿轮19逆时针转动带动与其啮合的第二齿轮20顺时针转动，由于第二齿轮20安装在第二转轴3上，因此第二转轴3顺时针转动，第二转轴3顺时针转动带动第二套筒25、转盘8和不完全齿轮14顺时针转动。

第二套筒25顺时针转动使其上圆周均布的棘爪26在离心力的作用下朝靠近内棘轮28的方向滑动并卡在内棘轮28上，压簧27被拉伸，从而使第二卷线轮5跟随第二转轴3顺时针转动，第二卷线轮5经绳索6带动第一卷线轮4逆时针转动，如图8所示，在此过程中第一卷线轮4上的绳索6逐渐缠绕到第二卷线轮5上；转盘8每转动一周第一通孔9和第二通孔11连通一次，第一通孔9与第二通孔11连通时河水经第一通孔9和第二通孔11流入到第二通孔11下方的采样瓶13中；不完全齿轮14顺时针转动带动与其啮合的行星轮15不连续的逆时针转动，行星轮15不连续的逆时针转动带动与其啮合的内齿圈16不连续的逆时针转动，由于内齿圈16固定在第一套筒12的内壁上，因此第二套筒25及其上的采样瓶13跟着内齿圈16不连续的逆时针转动；第二卷线轮5每转动一圈其上的永磁铁23使霍尔传感器24向电机控制器发送一次信号，当第二卷线轮5上的绳索6全部缠绕至第一卷线轮4上时，第二卷线轮5转动的圈数达到电机控制器设定的第二卷线轮5转动的圈数，此时电机开始停止工作，在此过程中，行星齿轮系带动第二套筒25转动的角度使采样瓶13采集到足够的样品；电机停止工作后，第一转轴2在流动的河水的作用下作为主动轴开始顺时针转动。

由于在电机不工作时流动的河水使叶轮7顺时针转动，因此当第二转轴3作为主动轴带动第一转轴2及其上安装的叶轮7逆时针转动时，一方面可搅动起叶轮7附近的河水，避免了由于河水分层使采集到的样品不能充分反映河水的真实情况；另一方面，叶轮7逆时针转动可使其上缠绕的水草等漂浮物脱离叶轮7，以免影响叶轮7的正常工作。

电机启动前第二通孔11处于相邻采样瓶13的间隔的正上方，即电机启动后最初的一段时间由第一通孔9和第二通孔11流入采集箱10的河水并未进入到采样瓶13内而是经过对应的第三通孔30和支撑板31向下流到采集箱10的底部，行星齿轮系逐渐带动第一套筒12逆时针转动使采样瓶13逐渐处于第二通孔11的下方并开始采样，每次电机从启动到停止的过程中，由于绳索6长度一定，因此该过程中第二转轴3转动的圈数固定，行星齿轮系带动第一套筒12转动的角度固定，通过控制不完全齿轮14、行星轮15和内齿圈16的传动比使第一套筒12转动的固定角度恰好完成一个采样瓶13的样品采集,即当电机停止时，第二通孔11处于相邻间隔的上方；叶轮7刚刚开始搅动周围的河水时分层的河水尚未被搅拌均匀，因此使最初流入采集箱10的河水流到采集箱10的底部不作为样品，同时电机启动前采样瓶13不在第二通孔11下方可避免一个采集瓶中采集到两个采样过程的样品。

一段时间后，工作人员即可去收取装有样品的采样瓶13，首先将装置拉离水面，拧开第一密封塞34，从开口将装有样品的采样瓶13依次取出，由于在取采样瓶13时需要手动转动第一套筒12方能将采样瓶13依次取出，因此在电机停止时不完全齿轮14不与行星齿轮啮合，即不完全齿轮14的齿不与行星轮15接触，否则将无法转动第一套筒12，转动第一套筒12时，第一套筒12下方的转向轮33在支撑板31上的第二环形槽32内滚动，使第一套筒12转动起来更轻便；将第一套筒12上的采样瓶13全部取出后将第一密封塞34拧入开口内；由于在采集样品时有多余的河水流进采集箱10内，因此每次收取采样瓶13时要将第二密封塞35拔掉使采集箱10内的积水从排水口排出，采集箱10内的积水排出后将第二密封塞35重新塞进排水口。

本发明的创新点在于：

1、流动的河水带动叶轮7转动，叶轮7带动第一卷线轮4收绳索6、第二卷线轮5放绳索6，当绳索6完全缠绕在第一卷线轮4上时开始采集样品，即采集样品的时间间隔由河水的流速决定，因此不管是河流的丰水期、平水期和枯水期，本装置不需要再进行其他方面的设置。

2、当第二转轴3带动第二卷线轮5将绳索6收回的过程中，第二卷线轮5带动第一卷线轮4、第一转轴2和叶轮7朝河水带动叶轮7转动的反方向转动，此时不仅可以使叶轮7上缠绕的漂浮物自动脱离叶轮7，还可以通过叶轮7的搅动避免河水的分层，使采集的样品能够充分反映河水的真实情况。

3、电机通过霍尔传感器24传递的信号自动启动和关闭，电机每启停一次，行星齿轮系带动第一套筒12转动一定的角度并采集到一瓶样品，采样过程中不需要人工操作。

4、采样瓶13圆周均布在第一套筒12上可增加采集箱10内盛放采样瓶13的数量，延长采集箱10的采样周期，同时节省空间使采集箱10体积减小，节省材料。

5、将电机启动初期流如采集箱10的河水舍弃掉，使采集到的样品更能准确反映河水的真实情况。

6、采样瓶13的出口和入口相同，通过手动转动第一套筒12即可将采样瓶13依次放置在第一套筒12上或者从第一套筒12上取下。

本发明采样的过程为全自动操作，通过圆周布置增加了采样瓶的数量使采集箱的采样周期变长，采集样品的时间间隔与河水的流速密切相关，避免由于河水分层而影响最终的检测结果，而且使叶轮上缠绕的漂浮物在样品采集的过程中自动脱离叶轮。

Claims (6)

1.一种水体自动采样装置，包括平板（1），其特征在于，所述的平板（1）上间隔插装有第一转轴（2）和第二转轴（3），第一转轴（2）上固定有第一卷线轮（4），第二转轴（3）上套有第二卷线轮（5），第一卷线轮（4）和第二卷线轮（5）上缠绕同一条绳索（6）且置于平板（1）的同侧；第一转轴（2）下端固定有一个叶轮（7），第二转轴（3）上固定有一个转盘（8），转盘（8）上有一个第一通孔（9）；平板（1）下端面固定有一个密闭的采集箱（10），采集箱（10）上端面上有一个圆形的凹槽，凹槽底部开有一个与采集箱（10）内部连通的第二通孔（11），转盘（8）置于凹槽内且转盘（8）转动时第一通孔（9）与第二通孔（11）可连通，当第一通孔（9）与第二通孔（11）不连通时采集箱（10）处于密闭状态；采集箱（10）内有一个可围绕第二转轴（3）转动的第一套筒（12），第一套筒（12）上端面上圆周均布有多个采样瓶（13），第二转轴（3）下端固定有一个置于采集箱（10）内部的不完全齿轮（14），不完全齿轮（14）啮合有一个行星轮（15），所述的第二转轴（3）上套装有一个可随其转动的第二套筒（25），行星轮（15）啮合有一个固定在第二套筒（25）内壁上的内齿圈（16），不完全齿轮（14）、行星轮（15）和内齿圈（16）组成行星齿轮系；当第一转轴（2）作为主动轴转动时，第一卷线轮（4）经绳索（6）带动第二卷线轮（5）转动且第一卷线轮（4）与第二卷线轮（5）转动方向相反，此时第二转轴（3）不随第二卷线轮（5）转动，当第一卷线轮（4）将第二卷线轮（5）上的绳索（6）收完时，第二转轴（3）开始作为主动轴转动，第二转轴（3）带动第二卷线轮（5）转动，第二卷线轮（5）经绳索（6）带动第一卷线轮（4）朝之前的反方向转动，当第二卷线轮（5）将第一卷线轮（4）上的绳索（6）收完时第二转轴（3）停止转动且第一转轴（2）开始为主动轴；第二转轴（3）作为主动轴转动的过程中行星齿轮系带动第一套筒（12）转动的角度可完成一个采样瓶（13）的样品采集，所述的平板（1）上端面固定有一个电机，电机的输出端连接有一个竖向的第一锥齿轮（17），第一锥齿轮（17）啮合有一个水平的第二锥齿轮（18），第二锥齿轮（18）上方有一个与其同轴安装的第一齿轮（19），第一齿轮（19）啮合有一个安装在第二转轴（3）上的第二齿轮（20），所述的第二卷线轮（5）上固定有一个永磁铁（23），平板（1）的上端面上安装有一个霍尔传感器（24），通过霍尔传感器（24）的信号传递使电机开始启动，通过霍尔传感器（24）的信号传递使电机停止转动；所述的第二转轴（3）上套装有一个可随其转动的第二套筒（25），第二套筒（25）上圆周开设有多个径向的滑槽，每个滑槽内设有一个可在其内部径向滑动的棘爪（26），棘爪（26）与滑槽底部设有一个压簧（27），压簧（27）的一端固定在滑槽的底部，另一端固定在棘爪（26）上，第二卷线轮（5）内壁上固定有一个与对应棘爪（26）配合的内棘轮（28）。

2.根据权利要求1所述的一种水体自动采样装置，其特征在于，所述的平板（1）上端面固定有一个保护壳（21），保护壳（21）的顶部固定有吊耳（22），第一卷线轮（4）、第二卷线轮（5）、绳索（6）、电机、第一锥齿轮（17）、第二锥齿轮（18）、第一齿轮（19）和第二齿轮（20）皆置于保护壳（21）内。

3.根据权利要求1所述的一种水体自动采样装置，其特征在于，所述的第一套筒（12）上端面上有一个第一环形槽（29），第一环形槽（29）内均布有多个相互间隔的限位槽，每个限位槽内放置一个采样瓶（13），相邻两个限位槽之间有一个第三通孔（30）。

4.根据权利要求1所述的一种水体自动采样装置，其特征在于，所述的第二套筒（25）下方有一个固定在采集箱（10）内壁上的支撑板（31），支撑板（31）上有一个第二环形槽（32），第二环形槽（32）内均布有多个可在其内部滚动且固定在第一套筒（12）下端面上的转向轮（33），支撑板（31）除第二环形槽（32）外其他部分为镂空状。

5.根据权利要求1所述的一种水体自动采样装置，其特征在于，所述的采集箱（10）的左侧壁上有一个开口，开口处旋装有一个第一密封塞（34）。

6.根据权利要求1所述的一种水体自动采样装置，其特征在于，所述的采集箱（10）底部开有一个排水孔，排水孔内有一个第二密封塞（35）。

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