CN109655315A - 一种用于流动水体的采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于流动水体的采样装置，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。

Description

一种用于流动水体的采样装置

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别是一种用于流动水体的采样装置。

背景技术

为了控制河流的水质需要对河流水体进行定时间隔采样，采样次数根据水情变化，均匀分布于不同时期和不同流量，丰水期、平水期、枯水期均应布设测次；目前的河流水质采样主要有人工采样和自动采样两种方式，人工采样浪费时间和精力，而且夜间采样不太方便；自动采样往往采用计时的方式，在设定的时间段进行采样，当河流流速改变时不能对采样的时间间隔进行及时的调整；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；河流中会有一些水草等漂浮物，一些通过叶轮作为动力的自动采样装置在使用的过程中叶轮容易被河流中的漂浮物缠绕从而影响采样装置的精确性。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供了一种用于流动水体的采样装置，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，第二转轴下端固定有一个转盘，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；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；采集箱内有一个水平的支撑板，支撑板上有一个置于第二通孔下方的第三通孔，支撑板上有多个依次排列且可朝第三通孔的方向滑动的采样瓶，支撑板下端面固定有一个置于第三通孔下方的第一套筒，当采样瓶中收集到足够的样品时采样瓶经过第三通孔朝第一套筒底部下滑完成采样瓶的收集。

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，通过河水带动叶轮转动，使采集样品的时间间隔与河水的流速密切相关，还可避免由于河水分层而影响最终的检测结果，叶轮上缠绕的漂浮物可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B区域局部放大图。

图4为本发明图1中支撑板、第一压簧、T形块和采样瓶的俯视图。

图5为本发明图1中转盘的俯视图。

图6为本发明图1中叶轮的俯视图。

图7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8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8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下端固定有一个转盘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；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；采集箱10内有一个水平的支撑板12，支撑板12上有一个置于第二通孔11下方的第三通孔13，支撑板12上有多个依次排列且可朝第三通孔13的方向滑动的采样瓶14，支撑板12下端面固定有一个置于第三通孔13下方的第一套筒15，当采样瓶14中收集到足够的样品时采样瓶14经过第三通孔13朝第一套筒15底部下滑完成采样瓶14的收集。

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16，第一锥齿轮16啮合有一个水平的第二锥齿轮17，第二锥齿轮17上方有一个与其同轴安装的第一齿轮18，第一齿轮18啮合有一个安装在第二转轴3上的第二齿轮19；通过第一锥齿轮16、第二锥齿轮17、第一齿轮18和第二齿轮19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20，保护壳20的顶部固定有吊耳21，第一卷线轮4、第二卷线轮5、绳索6、电机、第一锥齿轮16、第二锥齿轮17、第一齿轮18和第二齿轮19皆置于保护壳20内；保护壳20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21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22，平板1的上端面上安装有一个霍尔传感器23；所述的第二转轴3上套装有一个可随其转动的第二套筒24，第二套筒24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25，棘爪25与滑槽底部设有一个第一压簧26，第一压簧26的一端固定在滑槽的底部，另一端固定在棘爪25上，第二卷线轮5内壁上固定有一个与对应棘爪25配合的内棘轮27，当第二转轴3不转动时棘爪25受到内棘轮27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25未卡在内棘轮27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23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25在离心力的作用下朝内棘轮27的方向滑动并卡在内棘轮27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23的信号传递使电机停止转动。

为了实现采样瓶14在支撑板12上平稳的向第三通孔13滑动，所述的支撑板12上端面上有一个水平的倒置T形槽，T形槽内装有一个可在其内部左右滑动的倒置T形块28，T形块28与采集箱10左侧壁之间设有一个第二压簧29，第二压簧29的一端与T形块28固定连接，另一端与采集箱10的左侧壁固定连接，T形块28在第二压簧29的作用下推动采样瓶14向右移动至T形槽的最右端且不会脱离T形槽。

为了实现采样瓶14在第一套筒15内缓慢地下滑，所述的第一套筒15的内壁面上固定有橡胶层30，橡胶层30的内径略大于采样瓶14的外径且橡胶层30对下滑的采样瓶14施加有摩擦力，采样瓶14内采集到足够重量的样品才能使采样瓶14沿第一套筒15缓慢下滑。

为了实现将空采样瓶14放入采集箱10内，所述的采集箱10的右侧壁上开有一个采样瓶14的入口，入口处旋装有一个第一密封塞31，拧出第一密封塞31可将空的采样瓶14通过入口放置在支撑板12上。

为了方便从采集箱10取出收集好样品的采样瓶14，所述的第一套筒15一侧有一个缺口，缺口下方有一个固定在第一套筒15上的楔形块32，采样瓶14经第三通孔13、第一套筒15下滑至楔形块32上并穿过缺口沿楔形块32下滑，采样瓶14依次排列在楔形块32上完成采样瓶14的收集；所述的采集箱10的左侧壁上开有一个采样瓶14出口，出口处旋装有一个第二密封塞33，旋出第二密封塞33即可将楔形块32上的采样瓶14从出口处取出；所述的楔形块32的前后两侧设有防护板34，防止采样瓶14在楔形块32上滑动时向前后倾倒；所述的楔形块32较低的一端固定有一个挡板35，避免采样瓶14滑到楔形块32最底端时瓶口与采集箱10的内壁发生碰撞。

所述的采集箱10底部开有一个排水孔，排水孔内有一个第三密封塞36，当采集箱10内有积水时可打开第三密封塞36使积水从排水孔排出。

本发明的具体工作过程是：旋开第一密封塞31，将空的采样瓶14从入口放入支撑板12的滑槽内，放入足够量的采样瓶14后将第一密封塞31旋进入口内，在吊耳21上捆绑上绳子，将整个装置悬挂在桥梁或搭建的平台上，同时保证采集箱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27向右拉动至内棘轮27与第二套筒24的外缘面接触，此时与内棘轮27接触到的棘爪25受到内棘轮27的作用朝第二转轴3的中心轴线的方向滑动，第一压簧26被压缩，每个滑槽的端口处有一个豁口使棘爪25可以完全被挤压到第二套筒24内，如图7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22使霍尔传感器23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16顺时针转动，第一锥齿轮16顺时针转动带动与其啮合的第二锥齿轮17逆时针转动，由于第一齿轮18与第二锥齿轮17同轴安装，因此第一齿轮18逆时针转动，第一齿轮18逆时针转动带动与其啮合的第二齿轮19顺时针转动，由于第二齿轮19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顺时针转动带动圆盘和第二套筒24顺时针转动；圆盘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14中；第二套筒24顺时针转动使其上圆周均布的棘爪25在离心力的作用下朝靠近内棘轮27的方向滑动并卡在内棘轮27上，第一压簧26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，第二卷线轮5每转动一圈其上的永磁铁22使霍尔传感器23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，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。

在电机工作的时间段内采样瓶14内采集的河水的重量足以克服第一套筒15内壁上的橡胶层30作用在采样瓶14外壁上的摩擦力，使采样瓶14经过第三通孔13、第一套筒15向下滑落至楔形块32的斜面上，由于楔形块32的斜面左低右高，因此装有样品的采样瓶14在其重力斜向下的分力的作用下从第一套筒15下端的缺口滑出第一套筒15并向楔形块32的底部滑动；当最右端的采样瓶14下落后剩余的空的采样瓶14在第二压簧29的作用下向右移动至滑槽的最右端。

一段时间后，工作人员即可去收取装有样品的采样瓶14，首先将装置拉离水面，拧开第二密封塞33，从出口将装有样品的采样瓶14取出，取出后将第二密封塞33拧入出口内；由于在采集样品时河水可能会洒进采集箱10内，因此每次收取采样瓶14时要将第三密封塞36拔掉使洒进采集箱10内的河水从排水口排出，采集箱10内的积水排出后将第三密封塞36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，本装置不用进行其他方面的设置也可以使用。

2、当第二转轴3带动第二卷线轮5将绳索6收回过程中，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23传递的信号自动启动和关闭，不需要人工操作。

4、通过在第一套筒15的内壁上装橡胶层30，不仅可以使装有样品的采样瓶14缓慢下落，还可以确保每个采样瓶14采集到的样品质量相同，且采样瓶14采集到样品后完全靠自身的重量下落，不需要其他机械结构的辅助。

5、第一密封塞31和第二密封塞33采用旋装的方式密封采样瓶14的入口和出口，不仅方便打开而且密封效果良好。

本发明采样的过程中为全自动操作，通过河水带动叶轮转动，使采集样品的时间间隔与河水的流速密切相关，还可避免由于河水分层而影响最终的检测结果，叶轮上缠绕的漂浮物可在样品采集的过程中自动脱离叶轮。

Claims (9)

1.一种用于流动水体的采样装置，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）下端固定有一个转盘（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；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；采集箱（10）内有一个水平的支撑板（12），支撑板（12）上有一个置于第二通孔（11）下方的第三通孔（13），支撑板（12）上有多个依次排列且可朝第三通孔（13）的方向滑动的采样瓶（14），支撑板（12）下端面固定有一个置于第三通孔（13）下方的第一套筒（15），当采样瓶（14）中收集到足够的样品时采样瓶（14）经过第三通孔（13）朝第一套筒（15）底部下滑完成采样瓶（14）的收集。

2.根据权利要求1所述的一种用于流动水体的采样装置，其特征在于，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（16），第一锥齿轮（16）啮合有一个水平的第二锥齿轮（17），第二锥齿轮（17）上方有一个与其同轴安装的第一齿轮（18），第一齿轮（18）啮合有一个安装在第二转轴（3）上的第二齿轮（19）。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于流动水体的采样装置，其特征在于，所述的平板（1）上端面固定有一个保护壳（20），保护壳（20）的顶部固定有吊耳（21），第一卷线轮（4）、第二卷线轮（5）、绳索（6）、电机、第一锥齿轮（16）、第二锥齿轮（17）、第一齿轮（18）和第二齿轮（19）皆置于保护壳（20）内。

4.根据权利要求1所述的一种用于流动水体的采样装置，其特征在于，所述的第二卷线轮（5）上固定有一个永磁铁（22），平板（1）的上端面上安装有一个霍尔传感器（23）；所述的第二转轴（3）上套装有一个可随其转动的第二套筒（24），第二套筒（24）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（25），棘爪（25）与滑槽底部设有一个第一压簧（26），第一压簧（26）的一端固定在滑槽的底部，另一端固定在棘爪（25）上，第二卷线轮（5）内壁上固定有一个与对应棘爪（25）配合的内棘轮（27）。

5.根据权利要求1所述的一种用于流动水体的采样装置，其特征在于，所述的支撑板（12）上端面上有一个水平的倒置T形槽，T形槽内装有一个可在其内部左右滑动的倒置T形块（28），T形块（28）与采集箱（10）左侧壁之间设有一个第二压簧（29），第二压簧（29）的一端与T形块（28）固定连接，另一端与采集箱（10）的左侧壁固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于流动水体的采样装置，其特征在于，所述的第一套筒（15）的内壁面上固定有橡胶层（30），橡胶层（30）的内径略大于采样瓶（14）的外径且橡胶层（30）对下滑的采样瓶（14）施加有摩擦力。

7.根据权利要求1所述的一种用于流动水体的采样装置，其特征在于，所述的采集箱（10）的右侧壁上开有一个采样瓶（14）的入口，入口处旋装有一个第一密封塞（31）。

8.根据权利要求1所述的一种用于流动水体的采样装置，其特征在于，所述的第一套筒（15）一侧有一个缺口，缺口下方有一个固定在第一套筒（15）上的楔形块（32），采样瓶（14）经第三通孔（13）、第一套筒（15）下滑至楔形块（32）上并穿过缺口沿楔形块（32）下滑，采样瓶（14）依次排列在楔形块（32）上完成采样瓶（14）的收集；所述的采集箱（10）的左侧壁上开有一个采样瓶（14）出口，出口处旋装有一个第二密封塞（33）；所述的楔形块（32）的前后两侧设有防护板（34），楔形块（32）较低的一端固定有一个挡板（35）。

9.根据权利要求1所述的一种用于流动水体的采样装置，其特征在于，所述的采集箱（10）底部开有一个排水孔，排水孔内有一个第三密封塞（36）。