CN109959536A - 一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统 - Google Patents

一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，船体采用双体船设计，由采水装置、打标装置和检测装置组成。其中采水装置和打标装置在一个船体上，检测装置在另一个船体上。检测装置由移动装置、加液装置、夹取装置、振荡装置和废液处理和清洗装置组成。能将检测结果实时传输给岸基操作平台，完成废液的处理，保证不对环境造成破坏。各机构之间相互协作，顺序动作，具有高度的自动化，能实现多地点连续采样和检测。

Description

一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统
技术领域
本发明涉及一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，具有高度自动化，能实现对多地点水质的自动采样存放和水质检测。
背景技术
水资源对于人类发展起着不可替代的作用，干净的水资源是人类和大自然和谐相处的基础。在环境破坏日益严重的今天，防止水资源被破坏，对水资源的检测变得尤为重要。
发明内容
本发明针对于目前水质采样在线检测的不足，提供了一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统。本系统能对多水位水质进行采样并进行存储，以实现多地点连续采样，且能对指定水域的水质进行在线检测，之后将检测结果实时传输给岸基操作平台，并完成废液的处理。
为达到上述目的，本发明的构思是:利用采水装置完成对海水的取样，并标示出是哪个点采集的样本，然后进行存储。在采样时，将一部分水样送入检测区。检测水样时采用分步滴加药品到锥形瓶的方式完成样液的检测。在检测环节中需要加热、冷凝和振动，分别根据检测步骤设置相应的区块执行相关操作。通过颜色传感器来判断是否完成滴定任务，并通过信息传输模块将检测结果在线传输给岸基操作平台。之后通过废液处理模块完成废液的处理，并对锥形瓶进行清洗。根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，分布在双体船上，包括依次连接的采水装置、打标装置和检测装置。所述的采水装置和打标装置分布在一个船体上。所述的采水装置的采水设备(卷扬机和水泵)装于船头的采水孔旁，采样瓶的进水管上方是与气缸连接的水管头，采样瓶的移动依靠下方的导轨和丝杠。打标装置布置在进水管指向的采样瓶等高处的旁边。检测装置位于另一个船体上。所述的检测装置按工作内容可分为移动装置、加液装置、夹取装置、振荡装置和废液处理和清洗装置。所述的移动装置载着锥形瓶完成药品的滴加，锥形瓶装在定位盘上，移动依靠定位盘下方的导轨和丝杠。所述的加液装置分布在移动装置中导轨的两边。滴管悬在导轨上方的固定位置，当需要加液是，位于导轨边上的对应的泵和电磁阀相应工作完成药液滴加。所述的夹取装置位于移动装置的上方，通过气缸和丝杠的作用将锥形瓶放置在不同阶段的相应区块。所述的振荡装置位于移动装置的后面靠近船尾部分，由电机和连杆件完成装置的振荡功能，通过装于支撑台上的电机和气缸完成定位夹紧功能；同时，装于抓盘上的颜色传感器用于判断反应是否完成。所述的废液处理和清洗装置位于船尾部分，在反应完成后，通过夹持装置锥形瓶并将废液倒入废液池中，通过气缸和电机带动试管刷运动，完成锥形瓶的清洗。
与现有的发明相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：
采用较为合理简单的方式对水样进行采集和检测，并在线的将结果传输给岸基操作平台，能实现多地点持续采样检测，具有较高的自动化程度，适用于现在的无人艇。
附图说明：
图1是系统结构框图。
图2是船体结构简图。
图3是采水装置结构简图。
图4是移动装置结构简图。
图5是加液装置与移动装置位置结构简图。
图6是夹持装置结构简图。
图7是振荡装置振荡部分结构简图。
图8是振荡装置定位夹紧部分结构简图和振荡部分配合后的结构简图。
图9是废液处理和清洗装置结构简图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：参见图1和图2，本发明适用于无人艇的水质采样在线检测系统，包括采水装置(3-1)、打标装置(3-2)和检测装置(3-3)。其特征在于：所述采水装置(3-1)经打标装置(3-2)连接检测装置(3-3)。船体采用双体船设计，所述的采水装置(3-1)和打标装置(3-2)位于一个船体上，采水装置(3-1)完成对样液的采集，打标装置(3-2)对采集的样液进行打标处理；所述的检测装置位于另一个船体上(3-3)，对采集的样液完成检测，并将检测的结果发送给岸基操作平台。
实施例二：参见图1～图8，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：所述所述的检测装置(3-3)包括移动装置(5-1)经加液装置(5-2)、夹取装置(5-3)、振荡装置(5-4)连接废液处理和清洗装置(5-5)，其特征在于：移动装置(5-1)位于其所在船体的中间，加液装置(5-2)摆放在移动装置(5-1)两边，夹取装置(5-3)位于移动装置(5-1)正上方，振荡装置(5-4)放置在移动装置(5-1)后方靠近船尾的位置，废液处理和清洗装置(5-5)位于船尾处；移动装置(5-1)带着锥形瓶移动，加液装置(5-2)往锥形瓶中进行滴加相应的药液；夹取装置(5-3)将锥形瓶夹取至各个区块；振荡装置(5-4)实现锥形瓶中药液的混合；废液处理和清洗装置(5-5)完成废液的处理和锥形瓶的清洗。所述的采水装置(3-1)包括采水设备(2)、水管(3)、采样瓶夹具(12)、气缸(40)、连接杆(41)、水管接头(42)、采样瓶(43)、丝杠(45)、导轨(44)。采水设备(2)装于船头的采水孔(1)旁，连接着导轨(44)的丝杠(45)位于采水装置(3-1)所在船体的中间；采样瓶(43)通过采样瓶夹具(12)安装在导轨(44)之上，气缸(40)连接着连接杆(41)，安装在采样瓶(43)的正上方，与气缸(40)连接杆(41)连接的水管头(42)在采样瓶(43)的进水管的正上方；采出的水通过水管(3)流到水管接头(42)处，水管接头(42)在气缸(40)的作用下插入到采样瓶(43)的进水管中，从而使采出的水收集到采样瓶(43)中；采样瓶(43)的移动依靠下方的导轨(44)和丝杠(45)，从而使收集满水的采样瓶(43)移出采集区，使下一个采样瓶的进水管移至水管接头(42)的正下方。所述的夹取装置(5-3)包括丝杠(62)经伸缩气缸(61)、伸缩杆(60)、气缸(59)、气缸杆(58)、电机(57)连接夹持杆(56)。其中伸缩气缸(61)通过丝杠螺母副连接在丝杠(62)下方，由此丝杠(62)的转动能带着伸缩气缸(61)前后移动；气缸(59)通过伸缩杆(60)连接在伸缩气缸(61)的下方，电机(57)通过连接杆(58)与气缸(59)相连，夹持杆(56)连接在电机(57)的端部。由此气缸(59)的进出气能带动夹持杆(56)的上下移动，气缸(59)的进出气能控制夹持杆(56)的松开夹紧；电机(57)的通断电能控制夹持杆(56)的旋转。所述的振荡装置(5-4)包括定位夹紧部分和振荡部分，所述的定位夹紧部分包括电机(76)、锥齿轮(77)、齿盘(78)、夹盘(79)和支撑座(80)和底盘(86)。支撑座(80)位于底盘(86)下面；锥齿轮(77)和电机(76)安装在底盘(86)上表面的边缘，齿盘78与锥齿轮(77)啮合，齿盘(78)上表面附有螺纹与三个夹盘(79)啮合；电机(76)的转动带动锥齿轮(77)的转动；锥齿轮(77)的转动，从而带动齿盘(78)的旋转，进而使三个夹盘(79)向中心运动。三个夹盘(79)运动至最后，内部正好是一个锥形瓶的形状；所述的振荡部分包括电机(63)、传动杆(64)、连接杆(65)、连杆(66)、插销(67)、支撑座(68)、气缸(69)、电机(70)、摆动杆(71)、连杆(72)、定位杆(73)、弯杆(74)和球副(75)。电机(63)位于底部，转动杆(64)与电机(63)的轴固连，转动杆(64)的另一端与连杆(65)通过球副(75)连接，连杆(65)通过球副(75)与支撑座(68)相连；支撑杆(66)与支撑座(68)通过插销(67)连接；从而电机(63)的转动控制支撑座(68)的摆动；电机(63)与气缸(69)固定在支撑座(68)上，摆动杆(71)的一端与电机(63)的轴进行固连，摆动杆(71)的另一端与连杆(72)相连，连杆(72)与弯杆(74)相连，从而通过电机(63)控制弯杆(74)的转动；定位杆(73)在弯杆(74)上，和气缸(69)处在一条直线上，在电机(63)的动作之后，弯杆(74)运动，使得定位杆(73)水平，气缸(69)通气便可顶住定位杆(73)，从而实现弯杆(74)的稳定的夹紧功能。所述的废液处理和清洗装置(5-5)包括气缸甲(51)、气缸杆甲(52)、电机(53)、试管刷(54)、气缸乙(82)、气缸杆乙(83)和水管(84)，气缸甲(51)倾斜装于船尾固定架(85)上；电机(53)安装气缸杆甲(52)上，试管刷(54)安装在电机(53)上。气缸乙(82)安装在固定架(85)上，安装位置距气缸甲(51)距离较近，水管(84)安装在气缸杆乙(83)上，可在气缸乙(82)的作用下将纯净水放进锥形瓶中；试管刷(54)在气缸甲(51)和电机(53)的作用下，在锥形瓶内转动，洗涤锥形瓶。
工作原理如下：
当船开至指定采水地点后，采水设备(2)(卷扬机、泵)开始工作，通过船上的采水孔(1)将水管(3)送至指定深度的水域，开始采水。此时，气缸(40)进气动作，将水管头(42)插入采样瓶(43)的进水管中，开始样液的收集；与此同时，打标机(9)开始工作，通过打标头(8)将水样的位置信息刻在采样瓶(9)上。设置一定的时间，当采样瓶(9)中样液采集满后，采水设备(2)停止工作。之后，丝杠(45)开始工作，导轨滑块(44)带着夹具(12)运动一段距离，使下一个采样瓶(43)进水管对着水管头(42)，以便下一个地点样液采集。在采集样液的同时，样液检测装置(3-3)也开始工作，在采水设备(2)采集样液时，会有一部分样液进入水样模块(24)中，水样模块(24)(泵，电磁阀)工作，将定量样液注入通过定位夹具(23)定位的锥形瓶(46)中；之后在丝杠(16)的作用下，锥形瓶被夹具(23)带动在导轨(50)上运动至下一个药品滴加点——氢氧化钠模块(21)处。氢氧化钠模块(21)动作，将定量氢氧化钠通过管道(47)滴加至锥形瓶(46)中；之后在丝杠(16)的作用下，锥形瓶被夹具(23)带动在导轨(50)上运动至下一个药品滴加点——高锰酸钾模块(18)处。高锰酸钾模块(18)动作，将定量高锰酸钾通过管道(48)滴加至锥形瓶(46)中。之后，夹持装置(5-3)在丝杠(62)的运动下，移动至锥形瓶(46)上方，伸缩气缸(61)动作，通过气缸杆(60)将夹持杆(56)(带有弧度)下放至锥形瓶(46)处，此时气缸(59)动作，使的夹持杆(56)夹住锥形瓶(46)。之后伸缩气缸(61)动作，带着锥形瓶(46)上升。之后，丝杠(62)动作，带着锥形瓶(46)移动至加热单元(15)，加热一定时间；随后，丝杠(62)动作带着锥形瓶(46)移动至冷凝单元(14)，冷凝一定时间。冷凝完成后，丝杠(62)反向转动，带动锥形瓶(46)移动至定位夹具(23)上方，伸缩气缸(61)动作，通过气缸杆(60)将锥形瓶(46)下放至定位夹具(23)上，此时气缸(59)动作，使的夹持杆(56)离开锥形瓶(46)。之后伸缩气缸(61)动作，将夹持杆(56)回升至原始高度。之后，硫酸模块(17)工作，滴加定量硫酸溶液到锥形瓶(46)中。之后丝杠(16)工作，锥形瓶被夹具(23)带动在导轨(50)上运动至下一个药品滴加点——碘化钾模块(20)。碘化钾模块(20)工作，将定量碘化钾溶液滴加至锥形瓶(46)中。自此，药液滴加初步完成，需要将混合后的溶液放置于振荡装置(5-4)上进行下一步操作，此时丝杠(16)带动夹具(23)回到初始位置。
夹持装置(5-3)在丝杠(62)的运动下，移动至锥形瓶(46)上方，伸缩气缸(61)动作，通过气缸杆(60)将夹持杆(56)下放至锥形瓶(46)处，此时气缸(59)动作，使的夹持杆(56)夹住锥形瓶(46)。之后伸缩气缸(61)动作，带着锥形瓶(46)上升。之后，丝杠(62)动作，带着锥形瓶(46)移动至夹盘(79)的上方。伸缩气缸(61)动作，通过气缸杆(60)锥形瓶(46)下放到夹盘(79)中。气缸(59)动作，松开锥形瓶，伸缩气缸(61)动作，带动夹紧装置(5-3)上升。此后振荡装置(5-4)动作。振荡装置定位夹紧部分(图8所示)电机(76)带动锥齿轮(77)动作，锥齿轮(77)带动与之相啮合的齿盘(78)动作。齿盘(78)(上表面附有螺纹)转动，带动三个夹盘(79)向中心运动，夹住锥形瓶(46)。振荡装置振荡部分(图7所示)通过气缸(69)和电机(70)与支撑座(80)完成配合。气缸(63)动作，传动杆(64)旋转，传动杆(64)旋转带动两头都是球副连接的连接杆(65)运动。支撑板(68)在连接杆(65)的运动下和插销(67)的束缚下，振荡运动。从而使支撑板(68)上方的锥形瓶振荡摆动；与此同时气缸(27)和气缸(39)动作，带动淀粉模块和硫代硫酸钠模块移动至振动台两侧；振荡装置(5-4)振荡4个周期停下来数秒，淀粉模块(38)和硫代硫酸钠模块(28)动作向其中加入定量相应溶液，振荡装置(5-4)动作，重复多次。装在夹盘(79)上的颜色传感器(31，32)用来进行结果的判断，在锥形中蓝色刚褪去时，停止振荡和药液的滴加。将所加药液的量通过信息传输模块(81)传回给岸基操作平台。至此样液检测结束。下一步是废液处理和清洗装置装置对废液经行处理和锥形瓶清洗。
电机(76)转动，夹盘(79)分开；夹持装置(5-3)伸缩气缸(61)动作，通过气缸杆(60)将夹持杆(56)下放至锥形瓶(46)处，此时气缸(59)动作，使的夹持杆(56)夹住锥形瓶(46)。之后伸缩气缸(61)动作，带着锥形瓶(46)上升。之后，丝杠(62)动作，带着锥形瓶(46)移动至废液池(36)。夹持装置(5-3)上电机(57)转动，带动夹持杆(56)转动180度，使锥形瓶(46)瓶口朝下，将废液导入废液池(36)。之后电机(57)转动至图9所示位置，气缸(82)动作，使固定在气缸杆(83)上的水管(84)伸至锥形瓶(46)瓶口处，之后通过水管(84)向锥形瓶中注入定量准备的纯净水。之后气缸乙(82)动作，带动水管(84)上升；气缸甲(51)动作，将固定在气缸杆甲(52)上的试管刷(54)伸进锥形瓶(46)中，此后电机(53)动作，带动试管刷(54)转动清洗锥形瓶。10秒后，电机(53)停止动作，气缸甲(51)带动试管刷(54)退回，电机(57)转动，带动夹持杆(56)转动，使锥形瓶(46)瓶口朝下，将废液倒入废水池。重复装水清洗2次。之后，夹持装置(5-3)伸缩气缸(61)缩回，丝杠(62)带着清洗过锥形瓶(46)回到初始位置，定位夹具(23)上方；伸缩气缸(61)动作，通过气缸杆(60)将放至锥形瓶(46)定位夹具处；气缸(59)动作，夹持杆(56)松开锥形瓶，气缸(61)动作，带动整个夹持装置(5-3)上升到初始位置，检测结束。

Claims (6)

1.一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，包括采水装置(3-1)、打标装置(3-2)和检测装置(3-3)；其特征在于：所述采水装置(3-1)经打标装置(3-2)连接检测装置(3-3)；船体采用双体船设计，所述的采水装置(3-1)和打标装置(3-2)位于一个船体上，采水装置(3-1)完成对样液的采集，打标装置(3-2)对采集的样液进行打标处理；所述的检测装置位于另一个船体上(3-3)，对采集的样液完成检测，并将检测的结果发送给岸基操作平台。
2.根据权利要求1所述的一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，其特征在于：所述的检测装置(3-3)包括移动装置(5-1)经加液装置(5-2)、夹取装置(5-3)、振荡装置(5-4)连接废液处理和清洗装置(5-5)，其特征在于：移动装置(5-1)位于其所在船体的中间，加液装置(5-2)摆放在移动装置(5-1)两边，夹取装置(5-3)位于移动装置(5-1)正上方，振荡装置(5-4)放置在移动装置(5-1)后方靠近船尾的位置，废液处理和清洗装置(5-5)位于船尾处；移动装置(5-1)带着锥形瓶移动，加液装置(5-2)往锥形瓶中进行滴加相应的药液，夹取装置(5-3)将锥形瓶夹取至各个区块；振荡装置(5-4)实现锥形瓶中药液的混合；废液处理和清洗装置(5-5)完成废液的处理和锥形瓶的清洗。
3.根据权利要求1所述的一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，其特征在于：所述的采水装置(3-1)包括采水设备(2)、水管(3)、采样瓶夹具(12)、气缸(40)、连接杆(41)、水管接头(42)、采样瓶(43)、丝杠(45)、导轨(44)；采水设备(2)装于船头的采水孔(1)旁，连接着导轨(44)的丝杠(45)位于采水装置(3-1)所在船体的中间；采样瓶(43)通过采样瓶夹具(12)安装在导轨(44)之上，气缸(40)连接着连接杆(41)，安装在采样瓶(43)的正上方，与气缸(40)连接杆(41)连接的水管头(42)在采样瓶(43)的进水管的正上方；采出的水通过水管(3)流到水管接头(42)处，水管接头(42)在气缸(40)的作用下插入到采样瓶(43)的进水管中，从而使采出的水收集到采样瓶(43)中；采样瓶(43)的移动依靠下方的导轨(44)和丝杠(45)，从而使收集满水的采样瓶(43)移出采集区，使下一个采样瓶的进水管移至水管接头(42)的正下方。
4.根据权利要求2所述的一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，其特征在于：所述的夹取装置(5-3)包括丝杠(62)经伸缩气缸(61)、伸缩杆(60)、气缸(59)、气缸杆(58)、电机(57)连接夹持杆(56)；其中伸缩气缸(61)通过丝杠螺母副连接在丝杠(62)下方，由此丝杠(62)的转动能带着伸缩气缸(61)前后移动；气缸(59)通过伸缩杆(60)连接在伸缩气缸(61)的下方，电机(57)通过连接杆(58)与气缸(59)相连，夹持杆(56)连接在电机(57)的端部；由此气缸(59)的进出气能带动夹持杆(56)的上下移动，气缸(59)的进出气能控制夹持杆(56)的松开夹紧；电机(57)的通断电能控制夹持杆(56)的旋转。
5.根据权利要求2所述的一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，其特征在于：所述的振荡装置(5-4)包括定位夹紧部分和振荡部分，所述的定位夹紧部分包括电机(76)、锥齿轮(77)、齿盘(78)、夹盘(79)和支撑座(80)和底盘(86)；支撑座(80)位于底盘(86)下面；锥齿轮(77)和电机(76)安装在底盘(86)上表面的边缘，齿盘78与锥齿轮(77)啮合，齿盘(78)上表面附有螺纹与三个夹盘(79)啮合；电机(76)的转动带动锥齿轮(77)的转动；锥齿轮(77)的转动，从而带动齿盘(78)的旋转，进而使三个夹盘(79)向中心运动；三个夹盘(79)运动至最后，内部正好是一个锥形瓶的形状；所述的振荡部分包括电机(63)、传动杆(64)、连接杆(65)、连杆(66)、插销(67)、支撑座(68)、气缸(69)、电机(70)、摆动杆(71)、连杆(72)、定位杆(73)、弯杆(74)和球副(75)；电机(63)位于底部，转动杆(64)与电机(63)的轴固连，转动杆(64)的另一端与连杆(65)通过球副(75)连接，连杆(65)通过球副(75)与支撑座(68)相连；支撑杆(66)与支撑座(68)通过插销(67)连接；从而电机(63)的转动控制支撑座(68)的摆动；电机(63)与气缸(69)固定在支撑座(68)上，摆动杆(71)的一端与电机(63)的轴进行固连，摆动杆(71)的另一端与连杆(72)相连，连杆(72)与弯杆(74)相连，从而通过电机(63)控制弯杆(74)的转动；定位杆(73)在弯杆(74)上，和气缸(69)处在一条直线上，在电机(63)的动作之后，弯杆(74)运动，使得定位杆(73)水平，气缸(69)通气便可顶住定位杆(73)，从而实现弯杆(74)的稳定的夹紧功能。
6.根据权利要求2所述的一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统，其特征在于：所述的废液处理和清洗装置(5-5)包括气缸甲(51)、气缸杆甲(52)、电机(53)、试管刷(54)、气缸乙(82)、气缸杆乙(83)和水管(84)，气缸甲(51)倾斜装于船尾固定架(85)上；电机(53)安装气缸杆甲(52)上，试管刷(54)安装在电机(53)上；气缸乙(82)安装在固定架(85)上，安装位置距气缸甲(51)距离较近，水管(84)安装在气缸杆乙(83)上，可在气缸乙(82)的作用下将纯净水放进锥形瓶中；试管刷(54)在气缸甲(51)和电机(53)的作用下，在锥形瓶内转动，洗涤锥形瓶。
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