CN109959536B - 一种适用于无人艇的水质采样在线检测系统 - Google Patents

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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。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，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、第一水管3、采样瓶夹具12、第一气缸40、第四连接杆41、水管接头42、采样瓶43、第一丝杠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的第一丝杠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，第一气缸40连接着第四连接杆41，安装在采样瓶43的正上方，与第一气缸40的第四连接杆41连接的水管头42在采样瓶43的进水管的正上方；采出的水通过第一水管3流到水管接头42处，水管接头42在第一气缸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和第一丝杠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包括第二丝杠62经第二气缸61、伸缩杆60、第四气缸59、第三连接杆58、第四电机57连接夹持杆56。其中第二气缸61通过丝杠螺母副连接在第二丝杠62下方，由此第二丝杠62的转动能带着第二气缸61前后移动；第四气缸59通过伸缩杆60连接在第二气缸61的下方，第四电机57通过十三连接杆58与第四气缸59相连，夹持杆56连接在第四电机57的端部。由此第四气缸59的进出气能带动夹持杆56的上下移动，第四气缸59的进出气能控制夹持杆56的松开夹紧；第四电机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第一电机76、锥齿轮77、齿盘78、夹盘79和第一支撑座80和底盘86。第一支撑座80位于底盘86下面；锥齿轮77和第一电机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；第一电机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第二电机63、转动杆64、第一连接杆65、第二连接杆66、插销67、第二支撑座68、气缸69、第三电机70、摆动杆71、第五连接杆72、定位杆73、弯杆74和球副75。第二电机63位于底部，转动杆64与第二电机63的轴固连，转动杆64的另一端与第一连接杆65通过球副75连接，第一连接杆65通过球副75与第二支撑座68相连；第二连接杆66与第二支撑座68通过插销67连接；从而第二电机63的转动控制第二支撑座68的摆动；第二电机63与气缸69固定在第二支撑座68上，摆动杆71的一端与第二电机63的轴进行固连，摆动杆71的另一端与第五连接杆72相连，第五连接杆72与弯杆74相连，从而通过第二电机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，在第二电机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、第五电机53、试管刷54、气缸乙82、气缸杆乙83和第二水管84，气缸甲51倾斜装于船尾固定架85上；第五电机53安装气缸杆甲52上，试管刷54安装在第五电机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，第二水管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和第五电机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将第一水管3送至指定深度的水域，开始采水。此时，第一气缸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，第一丝杠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在第二丝杠62的运动下，移动至锥形瓶46上方，第二气缸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，此时第四气缸59动作，使的夹持杆56夹住锥形瓶46。之后第二气缸61动作，带着锥形瓶46上升。之后，第二丝杠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，第二丝杠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，第二丝杠62反向转动，带动锥形瓶46移动至定位夹具23上方，第二气缸61动作，通过气缸杆60将锥形瓶46下放至定位夹具23上，此时第四气缸59动作，使的夹持杆56离开锥形瓶46。之后第二气缸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在第二丝杠62的运动下，移动至锥形瓶46上方，第二气缸61动作，通过气缸杆60将夹持杆56下放至锥形瓶46处，此时第四气缸59动作，使的夹持杆56夹住锥形瓶46。之后第二气缸61动作，带着锥形瓶46上升。之后，第二丝杠62动作，带着锥形瓶46移动至夹盘79的上方。第二气缸61动作，通过气缸杆60锥形瓶46下放到夹盘79中。第四气缸59动作，松开锥形瓶，第二气缸61动作，带动夹紧装置5-3上升。此后振荡装置5-4动作。图8所示，振荡装置定位夹紧部分的第一电机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。上表面附有螺纹的齿盘78转动，带动三个夹盘79向中心运动，夹住锥形瓶46。如图7所示，振荡装置振荡部分通过第三气缸69和第三电机70与第一支撑座80完成配合。第三气缸69动作，转动杆64旋转，转动杆64旋转带动两头都是球副连接的第一连接杆65运动。支撑板68在第一连接杆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。
第一电机76转动，夹盘79分开；夹持装置5-3使第二气缸61动作，通过气缸杆60将夹持杆56下放至锥形瓶46处，此时第四气缸59动作，使的夹持杆56夹住锥形瓶46。之后第二气缸61动作，带着锥形瓶46上升。之后，第二丝杠62动作，带着锥形瓶46移动至废液池36。夹持装置5-3上第四电机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。之后第四电机57转动至图9所示位置，气缸82动作，使固定在气缸杆83上的第二水管84伸至锥形瓶46瓶口处，之后通过第二水管84向锥形瓶中注入定量准备的纯净水。之后气缸乙82动作，带动第二水管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，此后第五电机53动作，带动试管刷54转动清洗锥形瓶。10秒后，第五电机53停止动作，气缸甲51带动试管刷54退回，第四电机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使第二气缸61缩回，第二丝杠62带着清洗过锥形瓶46回到初始位置，定位夹具23上方；第二气缸61动作，通过气缸杆60将放至锥形瓶46定位夹具处；第四气缸59动作，夹持杆56松开锥形瓶，第二气缸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 (4)

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，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；
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)：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第一电机(76)、锥齿轮(77)、齿盘(78)、夹盘(79)和第一支撑座(80)和底盘(86)；第一支撑座(80)位于底盘(86)下面；锥齿轮(77)和第一电机(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；第一电机(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第二电机(63)、转动杆(64)、第一连接杆(65)、第二连接杆(66)、插销(67)、第二支撑座(68)、第三气缸(69)、第三电机(70)、摆动杆(71)、第五连接杆(72)、定位杆(73)、弯杆(74)和球副(75)；第二电机(63)位于底部，转动杆(64)与第二电机(63)的轴固连，转动杆(64)的另一端与第一连接杆(65)通过球副(75)连接，第一连接杆(65)通过球副(75)与第二支撑座(68)相连；第二连接杆(66)与第二支撑座(68)通过插销(67)连接；从而第二电机(63)的转动控制第二支撑座(68)的摆动；第二电机(63)与第三气缸(69)固定在第二支撑座(68)上，摆动杆(71)的一端与第二电机(63)的轴进行固连，摆动杆(71)的另一端与第五连接杆(72)相连，第五连接杆(72)与弯杆(74)相连，从而通过第二电机(63)控制弯杆(74)的转动；定位杆(73)在弯杆(74)上，和第三气缸(69)处在一条直线上，在第二电机(63)的动作之后，弯杆(74)运动，使得定位杆(73)水平，第三气缸(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。
2.根据权利要求1所述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)、第一水管(3)、采样瓶夹具(12)、第一气缸(40)、第四连接杆(41)、水管接头(42)、采样瓶(43)、第一丝杠(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)的第一丝杠(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，第一气缸(40)连接着第四连接杆(41)，安装在采样瓶(43)的正上方，与第一气缸(40)的第四连接杆(41)连接的水管接头(42)在采样瓶(43)的进水管的正上方；采出的水通过第一水管(3)流到水管接头(42)处，水管接头(42)在第一气缸(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)和第一丝杠(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。
3.根据权利要求1所述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)包括第二丝杠(62)经第二气缸(61)、伸缩杆(60)、第四气缸(59)、第三连接杆(58)、第四电机(57)连接夹持杆(56)；其中第二气缸(61)通过丝杠螺母副连接在第二丝杠(62)下方，由此第二丝杠(62)的转动能带着第二气缸(61)前后移动；第四气缸(59)通过伸缩杆(60)连接在第二气缸(61)的下方，第四电机(57)通过第三连接杆(58)与第四气缸(59)相连，夹持杆(56)连接在第四电机(57)的端部；由此第四气缸(59)的进出气能带动夹持杆(56)的上下移动，第四气缸(59)的进出气能控制夹持杆(56)的松开夹紧；第四电机(57)的通断电能控制夹持杆(56)的旋转。
4.根据权利要求1所述的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)、第五电机(53)、试管刷(54)、气缸乙(82)、气缸杆乙(83)和第二水管(84)，气缸甲(51)倾斜装于船尾固定架(85)上；第五电机(53)安装气缸杆甲(52)上，试管刷(54)安装在第五电机(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，第二水管(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)和第五电机(53)的作用下，在锥形瓶内转动，洗涤锥形瓶。
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