CN110687267A - 一种采样模块及其户外水质监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种采样模块及其户外水质监测装置，其采样模块包括采样支架，采样支架固定在第二隔板顶面上、第一隔板与第二隔板之间；采样支架内侧固定有引水环，引水环内侧设置有引流槽且引水环内侧密封、可圆周安装有切换盘，切换盘内侧分别设置有第一引流通道、第二引流通道，第二引流通道一端与第一引流通道顶部连通，第二引流通道另一端贯穿切换盘，第一引流通道与切换盘同轴且第一引流通道底部与引水管顶部可圆周转动、密封装配，引水管内部为中空的引流内管，引流内管底部还分别与排水管、进水管一端连通，排水管另一端引出外壳且此端低于底板、引流内管最低处；进水管另一端依次与第一单向阀、水泵后与进水头连通，进水头一侧与进水管连通。
Description
技术领域
本发明涉及水质监测技术，特别是涉及一种采样模块及其户外水质监测装置。
背景技术
水是生命之源，一般水源地的水质好坏直接影响到其周边环境及饮用群体的健康。随着环保法规的日益严格，对于水质的保护已经是环保部门的重要工作。目前主要是针对一些水源地、河流、湖泊等进行定期水质抽查、检测，从而实现监测水质的好坏，同时也及时发现污染、检测水质治理效果。
通过定期取样检测的方式虽然能够通过实验室获得十分全面的数据分析，但是对于流动性比较强的情况下，有可能在采样间隔时间内污染物已经冲走，这就导致后期河流的污染很难找到源头，也就很难进行追责。另外对于重点水域，如水源地或重点湖泊污染治理区域，其一般比较偏远，而且面积大。如果采样周期过长，显然存在很大的隐患，尤其是水源地，一旦采样周期达到一个月两次以下时，发现水质问题的时候已经比较晚了，这时候已经对成千上万的饮用者造成了健康损坏。但是采样频率过高，则需要大量的人力物力，显然不符合目前的基本环境。而目前物联网已经十分成熟，因此完全可以利用物联网技术实现水质在线监测，从而大大降低采样频率，而且成本也比较低，由于数据时实时获取，因此能够及时确认水质变化时间及区域，也就便于后期研究、追责等。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种采样模块及其户外水质监测装置，其户外水质监测装置能够实时监测水质。
为实现上述目的，本发明提供了一种采样模块，包括采样支架，采样支架固定在第二隔板顶面上、第一隔板与第二隔板之间；所述采样支架内侧固定有引水环，引水环内侧设置有引流槽且引水环内侧密封、可圆周安装有切换盘，所述切换盘内侧分别设置有第一引流通道、第二引流通道，所述第二引流通道一端与第一引流通道顶部连通，第二引流通道另一端贯穿切换盘，第一引流通道与切换盘同轴且第一引流通道底部与引水管顶部可圆周转动、密封装配，引水管内部为中空的引流内管，所述引流内管底部还分别与排水管、进水管一端连通，排水管另一端引出外壳且此端低于底板、引流内管最低处；进水管另一端依次与第一单向阀、水泵后与进水头连通，进水头一侧与进水管连通、另一侧与探头位于同一个圆上、且固定在底板下方。
优选地，引流内管底部卡合、可滑动地安装有漂浮块，漂浮块上设置有无数贯穿的引流孔，所述漂浮块的底面上固定有漂浮磁铁块；
所述引流管底部固定有检测壳，检测壳内部为中空的检测内腔，所述检测内腔内卡合、可滑动地安装有检测磁铁块，所述检测磁铁块、漂浮磁铁块均采用永磁体制成且其同极相对以产生相互排斥的磁力，所述检测磁铁块底部与复位弹簧顶部装配固定，复位弹簧底部与检测内腔底面装配固定，检测内腔底部固定有检测开关，检测开关的触发端正对检测磁铁块，检测磁铁块下移后可触发检测开关。
优选地，所述切换盘顶部还固定有驱动短轴，驱动短轴与切换盘同轴，所述驱动短轴上套装固定有第二旋转齿轮，第二旋转齿轮与第一旋转齿轮啮合传动，所述第一旋转齿轮同轴安装固定在旋转电机的旋转输出轴一端上，旋转输出轴另一端穿过采样支架后装入旋转电机内。
优选地，所述引流槽有多个且多个引流槽均匀分布在引水环圆周方向上，且每个引流槽分别与一根采样管一端连通，每根采样管另一端分别与采样瓶内部连通。
优选地，采样管与安装在采样瓶上的第二单向阀串联后进入采样瓶内部。
本发明还公开了一种户外水质监测装置，其应用有上述采样模块。
优选地，还包括：
控制器，用于收发、解析控制指令，并进行参数计算；
采集卡，用于采集信号且将信号转送至控制器；
无线模块，用于和终端无线通讯；
所述采集卡分别与PH传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、离子传感器、水浸传感器、张力传感器、气压计、编码器的信号输出端通讯连接，从而将它们的信号输入控制器；
PH传感器，用于检测水质的PH值；
浊度传感器，用于检测水质的浑浊度；
溶解氧传感器，用于检测水中的溶解氧含量；
离子传感器，用于检测水中特定的离子；
存储器，用于存储数据；
接口板，用于将控制器的信号端分别与第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第一减速开关的微动开关、第一停止开关的微动开关、第二停止开关的微动开关、第三停止开关的微动开关、检测开关的信号端通讯连接；
第一接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与卷线电机的接电端导电连接；卷线电机通过卷线电机驱动器驱动，卷线电机驱动器的控制端通过接口板与控制器的信号端通讯连接；
第二接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与清洗电机的接电端导电连接；清洗电机通过清洗电机驱动器驱动，清洗电机驱动器的控制端通过接口板与控制器的信号端通讯连接；
第三接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与电磁铁的接电端导电连接；
第四接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与气泵的接电端导电连接；
第五接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与水泵的接电端导电连接；
第六接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与旋转电机的接电端导电连接；旋转电机通过步进电机驱动器驱动，步进电机驱动器的控制端通过接口板与控制器通信连接。
优选地，还包括外壳，所述外壳内部为中空的内腔，且内腔上下两端分别通过底板、顶板封闭，内腔位于顶板至底板之间的部分上分别安装有第一隔板、第二隔板、第三隔板，所述外壳外部安装、固定有漂浮件，漂浮件采用轻质高浮力材料制成；
所述底板、顶板分别与下潜探测组件的浮力管两端装配固定，所述浮力管分别贯穿第一隔板、第二隔板、第三隔板，且浮力管内部为中空的浮力通道，浮力通道上下两端分别通过第一孔板、第二孔板封闭；所述第一孔板、第二孔板上设置有无数贯穿的通孔；
所述浮力通道内部分别与上浮力块、下浮力块卡合、可滑动装配，所述上浮力块、下浮力块上设置有数个贯穿的过水孔，从而使得水能够穿过；上浮力块、下浮力块之间通过连接浮力块连接固定，且连接浮力块内固定有探测磁铁块；
所述内腔内、沿着浮力管长度方向上分别安装有两个磁力开关，两个磁力开关分别对应外壳最浅吃水深度、最深吃水深度时探测磁铁块所在位置，探测磁铁块采用永磁体制成，探测磁铁块与开关磁铁块同极相对以产生相互排斥的磁力。
优选地，所述第一隔板上还分别安装有至少两块第一立板、第二立板，两块第一立板分别与第一卷轴、第二卷轴、第三卷轴可圆周转动装配，两块第二立板分别与第四卷轴可圆周转动装配，所述第一卷轴、第二卷轴、第三卷轴、第四卷轴均属于拉绳机构；
所述拉绳机构还包括分别套装在第一卷轴、第二卷轴、第三卷轴、第四卷轴上的第一导向轮、张力检测轮、第三导向轮、卷线筒，拉绳一端分别绕过第一导向轮、张力检测轮、第三导向轮后与卷线筒装配固定、缠绕，且第一卷轴一端穿出其中一块第一立板后与编码盘同轴装配固定，编码盘上设置有数个沿着其圆周均分分布在编码孔，编码孔贯穿编码盘，且编码盘设置有编码孔的边缘装入编码器内；
所述张力检测轮安装在张力传感器的输入端，张力传感器用于检测位于第一导向轮、第三导向轮之间的拉绳的张力；张力传感器的信号端、编码器的信号端分别通过接口板与控制器的信号端通讯连接；
所述第四卷轴一端穿出其中一块第二立板后与卷线电机的输出轴通过联轴器连接，卷线电机固定在第一隔板上；
所述拉绳另一端分别穿过导向筒、铰接球后与锚块连接固定；所述导向筒位于内墙的一端穿出第一隔板，且此端内部通过第二密封环密封，导向筒另一端分别穿过第一隔板、第二隔板、第三隔板、底板、支撑盘、浮力盘后与铰接球铰接；导向筒位于铰接球上方固定有止位环且导向筒内部为中空的导向内筒，所述止位环用于限制浮力盘下移的最大位移；所述支撑盘通过支撑杆与底板装配固定。
优选地，所述导向内筒位于铰接球与第二密封圈之间的部分上固定有第一密封圈，所述第一密封圈、第二密封圈分别与拉绳密封装配；所述第一密封圈、第二密封圈与拉绳装配处均采用软质弹性材料制成；
位于第一密封圈、第二密封圈之间的导向内筒与输气管一端密封、连通，输气管与气压计串联后与气泵的排气口连通，气泵的进气口通过连接管与进气管位于内腔的一端密封连通，进气管另一端穿过支撑柱后进入太阳能电池板背部；
所述第二隔板上还安装有至少四个电滑环，所述电滑环的定子固定在第二隔板上、转子分别与PH传感器、浊度传感器、离子传感器、溶解氧传感器的探头一端导电、通讯、可圆周转动装配；所述探头另一端分别穿过第三隔板、底板且与之可圆周转动、不可轴向移动装配；探头穿出底板一端位于支撑盘上方且此端用于探测水质。
本发明的有益效果是：
1、本发明能够实现自动采集基本的水质数据：浑浊度、含氧量、PH、重金属离子等，且采集数据后通过无线方式实时向终端发送，从而实现实时、自动监测，能够大大降低人工采样频率，而且通过对水质变化的实时数据采集能够大大利于水质保护、治理、后期研究等，从而便于追责、进行水文研究等。
2、本发明的清洗机构能够实现对探头外表面的清洗，从而防止杂物吸附在探头外壁上影响水质探测的准确性。
3、本发明的拉绳机构能够根据水位变化调节拉绳的长短，从而既能防止拉绳过长造成缠绕、外壳飘离目标水域；又能防止拉绳过短造成外壳被淹没在水中造成进水、下沉等问题。
4、本发明的止位机构能够实现对第四卷轴的单向锁止，从而避免水位上升时释放拉绳造成水位检测不准确。
5、本发明的控制本发明能够实现外壳排水量的自动调节，从而既能够防止外壳浸没在水中，又能够避免外壳排水量过小造成检测数据误差较大。另外本发明的控制本发明还通过计算第一卷轴转动圈数计算水位深度，同时通过张力传感器实现对拉绳张力的检测仪便于根据水位调节拉绳的总长度，防止拉绳过长或过短。另外本发明的控制本发明还通过张力传感器、卷线电机、第二停止开关、第三停止开关探测水面波浪的变化，从而为后期的水文研究提供数据支撑。
6、本发明的采样模块能够实现按需采样，且采样次数可到10次以上，完全满足目前的采样需求。
附图说明
图1-图7是本发明的结构示意图。
图8是图7中F1处放大图。
图9是本发明的结构示意图（打开顶板后）。
图10是本发明的下潜探测组件结构示意图。
图11是图10中F2处放大图。
图12-图14是本发明的拉绳机构部分结构示意图。
图15是本发明的清洗刷结构示意图。
图16是本发明的阻力组件结构示意图。
图17是本发明的清洗刷与探头结构示意图。
图18是本发明的第一齿轮、第二齿轮处局部结构示意图。
图19-图21是本发明的止位机构结构示意图。
图22为本发明的采样模块结构示意图。
图23为图22中F3处放大图。
图24为图22中A-A剖视图。
图25是本发明的电气系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1-图25，一种户外水质监测装置，包括外壳120，所述外壳120内部为中空的内腔121，且内腔121上下两端分别通过底板160、顶板130封闭，内腔121位于顶板130至底板160之间的部分上分别安装有第一隔板431、第二隔板432、第三隔板433，所述外壳120外部安装、固定有漂浮件110，漂浮件110采用轻质高浮力材料制成，如泡沫。使用时，漂浮件110为外壳120提供漂浮力。
所述顶板130上固定有支撑柱140，支撑柱140上安装有太阳能电池板210（光伏），太阳能电池板210通过太阳能发电，从而为整个设备提供电力支持；
所述底板160、顶板130分别与下潜探测组件的浮力管520两端装配固定，所述浮力管520分别贯穿第一隔板431、第二隔板432、第三隔板433，且浮力管520内部为中空的浮力通道521，浮力通道521上下两端分别通过第一孔板511、第二孔板512封闭；所述第一孔板511、第二孔板512上设置有无数贯穿的通孔，从而使得其能够防止大颗粒杂质进入浮力通道521。
所述浮力通道521内部分别与上浮力块532、下浮力块531卡合、可滑动装配，所述上浮力块532、下浮力块531上设置有数个贯穿的过水孔，从而使得水能够穿过；上浮力块532、下浮力块531之间通过连接浮力块533连接固定，且连接浮力块533内固定有探测磁铁块540；
所述内腔121内、沿着浮力管520长度方向上分别安装有两个磁力开关B，两个磁力开关B分别对应外壳最浅吃水深度、最深吃水深度时探测磁铁块540所在位置；
所述磁力开关B包括磁力外壳B110，磁力外壳B110内部为中空的磁力滑槽B111，磁力滑槽B111内部固定有磁力隔板B220，磁力滑槽B111内、位于磁力隔板B220两侧分别卡合、可滑动地安装有开关磁铁块B210、触发块B230，开关磁铁块B210靠近浮力管520的外壁，且开关磁铁块B210与开关滑轴B410一端装配固定，开关滑轴B410另一端穿过磁力隔板B220后与触发块B230装配固定，所述触发块B230正对微动开关B310的触发端，且所述开关滑轴B410位于开关磁铁块B210与磁力隔板B220之间的部分上套装有磁力压簧B420，磁力压簧B420用于提供阻碍开关磁铁块B210向微动开关滑动的弹力。
所述开关磁铁块B210、探测磁铁块540均有磁性且其同极相对以产生相互排斥的磁力，当探测磁铁块540移动至与开关磁铁块B210平齐时，探测磁铁块540通过磁力驱动开关磁铁块B210克服磁力压簧B420向微动开关移动直到触发微动开关；微动开关的信号端与控制器的信号端通讯连接，从而在微动开关被触发时，控制器获得信号输入，也就可以判断外壳位于最浅吃水深度或最深吃水深度处。为了便于描述，本案将靠近浮力管520上方的磁力开关B命名为第二停止开关、靠近浮力管520下方的磁力开关B，命名为第三停止开关。
所述太阳能电池板210的电流通过导线输入至BMS（电池管理系统），从而通过BMS处理后向电池230充电，电池230用于存储电能；所述电池230、BMS均安装在内腔中、第一隔板431上，所述第一隔板431上还分别安装有至少两块第一立板450、第二立板460，两块第一立板450分别与第一卷轴610、第二卷轴620、第三卷轴630可圆周转动装配，两块第二立板460分别与第四卷轴640可圆周转动装配，所述第一卷轴610、第二卷轴620、第三卷轴630、第四卷轴640均属于拉绳机构；
所述拉绳机构还包括分别套装在第一卷轴610、第二卷轴620、第三卷轴630、第四卷轴640上的第一导向轮611、张力检测轮621、第三导向轮631、卷线筒641，拉绳320一端分别绕过第一导向轮611、张力检测轮621、第三导向轮631后与卷线筒641装配固定、缠绕，且第一卷轴610一端穿出其中一块第一立板450后与编码盘A560同轴装配固定，编码盘A560上设置有数个沿着其圆周均分分布在编码孔A561，编码孔A561贯穿编码盘A560，且编码盘A560设置有编码孔A561的边缘装入编码器A550内。当编码盘A560圆周转动时，编码孔逐个经过编码器A550，从而可以通过编码器A550判断第一卷轴的转动角度及转动圈数，然后通过第一导向轮611、拉绳的结构参数即可推断处拉绳的收放距离。本实施例中，拉绳沿着其长度方向上等间距固定有无数驱动滚珠，所述第一导向轮611上设置有与驱动滚珠卡合、啮合转动的滚珠槽，类似于现有百叶窗的拉线、线轮。从而在拉绳移动时能够驱动第一导向轮611同步圆周转动，其传动精度基本上和同步带差不多，因此，可以相对准确地估算出拉绳收放长度。
所述张力检测轮621安装在张力传感器A540的输入端，张力传感器A540用于检测位于第一导向轮611、第三导向轮631之间的拉绳的张力。张力传感器A540的信号端、编码器的信号端分别通过接口板与控制器的信号端通讯连接，接口板主要用于进行数据转接；
所述第四卷轴640一端穿出其中一块第二立板460后与卷线电机A530的输出轴通过联轴器连接，第三电机A530启动后能够驱动第四卷轴640在圆周方向上正反转，卷线电机A530固定在第一隔板431上；
所述拉绳320另一端分别穿过导向筒330、铰接球410后与锚块180连接固定。使用时，锚块180下沉至水底，从而通过拉绳对外壳进行牵拉以限制外壳在以锚块180、拉绳形成的圆锥体空间内，从而既能够防止外壳漂走，又能够限制外壳在目标水域内进行检测。
所述导向筒330位于内墙121的一端穿出第一隔板431，且此端内部通过第二密封环422密封，导向筒330另一端分别穿过第一隔板431、第二隔板432、第三隔板433、底板160、支撑盘170、浮力盘A110后与铰接球410铰接，从而形成球形铰链结构。导向筒330位于铰接球410上方固定有止位环331且导向筒330内部为中空的导向内筒332，所述止位环331用于限制浮力盘A110下移的最大位移，所述铰接球410用于调节位于导向内筒332内部的拉绳320始终处于和导向内筒332的轴线平行的状态；所述支撑盘170通过支撑杆171与底板160装配固定。
所述导向内筒332位于铰接球410与第二密封圈422之间的部分上固定有第一密封圈421，所述第一密封圈421、第二密封圈422分别与拉绳320密封装配，当拉绳上具有驱动滚珠时，第一密封圈421、第二密封圈422可分别与两颗驱动滚珠之间的拉绳压紧密封。所述第一密封圈421、第二密封圈422与拉绳装配处均采用软质弹性材料制成，从而可以保证驱动滚珠挤压第一密封圈421、第二密封圈422后穿过。
位于第一密封圈421、第二密封圈422之间的导向内筒332与输气管A511一端密封、连通，输气管A511与气压计A510串联后与气泵A520的排气口连通，气泵A520的进气口通过连接管A521与进气管310位于内腔121的一端密封连通，进气管310另一端穿过支撑柱140后进入太阳能电池板210背部。使用时启动气泵，气泵通过进气管吸入空气，然后送入位于第一密封圈421、第二密封圈422之间的导向内筒332内，从而保持位于第一密封圈421、第二密封圈422之间的导向内筒332内部具有一定的气压，气压值通过气压计检测，且输气管位于气泵与气压计之间的部分上串联有单向气阀，单向气阀的打开方向为由气泵向气压计。
使用时，通过位于第一密封圈421、第二密封圈422之间的导向内筒332存在一定气压，可以避免水从第一密封圈、第二密封圈处倒灌进入内腔121，也就可以防止内腔121进水。
所述第一导向轮611还用于保持拉绳320位于第二密封圈与第一导向轮611之间的部分与导向筒的轴线平行。这种设计可以防止拉绳移动时与第一密封圈、第二密封圈呈非90°角，从而使得第一密封圈、第二密封圈与拉绳装配处泄气造成进水。
本发明放入水中前，先反转卷线筒，以释放拉绳，并通过编码器统计第一导向轮转动圈数、角度，直到锚块180达到水地、张力传感器检测到的张力达到预设值，此时外壳的吃水升读位于第二停止开关、第三停止开关之间，第二停止开关、第三停止开关处于未触发状态，此时根据编码器记录的圈数、角度反推水深（水位）。
使用时，卷线电机、张力传感器、气泵、编码器均处于断电状态，当第二停止开关被触发时，控制器判断为外壳吃水深度过大，此时需要释放拉绳以恢复预设吃水深度。具体如下：
卷线电机、张力传感器、编码器通电工作，卷线电机反转驱动卷线筒641释放拉绳，外壳在水的浮力下上移，从而使得拉绳不断绷紧，而拉绳驱动编码盘圆周转动以使编码器检测第一导向轮转动角度、圈数，直到第二停止开关、第三停止开关均处于未触发状态且张力传感器达到预设值，此时根据编码器记录的圈数、角度反推拉绳释放长度，从而判断此刻水深。
在第三停止开关被触发时，控制器判断为外壳吃水深度过小，此时需要收卷拉绳以恢复预设吃水深度。具体如下：
卷线电机、张力传感器、编码器通电工作，卷线电机正转驱动卷线筒641收卷拉绳，外壳在锚块、拉绳的拉力下下移，从而使得拉绳不断绷紧，而拉绳驱动编码盘圆周转动以使编码器检测第一导向轮转动角度、圈数，直到第二停止开关、第三停止开关均处于未触发状态且张力传感器达到预设值，此时根据编码器记录的圈数、角度反推拉绳收卷长度，从而判断此刻水深。这种设计主要是为了收集水位变化数据，为后期水文研究提供基础。
所述第二隔板432上还安装有至少四个电滑环270，所述电滑环270的定子固定在第二隔板432上、转子分别与PH传感器、浊度传感器、离子传感器、溶解氧传感器的探头220一端导电、通讯、可圆周转动装配；所述探头220另一端分别穿过第三隔板433、底板160且与之可圆周转动、不可轴向移动装配；探头220穿出底板160一端位于支撑盘170上方且此端用于探测水质。
优选地，由于使用时卷线电机基本上都是出于断电状态，而此时如果水位上涨，则会拉动卷线筒641释放拉绳320，从而造成拉绳非需要性释放，也就导致探测的水深不准确。对此发明人增加了用于对第二卷轴640进行单向锁死的止位机构，所述止位机构包括棘轮C110，棘轮C110同轴安装固定在第四卷轴640上，棘轮C110上设置有无数齿槽C111；所述齿槽C111可与棘爪C120一端卡合装配，从而使得第二卷轴640只能进行拉绳的收卷、不能释放拉绳，也就可以防止拉绳在非需要的前提下释放。
所述棘爪C120上分别设置有第一铰接块C121、第二铰接块C122，所述第一铰接块C121上安装有第一销轴C411，所述第二铰接块C122通过第三销轴C413与止位滑块C230上的止位安装槽C231的侧壁铰接，所述第一销轴C411与第一压簧C320一端装配固定，第一压簧C320另一端与第二销轴C412装配固定，第二销轴C412与止位安装槽C231的内壁铰接；
所述止位滑块C230两侧分别设置有止位滑条C232，止位滑条C232与设置在滑动底座C210上的止位滑槽C212卡合、可滑动装配；所述滑动底座C210固定在第一隔板431上；
所述止位滑块C230远离第二销轴C412一端上固定有驱动连接板C240，所述驱动连接板C240与伸缩轴241一端装配固定，伸缩轴241另一端穿过止位隔板C220后装入电磁铁240内，电磁铁通电后能够驱动伸缩轴241向电磁铁240内缩进，所述止位隔板C220固定在滑动底座C210上，且伸缩轴241可与止位隔板C220相对轴向滑动，所述伸缩轴241位于止位隔板C220与驱动连接板C240之间的部分上套装有第二压簧C310，第二压簧C310用于对止位滑块C230产生向棘轮C110推动的弹力，从而保持棘爪C120与齿槽C111卡合装配。
需要释放拉绳时，电磁铁240得电，从而驱动伸缩轴克服第二压簧的弹力回缩，从而驱动止位滑块C230向远离棘轮方向移动，直到棘爪C120脱离齿槽即可。这种设计可以有效单向限制第四卷轴的转动，从而一方面不影响拉绳的收卷，但是控制拉绳的释放，从而实现对拉绳的有效控制。
优选地，由于探头长时间浸泡在水中，因此其外表很容易吸附上藻类、固体颗粒等杂质，显然一旦吸附上过多的杂质会严重影响探头的检测效果及精度，对此发明人提出了清洗机构以对探头进行刷洗。
所述清洗机构包括清扫电机250、清扫刷A300，所述清扫电机250安装在第一隔板431上，且清扫电机250的清扫输出轴251穿过第一隔板431后与第一齿轮441装配固定，所述第一齿轮441与第二齿轮C442啮合传动，所述第二齿轮C442套装固定在清扫筒A210上，所述清扫筒A210另一端穿过第二隔板432、第三隔板433、底板160后与支撑盘170可圆周转动装配，所述所述清扫筒A210还套装在导向筒330外部且与导向筒可相对圆周转动；
所述清扫筒A210分别与第一隔板、第二隔板可圆周转动、密封装配，所述清扫筒A210位于第三隔板433与支撑盘170之间的部分上设置有往复螺纹A211（两条螺旋凹槽，其一端连通、旋向相反，结构与现有的往复丝杆相同），且第三隔板433与底板160之间的部分上安装有防水筒A410，所述防水筒A410套装在清扫筒A210外部，且防水筒A410与第三隔板433密封装配；
所述往复螺纹A211与往复凸起A321卡合、可滑动装配，所述往复凸起A321设置在磁铁环A320内侧，磁铁环A320的外壁上固定有无数第二刷毛A332，所述第二刷毛A332用于和防水筒A410内部侧的防水内筒A412的内壁贴紧，从而刷洗防水内筒A412的内壁；防水内筒A412底部设置有导向锥孔A411，导向锥孔A411的直径由下至上逐渐变小，且直径最小端与防水内筒A412的直径相同。这种设计主要是便于清洗刷进入防水内筒A412。
所述磁铁环A320固定在刷洗环A310顶面上，所述刷洗环A310外壁上固定有无数第一刷毛A331，所述第一刷毛A331可与各个探头220的外壁贴紧，从而刷洗探头220的外壁以实现刷落探头上吸附的异物；磁铁环A320与刷洗环A310共同构成清扫刷A300，且磁铁环A320采用永磁体制成或磁铁环A320内安装有检测磁铁，检测磁铁采用永磁体制成；
所述防水筒A410位于底板160与第三隔板之间的部分的外侧上分别沿着其轴线安装有两个磁力开关B，其中位于上方的磁力开关B为第一停止开关，位于下方的磁力开关B为第一减速开关，所述磁力开关B的开关磁铁块B210与磁铁环A320同极相对以产生排斥磁力。当磁铁环A320与第一减速开关的开关磁铁块B210平齐时，触发第一减速开关的微动开关，此时判断为清扫电机250需要减速，控制器控制清扫电机250减速。直到磁铁环A320与第一停止开关的开关磁铁块B210平齐时，触发第一停止开关的微动开关，控制器控制清扫电机停止运行，从而实现对磁铁环A320的定位。
优选地，所述第一停止开关靠近防水内筒A412顶部，且所述磁铁环A320顶部安装有无数第一滚珠A340，所述第一滚珠A340可相对于磁铁环A320球形滚动。这种设计能够使得磁铁环A320顶面通过第一滚珠A340与第三隔板433压紧，从而降低磁铁环A320与第三隔板433之间的摩擦力。
由于清扫刷A300需要轴向阻力才能沿着往复螺纹A211在清扫筒A210轴向上往复移动，但是为了对探头进行全面的刷洗，清扫刷A300还需要圆周转动，因此其轴向的阻力不能太大。对此申请人设计了阻力组件，所述阻力组件包括阻力盘A130、连接轴A120、漂浮盘A110，所述连接轴A120两端分别与阻力盘A130、漂浮盘A110装配固定，所述阻力盘A130套装在清扫筒A210外且其顶面与刷洗环A310底面贴紧，连接轴A120穿过支撑盘170后与漂浮盘A110装配固定，且连接轴A120可相对于支撑盘170轴向滑动，所述漂浮盘A110套装在导向筒330外且漂浮盘A110采用轻质、高浮力材料制成。
使用时，通过漂浮盘A110对阻力盘A130提供向上的推力，使得阻力盘A130与刷洗环A310底面贴紧，从而为刷洗环A310提供轴向阻力，但是这个阻力又不能外圈阻碍刷洗环A310的圆周转动，因此清洗刷相对于清扫筒A210轴向、圆周移动，从而驱动探头通过电滑环转动以实现对探头的全面刷洗。
优选地，所述阻力盘A130顶面上安装有第二滚珠A140，第二滚珠A140可相对于阻力盘A130球形滚动，第二滚珠A140与刷洗环A310底面贴紧，从而降低刷洗环A310与阻力盘A130之间的摩擦力。
优选地，所述第三隔板433与底板160之间安装有水浸传感器260，水浸传感器的信号端与控制器通信连接，从而通过水浸传感器探测第三隔板433与底板160之间是否进水以防止进水后未及时发现，导致水泡第一隔板上的电气设备，造成较大的损失。
参见图22-图24，由于在实际使用时，需要根据需求或异常情况进行采样，以便于后期进入实验室进行详细分析、保留证据。对此发明人还增加了采样模块，所述采样模块包括采样支架D110，采样支架D110固定在第二隔板432顶面上、第一隔板与第二隔板之间；所述采样支架D110内侧固定有引水环D120，引水环D120内侧设置有引流槽D121且引水环D120内侧密封、可圆周安装有切换盘D130，所述切换盘D130内侧分别设置有第一引流通道D131、第二引流通道D132，所述第二引流通道D132一端与第一引流通道D131顶部连通，第二引流通道D132另一端贯穿切换盘D130，第一引流通道D131与切换盘D130同轴且第一引流通道D131底部与引水管D140顶部可圆周转动、密封装配，引水管D140内部为中空的引流内管D141，引流内管D141底部卡合、可滑动地安装有漂浮块D510，漂浮块D510上设置有无数贯穿的引流孔D511，所述漂浮块D510的底面上固定有漂浮磁铁块D521；
所述引流内管D141底部还分别与排水管D142、进水管D440一端连通，排水管D142另一端引出外壳且此端低于底板160、引流内管D141最低处；进水管D440另一端依次与第一单向阀D410、水泵D420后与进水头D430连通，进水头D430一侧与进水管D440连通、另一侧与探头位于同一个圆上、且固定在底板160下方。这种设计主要是使得清洗刷清洗探头时，能够对进水头D430进行刷洗。
所述水泵D420通电后将水从进水头D430抽送至引流内管D141中，所述第一单向阀的打开方向为由水泵D420向引流内管D141；所述切换盘D130顶部还固定有驱动短轴D133，驱动短轴D133与切换盘D130同轴，所述驱动短轴D133上套装固定有第二旋转齿轮D312，第二旋转齿轮D312与第一旋转齿轮D311啮合传动，所述第一旋转齿轮D311同轴安装固定在旋转电机D210的旋转输出轴D211一端上，旋转输出轴D211另一端穿过采样支架D110后装入旋转电机D210内，旋转电机D210采用步进电机，其通电后可驱动旋转输出轴D211按照一定角度转动。
所述引流槽有多个且多个引流槽D121均匀分布在引水环D120圆周方向上，且每个引流槽D121分别与一根采样管D330一端连通，每根采样管D330另一端分别与采样瓶D320内部连通，具体地，采样管D330与安装在采样瓶D320上的第二单向阀D321串联后进入采样瓶D320内部。
所述引流管D140底部固定有检测壳D610，检测壳D610内部为中空的检测内腔D161，所述检测内腔D161内卡合、可滑动地安装有检测磁铁块D522，所述检测磁铁块D522、漂浮磁铁块D521均采用永磁体制成且其同极相对以产生相互排斥的磁力，所述检测磁铁块D522底部与复位弹簧D620顶部装配固定，复位弹簧D620底部与检测内腔D161底面装配固定，检测内腔D161底部固定有检测开关D630，检测开关D630的触发端正对检测磁铁块D522，检测磁铁块D522下移后可触发检测开关，本实施例中检测开关D630选用微动开关且其信号端通过接口板与控制器的信号端通讯连接。
初始状态时或水泵未启动时，引流内管D141中的水通过排水管排出，从而使得使得漂浮块D510通过自身重力下移至最底部，在此过程中，漂浮磁铁块D521
驱动检测磁铁块D522克服复位弹簧下移直到触发检测开关D630，此时控制器判断为引流内管D141中没有水，然后就能启动水泵进行采样，这种设计主要是为了避免上一次采样的水污染下一次采样，从而造成采样失败或误差较大。
使用时，水泵启动，将水通过进水管抽送至引流内管D141中，此时进水管的流量至少比排水管的流量大3倍，水从引流内管D141上升，通过第一引流通道、第二引流通道进入引流槽D121内，然后通过与此引流槽D121连通的采样管进入与之对应的采样瓶内以完成采样。这种设计结构简单，且能够实现多次采样。
参见图25，其为本发明的电气模块图，其中：
控制器，用于收发、解析控制指令，并进行参数计算。本实施例的控制器选用PLC；
采集卡，用于采集信号且将信号转送至控制器，本实施例的采集卡为数据采集卡；
无线模块，用于和终端（服务器或移动端）无线通讯，本实施例的无线模块选用LORA模块或5G模块；
存储器，用于存储数据，本实施例的存储器选用硬盘；
接口板，用于将控制器的信号端分别与第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第五接触器、第一减速开关的微动开关、第一停止开关的微动开关、第二停止开关的微动开关、第三停止开关的微动开关、检测开关的信号端通讯连接；
第一接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与卷线电机的接电端导电连接，从而通过第一接触器控制卷线电机的电流通断；卷线电机通过卷线电机驱动器驱动，卷线电机驱动器的控制端通过接口板与控制器的信号端通讯连接，从而可以通过控制器控制卷线电机的运行状态，如启停、转向、功率等；
第二接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与清洗电机的接电端导电连接，从而通过第二接触器控制清洗电机的电流通断；清洗电机通过清洗电机驱动器驱动，清洗电机驱动器的控制端通过接口板与控制器的信号端通讯连接，从而可以通过控制器控制清洗电机的运行状态，如启停、转向、功率等；
第三接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与电磁铁的接电端导电连接，从而通过第三接触器控制电磁铁的电流通断。需要启动电磁铁时，第三接触器闭合，电磁铁得电从而驱动其伸缩轴回缩；
第四接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与气泵的接电端导电连接，从而通过第四接触器控制气泵的电流通断；需要启动气泵时，控制器控制第四接触器闭合即可；
第五接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与水泵的接电端导电连接，从而通过第五接触器控制水泵的电流通断；需要启动水泵时，控制器控制第五接触器闭合即可；
第六接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与旋转电机的接电端导电连接，从而通过第六接触器控制旋转电机的电流通断；旋转电机通过步进电机驱动器驱动，步进电机驱动器的控制端通过接口板与控制器通信连接。
所述采集卡分别与PH传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、离子传感器、水浸传感器、张力传感器、气压计、编码器的信号输出端通讯连接，从而将它们的信号输入控制器；
PH传感器，用于检测水质的PH值；
浊度传感器，用于检测水质的浑浊度；
溶解氧传感器，用于检测水中的溶解氧含量；
离子传感器，用于检测水中特定的离子，如银离子、汞离子等重金属离子。
使用时，为了降低能耗，可以将PH传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、离子传感器设置为定时检测模式，也就是每隔一定时间就就进行检测，未检测时，其处于断电状态。而无线模块也只有在检测后，控制器需要向外发送数据包时才打开。从而降低能耗，延长电池的使用时间。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种采样模块，其特征在于，包括采样支架，采样支架固定在第二隔板顶面上、第一隔板与第二隔板之间；所述采样支架内侧固定有引水环，引水环内侧设置有引流槽且引水环内侧密封、可圆周安装有切换盘，所述切换盘内侧分别设置有第一引流通道、第二引流通道，所述第二引流通道一端与第一引流通道顶部连通，第二引流通道另一端贯穿切换盘，第一引流通道与切换盘同轴且第一引流通道底部与引水管顶部可圆周转动、密封装配，引水管内部为中空的引流内管，所述引流内管底部还分别与排水管、进水管一端连通，排水管另一端引出外壳且此端低于底板、引流内管最低处；进水管另一端依次与第一单向阀、水泵后与进水头连通，进水头一侧与进水管连通、另一侧与探头位于同一个圆上、且固定在底板下方。
2.如权利要求1所述的采样模块，其特征在于，引流内管底部卡合、可滑动地安装有漂浮块，漂浮块上设置有无数贯穿的引流孔，所述漂浮块的底面上固定有漂浮磁铁块；
所述引流管底部固定有检测壳，检测壳内部为中空的检测内腔，所述检测内腔内卡合、可滑动地安装有检测磁铁块，所述检测磁铁块、漂浮磁铁块均采用永磁体制成且其同极相对以产生相互排斥的磁力，所述检测磁铁块底部与复位弹簧顶部装配固定，复位弹簧底部与检测内腔底面装配固定，检测内腔底部固定有检测开关，检测开关的触发端正对检测磁铁块，检测磁铁块下移后可触发检测开关。
3.如权利要求1所述的采样模块，其特征在于，所述切换盘顶部还固定有驱动短轴，驱动短轴与切换盘同轴，所述驱动短轴上套装固定有第二旋转齿轮，第二旋转齿轮与第一旋转齿轮啮合传动，所述第一旋转齿轮同轴安装固定在旋转电机的旋转输出轴一端上，旋转输出轴另一端穿过采样支架后装入旋转电机内。
4.如权利要求3所述的采样模块，其特征在于，所述引流槽有多个且多个引流槽均匀分布在引水环圆周方向上，且每个引流槽分别与一根采样管一端连通，每根采样管另一端分别与采样瓶内部连通。
5.如权利要求4所述的采样模块，其特征在于，采样管与安装在采样瓶上的第二单向阀串联后进入采样瓶内部。
6.一种户外水质监测装置，其特征在于，应用有权利要求1-5任一项所述的采样模块。
7.如权利要求6所述的户外水质监测装置，其特征在于，还包括：
控制器，用于收发、解析控制指令，并进行参数计算；
采集卡，用于采集信号且将信号转送至控制器；
无线模块，用于和终端无线通讯；
所述采集卡分别与PH传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、离子传感器、水浸传感器、张力传感器、气压计、编码器的信号输出端通讯连接，从而将它们的信号输入控制器；
PH传感器，用于检测水质的PH值；
浊度传感器，用于检测水质的浑浊度；
溶解氧传感器，用于检测水中的溶解氧含量；
离子传感器，用于检测水中特定的离子；
存储器，用于存储数据；
接口板，用于将控制器的信号端分别与第一接触器、第二接触器、第三接触器、第四接触器、第一减速开关的微动开关、第一停止开关的微动开关、第二停止开关的微动开关、第三停止开关的微动开关、检测开关的信号端通讯连接；
第一接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与卷线电机的接电端导电连接；卷线电机通过卷线电机驱动器驱动，卷线电机驱动器的控制端通过接口板与控制器的信号端通讯连接；
第二接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与清洗电机的接电端导电连接；清洗电机通过清洗电机驱动器驱动，清洗电机驱动器的控制端通过接口板与控制器的信号端通讯连接；
第三接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与电磁铁的接电端导电连接；
第四接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与气泵的接电端导电连接；
第五接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与水泵的接电端导电连接；
第六接触器，其静触点与电池的电极导电连接、动触点与旋转电机的接电端导电连接；旋转电机通过步进电机驱动器驱动，步进电机驱动器的控制端通过接口板与控制器通信连接。
8.如权利要求7所述的户外水质监测装置，其特征在于，还包括外壳，所述外壳内部为中空的内腔，且内腔上下两端分别通过底板、顶板封闭，内腔位于顶板至底板之间的部分上分别安装有第一隔板、第二隔板、第三隔板，所述外壳外部安装、固定有漂浮件，漂浮件采用轻质高浮力材料制成；
所述底板、顶板分别与下潜探测组件的浮力管两端装配固定，所述浮力管分别贯穿第一隔板、第二隔板、第三隔板，且浮力管内部为中空的浮力通道，浮力通道上下两端分别通过第一孔板、第二孔板封闭；所述第一孔板、第二孔板上设置有无数贯穿的通孔；
所述浮力通道内部分别与上浮力块、下浮力块卡合、可滑动装配，所述上浮力块、下浮力块上设置有数个贯穿的过水孔，从而使得水能够穿过；上浮力块、下浮力块之间通过连接浮力块连接固定，且连接浮力块内固定有探测磁铁块；
所述内腔内、沿着浮力管长度方向上分别安装有两个磁力开关，两个磁力开关分别对应外壳最浅吃水深度、最深吃水深度时探测磁铁块所在位置，探测磁铁块采用永磁体制成，探测磁铁块与开关磁铁块同极相对以产生相互排斥的磁力。
9.如权利要求8所述的户外水质监测装置，其特征在于，所述第一隔板上还分别安装有至少两块第一立板、第二立板，两块第一立板分别与第一卷轴、第二卷轴、第三卷轴可圆周转动装配，两块第二立板分别与第四卷轴可圆周转动装配，所述第一卷轴、第二卷轴、第三卷轴、第四卷轴均属于拉绳机构；
所述拉绳机构还包括分别套装在第一卷轴、第二卷轴、第三卷轴、第四卷轴上的第一导向轮、张力检测轮、第三导向轮、卷线筒，拉绳一端分别绕过第一导向轮、张力检测轮、第三导向轮后与卷线筒装配固定、缠绕，且第一卷轴一端穿出其中一块第一立板后与编码盘同轴装配固定，编码盘上设置有数个沿着其圆周均分分布在编码孔，编码孔贯穿编码盘，且编码盘设置有编码孔的边缘装入编码器内；
所述张力检测轮安装在张力传感器的输入端，张力传感器用于检测位于第一导向轮、第三导向轮之间的拉绳的张力；张力传感器的信号端、编码器的信号端分别通过接口板与控制器的信号端通讯连接；
所述第四卷轴一端穿出其中一块第二立板后与卷线电机的输出轴通过联轴器连接，卷线电机固定在第一隔板上；
所述拉绳另一端分别穿过导向筒、铰接球后与锚块连接固定；所述导向筒位于内墙的一端穿出第一隔板，且此端内部通过第二密封环密封，导向筒另一端分别穿过第一隔板、第二隔板、第三隔板、底板、支撑盘、浮力盘后与铰接球铰接；导向筒位于铰接球上方固定有止位环且导向筒内部为中空的导向内筒，所述止位环用于限制浮力盘下移的最大位移；所述支撑盘通过支撑杆与底板装配固定。
10.如权利要求7所述的户外水质监测装置，其特征在于，所述导向内筒位于铰接球与第二密封圈之间的部分上固定有第一密封圈，所述第一密封圈、第二密封圈分别与拉绳密封装配；所述第一密封圈、第二密封圈与拉绳装配处均采用软质弹性材料制成；
位于第一密封圈、第二密封圈之间的导向内筒与输气管一端密封、连通，输气管与气压计串联后与气泵的排气口连通，气泵的进气口通过连接管与进气管位于内腔的一端密封连通，进气管另一端穿过支撑柱后进入太阳能电池板背部；
所述第二隔板上还安装有至少四个电滑环，所述电滑环的定子固定在第二隔板上、转子分别与PH传感器、浊度传感器、离子传感器、溶解氧传感器的探头一端导电、通讯、可圆周转动装配；所述探头另一端分别穿过第三隔板、底板且与之可圆周转动、不可轴向移动装配；探头穿出底板一端位于支撑盘上方且此端用于探测水质。
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- 2019-11-12 CN CN201911101204.3A patent/CN110687267A/zh not_active Withdrawn
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