CN110954359A - 一种可自由控制水深的水样自动化采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于采集装置技术领域，具体公开了一种可自由控制水深的水样自动化采集装置，所述装置包括：采集组件和用于控制采集组件动作的控制组件，所述采集组件包括控制开关、垂线、取样管、与所述取样管内管壁铰接的管盖、以及用于止挡所述管盖转动的挡板，所述挡板内设有电磁铁，所述管盖与挡板贴合处内设有与所述电磁铁吸合的第一铁磁金属片；所述控制组件包括浮板和设于管盖底部的按压开关，所述浮板位于管盖的下方，且与所述取样管的内管壁滑动连接，所述浮板内设有永磁铁，所述管盖位于浮板正上方的位置内设有与永磁铁吸合的第二铁磁金属片；本发明能满足不同水深水样的原位采集，并且采集完毕后自动封存水样，采样精度高。

Description

一种可自由控制水深的水样自动化采集装置
技术领域
本发明涉及采集装置技术领域，具体涉及一种可自由控制水深的水样自动化采集装置。
背景技术
采集天然水样样本(包括：河流、湖泊、海洋等)，并对其各项物理和化学指标进行分析，是针对天然水样的物理、化学、生物，以及环境科学研究的重要内容。在环境监测中，水样采集工作是必不可少的环节；在进行水体采样时，经常需要采集同一地点的不同水层水样，带回实验室以待检测。但是传统的采集方法不能精确地确定所采集水样的具体深度，如果借助以声呐等设备确定水深的方法又显得大材小用，浪费资源。
中国专利号CN201721201149.1公开了一种水样采集装置，其采样瓶顶部设有进水口，进水口上设有单向进水器，采样瓶底部设有出水口，采样时，通过操作吊绳使采样瓶倒立，进水口朝上，此时开始采集水样，采样瓶翻转过程会对设定深度的水样状态产生干扰，不能满足原位采集的要求，影响水质监测的精度；且在水下压力作用下，采样瓶翻转所需的力度大，增加了操作难度；又例如中国专利号CN201710236687.2公开了一种垂向水样采集并行进样装置，采用采集器横向串联布置的方式，采集器由套筒及与其静滑动配合连接的活塞构成，活塞与拉杆相连接，采集器垂直浸入待取样水中的指定深度处，通过拉动拉杆带动活塞打开套筒，可以同时采集不同深度的水样，但同样的，在水下压力作用下，活塞极难拉动，且水样深度越大，拉动越困难，不仅增加操作难度，降低采样效率；而且采样的深度和取样间隔取决于拉杆长度与相邻采集器之间的距离，无法适应任意深度的水样采集，适用范围有限。又例如，中国专利号CN201510448351.3公开了一种水样采集装置及其使用方法，且在操作时，需要由人工快速、大力度、短行程的上提拉绳，使得出气塞与出气孔分离，进而使得其他组件依次动作取水，上提拉绳过程中，会对该深度的水样状态产生干扰，使不同深度的水样混合；其次，蓄水桶灌满后，水压和浮力作用使进水孔不能完全密封合上，在上升过程中蓄水桶内的水样容易受到其它水层的干扰，水样混合不能真实地反映设定深度水质状态，给测量精度带来了一定影响；再者，该装置包括外壳组件、内衬组件、拖拽组件和一对启闭组件，结构复杂，操作难度大，不利于推广使用。
为了保证所采集的水样能真实地反映水质现状，必须尽量减少因水样采集所产生的误差；因此，开发一种装置简单、易操作且可靠的水样采集装置具有重大意义。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可自由控制水深的水样自动化采集装置，能满足不同水深水样的原位采集，并且采集完毕后自动完成水样封存，采样精度高。
为实现上述目的，本发明具体通过以下技术实现：
一种可自由控制水深的水样自动化采集装置，包括采集组件和用于控制采集组件动作的控制组件；所述采集组件包括控制开关、垂线、取样管、与所述取样管内管壁铰接的管盖、以及用于止挡所述管盖转动的挡板，所述挡板的下端与所述管盖的上端接触，所述挡板内设有电磁铁，所述电磁铁与控制开关电连接，所述管盖与挡板贴合处内设有第一铁磁金属片，在电磁铁通电状态下，所述管盖与挡板在磁力作用下吸合，盖合于取样管上，密封取样管开口；
所述控制组件包括浮板和设于管盖底部的按压开关，所述按压开关是市面上常见销售的防水按压开关形式；所述浮板位于管盖的下方，且与所述取样管的内管壁滑动连接，所述浮板内设有永磁铁，所述管盖位于浮板正上方的位置内设有第二铁磁金属片，永磁铁吸合第二铁磁金属片产生的压力足够开启按压开关。
采用上述的技术方案：初始状态下，电磁铁通电产生磁力，吸引管盖盖合取样管管口，取水时，电磁铁断电，盖板与挡板之间的磁力消失，管盖在深水的水压挤压作用下，绕轴承座向下旋转，打开管口，对该水位深度的水不产生扰动，满足原位采集的要求，有效提高采样的准确性；且采用此方式打开管口，取样管内部和外界连通，实现了采集水样时空气的排出，避免憋气现象的发生，有利于快速稳定的进水，从而提高采样效率；当取样管内满水后，浮板随着水位升高浮动，在永磁铁与第二铁磁金属片的吸合作用下，浮板抵接管盖下部的按压开关，使其开启，再次使得电磁铁通电产生磁力，闭合管盖，自动完成水样封存，并形成独立、密封的蓄水空间，装置在上行时浅水无法混入，保持原位状态不受上下水体的干扰，避免了不同深度的水混合的问题，确保采集水样的准确性。
进一步的，所述按压开关和控制开关为双控开关，所述按压开关、控制开关和电磁铁通过电缆线构成串联连接，形成回路，可仅通过岸边设置的蓄电池为回路供电，并实现取水时电磁铁断电、取水完毕需要密封管口时电磁铁通电，电路启闭方便，操作简单。
进一步的，所述管盖由有机玻璃、塑料、木头中的一种制成，在具体选择材料时，需要综合考虑管体大小、承载容量、管盖承压大小以及方便携带等因素，静水水体对管盖的压力为P＝PcA(A为管盖面积)，Pc(管盖形心处压强)＝ρghc(hc为形心处水深)；动水水体分为层流和紊流，依据具体所测水体实际情况计算各方向上压力和切力的合力矩，算出管盖应承受的压力大小(如流速相对于精度要求可以忽略，则参照静水方法计算)。再根据有机玻璃、塑料、木头等材料的变形系数进行选择。
进一步的，所述取样管内管壁及挡板的下方设有密封垫，盖合状态下的所述管盖的环形周面与密封垫压紧贴合，形成环形面接触，进一步提高管盖与取样管管体之间闭合的严密性，最大限度的避免水样采集完毕后外界水环境对取样管内水样造成的影响。
进一步的，所述垂线上设有刻度线，方便进行定深水样的采集，可根据采样的准确度要求设置刻度线的精度，以便于采集人员判读水深，准确采集不同深度的水样。
进一步的，所述垂线由电缆线外包高强度尼龙绳制成，所述电缆线连接电磁铁、按压开关和控制开关；将电缆线包覆于高强度尼龙绳的内部，一方面提高电缆线的强度，另一方面是为了解决传统水样采集装置采集过程中容易发生线绳缠绕，阻碍水样采集的问题。
进一步的，所述取样管为双层结构，形成空心夹层，所述空心夹层中设有冷凝层；用以降低水样中的生物活性，减少化学反应。
进一步的，所述取样管底部设有沉水锚，可以保证取样管在竖直方向垂直下降，不翻转，以及保持取样管整体的稳定性，避免刚入水时管体的空腔浮力大发生倾倒的问题，提高取样的精确性。
本装置的工作过程：释放装置进入水体时，所述控制开关端电路连通，由于电磁铁处于通电状态，带有磁性，从而吸引管盖相应位置内的永磁铁，使取样管管口盖合，处于封闭状态，利用垂线上的刻度，当达到目标深度时，切断控制开关，电磁铁断电失效，管盖在深水的水压挤压作用下，绕轴承座向下旋转，打开管口，取样管内开始进水，随着取水过程，嵌入管壁的浮板随着水位的升高浮动，沿着滑槽上行，当水将管体注满后，由于磁力相吸的作用，浮板与轴承座吸合在一起，抵接按压开关，使其开启，再次使得电磁铁通电产生磁力，进而吸引管盖与挡板贴合，封闭管口，自动完成水样封存，实现取样。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、取水时，管盖在水压的挤压作用下打开，不会扰动该深度的水样状态，满足原位采集，取水完毕后，由磁力吸合关闭，形成独立、密封的蓄水空间，装置在上行时浅水无法混入，保持原位状态不受上下水体的干扰，避免了不同深度的水混合的问题，确保采集水样的准确性。
2、本申请采用顶部入水的方式，进水时，取样管内部和外界连通，实现了采集水样时空气的排出，避免憋气现象的发生，有利于快速稳定的进水，从而提高采样效率。
3、采用管盖与密封垫压紧贴合的密封方式，密封可靠，进一步提高管盖与取样管管体之间闭合的严密性，最大限度的避免水样采集完毕后外界水环境对取样管内水样造成的影响。
4、通过两个双控开关控制电磁铁，可仅通过岸边设置的蓄电池为回路供电，并实现取水时电磁铁断电、取水完毕需要密封管口时电磁铁通电，电路启闭方便，操作简单。
5、本装置结构设计合理，使用操作方便，采用顶部入水的方式，大大降低了操作难度，实用性强。
附图说明
图1是本发明的实施例1的水样自动化采集装置的结构示意图；
图2是本发明的实施例1的水样自动化采集装置的立体图；
图3是本发明的浮板与取样管配合的结构示意图；
图4是本发明的实施例3的水样自动化采集装置的结构示意图；
图5是本发明的控制开关、按压开关与电磁铁连接的电路图；
图中，1、采集组件；11、控制开关；12、垂线；13、取样管；14、管盖；141、轴承座；142、盖板；15、挡板；16、电磁铁；17、第一铁磁金属片；2、控制组件；21、浮板；22、按压开关；23、永磁铁；24、第二铁磁金属片；25、滑槽；26、滑块；3、沉水锚；4、冷凝层。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种可自由控制水深的水样自动化采集装置，参见图1～3，包括采集组件1和用于控制采集组件1动作的控制组件2；所述采集组件1包括控制开关11、垂线12、取样管13、与所述取样管13开口一侧的内管壁铰接的管盖14、以及用于止挡所述管盖14转动的挡板15，所述垂线12上设有刻度线，方便进行定深水样的采集，所述垂线12由电缆线外包高强度尼龙绳制成，以避免线绳缠绕，所述挡板15的下端与所述管盖14的上端接触，所述挡板15内设有电磁铁16，所述电磁铁16与控制开关11电连接，所述管盖14与挡板15贴合处内设有第一铁磁金属片17，所述铁磁金属片由铁磁金属如铁、镍、钴等制成，可被电磁铁16或永磁铁23吸引；在电磁铁16通电状态下，所述管盖14与挡板15在磁力作用下吸合，盖合于取样管13上，密封取样管13开口，具体的，所述取样管13开口一侧的内管壁上固设有半圆形的轴承座141，所述轴承座141内设有铰接轴，铰接一盖板142，所述盖板142能以所述铰接轴为轴线翻转运动，所述盖板142与轴承座141共同构成所述管盖14，当所述盖板142转动至与挡板15下端贴合时，与轴承座141相配合，盖合取样管13的开口，使取样管13密封；
所述控制组件2包括浮板21和设于管盖14底部的按压开关22，所述按压开关22是市面上常见销售的防水按压开关形式，所述浮板21位于管盖14的下方，且与所述取样管13的内管壁滑动连接，所述浮板21内设有永磁铁23，所述管盖14位于浮板21正上方的位置内第二铁磁金属片24，永磁铁23吸合第二铁磁金属片24产生的压力足够开启按压开关22；具体的，所述取样管13的内管壁上设有沿其轴向延伸的滑槽25，所述滑槽25内嵌入有相适配的滑块26，所述滑块26的端部与浮板21固连，通过滑块26的带动，使得浮板21可沿取样管13内的滑槽25上下滑动，本实施例中，参见图3，所述滑块26为T字型滑块，所述滑槽25为T字型滑槽，保证浮板21垂直稳定上升，不倾斜，精准上顶管盖14；所述浮板21位于轴承座141的下方，所述轴承座141内设有第二铁磁金属片24，所述按压开关22设于所述轴承座141的底部。
所述按压开关22和控制开关11为双控开关，参见图5，所述按压开关22、控制开关11和电磁铁16通过电缆线构成串联连接，形成回路，所述控制开关11设有两接点(k1、k2)，所述按压开关22设有两接点(k3、k4)，释放装置进入水体时，所述控制开关11与k1接点连通，所述按压开关22与k3接点连通，整个电路从电源出发到控制开关11的k1接点，经过按压开关22的k3接点、电磁铁16、顺利回到电源，整个电路处于连接状态，电磁铁16通电带有磁性，当达到目标深度时，把控制开关11打到k2接点，整个电路从电源出发到控制开关11的k2接点截止，电路断路，电磁铁16断电失效，管盖14水压挤压作用下打开，当水将管体注满后，浮板21抵接按压开关22，把按压开关22打到k4接点，整个电路从电源出发到控制开关11的k2接点，经过按压开关22的k4接点、电磁铁16、顺利回到电源，电路又处于连接状态，再次使得电磁铁16通电产生磁力，吸引管盖14与挡板15贴合，封闭管口，从而实现取水时电磁铁16断电、取水完毕需要密封管口时电磁铁16通电，电路启闭方便，操作简单。
所述管盖14由有机玻璃、塑料、木头中的一种制成，综合考虑管体大小、承载容量、管盖14承压大小以及方便携带等因素，本实施例采用PVC塑料制成管盖14，其质轻，可降低电磁铁16吸合的难度；强度大，可对抗水压挤压变形。
本实施例中，所述电磁铁选用XDA/34-18型号电磁铁，其在空气中最大限度吸住18KG物体，换算为176.6牛，在管盖为9平方厘米的情况下水深可达到20米。
由于管盖14和取样管13质量较轻，易受流体等干扰发生倾斜，降低取样精度，因此，本实施例在所述取样管13底部设置沉水锚3，使其重心下移，保证取样管13在竖直方向垂直下降，不倾斜、不翻转，以及保持取样管13整体的稳定性，避免刚入水时管体的空腔浮力大发生倾倒的问题，提高取样的精确性。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，其区别在于：所述取样管13的管口一侧的内管壁及挡板15的下方设有密封垫，盖合状态下的所述管盖14的环形周面与密封垫压紧贴合，形成环形面接触，进一步提高管盖14与取样管13管体之间闭合的严密性，最大限度的避免水样采集完毕后外界水环境对取样管13内水样造成的影响。
实施例3
实施例3与实施例1或实施例2基本相同，参见图4，其区别在于：所述取样管13为双层结构，形成空心夹层，所述空心夹层中设有冷凝层4；具体的，所述取样管13包括外层管壁和内层管壁，外层管壁和内层管壁之间形成空心夹层，所述空心夹层中设有冷凝层4，所述冷凝层4含有冷凝物质，所述冷凝物质包括冰袋和/或蓄冷剂包，所述冰袋和/或蓄冷剂包的袋体为PVC薄膜；取样前，将取样管13置于冰箱中冷藏，使冷量储存在冰袋和/或蓄冷剂包中，使用时，将取样管13从冰箱拿出，通过冷凝物质释放冷源，用以降低水样中的生物活性，减少化学反应。

Claims (8)

1.一种可自由控制水深的水样自动化采集装置，其特征在于，包括：采集组件(1)和用于控制采集组件(1)动作的控制组件(2)；
所述采集组件(1)包括控制开关(11)、垂线(12)、取样管(13)、与所述取样管(13)内管壁铰接的管盖(14)、以及用于止挡所述管盖(14)转动的挡板(15)，所述挡板(15)的下端与所述管盖(14)的上端接触，所述挡板(15)内设有电磁铁(16)，所述电磁铁(16)与控制开关(11)电连接，所述管盖(14)与挡板(15)贴合处内设有第一铁磁金属片(17)；
所述控制组件(2)包括浮板(21)和设于管盖(14)底部的按压开关(22)，所述浮板(21)位于管盖(14)的下方，且与所述取样管(13)的内管壁滑动连接，所述浮板(21)内设有永磁铁(23)，所述管盖(14)位于浮板(21)正上方的位置内设有第二铁磁金属片(24)。
2.如权利要求1所述的水样自动化采集装置，其特征在于，所述按压开关(22)和控制开关(11)为双控开关，所述按压开关(22)、控制开关(11)和电磁铁(16)通过电缆线构成串联连接，形成回路。
3.如权利要求1所述的水样自动化采集装置，其特征在于，所述管盖(14)由有机玻璃、塑料、木头中的一种制成。
4.如权利要求1所述的水样自动化采集装置，其特征在于，所述取样管(13)内管壁及挡板(15)的下方设有密封垫，盖合状态下的所述管盖(14)的环形周面与密封垫压紧贴合。
5.如权利要求1所述的水样自动化采集装置，其特征在于，所述垂线(12)上设有刻度线。
6.如权利要求2所述的水样自动化采集装置，其特征在于，所述垂线(12)由电缆线外包高强度尼龙绳制成，所述电缆线连接电磁铁(16)、按压开关(22)和控制开关(11)。
7.如权利要求1所述的水样自动化采集装置，其特征在于，所述取样管(13)为双层结构，形成空心夹层，所述空心夹层中设有冷凝层(4)。
8.如权利要求1所述的水样自动化采集装置，其特征在于，所述取样管(13)底部设有沉水锚(3)。
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