CN111829824B - 一种自动化取样设备及水质监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动化取样设备及水质监测方法，本发明的自动化取样设备，包括采样无人机，所述采样无人机包括采样装置、飞行控制系统、结构系统，所述飞行控制系统包括控制器、与控制器电路连接电子罗盘仪、与控制器信号连接的手持终端。本发明的自动化取样设备能够在从河流上游向下游漂浮过程中根据定位自动采样，这极大地降低的以往采样的劳动强度，同时提高了采样效率。另外通过本发明的水质监测方法可以极大地缩短取样时间并降低劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保技术领域，尤其涉及一种自动化取样设备及水质监测方法。
背景技术
水是生命之源，人类在生活和生产活动中都离不开水，水质的优劣与人类健康密切。在靠近河流的地区，由于生活污水与工厂污水很多都排放到了河流中，因此造成河流的污染，一般地河流的污染状况基本上从河流上游至下游逐渐严重，为了治理河流污染，就需要分别对不同河段的水质进行采样，以往采样员都是沿着河岸走完整个河段，并在不同河段地点处采样，如果河段较长，则需要耗费较长的取样时间，且劳动强度很大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种自动化取样设备，该自动化取样设备解决了采用现有技术取样时耗费时间长、劳动强度大的技术问题。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
本发明的一种自动化取样设备，包括采样无人机，所述采样无人机包括采样装置、飞行控制系统、结构系统，所述飞行控制系统包括控制器、与控制器电路连接电子罗盘仪、与控制器信号连接的手持终端，所述结构系统包括机身、设置在机身四周的四个旋翼臂，所述旋翼臂的一端端部设置有螺旋桨和驱动螺旋桨转动的电机，所述电机与控制器电路连接，所述旋翼臂另一端端部通过铰接轴与机身外壳链接，所述铰接轴的轴向横向设置，使得自然状态时所述旋翼臂的长度方向指向下方，螺旋桨的转轴轴向趋于水平；所述采样装置设置在机身下方，所述机身下方周围还设置有漂浮物；所述采样装置包括多个储液瓶、与储液瓶顶部连通的抽液管、设置在抽液管上面的蠕动泵；还包括液位传感器、定位系统，所述液位传感器、定位系统、蠕动泵分别与所述控制器电路连接。
进一步，所述漂浮物呈环形，当旋翼臂完全展开后所述结构系统在水平面上的最大尺度小于漂浮物的内径；当自然状态下所述旋翼臂的长度方向指向下方时，所述螺旋桨的最低点的高度大于漂浮物顶部的高度。
进一步，每个储液瓶上各设置有一根抽液管，所述抽液管具备多种长度。
进一步，所述液位传感器的探测头底端与漂浮物底端相互平齐。
本发明的目的之二是提供一种水质监测方法，通过该水质监测方法可以极大地缩短取样时间和降低劳动强度。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
本发明的水质监测方法，包括以下步骤：
1）记录河流沿岸排污口的位置坐标，将上述位置坐标输入到自动化取样设备的手持终端中，并将河流的上下游位置也输入到手持终端中；
2）控制自动化取样设备降落在河流上游水面上，使自动化取样设备随水流向下游移动，可通过控制螺旋桨的转向来推动自动化取样设备在水面上的移动速度；
3）通过自动化取样设备自动采取河流上游的水样，然后每当自动化取样设备经过一个排污口位置坐标一段距离S后就自动取样一次，每取样一次更换一个储液瓶，直到所有水样取样完毕，回收自动化取样设备。
进一步，步骤3中所述距离S根据以下公式获得：S=V1L/v2，式中V1为当前水流的流速，L为当前位置处河流的水面宽度，V2为污染物在河流断面上的平均扩散速度。
本发明的有益效果：
1、本发明的自动化取样设备能够在从河流上游向下游漂浮过程中根据定位自动采样，这极大地降低的以往采样的劳动强度，同时提高了采样效率。
2、通过本发明的水质监测方法可以极大地缩短取样时间并降低劳动强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的自动化取样设备的立体结构示意图，图中自动化取样设备飞行时旋翼臂处于展开状态；
图2为本发明的自动化取样设备的立体结构示意图，图中自动化取样设备位于水面上时旋翼臂处于下落状态；
图3为本发明的自动化取样设备的侧视图，图中旋翼臂处于展开状态；
图4为本发明的自动化取样设备的侧面结构示意图，图中旋翼臂处于下落状态。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明：
实施例1一种自动化取样设备
如图1-4所示，本实施例中的一种自动化取样设备，包括采样无人机，所述采样无人机包括采样装置、飞行控制系统、结构系统，所述飞行控制系统包括控制器、与控制器电路连接电子罗盘仪、与控制器信号连接的手持终端，所述结构系统包括机身1、设置在机身四周的四个旋翼臂2，所述旋翼臂的一端端部设置有螺旋桨3和驱动螺旋桨转动的电机4，所述电机与控制器电路连接，所述旋翼臂另一端端部通过铰接轴5与机身外壳链接，所述铰接轴的轴向横向设置，使得自然状态时所述旋翼臂的长度方向指向下方，螺旋桨的转轴轴向趋于水平；所述采样装置设置在机身下方，所述机身下方周围还设置有漂浮物6，具体地，所述漂浮物可以采用环形的可充气气囊，所述漂浮物通过支架12与机身连接；所述采样装置包括多个连接在机身下方的C型的弹性卡夹11、多个储液瓶7、与储液瓶顶部连通的抽液管8、设置在抽液管上面的蠕动泵9，每个C型的弹性卡夹上面夹持一个所述储液瓶；还包括液位传感器10、定位系统，所述液位传感器、定位系统、蠕动泵分别与所述控制器电路连接。具体地，所述采样无人机的飞行控制系统组成以及手持终端与控制器的远程通信皆采用现有技术，不同点在于手持终端上面需要设置空中和水面两种控制模式，当切换到水面控制模式，螺旋桨的转向将与空中时螺旋桨的转向相反，当水面上螺旋桨反向转动时，旋翼臂则不会抬起，从而让螺旋桨产生横向上面的推力，进而控制自动化取样设备在水面上的运动路径。
做为上述技术方案的进一步改进，所述漂浮物6呈环形，当旋翼臂完全展开后所述结构系统在水平面上的最大尺度小于漂浮物的内径；当自然状态下所述旋翼臂的长度方向指向下方时，所述螺旋桨3的最低点的高度大于漂浮物顶部的高度。上述设置的目的是避免旋翼臂下落后漂浮物会阻碍螺旋桨吹出的风。
做为上述技术方案的进一步改进，每个储液瓶上各设置有一根抽液管，所述抽液管具备多种长度。通过设置至少两种规格长度的取样管，可以检测不同水深处的污染状况。
做为上述技术方案的进一步改进，所述液位传感器的探测头底端与漂浮物底端相互平齐。上述设置的目的是可以通过液位传感器来检测当前自动化取样设备取样时的取样量，即当取样量越大时，自动化取样设备的整体重量越大，液位传感器和漂浮物的吃水深度就越大。
实施例2 水质监测方法
本实施例的水质监测方法，包括以下步骤：
1）记录河流沿岸排污口的位置坐标，所述排污口位置坐标具体地应为与排污口位置相互平齐的河流中间位置，将上述位置坐标输入到自动化取样设备的手持终端中，并将河流的上下游位置以及河流路径信息也输入到手持终端中；
2）控制自动化取样设备降落在河流上游水面上，使自动化取样设备随水流向下游移动，可通过控制螺旋桨的转向来推动自动化取样设备在水面上的移动速度，由于自动化取样设备上安装有电子罗盘仪，所以可以获取自动化取样设备上螺旋桨的方位信息，从而通过启动特点方向上的螺旋桨来调整自动化取样设备在水面上的位置；
3）通过自动化取样设备自动采取河流上游的水样，然后每当自动化取样设备经过一个排污口位置坐标一段距离S后就自动取样一次，每取样一次更换一个储液瓶，直到所有水样取样完毕，回收自动化取样设备。所述距离S根据以下公式获得：S=V1L/v2，式中V1为当前水流的流速，L为当前位置处河流的水面宽度，V2为污染物在河流断面上的平均扩散速度。例如：当河流流速V1为0.4m/s，水面宽度L为50米，在河流断面上的平均扩散速度1m/s时，取样位置距离S则为20米。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种自动化取样设备，其特征在于：包括采样无人机，所述采样无人机包括采样装置、飞行控制系统、结构系统，所述飞行控制系统包括控制器、与控制器电路连接电子罗盘仪、与控制器信号连接的手持终端，所述结构系统包括机身、设置在机身四周的四个旋翼臂，所述旋翼臂的一端端部设置有螺旋桨和驱动螺旋桨转动的电机，所述电机与控制器电路连接，所述旋翼臂另一端端部通过铰接轴与机身外壳链接，所述铰接轴的轴向横向设置，使得自然状态时所述旋翼臂的长度方向指向下方，螺旋桨的转轴轴向趋于水平；所述采样装置设置在机身下方，所述机身下方周围还设置有漂浮物；所述采样装置包括多个储液瓶、与储液瓶顶部连通的抽液管、设置在抽液管上面的蠕动泵；还包括液位传感器、定位系统，所述液位传感器、定位系统、蠕动泵分别与所述控制器电路连接；所述液位传感器的探测头底端与漂浮物底端相互平齐；
所述漂浮物呈环形，当旋翼臂完全展开后所述结构系统在水平面上的最大尺度小于漂浮物的内径；当自然状态下所述旋翼臂的长度方向指向下方时，所述螺旋桨的最低点的高度大于漂浮物顶部的高度；
所述手持终端上面设置空中和水面两种控制模式，当切换到水面控制模式，螺旋桨的转向将与空中时螺旋桨的转向相反，当水面上螺旋桨反向转动时，旋翼臂则不会抬起，从而让螺旋桨产生横向上面的推力，进而控制自动化取样设备在水面上的运动路径。
2.根据权利要求1所述的一种自动化取样设备，其特征在于：每个储液瓶上各设置有一根抽液管，所述抽液管具备多种长度。
3.一种如权利要求1或2中所述自动化取样设备的水质监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）记录河流沿岸排污口的位置坐标，将上述位置坐标输入到自动化取样设备的手持终端中，并将河流的上下游位置也输入到手持终端中；
2）控制自动化取样设备降落在河流上游水面上，使自动化取样设备随水流向下游移动，可通过控制螺旋桨的转向来推动自动化取样设备在水面上的移动速度；
3）通过自动化取样设备自动采取河流上游的水样，然后每当自动化取样设备经过一个排污口位置坐标一段距离S后就自动取样一次，每取样一次更换一个储液瓶，直到所有水样取样完毕，回收自动化取样设备。
4.根据权利要求3所述的水质监测方法，其特征在于：步骤3中所述距离S根据以下公式获得：S=V1L/v2，式中V1为当前水流的流速，L为当前位置处河流的水面宽度，V2为污染物在河流断面上的平均扩散速度。
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