CN111982587A - 基于无人机的离岸水样采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于无人机的离岸水样采集装置，包括：无人机、遥控站、采样绳、取水机构、固定挂环、漂浮阀，所述采样绳的上、下两端分别连接所述无人机、所述取水机构，所述采样绳上按照预设的刻度位置设置有所述固定挂环，通过设定的预取水深度将所述漂浮阀与所述采样绳对应长度上的所述固定挂环连接，使得所述遥控站控制所述无人机至待测水域后悬停，所述漂浮阀悬浮于水面，通过进入水面以下的所述取水机构获取预设深度的水样。其优点是：巧妙地实现自动取水、速度快、效率高；且取水后避免取样水的二次污染，提高水样检测的准确率。

Description

基于无人机的离岸水样采集装置
技术领域
本发明涉及水样采集的机械技术领域，具体地说是一种基于无人机的离岸水样采集装置。
背景技术
随着经济的快速发展，环境污染问题越发严重，其中水质污染则是目前需要解决的重中之重。如何高效获得水质信息以有效防治和解决水质污染的前提是需要准确的进行水质采样；
而在河流湖泊水质调查和监测过程中，除了设置固定点位的水样采集外，采样点的位置受到地形影响较大，通常只能在岸边选择尽可能合适的位置，如果要取到代表性很好的水样，比较困难。
发明内容
本发明提供一种基于无人机的离岸水样采集装置，目的是克服上述技术缺陷，以实现高效地自动取水，且准确率高。
为了实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：
基于无人机的离岸水样采集装置，包括：无人机、遥控站；还包括采样绳、取水机构、固定挂环、漂浮阀，所述采样绳的上、下两端分别连接所述无人机、所述取水机构，所述采样绳上按照预设的刻度位置设置有所述固定挂环，通过设定的预取水深度将所述漂浮阀与所述采样绳对应长度上的所述固定挂环连接，使得所述遥控站控制所述无人机至待测水域后悬停，所述漂浮阀悬浮于水面，通过进入水面以下的所述取水机构获取预设深度的水样。
进一步地，所述取水机构包括：第一防水壳体以及位于所述第一防水壳体内的取水囊、防水电磁阀、第一电源、第一接收器，所述第一防水壳体的顶部外壁与所述采样绳的下端连接，所述第一防水壳体下部开设有开口，所述防水电磁阀位于所述取水囊下部的入水口处，用于开启、关闭所述取水囊的入水口；所述第一电源、所述第一接收器位于所述取水囊外，所述第一电源与所述第一接收器电连接，所述第一接收器的一信号输入端与所述遥控站的一信号输出端连接，所述第一接收器的信号输出端与所述防水电磁阀连接，以控制所述防水电磁阀的开启；
所述取水囊下部的入水口与所述第一防水壳体下部的开口对应，所述第一电源、所述第一接收器均密封于所述第一防水壳体内。
更进一步地，所述取水囊下部设置有一滤网，所述滤网位于所述防水电磁阀下部，使得待测水域内的水经过所述滤网后通过入水口进入所述取水囊；
所述防水电磁阀包括电磁阀本体、底部中央设有开口的中空密封体，所述电磁阀本体的控制端、通水端分别位于所述中空密封体内、外，所述中空密封体的下端面两侧插入通水端的密封圈以下，使得所述中空密封体底部的开口与通水端的上端面对应，并通过螺钉将所述中空密封体与通水端连接固定。
进一步地，所述的基于无人机的离岸水样采集装置还包括切割机构、至少一根吊柱，所述切割机构的上端通过所述吊柱与所述取水机构的下端连接，用于切割待测水域内杂草；
更进一步地，所述切割机构包括：第二防水壳体、第二电源、第二接收器、马达、传动轴、螺旋式刀片，所述第二电源、所述第二接收器、所述马达、所述传动轴均位于所述第二防水壳体内，所述螺旋式刀片位于所述第二防水壳体外；所述第二电源与所述第二接收器电连接，所述第二接收器的一信号输入端与所述遥控站的一信号输出端连接，所述第二接收器的信号输出端与所述马达连接，所述马达的输出轴与所述传动轴的一端传动连接，所述传动轴的另一端延伸至所述第二防水壳体外与所述螺旋式刀片套接，以控制所述螺旋式刀片转动。
进一步地，所述漂浮阀所承受的浮力大于所述取水机构取水后的重力、切割机构重力以及所述采样绳重力之和。
进一步地，所述遥控站为手机、平板或电脑或远程遥控器。
进一步地，基于无人机的离岸水样采集装置还包括设于所述无人机下的摄像头。
本发明基于无人机的离岸水样采集装置，其优点是：
1、取水机构的设计，使得取水机构至预定深度后取水，准确性高；防水电磁阀与取水囊结构的结合，巧妙地实现自动取水、速度快、效率高，且取水后避免取样水的二次污染，提高水样检测的准确率；
2、切割机构的设置，去除水中杂草或其它障碍物，不受水域中水草生长环境等的影响，使得取水机构顺利下行完成取水任务；
3、实现远程无人机控制，取水人员不用亲临水岸或其它复杂、危险地区取水，保障人身安全，节约成本；
4、采样绳以及采样绳上固定挂环的设计，实现了精准的定点取水，为长期监测数据的对比分析提供有效依据；
5、取水囊底部的滤网设计，有效过滤了一些较大垃圾，减少了后期对取样水的数据分析难度；
6、本发明自动化程度高、结构简单，极大地节省了采集水样的工作时间，便于实现，同时实用性强。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明基于无人机的离岸水样采集装置的结构示意图；
图2为本发明取水机构未装水时的内部结构示意图；
图3为本发明取水机构装水后的内部结构示意图；
图4为切割机构内部结构示意图；
图5为防水电磁阀结构示意图；
图6为本发明基于无人机的离岸水样采集装置的电路连接示意图；
图7为取水机构中的电路连接示意图；
图8为切割机构中的电路连接示意图；
其中，上述附图包括以下附图标记：
无人机1、遥控站2、采样绳3；
取水机构4、第一防水壳体41、取水囊42、防水电磁阀43、电磁阀本体431、中空密封体432、螺钉433、第一电源44、第一接收器45、滤网46；
固定挂环5、漂浮阀6；
切割机构7、第二防水壳体71、第二电源72、第二接收器73、马达74、传动轴75、螺旋式刀片76；
吊柱8、摄像头9。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据图1、图6所示：本发明基于无人机的离岸水样采集装置，包括：无人机1、遥控站2、采样绳3、取水机构4、固定挂环5、漂浮阀6，所述采样绳3的上、下两端分别连接所述无人机1、所述取水机构4，所述采样绳3上按照预设的刻度位置设置有所述固定挂环5，通过设定的预取水深度将所述漂浮阀6与所述采样绳3对应长度上的所述固定挂环5连接，使得所述遥控站2控制所述无人机1至待测水域后悬停，所述漂浮阀6悬浮于水面，通过进入水面以下的所述取水机构4获取预设深度的水样。
根据图2、图3、图5、图7所示：所述取水机构4包括：第一防水壳体41以及位于所述第一防水壳体41内的取水囊42、防水电磁阀43、第一电源44、第一接收器45，所述第一防水壳体41的顶部外壁与所述采样绳3的下端连接，所述第一防水壳体41下部开设有开口，所述防水电磁阀43位于所述取水囊42下部的入水口处，用于开启、关闭所述取水囊42的入水口；所述第一电源44、所述第一接收器45位于所述取水囊42外，所述第一电源44与所述第一接收器45电连接，所述第一接收器45的一信号输入端与所述遥控站2的一信号输出端连接，所述第一接收器45的信号输出端与所述防水电磁阀43连接，以控制所述防水电磁阀43的开启；
所述取水囊42下部的入水口与所述第一防水壳体41下部的开口对应，所述第一电源44、所述第一接收器45均密封于所述第一防水壳体41内。
通过所述遥控站2控制所述防水电磁阀43开启后，使得水样从所述取水囊42入水口进入，当到达预设关闭时间后所述遥控站2向所述防水电磁阀43发送指令，使所述防水电磁阀43自动关闭，所述无人机1返回，即水样获取完成。
所述取水囊42下部设置有一滤网46，所述滤网46位于所述防水电磁阀43下部，使得待测水域内的水经过所述滤网46后通过入水口进入所述取水囊42；
进一步地，所述滤网46设于所述第一防水壳体41底部的开口处，其大小与所述开口大小相同，目的是将水样中杂质初步过滤。
所述防水电磁阀43包括电磁阀本体431、底部中央设有开口的中空密封体432，所述电磁阀本体431的控制端、通水端分别位于所述中空密封体432内、外，所述中空密封体432的下端面两侧插入通水端的密封圈以下，使得所述中空密封体432底部的开口与通水端的上端面对应，并通过螺钉433将所述中空密封体432与通水端连接固定，用于防止水或杂质进入所述防水电磁铁43内，影响所述防水电磁阀43正常使用。
根据图4、图8所示：本发明基于无人机的离岸水样采集装置，还包括切割机构7、至少一根吊柱8，所述切割机构7的上端通过所述吊柱8与所述取水机构4的下端连接，用于切割待测水域内杂草。
所述切割机构7包括：第二防水壳体71、第二电源72、第二接收器73、马达74、传动轴75、螺旋式刀片76，所述第二电源72、所述第二接收器73、所述马达74、所述传动轴75均位于所述第二防水壳体71内，所述螺旋式刀片76位于所述第二防水壳体71外；所述第二电源72与所述第二接收器73电连接，所述第二接收器73的一信号输入端与所述遥控站2的一信号输出端连接，所述第二接收器73的信号输出端与所述马达74连接，所述马达74的输出轴与所述传动轴75的一端传动连接，所述传动轴75的另一端延伸至所述第二防水壳体71外与所述螺旋式刀片76套接，以控制所述螺旋式刀片76转动，避免阻碍物影响所示取水机构4下行(即可隔断水草或将水中其它阻碍物暂时推移开使得所述取水机构4顺利下行)。
所述第一防水壳体41、所述第二防水壳体71材质相同，均用于防水；
所述漂浮阀6所承受的浮力大于所述取水机构4取水后的重力、切割机构7重力以及所述采样绳3重力之和，避免所述取水机构4取水后所述漂浮阀6在重力作用下下沉至水面以下。
本发明基于无人机的离岸水样采集装置，还包括设于所述无人机1下的摄像头9，所述摄像头9与所述遥控站2无线连接，使得无人机1在运行过程中越过障碍物飞行，再者，当所述无人机1悬停至待测水域上空需进行取样时，通过所述摄像头9观测水面是否有伸出的障碍物(例如水草、污染物)，若有，则在所述切割机构7底部未接触水面时即可开启所述切割机构7，使得所述取水装置顺利进入待测点水域内。
所述遥控站2用于自动控制无人机1飞行，还可自动控制所述防水电磁阀43、所述切割机构7、所述摄像头9工作；所述遥控站2为手机、平板或电脑或远程遥控器。
所述取水囊42为负压式取水囊42，即当所述防水电磁阀43开启后，所述取水囊42恢复原形时候产生负压，使得水样进入所述取水囊42，完成取样。
所述取水机构4、所述切割机构7、所述采样绳3共竖向中心线。
具体地，本文中对于未详细描述的结构为本领域技术人员根据应用目的可自行购买获得的，例如电磁阀本体431；
更具体地，所述电磁阀本体431的电磁铁、阀芯分别位于所述电磁阀本体431的控制端、通水端。
本发明基于无人机的离岸水样采集装置，是这样实现的：
1、确定待测水域取水样的深度，并将所述漂浮阀6固定于所述采样绳3上所对应位置的所述固定挂环5上；通过所述遥控站2控制所述无人机1飞入目标水域上空后悬停，同时开启所述无人机1上的所述摄像头9进行实时监测；
2、当所述切割机构7向下运行过程中，其上的所述螺旋式刀片76遇到障碍物时，通过所述遥控站2向所述第二接收器73发射指令开启所述切割机构7，使得所述取水机构4无障碍下行；
3、当所述漂浮阀6下降至水面时，即表示取水机构4到达预定取水深度，此时通过所述遥控站2关闭所述切割机构7，再向所述第一接收器45发射指令开启所述防水电磁阀43；
4、此时水样经过所述滤网46后运动至入水口，由于手术取水囊恢复原形产生负压，使得水样进入所述取水囊42，当到达所述遥控站2预设的时间后(可提前通过检测掌握所述取水囊42取水所需时间)所述电磁阀自动关闭，再通过所述无人机1将所取水样吊运到岸边，装入特定的水样瓶中。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.基于无人机的离岸水样采集装置，包括：无人机(1)、遥控站(2)；其特征在于：还包括采样绳(3)、取水机构(4)、固定挂环(5)、漂浮阀(6)，所述采样绳(3)的上、下两端分别连接所述无人机(1)、所述取水机构(4)，所述采样绳(3)上按照预设的刻度位置设置有所述固定挂环(5)，通过设定的预取水深度将所述漂浮阀(6)与所述采样绳(3)对应长度上的所述固定挂环(5)连接，使得所述遥控站(2)控制所述无人机(1)至待测水域后悬停，所述漂浮阀(6)悬浮于水面，通过进入水面以下的所述取水机构(4)获取预设深度的水样。
2.如权利要求1所述的基于无人机的离岸水样采集装置，其特征在于：所述取水机构(4)包括：第一防水壳体(41)以及位于所述第一防水壳体(41)内的取水囊(42)、防水电磁阀(43)、第一电源(44)、第一接收器(45)，所述第一防水壳体(41)的顶部外壁与所述采样绳(3)的下端连接，所述第一防水壳体(41)下部开设有开口，所述防水电磁阀(43)位于所述取水囊(42)下部的入水口处，用于开启、关闭所述取水囊(42)的入水口；所述第一电源(44)、所述第一接收器(45)位于所述取水囊(42)外，所述第一电源(44)与所述第一接收器(45)电连接，所述第一接收器(45)的一信号输入端与所述遥控站(2)的一信号输出端连接，所述第一接收器(45)的信号输出端与所述防水电磁阀(43)连接，以控制所述防水电磁阀(43)的开启；
所述取水囊(42)下部的入水口与所述第一防水壳体(41)下部的开口对应，所述第一电源(44)、所述第一接收器(45)均密封于所述第一防水壳体(41)内。
3.如权利要求2所述的基于无人机的离岸水样采集装置，其特征在于：所述取水囊(42)下部设置有一滤网(46)，所述滤网(46)位于所述防水电磁阀(43)下部，使得待测水域内的水经过所述滤网(46)后通过入水口进入所述取水囊(42)。
4.如权利要求2所述的基于无人机的离岸水样采集装置，其特征在于：所述防水电磁阀(43)包括电磁阀本体(431)、底部中央设有开口的中空密封体(432)，所述电磁阀本体(431)的控制端、通水端分别位于所述中空密封体(432)内、外，所述中空密封体(432)的下端面两侧插入通水端的密封圈以下，使得所述中空密封体(432)底部的开口与通水端的上端面对应，并通过螺钉(433)将所述中空密封体(432)与通水端连接固定。
5.如权利要求1-4任一所述的基于无人机的离岸水样采集装置，其特征在于：还包括切割机构(7)、至少一根吊柱，所述切割机构(7)的上端通过所述吊柱与所述取水机构(4)的下端连接，用于切割待测水域内杂草。
6.如权利要求5所述的基于无人机的离岸水样采集装置，其特征在于：所述切割机构(7)包括：第二防水壳体(71)、第二电源(72)、第二接收器(73)、马达(74)、传动轴(75)、螺旋式刀片(76)，所述第二电源(72)、所述第二接收器(73)、所述马达(74)、所述传动轴(75)均位于所述第二防水壳体(71)内，所述螺旋式刀片(76)位于所述第二防水壳体(71)外；所述第二电源(72)与所述第二接收器(73)电连接，所述第二接收器(73)的一信号输入端与所述遥控站(2)的一信号输出端连接，所述第二接收器(73)的信号输出端与所述马达(74)连接，所述马达(74)的输出轴与所述传动轴(75)的一端传动连接，所述传动轴(75)的另一端延伸至所述第二防水壳体(71)外与所述螺旋式刀片(76)套接，以控制所述螺旋式刀片(76)转动。
7.如权利要求6所述的基于无人机的离岸水样采集装置，其特征在于：所述漂浮阀(6)所承受的浮力大于所述取水机构(4)取水后的重力、切割机构(7)重力以及所述采样绳(3)重力之和。
8.如权利要求7所述的基于无人机的离岸水样采集装置，其特征在于：所述遥控站(2)为手机、平板或电脑或远程遥控器。
9.如权利要求8所述的基于无人机的离岸水样采集装置，其特征在于：还包括设于所述无人机(1)下的摄像头(9)。
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