CN112255018B - 一种用于湖泊的水质采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于湖泊的水质采样装置，涉及水质采样设备领域，技术方案为，包括用于提供飞行动力的无人机，无人机的下方四个角部分别铰接连杆，连杆的下端铰接用于在水面漂浮的漂浮平台，漂浮平台下方设置用于水质样本采集的采样装置；漂浮平台包括平行设置的两块浮板，浮板的上方设置支架，支架的两端分别与浮板固定连接；支架上方通过连杆与无人机连接。本发明的有益效果是：可以通过远程操控无人机，自动导航到指定位置进行水样的采集，对湖泊中层或深层的水进行采样，整个采样过程高效省时，极大的提高了采样的效率和广度。
Description
技术领域
本发明涉及水质采样设备领域，特别涉及一种用于湖泊的水质采样装置。
背景技术
随着政府对环境问题的日益重视，系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理的工作迫在眉睫，高效全面的获取水质信息是水污染防治工作的先决条件，水质采样工作则是获取水质信息的关键环节。为了提高这个关键环节的工作效率以及在应急情况和复杂环境下快速完成水样采集任务，发明一种能快速、高效、全智能的水样采集工具是十分有必要的。目前大部分的采样工作是由人来完成的，人工采样的缺点是：成本高、效率低、费时费力；无法适应复杂陌生环境。
也有采样无人机完成采样工作的，多为无人机下方悬挂采样桶，对水表层进行采样，这种方法无法对深层的水进行采样，因无人机的载荷有限，无法采集较多的样本，而且在实际操作过程中无人机极易容易出现炸机的现象，会导致无人机无法回收。
本发明设计的悬挂式无人机水质采样器系统可以远程操控无人机，自动导航到指定地点进行水样的采集，整个采样过程高效省时，无需人为干预，极大的提高了采样的效率和广度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种用于湖泊的水质采样装置。
其技术方案为，包括用于提供飞行动力的无人机，所述无人机的下方四个角部分别铰接连杆，所述连杆的下端铰接用于在水面漂浮的漂浮平台，所述漂浮平台下方设置用于水质样本采集的采样装置；
所述漂浮平台包括平行设置的两块浮板，所述浮板的上方设置支架，所述支架的两端分别与所述浮板固定连接；所述支架上方通过连杆与所述无人机连接。
优选为，所述支架的中部设置贯穿的通道，所述支架上方固定设置卷扬机，所述卷扬机的卷筒位于所述通道的上方，所述卷筒上缠绕钢丝绳，所述钢丝绳贯穿所述通道并延伸到所述支架的下方，所述钢丝绳延伸至所述支架下方的一端设置挂钩，所述挂钩上活动连接采样装置。
优选为，所述采样装置包括若干首尾依次连接的采样桶，每个所述采样桶上下两端依次连接，位于最上侧所述采样桶的上端设置堵盖，所述堵盖一侧中部设置换向柱，换向柱朝所述采样桶的一侧，背离所述换向柱的一侧设置吊架，所述采样装置通过挂钩和吊架与所述钢丝绳可拆卸连接。
优选为，所述采样桶为圆柱形筒状，所述采样桶中部设置竖直的换向柱筒，所述换向柱筒的侧壁上端设置进水口。
优选为，所述换向柱为圆柱形，沿所述换向柱的轴线设置均布设置三个出水口，每个所述出水口分别与所述采样桶的进水口对应，相邻的两个所述出水口在径向的投影夹角为120度，每个所述出水口分别设置进水管，所述进水管的轴线与所述换向柱的轴线平行，所述进水管的底端与所述换向柱的下端面平齐。
优选为，位于最下端所述采样桶的下端设置倒圆锥台形的配重块，所述配重块的中部设置贯穿的通孔，所述通孔的内径与所述换向柱筒的内径对应；
所述通孔内设置阻隔板，所述阻隔板的上表面与所述换向柱的下端面相贴，位于所述阻隔板上设置进水孔，所述进水孔与所述进水管的轴线平行。
优选为，所述堵盖背离所述换向柱的一端设置防水壳，防水壳内设置旋转电机，所述旋转电机的电机轴与所述换向柱同轴固定连接。
优选为，位于所述堵盖上固定设置用于检测所述换向柱旋转角度的角度传感器，所述角度传感器与所述旋转电机形成控制回路。
优选为，每个所述采样桶的外壁上分别设置防水透气阀，所述防水透气阀的排气进口端与所述采样桶内部连通。
优选为，所述连杆为伸缩杆，所述伸缩杆的固定杆与所述支架的上表面铰接，所述伸缩杆的活动杆与所述无人机的下表面铰接。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：可以通过远程操控无人机，自动导航到指定位置进行水样的采集，对湖泊中层或深层的水进行采样，整个采样过程高效省时，极大的提高了采样的效率和广度，能够采集的样本多，节省了人力物力，提高了采集人员的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构示意图。
图2为本发明实施例的漂浮平台示意图。
图3为本发明实施例的采样装置示意图。
图4为本发明实施例的采样桶示意图。
图5为本发明实施例的堵盖示意图。
图6为本发明实施例的换向柱示意图一。
图7为本发明实施例的换向柱示意图二
图8为本发明实施例的配重块示意图。
其中，附图标记为：1、无人机；2、连杆；3、漂浮平台；3-1、浮板；3-2、支架；3-3、通道；3-4、卷扬机；3-5、钢丝绳；4、采样装置；4-1、采样桶；4-11、换向柱筒；4-12、进水口；4-2、堵盖；4-3、换向柱；4-31、出水口；4-32、进水管；4-4、吊架；4-5、配重块；4-6、阻隔板；4-7、进水孔；4-8、防水壳；4-9、防水透气阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
实施例1
参见图1至图8，本发明提供一种用于湖泊的水质采样装置，包括用于提供飞行动力的无人机1，无人机1的下方四个角部分别铰接连杆2，连杆2的下端铰接用于在水面漂浮的漂浮平台3，漂浮平台3下方设置用于水质样本采集的采样装置4；
漂浮平台3包括平行设置的两块浮板3-1，浮板3-1的上方设置支架3-2，支架3-2的两端分别与浮板3-1固定连接；支架3-2上方通过连杆2与无人机1连接。
支架3-2的中部设置贯穿的通道3-3，支架3-2上方固定设置卷扬机3-4，卷扬机3-4的卷筒位于通道3-3的上方，卷筒上缠绕钢丝绳3-5，钢丝绳3-5一端贯穿通道3-3并延伸到支架3-2的下方，钢丝绳3-5延伸至支架3-2下方的一端设置挂钩，挂钩上活动连接采样装置4。
采样装置4包括若干首尾依次连接的采样桶4-1，每个采样桶4-1上下两端依次连接，位于最上侧采样桶4-1的上端设置堵盖4-2，堵盖4-2一侧中部设置换向柱4-3，换向柱4-3朝采样桶4-1的一侧，背离换向柱4-3的一侧设置吊架4-4，采样装置4通过挂钩和吊架4-4与钢丝绳3-5可拆卸连接。
采样完成后，通过取下吊钩，使吊钩和吊架分离，取下采样装置4，方便对采样装置4内的样本进行处理。
采样桶4-1为圆柱形筒状，采样桶4-1中部设置竖直的换向柱筒4-11，换向柱筒4-11的侧壁上端设置进水口4-12；采样桶4-1的侧壁上部设置螺纹，采样桶4-1的下方设置凸台，凸台的外径与采样桶4-1的侧壁内径相对应，凸台上设置外螺纹，相邻的两个采样桶4-1通过螺纹连接。
换向柱4-3为圆柱形，沿换向柱4-3的轴线设置均布设置三个出水口4-31，每个出水口4-31分别与采样桶4-1的进水口4-12对应，相邻的两个出水口4-31在径向的投影夹角为120度，每个出水口4-31分别设置进水管4-32，进水管4-32的轴线与换向柱4-3的轴线平行，进水管4-32的底端与换向柱4-3的下端面平齐。
通过换向柱4-3的旋转，使不同位置的出水口4-31和采样桶4-1连通，水通过进水管4-32进入采样桶4-1内，完成对这一深度的水样本的采集，采集完成后对更深层次的水进行采集时，将换向柱4-3旋转120度，换向柱4-3的出水口的一侧能够对采样桶4-1进行封堵，避免采样桶4-1内的样本发生混合或泄露；通过旋转120度，相邻的一个出水口与相邻的一个采样桶4-1连通，继续对不同深度的水样本进行采集。
位于最下端采样桶4-1的下端设置倒圆锥台形的配重块4-5，配重块4-5能够减少采样装置4的浮力，使采样装置4在水中始终保持竖直的状态，配重块4-5的中部设置贯穿的通孔，通孔的内径与换向柱筒4-11的内径对应；
通孔内设置阻隔板4-6，阻隔板4-6的上表面与换向柱4-3的下端面相贴，位于阻隔板4-6上设置进水孔4-7，进水孔4-7与进水管4-32的轴线平行。
采样装置4的初始状态为，换向柱4-3最下端的出水口与最下端的采样桶4-1连通，进水孔4-7与进水管4-32对应，进水孔4-7、进水管4-32、出水口4-31和进水口4-12形成水流通路。
堵盖4-2朝换向柱的一侧设置凸台，凸台上设置外螺纹，堵盖4-2与采样桶4-1通过螺纹连接；堵盖4-2背离换向柱4-3的一端设置防水壳4-8，防水壳4-8内设置旋转电机和用于控制旋转电机的控制单元，旋转电机的电机轴与换向柱4-3同轴固定连接。
位于堵盖4-2上固定设置用于检测换向柱4-3旋转角度的角度传感器，角度传感器与旋转电机形成控制回路；角度传感器控制旋转电机每次旋转60度，单次采集完成后，旋转电机旋转60度，进水管4-32旋转至进水孔4-7的一侧，阻隔板4-6能够将出水口4-31和采样桶4-1与外界的水隔离，能够避免在采样桶4-1的移动过程中采样桶4-1中的水发生混合或泄露。
每个采样桶4-1的外壁上分别设置防水透气阀4-9，防水透气阀4-9的排气进口端与采样桶4-1内部连通；防水透气阀4-9能够排出采样桶4-1中的空气，而不会将水渗透至采样桶4-1内。
连杆2为伸缩杆，伸缩杆的固定杆与支架3-2的上表面铰接，伸缩杆的活动杆与无人机1的下表面铰接。
连杆2为伸缩杆，伸缩杆的固定杆与支架3-2的上表面铰接，伸缩杆的活动杆与无人机1的下表面铰接；因水面不是一个平面，在起风时，湖泊的水表面会产生波浪，同时导致漂浮平台3产生晃动，伸缩杆能够减少漂浮平台3晃动对无人机产生的影响，提高无人机的安全性；同时无人机在飞行时，无人机朝向飞行方向倾斜，而漂浮平台在水面是保持相对水平的状态，通过伸缩杆两端分别与无人机和漂浮平台铰接，能够使无人机在飞行的过程中，能够拉动漂浮平台而不影响无人机的飞行状态。。
本发明使用时，由操作者操控无人机1，无人机1带动装置飞往需要采集的区域，然后无人机1降下，使漂浮平台3漂浮在水面上，卷扬机3-4启动，降下采样装置4，先对湖泊的表层进行采样，水从进水孔4-7通过进水管4-32到达出水口4-31处，然后水经过进水口4-12流入采样桶4-1内，采样桶4-1内部的空气通过防水透气阀4-9排出采样桶4-1以外；采样完成后，旋转电机启动，旋转电机带动换向柱4-3转动60度，进水管4-32和进水口4-7分离，采样桶4-1和出水口4-31形成一个封闭空间，能够减少样本混合或者样本稀释的现象。
卷扬机3-4启动，将采样装置4下沉到湖泊的中部，对中层的水域进行采样，旋转电机旋转60度，将换向柱4-3中部的出水口4-31和中部采样桶4-1的进水口4-12对应，进水孔4-7和进水管4-32连通，对湖泊的中部水质进行采样；同理，采样装置4对湖泊深层的水进行采样。
采样结束后，卷扬机3-4启动，带动采样装置4上升，采样装置4上升至支架3-2的下方后，由无人机1拖动漂浮平台3向岸边移动，因无人机1无法承载较大载荷，而装置在采集完成后采样装置4的质量会增加，漂浮平台3在移动时，始终漂浮在水面，增大无人机1的续航里程和使用时间。
由人工取下采样装置4，同时将不同采样桶4-1内的样本分别放入不同的容器内，对样本进行采样分析。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于湖泊的水质采样装置，其特征在于，包括用于提供飞行动力的无人机（1），所述无人机（1）的下方四个角部分别铰接连杆（2），所述连杆（2）的下端铰接用于在水面漂浮的漂浮平台（3），所述漂浮平台（3）下方设置用于水质样本采集的采样装置（4）；
所述漂浮平台（3）包括平行设置的两块浮板（3-1），所述浮板（3-1）的上方设置支架（3-2），所述支架（3-2）的两端分别与所述浮板（3-1）固定连接；所述支架（3-2）上方通过连杆（2）与所述无人机（1）连接；
所述支架（3-2）的中部设置贯穿的通道（3-3），所述支架（3-2）上方固定设置卷扬机（3-4），所述卷扬机（3-4）的卷筒位于所述通道（3-3）的上方，所述卷筒上缠绕钢丝绳（3-5），所述钢丝绳（3-5）贯穿所述通道（3-3）并延伸到所述支架（3-2）的下方，所述钢丝绳（3-5）延伸至所述支架（3-2）下方的一端设置挂钩，所述挂钩上活动连接采样装置（4）；
所述采样装置（4）包括若干首尾依次连接的采样桶（4-1），每个所述采样桶（4-1）上下两端依次连接，位于最上侧所述采样桶（4-1）的上端设置堵盖（4-2），所述堵盖（4-2）一侧中部设置换向柱（4-3），换向柱（4-3）朝所述采样桶（4-1）的一侧，背离所述换向柱（4-3）的一侧设置吊架（4-4），所述采样装置（4）通过挂钩和吊架（4-4）与所述钢丝绳（3-5）可拆卸连接；
所述采样桶（4-1）为圆柱形筒状，所述采样桶（4-1）中部设置竖直的换向柱筒（4-11），所述换向柱筒（4-11）的侧壁上端设置进水口（4-12）；
所述换向柱（4-3）为圆柱形，沿所述换向柱（4-3）的轴线设置均布设置三个出水口（4-31），每个所述出水口（4-31）分别与所述采样桶（4-1）的进水口（4-12）对应，相邻的两个所述出水口（4-31）在径向的投影夹角为120度，每个所述出水口（4-31）分别设置进水管（4-32），所述进水管（4-32）的轴线与所述换向柱（4-3）的轴线平行，所述进水管（4-32）的底端与所述换向柱（4-3）的下端面平齐；
所述堵盖（4-2）背离所述换向柱（4-3）的一端设置防水壳（4-8），防水壳（4-8）内设置旋转电机，所述旋转电机的电机轴与所述换向柱（4-3）同轴固定连接。
2.根据权利要求1所述的用于湖泊的水质采样装置，其特征在于，位于最下端所述采样桶（4-1）的下端设置倒圆锥台形的配重块（4-5），所述配重块（4-5）的中部设置贯穿的通孔，所述通孔的内径与所述换向柱筒（4-11）的内径对应；
所述通孔内设置阻隔板（4-6），所述阻隔板（4-6）的上表面与所述换向柱（4-3）的下端面相贴，位于所述阻隔板（4-6）上设置进水孔（4-7），所述进水孔（4-7）与所述进水管（4-32）的轴线平行。
3.根据权利要求2所述的用于湖泊的水质采样装置，其特征在于，位于所述堵盖（4-2）上固定设置用于检测所述换向柱（4-3）旋转角度的角度传感器，所述角度传感器与所述旋转电机形成控制回路。
4.根据权利要求3所述的用于湖泊的水质采样装置，其特征在于，每个所述采样桶（4-1）的外壁上分别设置防水透气阀（4-9），所述防水透气阀（4-9）的排气进口端与所述采样桶（4-1）内部连通。
5.根据权利要求1所述的用于湖泊的水质采样装置，其特征在于，所述连杆（2）为伸缩杆，所述伸缩杆的固定杆与所述支架（3-2）的上表面铰接，所述伸缩杆的活动杆与所述无人机（1）的下表面铰接。
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