CN112729947B - 可串联式深水自动定深水质样品采集器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可串联式深水自动定深水质样品采集器，涉及水质采样器技术领域，其包括两端贯通的筒体和可开合连接于筒体两端的筒盖，筒盖的开合端连接于弹性拉力机构上，筒盖的铰接端设置有锁止机构，锁止机构传动连接于水压驱动装置上，水压驱动装置通过水压驱动锁止机构解除对筒盖的锁止。通过水深与水压关系将定深转换为对应气压，解决了目前采样定深样品时深度无法控制的问题，保障了样品采集的科学性、代表性和准确性，为水体的分析评价提供准确的数据。

Description

可串联式深水自动定深水质样品采集器

技术领域

本发明涉及水质采样器技术领域，特别是涉及一种可串联式深水自动定深水质样品采集器。

背景技术

随着国家大中型水电站建设，梯级电站不断增加，形成各类河道型深大水库。该类型的水库主要特点是既有河流的流动性又有水库的分层性，分析研究该河道型深大水库的物理、化学、生物学变化特性需要采集不同水深的水体样品进行监测分析。由于河道型水库具有流动型，要准确地定位水库的不同水深、获取指定水深的水体样品是目前面临的技术难点。

现有水质样品采样器主要有普通水质采样器、贝勒管采水器、卡盖式采水器等三种。普通水质采样器与贝勒管采水器由于配重不够，在样品采集时仅能依靠所释放绳索的长度判断深度，但因为水流的关系绳索在水中会呈现不同的斜角，导致实际采集的样品并非为拟采集深度的样品，且不能进行串联使用，每取一个水层的样品就必须操作一次，费时费力。而卡盖式采水器虽然可以串联使用，但是也只能通过释放的绳索长度来确定水深，然后通过人工释放重锤的方式开启样品采集，同样存在不能准确确定水深和不能自动判断并采集对应深度样品的缺点。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种可串联式深水自动定深水质样品采集器，解决了现有技术中的水质采样器在深水中采集分层样品时不能准确定深的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种可串联式深水自动定深水质样品采集器，其包括两端贯通的筒体和可开合连接于筒体两端的筒盖，筒盖的开合端连接于弹性拉力机构上，筒盖的铰接端设置有锁止机构，锁止机构传动连接于水压驱动装置上，水压驱动装置通过水压驱动锁止机构解除对筒盖的锁止。

本发明的有益效果为：本方案中的水质样品采集器以筒盖打开的状态进入水中，将定深中的水压转化为预设在水压驱动锁止机构中对应的气压，当本水质样品采集器到达定深后水压在大于预设的气压的临界处立即驱动锁止机构解除对筒盖的锁止作用，使筒盖在弹性拉力机构的拉动作用下密封筒体的两端而保存定深处的水质样品。通过水深与水压关系将定深转换为对应气压，通过在水压驱动装置中预设不同大小的气压，可以采集不同深度的水质样品，解决了目前采样定深样品时深度无法控制的问题，保障了样品采集的科学性、代表性和准确性，为水体的分析评价提供准确的数据。

在筒体的两端敞开且均连接有筒盖，使得本水质样品采集器可以实现任意数量的串连接，到达定深后自动采集水样，大大简化操作流程和操作步骤，既保证工作质量又提高工作效率。该发明可广泛使用在各种类型的深水水域中准确采取不同深度的水质样品，准确度高、自动化、操作简单、性能稳定、效率高是其突出的技术特点，解决了目前深水采样准确定深的技术难点。

附图说明

图1为可串联式深水自动定深水质样品采集器的立体图。

图2为可串联式深水自动定深水质样品采集器的前视图。

图3为图1中水压驱动装置的剖面图。

其中，1、筒体；11、斜切口；2、筒盖；21、开合端；22、铰接端；3、锁止机构；31、卡条；32、弹力件；33、连杆；34、滑动轴；341、锁止孔；35、外部套筒；36、导轨座；4、水压驱动装置；41、活塞杆；411、第一活塞环；412、第二活塞环；413、第三活塞环；42、缸体；421、内缸体；422、外缸体；423、夹层腔；424、泄压阀；43、水压腔；44、泄压腔；45、初始压力腔；46、进气管；47、压力表；48、橡胶塞；49、挤压密封圈；5、弹性拉力机构；51、连接座；52、换向轮；53、拉簧；54、牵引绳。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1、图2所示，该可串联式深水自动定深水质样品采集器包括两端贯通的筒体1和可开合连接于筒体1两端的筒盖2，筒盖2的开合端21连接于弹性拉力机构5上，筒盖2的铰接端22设置有锁止机构3，锁止机构3传动连接于水压驱动装置4上，水压驱动装置4通过水压驱动锁止机构3解除对筒盖2的锁止。

两端贯通的筒体1在放入水中后，可以让水直接进入筒体1内，可以大大减小下入水中的阻力，使下潜更加顺畅。筒体1的两端开口为呈椭圆状的斜切口11，筒盖2的形状与斜切口11的形状对应且能够封闭斜切口，铰接端22设置于斜切口11的最低处，开合端21设置于斜切口11的最高处(高和低是相对于图1、图2所示的方向)。斜切口11的设置是为了缩短筒盖2与筒体1在关闭时的行程，可以在筒盖2失去锁止机构3的锁止作用后迅速地关闭筒体1，使筒体1内的水质样品的水深更加准确。

弹性拉力机构5包括分别固定于筒体1外壁中部和端部的连接座51和换向轮52，连接座51与拉簧53的一端固定连接，拉簧53的另一端固定于牵引绳54的一端，牵引绳54的另一端绕过换向轮52后与筒盖2的开合端21固定连接。两套弹性拉力机构5对称设置在筒体1上且共用一个连接座51，以控制两端的筒盖2。打开筒盖2的过程中会拉动拉簧53产生弹力，松开筒盖2会在拉簧53的弹力作用下将筒盖2关闭并依靠剩下的弹力将筒盖2拉紧而密封。在筒盖2与筒体1接触的面上可以固定密封条。

锁止机构3包括能够插入铰接端22阻止筒盖2转动的卡条31，卡条31为矩形长条，一端为自由端，能够插入筒盖2与筒体之间来阻挡筒盖2盖合，另一端与弹力件32的一端固定，弹力件32优选压簧，压簧的另一端枢轴连接于一根倾斜的连杆33上，连杆33的另一端枢轴连接于滑动轴34的一端，滑动轴34与连杆33的枢轴连接处可以设置轴承，以减小枢轴连接处的转动摩擦力，使传动更加顺畅。

卡条31沿筒体1的轴向延伸，筒体1的外壁上固定有供卡条31滑动穿过的导轨座36。导轨座36上贯穿设置有与卡条31间隙配合的通孔，使得卡条31能够顺畅滑动，同时又起着对卡条31的导向作用，防止卡条31在弹力作用下歪斜，提高了本水质样品采集器的可靠性。

筒盖2的铰接端22的具体设置优选为在筒盖2上间隔固定两个L型的支撑片，在筒体1上固定一个支撑块，两个支撑片夹持在支撑块的两侧，然后通过一个螺栓穿过三者并与螺母连接，使支撑片可以绕着螺栓转动。卡条31的端部插入支撑片与筒体外壁之间抵住支撑片，使支撑片无法相对于螺栓转动，从而使筒盖2在打开状态锁止，当卡条31抽出，支撑片失去阻挡，在弹性拉力机构5的弹力作用下拉动筒盖2关闭。

筒体1两端的筒盖2处分别设置有一个卡条31和弹力件32，两个弹力件32分别与一根倾斜的连杆33的一端枢轴连接，两根连杆33的另一端均枢轴连接于滑动轴34上。两根连杆33相对形成“人”字形，当筒盖2打开时两根连杆33之间的夹角变大，筒盖2关闭时两根连杆33之间的夹角变小。两根连杆33形成“人”字形结构，以实现两端筒盖2的同步动作。

滑动轴34沿轴向滑动连接于外部套筒35上，外部套筒35的一端固定于筒体1的外壁上，外部套筒35的端盖上贯穿加工有供滑动轴34穿过并间隙配合的通孔，通过该通孔限制滑动轴34只能沿着外部套筒35的轴向移动。滑动轴34上设置有供水压驱动装置4的活塞杆41插入的锁止孔341，锁止孔341为圆锥形孔，活塞杆41的端部呈圆球状，该圆球端部穿过外部套筒35上的圆孔后插入锁止孔341中能够锁止滑动轴34，使滑动轴34无法再沿着轴向滑动，从而保证卡条31的端部始终插入筒盖2与筒体1之间来保持筒盖2的打开状态。同样，为了不干涉连杆33的动作，在外部套筒35上开有供连杆33穿过并能够在其行程内移动的长条孔。

如图2、图3所示，水压驱动装置4包括缸体42，缸体42包括内缸体421和套叠于内缸体421外的外缸体422，内缸体421与外缸体422之间存在有夹层腔423。在内缸体421内依次形成有水压腔43、泄压腔44和初始压力腔45，三个腔室通过在内缸体421内的橡胶塞48密封分隔，泄压腔44位于橡胶塞48内，水压腔43和初始压力腔45位于橡胶塞48的两端，橡胶塞48的外壁面与内缸体421的内壁面过盈配合并密封。泄压腔44与夹层腔423连通，依靠夹层腔423的大体积加速泄压。水压腔43与泄压腔44之间以及初始压力腔45与泄压腔44之间的橡胶塞48上均加工有供活塞杆41间隙穿过的通孔，该通孔内壁上均安装有滑动密封圈密封间隙。

活塞杆41上依次固定有分别位于水压腔43、泄压腔44和初始压力腔45中的第一活塞环411、第二活塞环412和第三活塞环413，第一活塞环411为圆盘状；第二活塞环412沿轴向的截面呈菱形状，使得两端的斜面可以与橡胶塞48在泄压腔44两端的斜面配合，从而起到对活塞杆41在轴向上的移动限位的目的；第三活塞环413在轴向上的截面呈梯形，使得其靠近橡胶塞48的一端可以与橡胶塞48端部的斜面配合，并在该配合面上安装有挤压密封圈49，当活塞杆41向水压腔43一侧移动能够通过第三活塞环413对挤压密封圈49产生的挤压力使配合面密封，从而密封隔开初始压力腔45与泄压腔44，使初始压力腔45可以存放气体。

水压腔43与缸体的外界连通，使水可以进入水压腔43中；初始压力腔45上连接有进气管46和压力表47，进气管46用于向初始压力腔45中充气，压力表47用于监测初始压力腔45中的气压。

本可串联式深水自动定深水质样品采集器的工作原理为：

取样操作前，根据单次操作需要采集水体的样品数量准备对应的本水质样品采集器的数量，将准备好的本水质样品采集器的筒盖2拉开，拉开到最大时推动滑动轴34让卡条31插入筒盖2与筒体1之间的空隙中使筒盖2锁止，此时活塞杆41的端部插入滑动轴34上的锁止孔341中固定滑动轴34的位置。

根据需要采取样品的水深查出该水深处的水压大小，然后高压气筒通过进气管46向初始压力腔45中充气使气压与定深处的水压相同，进气管46处安装有单向阀，以防止漏气。

将本水质样品采集器用绳索固定卡固定在绳索上，放入水中自然沉落。当本水质样品采集器刚过目标水深时，水压稍大于初始压力腔45中的气压，水压推动第一活塞环411来让活塞杆41向初始压力腔45方向滑动，松开了挤压密封圈49使初始压力腔45与泄压腔44连通，使初始压力腔45中的气压迅速降低，活塞杆41的移动使其从锁止孔341中抽出，滑动轴34失去锁止作用，然后被压缩的弹力件32弹开而推动滑动轴34向远离筒体1的一端移动，从而让卡条31从筒盖2与筒体1之间抽出，筒盖2失去锁止，然后在弹性拉力机构5的拉动作用下盖紧筒体1，自动完成水质样品的采集。将本水质样品采集器拉出水体后通过排水阀分装样品。通过水压与气压平衡后自动释放气体降低气压的触发方式实现了深水取样的自动化采集，保障了取样的可靠性，稳定性，避免了采用人工扔重锤启动的方式进行启动而造成有时不能启动的问题。

Claims (9)

1.一种可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，包括两端贯通的筒体(1)和可开合连接于筒体(1)两端的筒盖(2)，所述筒盖(2)的开合端(21)连接于弹性拉力机构(5)上，所述筒盖(2)的铰接端(22)设置有锁止机构(3)，所述锁止机构(3)传动连接于水压驱动装置(4)上，所述水压驱动装置(4)通过水压驱动所述锁止机构(3)解除对所述筒盖(2)的锁止；

所述锁止机构(3)包括能够插入所述铰接端(22)阻止所述筒盖(2)转动的卡条(31)，所述卡条(31)通过弹力件(32)连接于滑动轴(34)上，所述滑动轴(34)上设置有供水压驱动装置(4)的活塞杆(41)插入的锁止孔(341)。

2.根据权利要求1所述的可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，所述筒体(1)两端的所述筒盖(2)处分别设置有一个所述卡条(31)和所述弹力件(32)，两个所述弹力件(32)分别与一根倾斜的连杆(33)的一端枢轴连接，两根所述连杆(33)的另一端均枢轴连接于所述滑动轴(34)上。

3.根据权利要求1所述的可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，所述滑动轴(34)沿轴向滑动连接于外部套筒(35)上，所述外部套筒(35)的一端固定于所述筒体(1)的外壁上，所述外部套筒(35)上设置有供所述活塞杆(41)穿过的圆孔和供连杆(33)穿过并移动的长条孔。

4.根据权利要求1所述的可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，所述卡条(31)沿所述筒体(1)的轴向延伸，所述筒体(1)的外壁上固定有供所述卡条(31)滑动穿过的导轨座(36)。

5.根据权利要求1所述的可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，所述水压驱动装置(4)包括缸体(42)和依次设置于缸体(42)中的水压腔(43)、泄压腔(44)和初始压力腔(45)，所述活塞杆(41)上依次固定有分别位于所述水压腔(43)、泄压腔(44)和初始压力腔(45)中的第一活塞环(411)、第二活塞环(412)和第三活塞环(413)，所述水压腔(43)与缸体的外界连通，所述初始压力腔(45)上连接有进气管(46)和压力表(47)，所述活塞杆(41)向所述初始压力腔(45)一侧移动能够使所述初始压力腔(45)与所述泄压腔(44)连通，所述活塞杆(41)向所述水压腔(43)一侧移动能够使所述初始压力腔(45)与所述泄压腔(44)密封分隔。

6.根据权利要求5所述的可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，所述缸体(42)内固定有橡胶塞(48)，所述泄压腔(44)设置于所述橡胶塞(48)内，所述水压腔(43)和所述初始压力腔(45)分别位于所述橡胶塞(48)的两端，所述第三活塞环(413)与所述橡胶塞(48)的配合面上设置有挤压密封圈(49)。

7.根据权利要求5所述的可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，所述缸体(42)包括内缸体(421)和套叠于内缸体(421)外的外缸体(422)，所述内缸体(421)与所述外缸体(422)之间设置有与所述泄压腔(44)连通的夹层腔(423)，所述外缸体(422)上连接有与所述夹层腔(423)连通的泄压阀(424)。

8.根据权利要求1所述的可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，所述弹性拉力机构(5)包括分别固定于所述筒体(1)外壁中部和端部的连接座(51)和换向轮(52)，所述连接座(51)与拉簧(53)的一端固定连接，所述拉簧(53)的另一端固定于牵引绳(54)的一端，所述牵引绳(54)的另一端绕过所述换向轮(52)后与所述筒盖(2)的开合端(21)固定连接。

9.根据权利要求1所述的可串联式深水自动定深水质样品采集器，其特征在于，所述筒体(1)的两端开口为呈椭圆状的斜切口(11)，所述筒盖(2)的形状与所述斜切口(11)的形状对应且能够封闭所述斜切口，所述铰接端(22)设置于所述斜切口(11)的最低处，所述开合端(21)设置于所述斜切口(11)的最高处。

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