CN113567191A - 一种偏心自旋转封堵式水样采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏心自旋转封堵式水样采集装置及方法，包括无人船，无人船上安装有电缸，电缸的活塞杆底端连接有取样器，取样器包括支撑板，支撑板的底部连接有呈倾斜设置的U型架；保护筒通过销轴与U型架相铰接；保护筒内部套设安装有采样管，U型架一侧连接有第一磁铁片，当保护筒被吸附在第一磁铁片表面时，保护筒呈倾斜状；U型架连接有第二磁铁片，当保护筒被吸附在第二磁铁片表面时，保护筒呈竖直状；还包括转动板，转动板顶部通过转轴与支撑板铰接；转轴上设置有扭簧；转动板一侧表面滑动连接有封堵板，当保护筒呈竖直状时，封堵板压持在管口处，实现对管口的封堵。整个采样过程操作简单、高效智能，方便远程控制。

Description

一种偏心自旋转封堵式水样采集装置及方法

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种偏心自旋转封堵式水样采集装置及方法。

背景技术

在环境保护的水质监测以及水文测量的工作中，水样采集是一项重要的环节。它不是简单的进行水样收集，因为提供分析的水样要有代表性，才能准确反映水质参数的浓度和指标。而影响水样采集的因素有很多，如采样点、采样仪器、采样体积、采样方法乃至水样的保存等，任何一个因素的变化都可能导致分析结果的改变。所以如何使采集的水样真实准确地反映水质情况，是监测分析工作首先必须要解决的问题。目前，采样的方式有自动采样和人工采样，两种取样方式各有利弊，传统的人工采样一般往往会使用采样桶或采样瓶进行，具有成本低、比较简单的优点，但这样的方式存在着费时费力的弊端以及存在安全隐患；市面上的自动采样装置出现了基于无人机来完成采样工作的装置，具有自动化程度高、省时省力的优点，但是其存在如下弊端：首先，使用无人机取样，成本投入高，花费大，日常维保也不方便，一般规模的水样检测机构很难承担起其高昂费用；其次，水体采样无人机通过悬挂式采样瓶对水体进行采样，采样瓶开口朝上，由于采样瓶缺少自动封堵结构，水体中的一些垃圾可能会进入采样瓶，另外采样瓶在随着无人机移动时瓶内的水非常容易撒落，导致每次所取的样本体积不一样，无法实现定量取样的目的，使得采集的样本不具代表性；另外，现有的无人机还存在采样瓶不方便进行装卸的问题，影响工作效率。因此，如何设计一种经济实用、可实现自动封堵防止撒落、能够定量取样的采样装置是需要本领域技术人员去考虑的。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种偏心自旋转封堵式水样采集装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，包括无人船，所述无人船连接有驱动无人船移动的动力机构；所述无人船上安装有立柱，立柱顶部连接有横板，所述横板上安装有电缸，所述电缸的活塞杆底端连接有取样器，所述取样器包括支撑板，所述支撑板的底部连接有呈倾斜设置的U型架；还包括由磁吸材质制作的保护筒；保护筒设置在U型架内部空腔中且所述保护筒通过销轴与所述U型架相铰接，销轴设置在采样管沿长度方向对称轴的上方；所述保护筒内部套设安装有采样管，所述保护筒一端螺纹连接有端盖；采样管的一端承压在端盖表面，另一端延伸至保护筒外，呈露头状设置；所述U型架一侧连接有第一定位板，所述第一定位板连接有第一磁铁片，当保护筒被吸附在第一磁铁片表面时，保护筒呈倾斜状；所述U型架还连接有第二定位板，所述第二定位板上安装有第二磁铁片，当保护筒被吸附在第二磁铁片表面时，保护筒呈竖直状；还包括设置在U型架另一侧呈倾斜设置的转动板，所述支撑板连接有固定块，所述转动板顶部通过转轴与所述固定块相铰接；所述转轴上设置有扭簧；所述转动板一侧表面开设有滑槽，滑槽中滑动连接有滑块，所述滑块连接有封堵板，所述滑槽中连接有弹簧，所述弹簧另一端与所述滑块相连；当保护筒被吸附在第一磁铁片表面时，采样管的管口贴合在转动板表面并压持在滑槽上，形成两个通口，采样管管口通过通口实现与外界相通；当保护筒呈竖直状时，封堵板压持在管口处，实现对管口的封堵；还包括安装在无人船上的控制器，控制器与动力机构以及电缸控制连接，控制器还通过无线通讯模块连接有远程控制终端。

所述滑块的底部呈弧形设置。

所述保护筒的筒壁上设置有多个漏水孔。

所述保护筒的顶部内部上设置有呈环形的垫圈，所述采样管从所述垫圈内部自由穿过。

所述无人船上设置有电源，所述电源与所述电缸及控制器、无线通讯模块电性连接，用于供电。

所述无人船前端设置有槽口，取样器通过槽口进入或进出水体。

上述的偏心自旋转封堵式水样采集装置的使用方法，包括如下步骤:

S1:初始状态时，保护筒被吸附在第一磁铁片表面时，保护筒呈倾斜状；采样管的管口贴合在转动板表面并压持在滑槽上，形成两个通口；在控制器中预设电缸活塞杆的移动距离，设定为L；在取样时，将无人船放入水域中并控制前行到相应取样点，然后控制电缸活塞杆带动取样器下移L距离，此时液面位于两个通口之间；

S2:水体中的水经位于下方的通口进入到采样管中，采样管中的空气经位于上方的通口排到外界，水样源源不断进入到采样管中；随着采样管中的水体的不断增多，重力不断增大，由于销轴设置在采样管沿长度方向对称轴的上方，保护筒会克服第一磁铁片的吸附力，带动采样管绕着销轴转动，并旋转至竖直状态时，保护筒被吸附在第二磁铁片表面，完成定位；采样管的顶部在旋转过程中，会对滑块及封堵板产生作用力，滑块以及封堵板与转动板之间产生相对位移，当保护筒旋转至竖直状态时，封堵板会压持在采样管管口处，完成对采集的水样的封堵，防止撒溅；

S3:控制电缸上移，电缸带动取样器从水中移出，电缸上移至初始位置；然后控制无人船返回，返回后，拧下端盖，将采样管从底部抽出，并换上新的采样管，拧上端盖，然后将保护筒旋转，使保护筒被吸附在第一磁铁片表面，使得保护筒呈倾斜状，然后重复上述步骤，完成多次采样工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明结构简单、与无人机相比造价相对低廉，和人工采样方式基本一样，符合现有的标准水质采样流程，整个采样过程操作简单、高效智能，方便远程控制，维护方便，可满足大众的使用需求。

2.本发明中的取样器结构设计巧妙，通过设置保护筒，保护筒通过销轴与U型架铰接，且是偏心铰接，保护筒可转动；配合设置的第一磁铁片以及第二磁铁片，可实现采样管的定位；另外，通过设置转动板、封堵板，并且在转动板上开设有滑槽和滑块，封堵板通过滑块可相对转动板进行移动，并且滑块还连接有弹簧，当水样流入到采样管中，采样管及保护筒的重力不断增大，当到达临界状态时，会克服第一磁铁片的吸附力，保护筒带动采样管进行旋转，这个过程无需人工控制，依靠增加的水样的重力可实现采样管的自旋转；当采样管旋转至竖直状态时，封堵板可压持在采样管的管口处，实现对采样管的封堵，可有效防止已采集到的水样从采集管中撒溅出来；另外，由于到达临界状态，采样管就会旋转，所以进入到采集管中的水样体积是一样的，实现了定量取样，并且定量取样完成后，配合封堵板的封堵，可最大化的保证最终采集到的水样体积一样，使得样本具有代表性，整个过程无需人工控制，纯机械机构，无需复杂的电气结构，成本低，经济实用。

3.通过设置滑槽，一方面为滑块提供移动通道，另一方面滑槽与管口贴合后，形成两个通口，通过在控制器中预设电缸的移动距离L，使得液面位于两个通口之间，这样水体中的水经位于下方的通口进入到采样管中，采样管中的空气经位于上方的通口排到外界，水样源源不断进入到采样管中，解决了排气的问题，方便水样的流入；另外，转动板还可以起到一定的阻挡垃圾的作用，由于水样经通口进入，通口口径比较小，可以防止一些大块垃圾进入到采样管中，起到一定的阻隔垃圾的作用。

4.保护筒筒壁上具有漏水孔，起到减重作用；保护筒的底部螺纹连接有端盖，采样管采用底部进出的方式，方便更换采样管，提高了工作效率。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明结构示意图。

图2是无人船俯视结构示意图。

图3是取样器结构示意图。

图4是沿B方向转动板与保护筒配合结构示意图。

图5是U型架俯视图。

图6是保护筒与采样管配合剖视图。

图7是取样器刚进入水体中的结构示意图。

图8是取样器采样管竖直状态结构示意图。

附图标记说明:

1无人船；101槽口；2电源；3控制器；4立柱；5横板；6电缸；7支撑板；8固定块；9转动板；91滑槽；10转轴；11滑块；12封堵板；13U型架；14第一定位板；15第一磁铁片；16保护筒；161垫圈；17端盖；18采样管；19销轴；20第二定位板；21第二磁铁片；22扭簧；23弹簧。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-8所示，本实施例提出了一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，包括无人船1，无人船1连接有驱动无人船1移动的动力机构，动力机构为马达及螺旋桨，动力机构为现有技术中常规结构，不做过多阐述；无人船1上安装有立柱4，立柱4顶部连接有横板5，横板5上安装有电缸6，电缸6的活塞杆底端连接有取样器，电缸6用于带动取样器进行升降。

上述的取样器包括支撑板7，支撑板7的顶部与电缸6的活塞杆相连，支撑板7的底部连接有呈倾斜设置的U型架13；还包括由磁吸材质制作的保护筒8，比如说采用铁皮制作；保护筒8设置在U型架13内部空腔中且保护筒8通过销轴19与U型架13相铰接，保护筒8通过销轴19可进行转动，销轴19设置在采样管18沿长度方向对称轴的上方，即为偏心设置，这样可保证采样管18在旋转后，管口朝上；保护筒8内部套设安装有采样管18，采样管18可拆卸插设于保护筒8内，方便更换，保护筒8可以起到一定的保护作用；保护筒8一端螺纹连接有端盖17；采样管18的一端承压在端盖17表面，另一端延伸至保护筒8外，呈露头状设置，当需要更换采样管18时，可拧下端盖17，采用由底部插入采样管18的方式；U型架13一侧连接有第一定位板14，第一定位板14连接有第一磁铁片15，第一磁铁片15可呈弧形设置，可与保护筒8表面相贴合，当保护筒8被吸附在第一磁铁片15表面时，保护筒8呈倾斜状。

U型架13还连接有第二定位板20，第二定位板20上安装有第二磁铁片，第二磁铁片21也可呈弧形设置，并与保护筒8表面相贴合，当保护筒8被吸附在第二磁铁片21表面时，保护筒8呈竖直状。

还包括设置在U型架13另一侧呈倾斜设置的转动板9，转动板9与第一定位板14分别设置在U型架13的左右两侧，支撑板7连接有固定块8，转动板9顶部通过转轴10与固定块8相铰接，转动板9可通过转轴10进行转动；转轴10上设置有扭簧22，扭簧22一端与转动板9相连，一端与固定块8相连，扭簧22可提供弹力，在保护筒8呈倾斜状时，扭簧22的弹力可使转动板9紧贴采样管18的管口；转动板9一侧表面开设有滑槽91，滑槽91的槽宽小于管口的直径，滑槽91中滑动连接有滑块11，滑槽91可为燕尾槽；滑块11块连接有封堵板12，滑槽91中连接有弹簧23，弹簧23另一端与滑块11相连，滑块11可相对转动板9移动；当保护筒8被吸附在第一磁铁片15表面时，采样管18的管口贴合在转动板9表面并压持在滑槽91上，形成两个通口，采样管18管口通过通口实现与外界相通，通口用来进入水样或排除气体；当保护筒8呈竖直状时，封堵板12压持在管口处，实现对管口的封堵；还包括安装在无人船1上的控制器，控制器与动力机构以及电缸6控制连接，控制器还通过无线通讯模块连接有远程控制终端。

通过设置滑槽91，一方面为滑块11提供移动通道，另一方面滑槽91与管口贴合后，形成两个通口，通过在控制器中预设电缸6的移动距离L，使得液面位于两个通口之间，这样水体中的水经位于下方的通口进入到采样管18中，采样管18中的空气经位于上方的通口排到外界，水样源源不断进入到采样管18中，解决了排气的问题，方便水样的流入；另外，转动板9还可以起到一定的阻挡垃圾的作用，由于水样经通口进入，通口口径比较小，可以防止一些大块垃圾进入到采样管18中，起到一定的阻隔垃圾的作用。

无线通讯模块为WiFi、蓝牙、4g等无线网络通讯方式，远程控制终端可以为手机、ipad、遥控器等移动终端设备。

为了采样管18在转动过程比较顺畅，滑块11的底部呈弧形设置，这样可减小阻力，便于采样管18达到最终的竖直状态。

保护筒8的筒壁上设置有多个漏水孔，可减轻重量，保护筒8的底部螺纹连接有端盖17，采样管18采用底部进出的方式，方便更换采样管18，提高了工作效率。

为了防止采样管18在保护筒8内晃动，保护筒8的顶部内部上设置有呈环形的垫圈161，采样管18从垫圈161内部自由穿过，垫圈161套箍在采样管18外壁上，起到一定的支撑保护作用。

无人船1上设置有电源，电源与电缸6及控制器、无线通讯模块电性连接，用于供电。

无人船1前端设置有槽口101，取样器通过槽口101进入或进出水体。

上述的偏心自旋转封堵式水样采集装置的使用方法，包括如下步骤:

S1:初始状态时，保护筒8被吸附在第一磁铁片15表面时，保护筒8呈倾斜状；采样管18的管口贴合在转动板9表面并压持在滑槽91上，形成两个通口；在控制器中预设电缸6活塞杆的移动距离，设定为L；在取样时，将无人船1放入水域中并控制前行到相应取样点，然后控制电缸6活塞杆带动取样器下移L距离，此时液面位于两个通口之间；

S2:水体中的水经位于下方的通口进入到采样管18中，采样管18中的空气经位于上方的通口排到外界，水样源源不断进入到采样管18中；随着采样管18中的水体的不断增多，重力不断增大，由于销轴19设置在采样管18沿长度方向对称轴的上方，保护筒8会克服第一磁铁片15的吸附力，带动采样管18绕着销轴19转动，并旋转至竖直状态时，保护筒8被吸附在第二磁铁片21表面，完成定位；采样管18的顶部在旋转过程中，会对滑块11及封堵板12产生作用力，滑块11以及封堵板12与转动板9之间产生相对位移，当保护筒8旋转至竖直状态时，封堵板12会压持在采样管18管口处，完成对采集的水样的封堵，防止撒溅；

S3:控制电缸6上移，电缸6带动取样器从水中移出，电缸6上移至初始位置；然后控制无人船1返回，返回后，拧下端盖17，将采样管18从底部抽出，并换上新的采样管18，拧上端盖17，然后将保护筒8旋转，使保护筒8被吸附在第一磁铁片15表面，使得保护筒8呈倾斜状，然后重复上述步骤，完成多次采样工作。

本发明中的取样器结构设计巧妙，通过设置保护筒8，保护筒8通过销轴19与U型架13铰接，且是偏心铰接，保护筒8可转动；配合设置的第一磁铁片15以及第二磁铁片21，可实现采样管18的定位；另外，通过设置转动板9、封堵板12，并且在转动板9上开设有滑槽91和滑块11，封堵板12通过滑块11可相对转动板9进行移动，并且滑块11还连接有弹簧23，当水样流入到采样管18中，采样管18及保护筒8的重力不断增大，当到达临界状态时，会克服第一磁铁片15的吸附力，保护筒8带动采样管18进行旋转，这个过程无需人工控制，依靠增加的水样的重力可实现采样管18的自旋转；当采样管18旋转至竖直状态时，封堵板12可压持在采样管18的管口处，实现对采样管18的封堵，可有效防止已采集到的水样从采集管中撒溅出来；另外，由于到达临界状态，采样管18就会旋转，所以进入到采集管中的水样体积是一样的，实现了定量取样，并且定量取样完成后，配合封堵板12的封堵，可最大化的保证最终采集到的水样体积一样，使得样本具有代表性，整个过程无需人工控制，纯机械机构，无需复杂的电气结构，成本低，经济实用。

由此可以看出，本发明结构简单、与无人机相比造价相对低廉，和人工采样方式基本一样，符合现有的标准水质采样流程，整个采样过程操作简单、高效智能，方便远程控制，维护方便，可满足大众的使用需求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，包括无人船，所述无人船连接有驱动无人船移动的动力机构；其特征在于，所述无人船上安装有立柱，立柱顶部连接有横板，所述横板上安装有电缸，所述电缸的活塞杆底端连接有取样器，所述取样器包括支撑板，所述支撑板的底部连接有呈倾斜设置的U型架；还包括由磁吸材质制作的保护筒；保护筒设置在U型架内部空腔中且所述保护筒通过销轴与所述U型架相铰接，销轴设置在采样管沿长度方向对称轴的上方；所述保护筒内部套设安装有采样管，所述保护筒一端螺纹连接有端盖；采样管的一端承压在端盖表面，另一端延伸至保护筒外，呈露头状设置；所述U型架一侧连接有第一定位板，所述第一定位板连接有第一磁铁片，当保护筒被吸附在第一磁铁片表面时，保护筒呈倾斜状；所述U型架还连接有第二定位板，所述第二定位板上安装有第二磁铁片，当保护筒被吸附在第二磁铁片表面时，保护筒呈竖直状；还包括设置在U型架另一侧呈倾斜设置的转动板，所述支撑板连接有固定块，所述转动板顶部通过转轴与所述固定块相铰接；所述转轴上设置有扭簧；所述转动板一侧表面开设有滑槽，滑槽中滑动连接有滑块，所述滑块连接有封堵板，所述滑槽中连接有弹簧，所述弹簧另一端与所述滑块相连；当保护筒被吸附在第一磁铁片表面时，采样管的管口贴合在转动板表面并压持在滑槽上，形成两个通口，采样管管口通过通口实现与外界相通；当保护筒呈竖直状时，封堵板压持在管口处，实现对管口的封堵；还包括安装在无人船上的控制器，控制器与动力机构以及电缸控制连接，控制器还通过无线通讯模块连接有远程控制终端。

2.根据权利要求1所述的一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，其特征在于，所述滑块的底部呈弧形设置。

3.根据权利要求1所述的一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，其特征在于，所述保护筒的筒壁上设置有多个漏水孔。

4.根据权利要求1所述的一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，其特征在于，所述保护筒的顶部内部上设置有呈环形的垫圈，所述采样管从所述垫圈内部自由穿过。

5.根据权利要求1所述的一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，其特征在于，所述无人船上设置有电源，所述电源与所述电缸及控制器、无线通讯模块电性连接，用于供电。

6.根据权利要求1所述的一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，其特征在于，所述无人船前端设置有槽口，取样器通过槽口进入或进出水体。

7.一种偏心自旋转封堵式水样采集装置的使用方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的一种偏心自旋转封堵式水样采集装置，包括如下步骤:

S1:初始状态时，保护筒被吸附在第一磁铁片表面时，保护筒呈倾斜状；采样管的管口贴合在转动板表面并压持在滑槽上，形成两个通口；在控制器中预设电缸活塞杆的移动距离，设定为L；在取样时，将无人船放入水域中并控制前行到相应取样点，然后控制电缸活塞杆带动取样器下移L距离，此时液面位于两个通口之间；

S2:水体中的水经位于下方的通口进入到采样管中，采样管中的空气经位于上方的通口排到外界，水样源源不断进入到采样管中；随着采样管中的水体的不断增多，重力不断增大，由于销轴设置在采样管沿长度方向对称轴的上方，保护筒会克服第一磁铁片的吸附力，带动采样管绕着销轴转动，并旋转至竖直状态时，保护筒被吸附在第二磁铁片表面，完成定位；采样管的顶部在旋转过程中，会对滑块及封堵板产生作用力，滑块以及封堵板与转动板之间产生相对位移，当保护筒旋转至竖直状态时，封堵板会压持在采样管管口处，完成对采集的水样的封堵，防止撒溅；

S3:控制电缸上移，电缸带动取样器从水中移出，电缸上移至初始位置；然后控制无人船返回，返回后，拧下端盖，将采样管从底部抽出，并换上新的采样管，拧上端盖，然后将保护筒旋转，使保护筒被吸附在第一磁铁片表面，使得保护筒呈倾斜状，然后重复上述步骤，完成多次采样工作。

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