CN114034647A - 一种走航式金属监测设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种走航式金属监测设备，属于环境监测技术领域，设备包括：航行器、采样部件、制样部件以及检测机构。航行器具有密闭的船舱。采样部件包括取样管和活塞，取样管竖直穿设于航行器底部。制样部件包括过滤桶及压板，过滤桶底面具有多处单向阀孔，过滤桶的底面位于航行器外侧，压板滑动设于过滤桶的内部，压板底部设有圆环，用于存储底泥样片，过滤桶与取样管之间通过连通管连通，制样部件沿取样管的圆周阵列设有多处。检测机构包括光谱仪，用于检测压板底面的样片，光谱仪沿圆周移动设置于制样部件外侧。可对多处样本进行采集、制样及初检，可更加方便快捷的获取更具代表性的底泥样本。

Description

一种走航式金属监测设备

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，尤其涉及一种走航式金属监测设备。

背景技术

在环境监测时，尤其是对水体环境中的金属监测，经常需要对湖泊、水库及河流等水体的底泥或水质进行取样，然后对样本进行检测，以获得有效的数据。为获得水体或流域中各部位更加具有代表性的样本，通常需要多次将水体不同位置的样本采集上岸，然后进行临时检测，以确定具有代表性的样本区域，再将该区域的样本带回实验室做进一步的分析检测。

现有的方式不仅需要采样装置多次往返进行取样，无法实现实时走航检测，而且需要人工进行临时检测，过程较为繁琐且工作效率较低，并且现有采样装置不能同时满足对水质及底泥的采样工作。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种走航式金属监测设备，可对多处的水质及底泥样品进行采集、制样及初检，可有效提高对水体中金属元素含量的检测效率，可更加方便快捷的获取更具代表性的水质及底泥样本。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种走航式金属监测设备，其特征在于，包括：航行器、采样部件、制样部件以及检测机构。

航行器可在水下进行航行，且具有密闭的船舱，航行器采用无线遥控控制，并且设有摄像头及定位系统。

采样部件包括取样管以及沿轴线方向移动设于取样管内部的活塞，取样管竖直穿设于航行器底部，取样管下段位于航行器外侧，上段位于船舱内。

制样部件包括过滤桶及压板，过滤桶底面具有多处单向阀孔，液体仅能从过滤桶内部向外排出，过滤桶穿设于航行器底部，过滤桶的底面位于航行器外侧，上段位于船舱内，压板的外壁与过滤桶的内壁之间呈滑动密封连接，压板沿过滤桶的轴线方向移动设置，压板底部设有圆环，圆环内部用于存储压制成型的样片，过滤桶与取样管之间设有连通管，连通管将过滤桶与取样管内部连通，制样部件沿取样管的圆周阵列设有多处。

检测机构包括光谱仪，用于检测压制在压板底面的样片，光谱仪沿圆周移动设置于制样部件外侧，光谱仪可通过数据传输装置将检测结构传递给数据终端或服务器。

进一步的，取样管内壁对应连通管的开口处均设有挡板，用于封闭连通管，挡板沿取样管的轴线方向移动设置，挡板的顶部设有压力弹簧，活塞顶面设有活塞杆，活塞杆侧壁设有拨杆，拨杆用于向上推动挡板，以打开连通管的开口。

进一步的，圆环与压板为两个相互独立的零件，在采样前圆环设置于过滤桶底部，压板底面具有圆形凸台，圆形凸台外壁与圆环内壁的上段之间采用过盈连接。

进一步的，圆环与压板为两个相互独立的零件，圆环采用螺纹连接或是压紧的方式连接于压板底面，圆环内圈设有滤膜，用于采集水质样本时用于在滤膜底面表面形成膜富集，使水质中的金属物沉积附着在滤膜底面，以形成样片。

进一步的，过滤桶底部的顶面设有沉孔，用于放置圆环，圆环的外径小于过滤桶的内径。

进一步的，圆环底部具有环形板，环形板的外径与圆环外径相同，环形板的内径小于圆环的内径。

进一步的，压板底面设有多个凸点，凸点下段为有圆盘或圆球，圆盘或圆球的直径大于凸点上段的直径，凸点的高度小于圆环的厚度，凸点呈环形结构布置，压板底面的中部未设置凸点。

进一步的，圆环与压板均采用塑料制成。

进一步的，检测机构还包括齿圈，齿圈套设于制样部件外周，光谱仪设于齿圈上方，齿圈采用电机齿轮部件驱动。

进一步的，活塞连接于一升降装置的活动端，升降装置设于一旋转电机主轴的任意部位。

本发明的有益效果在于：本发明通过航行器一次下水采集多个点位的样本，并且能利用制样部件将底泥制成固态的样片，或者在过滤膜底面形成富集膜样本，以供检测机构进行初步检查，可实现快速检测的目的，以供检测人员参考，从而选出最具代表性的样本及采样位置，能同时满足水质及底泥的监测。并且可通过航行器的升降以及控制活塞的打开时机，采集不同深度位置的样本。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1示出了本申请的整体外部视图。

图2示出了船舱内部结构简图。

图3示出了采样部件、制样部件以及检测机构位置关系的顶部视图。

图4示出了采样部件、制样部件以及检测机构位置关系的底部视图。

图5示出了图4中A处的放大图。

图6示出了采样部件与制样部件的截面视图。

图7示出了图6中B处的放大图。

图8示出了图6中C处的放大图。

图9示出了取样管向过滤桶输送样本时的结构剖视图。

图10示出了图9中D处的放大图。

图11示出了压板将样片从过滤桶中取出时的结构剖视图。

图12示出了图11中E处的放大图。

图13示出了压板与圆环一种优选实施例的结构剖视图。

图14示出了压板与圆环一种优选实施例的结构图。

图中标记：航行器-10、船舱-11、采样部件-20、取样管-21、活塞-22、活塞杆-221、拨杆-222、挡板-23、压力弹簧-24、升降装置-25、旋转电机-26、制样部件-30、过滤桶-31、单向阀孔-311、沉孔-312、压板-32、圆形凸台-321、凸点-322、圆环-33、环形板-331、连通管-34、检测机构-40、光谱仪-41、齿圈-42。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中需要说明的是，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图5所示，一种走航式金属监测设备，包括：航行器10、采样部件20、制样部件30以及检测机构40。

具体的，航行器10可在水下进行航行，且具有密闭的船舱11，航行器10采用无线遥控控制，并且设有摄像头及定位系统。通过摄像头观察水底环境，便于找寻合适的采样位置，摄像头设于航行器10的底部，以便于采样时控制航行器10的升降。通过定位系统将采样地点的坐标位置发送给中段设备，以便于确定采样点的位置。

具体的，采样部件20包括取样管21以及沿轴线方向移动设于取样管21内部的活塞22，取样管21底部开口，顶部为密封结构，取样管21竖直穿设于航行器10底部，取样管21周侧与航行器10之间为密封结构连接，取样管21下段位于航行器10外侧，上段位于船舱11内，活塞22顶面设有活塞杆221，用于连接升降装置，以控制活塞22升降。

优选的，采样前以及航行器10航行过程中，活塞22均处于取样管21底部，将取样管21底部开口密封，这边便可使取样管21下端插入至水体或底泥的预定深度时才通过活塞22打开底部开口，使底泥进入取样管21，实现了采集不同深度的水质及底泥的目的。并且可以防止在采集底泥时水或底泥表面的沉积物率先进入取样管21，而影响检测结果的准确性。同样，在第一次采集样本之后，需将活塞22下移至取样管21的底部，对取样管21进行密封。

取样时，通过航行器10的升降，以控制取样管21插入底泥的深度。当取样管21插入至预定深度之后，活塞22向下移动，将打开取样管21底部打开，因为水和底泥均具有流动性，并且由于活塞22将取样管21打开，致使取样管21内部压力低于底部周围水和底泥的压力，从而使水和底泥可迅速自动进入取样管21，实现取样的目的。

具体的，制样部件30包括过滤桶31及压板32，过滤桶31底面具有多处单向阀孔311，液体仅能从过滤桶31内部向外排出，过滤桶31穿设于航行器10底部，过滤桶31周侧与航行器10之间为密封结构连接。

更具体的，过滤桶31的底面位于航行器10外侧，以便于通过单向阀孔311将压制样片时产生的液体排出，防止污染船舱11，过滤桶31上段位于船舱11内。压板32沿轴线方向滑动设于过滤桶31的内，压板32的外壁与过滤桶31的内壁之间为滑动密封结构，压板32沿过滤桶31的轴线方向移动设置。压板32可采用气缸或丝杆电机进行带动。如图9所示，当取样管21向过滤桶31输送样本的同时，压板32向上移动，使过滤桶31内部形成负压，便于样本可顺利进入过滤桶31，并且也方便排尽取样管21内部的样本，防止残留样本在下一次采样时进入另一组制样部件30，以保证后续样本的准确性。

更具体的，压板32底部设有圆环33，圆环33内部用于存储压制成型的样片，当压制底泥时可通过圆环33使底泥样本定型，并且利用圆环33固定压制成型后的底泥样片，方便取出。

压制底泥样片时，通过压板32下压，将过滤桶31内部的底泥样本进行挤压，底泥样本被挤压之后多余的水分将通过单向阀孔311排出。最终过滤桶31底部与圆环33之间将形成固体的底泥样片，以便于检测机构40通过样片对样本进行初步检测。

压制水质样本的富集膜样片时，同样通过压板32下压，将过滤桶31内的水质样本进行压缩，在水压的作用下使水中的金属物质附着在过滤膜的底面上，利用鳌合树脂膜吸附阳离子富集。压缩时，多余的水将从过滤桶31底部排出。

采集水质样本时，圆环33与压板32为两个相互独立的零件，圆环33采用螺纹连接或是压紧的方式连接于压板32底面，圆环33内圈设有滤膜，用于采集水质样本时用于在滤膜底面表面形成膜富集，使水质中的金属物沉积附着在滤膜底面，以形成样片。

更具体的，如图6、图9以及图11所示，过滤桶31与取样管21之间设有连通管34，连通管34将过滤桶31与取样管21内部连通。

作为连通管34一种优选的实施例，如图9所示，连通管34呈倾斜设置，当其高点位于取样管21一侧，低点位于过滤桶31一侧，可使取样管21内的样本快速进入过滤桶31内。

作为连通管34另一种优选的实施方案，连通管34呈倾斜设置，连通管34的高点位于过滤桶31一侧，低点位于取样管21一侧，以便于控制过滤桶31内样本的量，当过滤桶31内的样本过多时，便可从连通管34流回取样管21内，然后使活塞22下移，使活塞22顶面低于取样管21底部，便可将取样管21内多余的底泥样本排出。

进一步优选的，如图10所示，活塞22顶面与圆锥结构，以防止底泥在活塞22的顶面沉积。

更具体的，如图2至图4所示，制样部件30沿取样管21的圆周阵列设有多处。

优选的，过滤桶31与取样管21平行，以便于布置安装。

具体的，检测机构40包括光谱仪41，用于检测压制在压板32底面的样片，光谱仪41为X射线荧光光谱仪。如图5所示，光谱仪41沿圆周移动设置于制样部件30外侧，检测时移动至待检测的制样部件30外侧，压板32升起之后，利用光谱仪41的射线照射压板32底部样片的中心位置，以获得检测数据。光谱仪41可通过数据传输装置将检测结构传递给数据终端或服务器。

使用时，可通过采样部件20分多次在水域的各个区域采集不同的样本，并将样本输送至不同的制样部件30进行制样，然后将光谱仪41移动至相应的制样部件30外侧，对制成的样片进行检测，以获取不同点位的样本初步参数，以供检测人员作进一步采样及检测参考。

优选的，如图5至图7以及图9、图10所示，取样管21内壁对应连通管34的开口处均设有挡板23，用于封闭连通管34，以防止底泥或水质样本同时进入多个过滤桶31，而影响后续样本的准确性。挡板23沿取样管21的轴线方向移动设置，挡板23的顶部设有压力弹簧24，活塞22顶面设有活塞杆221，活塞杆221侧壁设有拨杆222，拨杆222垂直于取样管21的侧壁，且拨杆222前端与取样管21内壁之间具有间隙，拨杆222用于向上推动挡板23，以打开连通管34的开口，使活塞22上方的通过连通管34进入过滤桶31。

挡板23可通过自身重量下落，将连通管34的开口封闭，但是，底泥上升过程中有可能将挡板23向上推开，为保证挡板23具有相向的压力，因此在挡板23的顶部设有压力弹簧24，以防止挡板23被底泥向上推动。

优选的，如图13、图14所示，圆环33与压板32为两个相互独立的零件，在采样前圆环33设置于过滤桶31底部，压板32底面具有圆形凸台321，圆形凸台321外壁与圆环33内壁的上段之间采用过盈连接，以便于在完成样片压制之后，压板32利用圆环33将样片从过滤桶底部取出，因为圆环33的下段将用于存储底泥的样片，所以圆形凸台321外壁仅与圆环33的上段连接。

进一步优选的，如图8、图12、图13以及图14所示，过滤桶31底部的顶面设有沉孔312，用于放置圆环33，以确定圆环33的位置，便于圆形凸台321插入圆环33。并且圆环33的外径小于过滤桶31的内径，因为当圆形凸台321与圆环33过盈连接之后，圆环33的外径可能被胀大，为避免外径变大之后的圆环33的外壁与过滤桶31的内壁之间产生接触，因此当圆形凸台321插入圆环33之后，圆环33的外壁与过滤桶31内壁之间存在间隙，便于取出圆环33，而防止圆环33卡在过滤桶31内。

优选的，如图13、图14所示，圆环33底部具有环形板331，环形板331的外径与圆环33外径相同，环形板331的内径小于圆环33的内径，使压制成型的底泥样片有一部分卡在环形板331的上方，以便于使样片与过滤桶31底部分离，并且防止压片脱落。

优选的，如图13、图14所示，压板32底面设有多个凸点322，凸点322下段为有圆盘或圆球，圆盘或圆球的直径大于凸点322上段的直径，凸点322的高度小于圆环33的厚度，利用凸点322嵌设在压制成型的底泥样片中，可增加样片的牢固性，防止样片脱落。

进一步优选的，如图14所示，凸点322呈环形结构设置，压板32底面的中部未设置凸点322，因为利用光谱仪41检测样片时，常规的照射点位于压板32底面的中部，将凸点322采用环形布置，可避免光谱仪41的射线照射在凸点322上，造成检测数据出错。

优选的，圆环33与压板32均采用塑料制成，以避免影响样片中金属成分的检测准确性。

优选的，如图3、图4所示，检测机构40还包括齿圈42，齿圈42套设于制样部件30外周，光谱仪41设于齿圈42上方，齿圈42采用电机齿轮部件驱动，可精确控制光谱仪41的移动位置。

优选的，如图3所示，活塞22连接于一升降装置25的活动端，利用升降装置25控制活塞22沿取样管21的轴线移动，升降装置25设于一旋转电机26主轴的任意部位，任意部位包括电机26主轴的外壁或者端部，通过旋转电机26带动升降装置25与活塞22旋转，旋转电机26设于船舱11的密封顶盖。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种走航式金属监测设备，其特征在于，包括：

航行器（10），可在水下进行航行，且具有密闭的船舱（11），航行器（10）采用无线遥控控制，并且设有摄像头及定位系统；

采样部件（20），包括取样管（21）以及沿轴线方向移动设于取样管（21）内部的活塞（22），取样管（21）竖直穿设于航行器（10）底部，取样管（21）下段位于航行器（10）外侧，上段位于船舱（11）内；

制样部件（30），包括过滤桶（31）及压板（32），过滤桶（31）底面具有多处单向阀孔（311），液体从过滤桶（31）内部向外排出，过滤桶（31）穿设于航行器（10）底部，过滤桶（31）的底面位于航行器（10）外侧，上段位于船舱（11）内，压板（32）沿轴线方向滑动设于过滤桶（31）内，压板（32）底部设有圆环（33），圆环（33）内部用于固定样片，过滤桶（31）与取样管（21）之间设有连通管（34），连通管（34）将过滤桶（31）与取样管（21）内部连通，制样部件（30）沿取样管（21）的圆周阵列设有多处；

检测机构（40），包括光谱仪（41），用于检测压制在压板（32）底面的样片，光谱仪（41）沿圆周移动设置于制样部件（30）外侧，光谱仪（41）可通过数据传输装置将检测结构传递给数据终端或服务器。

2.根据权利要求1所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，取样管（21）内壁对应连通管（34）的开口处均设有挡板（23），用于封闭连通管（34），挡板（23）沿取样管（21）的轴线方向移动设置，挡板（23）的顶部设有压力弹簧（24），活塞（22）顶面设有活塞杆（221），活塞杆（221）侧壁设有拨杆（222），拨杆（222）用于向上推动挡板（23），以打开连通管（34）的开口。

3.根据权利要求1所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，圆环（33）与压板（32）为两个相互独立的零件，在采样前圆环（33）设置于过滤桶（31）底部，压板（32）底面具有圆形凸台（321），圆形凸台（321）外壁与圆环（33）内壁的上段之间采用过盈连接，圆环（33）内部用于固定压制后的底泥样片。

4.根据权利要求3所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，过滤桶（31）底部的顶面设有沉孔（312），用于放置圆环（33），圆环（33）的外径小于过滤桶（31）的内径。

5.根据权利要求1所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，圆环（33）与压板（32）为两个相互独立的零件，圆环（33）采用螺纹连接或是压紧的方式连接于压板（32）底面，圆环（33）内圈设有滤膜，用于采集水质样本时用于在滤膜底面表面形成膜富集，使水质中的金属物沉积附着在滤膜底面，以形成样片。

6.根据权利要求1所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，圆环（33）底部具有环形板（331），环形板（331）的外径与圆环（33）外径相同，环形板（331）的内径小于圆环（33）的内径。

7.根据权利要求1所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，压板（32）底面设有多个凸点（322），凸点（322）下段为有圆盘或圆球，圆盘或圆球的直径大于凸点（322）上段的直径，凸点（322）的高度小于圆环（33）的厚度，凸点（322）呈环形结构布置，压板（32）底面的中部未设置凸点（322）。

8.根据权利要求1所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，圆环（33）与压板（32）均采用塑料制成。

9.根据权利要求1所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，检测机构（40）还包括齿圈（42），齿圈（42）套设于制样部件（30）外周，光谱仪（41）设于齿圈（42）上方，齿圈（42）采用电机齿轮部件驱动。

10.根据权利要求1所述的一种走航式金属监测设备，其特征在于，活塞（22）连接于一升降装置（25）的活动端，升降装置（25）设于一旋转电机（26）主轴的任意部位。

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