CN115389271A - 一种水样检测用分层取样装置及取样方法 - Google Patents

Abstract

一种水样检测用分层取样装置及取样方法，该水样检测用分层取样装置包括：圆形漂浮体、驱动机构、以及取样装置；取样装置包括：与圆形漂浮体防水密封连接的伸缩机构、定位套装在伸缩机构上的多个负压盒、以及连接伸缩机构并可延伸至圆形漂浮体外部水域的沉水件；伸缩机构的伸缩端周向设置有多个吸水口。以上描述中可以看出，通过驱动机构使圆形漂浮体沿水域进行旋转移动至指定位置，伸缩机构则带动沉水件下潜至指定深度的水域，采用负压的方式将水样进行取样，操作便捷，全程人工在岸边操作。另外，本申请提供了一种水样检测用分层取样方法，采用该方法能够应对不同水域环境，对污染水域进行精准采样。

Description

一种水样检测用分层取样装置及取样方法

技术领域：

本发明涉及水质检测技术领域，特别涉及水样检测用分层取样装置及取样方法。

背景技术：

水质监测，是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监测范围十分广泛，包括未被污染和已受污染的天然水及各种各样的工业排水等，水质监测范围非常广泛，包括经常性的地表及地下水监测、监视性的生产和生活过程监测以及应急性的事故监测。水质监测可以为环境管理提供数据和资料，可以为评价江河水质状况提供依据。

现有的水质检测采用人工驾驶船只进入取样区域，船只在水域当中波动较大，使水域中的水样混合，所取水样不标准；并且，针对黄河水污染回潮水域，水域中漂浮杂物较多，船只无法进行靠近，水域检测无法分层取样，对后期水域治理提出较大难题。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种能够克服以上问题的水样检测用分层取样装置及取样方法，对河道当中的水质进行分层取样，对水域波动较小，针对不同水域环境均可移动至指定位置。

第一方面，本申请提供一种水样检测用分层取样装置及取样方法，包括：圆形漂浮体、驱动所述圆形漂浮体旋转移动的驱动机构、以及伸缩连接所述圆形漂浮体的取样装置；其中，

所述驱动机构设置在所述圆形漂浮体的轴心，所述驱动机构连接有多个用于抵压所述圆形漂浮体内壁的支撑体；

所述圆形漂浮体的内部周向均匀分布有多个凸起部，每个凸起部的内部均装有流体沙；

所述取样装置包括：与所述圆形漂浮体防水密封连接的伸缩机构、定位套装在所述伸缩机构上的多个负压盒、以及连接所述伸缩机构并可延伸至所述圆形漂浮体外部水域的沉水件；

所述伸缩机构的伸缩端周向设置有多个吸水口，所述多个吸水口与所述多个负压盒通过电磁阀机构一一对应连接。

在一个具体的可实施方案中，所述圆形漂浮体为弹性充气的圆形体。

在一个具体的可实施方案中，所述多个支撑体之间周向连接有筋板。

在一个具体的可实施方案中，所述驱动机构包括:旋转电机、由所述旋转电机驱动旋转的齿轮环、以及周向等距分布在所述齿轮环外壁的连接件；

多个所述连接件一一对应连接所述多个支撑体。

在一个具体的可实施方案中，每个支撑体抵压所述圆形漂浮体的内壁的一端均设置有与所述圆形漂浮体固定连接的圆弧体。

在一个具体的可实施方案中，所述圆形漂浮体的底部开口，所述开口封堵有挡板；

所述伸缩机构的一端固定连接在所述筋板上，所述伸缩机构的伸缩端贯穿所述挡板连接所述沉水件。

在一个具体的可实施方案中，所述挡板上设置有用于套装所述伸缩机构的密封圈。

在一个具体的可实施方案中，所述多个负压盒的内部承载有负压气体；

每个负压盒均通过装配有所述电磁机构的导管连接对应方位的吸水口，且每个吸水口均装配有滤网。

在一个具体的可实施方案中，所述圆形漂浮体的两侧平面均对称设置有用于驱动所述圆形漂浮体转向的动力风扇。

本发明中，通过驱动机构使圆形漂浮体沿水域进行旋转移动至指定位置，伸缩机构则带动沉水件下潜至指定深度的水域，采用负压的方式将水样进行取样，操作便捷，全程人工在岸边操作。

第二方面，一种水样检测用分层取样方法，包括以下几个步骤：

向圆形漂浮体内充入漂浮气体后放入待取样水域；

驱动机构带动圆形漂浮体沿待取样水域旋转移动，流体沙随重力在凸起部内流动；

到达指定水域后，沉水件位于圆形漂浮体的底部且与待检测水域的水面接触；

启动伸缩机构，沉水件依次到达指定深度的水域；

连接其中一个负压盒的电磁阀机构开启，负压吸取水样至负压盒，伸缩机构继续延伸至下一水层取样；

直至多水层水样依次进入多个负压盒的内部后，伸缩机构回缩退位至圆形飘浮体的内部；

驱动机构和动力风扇共同操作下使圆形飘浮体移动至岸边将水样交由检测人员检测。

通过以上方法，对环境复杂的污染水域可越过漂浮物到达指定区域，同时在正常水域当中对波动较小，分层取样操作便捷易操作，具备较强的精准采样效果。

附图说明：

附图1是本发明提供的水样检测用分层取样装置的第一视角示意图；

附图2是本发明提供的水样检测用分层取样装置的取样状态示意图；

附图3是本发明提供的水样检测用分层取样装置的第二视角示意图；

附图4是本发明提供的负压盒的结构示意图；

附图5是本发明提供的水样检测用分层取样方法的步骤流程图。

图中：圆形漂浮体-1、旋转电机-2、筋板-3、齿轮环-4、连接件-5、支撑体-6、圆弧体-7、凸起部-8、流体沙-9、伸缩机构-10、挡板-11、密封圈-12、沉水件-13、吸水口-14、充气阀-15、负压盒-16、盒体-161、吸气阀-162、导管-163、电磁阀机构-164、动力风扇-17。

具体实施方式：

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本说明书实施例中涉及的技术载体，例如可以包括近场通信(Near FieldCommunication，NFC)、WIFI、3G/4G/5G等。

为方便理解本申请实施例提供的河道区域水质检测的水下机器人，首先说明一下其应用场景，现有的水质检测采用人工驾驶船只进入取样区域，船只在水域当中波动较大，使水域中的水样混合，所取水样不标准；并且，针对黄河水污染回潮水域，水域中漂浮杂物较多，船只无法进行靠近，水域检测无法分层取样，对后期水域治理提出较大难题。鉴于此，本申请的水样检测分层取样装置对河道当中的水质进行分层取样，对水域波动较小，针对不同水域环境均可移动至指定位置。

参考图1，图1示出了本申请实施例提供的水样检测用分层取样装置及取样方法的第一视角示意图，本申请实施例提供的河道区域水质检测的水下机器人包括：圆形漂浮体1；该圆形漂浮体1作为本申请实施例中的主体结构，采用圆形漂浮体1为弹性充气的圆形体。从而通过冲入漂浮气体，使圆形漂浮体1漂浮在水域表面，在经过污染水域表面杂物较多区域时，通过沿圆形旋转的方式进行越过漂浮物，到达指定区域，同时具备对水域波动较小的优势。

圆形漂浮体1的外壁设置充气阀15，采用弹性材质，如橡胶等材质制备成具有中空充气腔的圆形漂浮体1，通过充气阀15冲入空气或氧气，使圆形漂浮体1膨胀，具备飘浮力。同时，在不使用的情况下，通过排放内部气体，使圆形漂浮体1的体积缩小，便于携带。

圆形漂浮体1在旋转移动过程中，采用驱动机构进行动力输出。驱动机构设置在圆形漂浮体1的轴心，驱动机构连接有多个用于抵压圆形漂浮体1内壁的支撑体6；在本申请实施例中，支撑体6设置有三个，等距支撑圆形漂浮体1。在驱动机构驱动多个支撑体6旋转过程中，带动圆形飘浮体在水域当中进行旋转移动。

具体的，驱动机构包括:旋转电机2、由旋转电机2驱动旋转的齿轮环4、以及周向等距分布在齿轮环4外壁的连接件5；多个连接件5一一对应连接多个支撑体6。支撑体6支撑圆形漂浮体1呈圆形状态，旋转电机2启动过程中，带动齿轮环4周向旋转，从而使多个支撑体6进行转动。当然，支撑体6的个数也可为四个、五个等。

为了增强多个支撑体6的连接强度，多个支撑体6之间周向连接有筋板3。该筋板3连接在连接件5之间，从而使连接强度增加。

另外，每个支撑体6抵压圆形漂浮体1的内壁的一端均设置有与圆形漂浮体1固定连接的圆弧体7。确保具备较强的支撑力度，且不可对圆形漂浮体1造成损伤。

结合图2和图3中所示，圆形漂浮体1在水域表面旋转移动过程中，为了防止无重力产生的自转现象发生，圆形漂浮体1的内部周向均匀分布有多个凸起部8，每个凸起部8的内部均装有流体沙9。该流体沙9所占凸起部8一半空间，并且凸起部8为圆弧形的凸起部8，从而在圆形漂浮体1旋转过程中，流体沙9随重力流动，有效防止圆形漂浮体1自转而不产生移动的状况发生。

由以上描述中可以看出，在旋转电机2的驱动下，使多个支撑体6进行转动，从而带动圆形漂浮体1旋转，在旋转重力作用下，凸起部8的流体沙9随重力流动，对旋转方向发生重力试压，从而带动圆形漂浮体1在水面上移动；需要具体说明的，本申请中的旋转电机2驱动等均由充电锂电池提供电力供应，并且本申请的分层取样装置配备监控设备和遥控设备，从而操作人员在岸边对需移动至水域中央进行取样的区域进行遥控控制以及视频监测，遥控设备和监控设备均常见的现有技术，在此不做过多赘述。

同时，在针对复杂水域，球形漂浮体需具备转向功能；为此，圆形漂浮体1的两侧平面均对称设置有用于驱动圆形漂浮体1转向的动力风扇17。通过遥控设备控制一侧动力风扇17加大风力输出，向水面吹出反向风力，调整球形漂浮体的行进方向，同时两侧动力风扇17在球形漂浮体旋转移动过程中产生的倾斜进行调整，避免球形漂浮体发生倾倒状况。

全程操作均由监控设备和遥控设备操作，从而保证较高的自动化操作，检测人员全程在岸边操作。针对水域当中存在较多飘浮物时，采用旋转移动的方式，轻松越过漂浮物，并配合两侧动力风扇17，调整移动位置，到达指定区域，全程对水域波动较小。

另外，还包括伸缩连接圆形漂浮体1的取样装置。该取样装置包括：与圆形漂浮体1防水密封连接的伸缩机构10；伸缩机构10采用电动伸缩杆，可伸缩不同的长度，从而对不同层次的水样进行取样检测。伸缩机构10由遥控设备操作，或预先编程由PLC控制器控制操作。

圆形漂浮体1的底部开口，开口封堵有挡板11；伸缩机构10的一端固定连接在筋板3上，伸缩机构10的伸缩端贯穿挡板11连接沉水件13。挡板11上设置有用于套装伸缩机构10的密封圈12。

该沉水件13采用金属件，金属件与开口处相匹配为弧形，从而在伸缩机构10回位后，沉水件13与开口匹配保证圆形漂浮体1外表呈规则的圆形，不存在凸出形态。该沉水件13采用金属材质增大重量，保证在移动至取样位置后，因重力状态保证圆形漂浮体1的开口处朝下，沉水件13与水域的表面接触，在伸缩机构10的作用下延伸至水层当中取样。

在具体进行取样过程中，本申请中采用负压的方式进行吸水取样，当然也可采用吸水泵等方式进行取样。在此，仅对采用负压的方式进行具体描述。

结合图4中所示，具体为，还包括定位套装在伸缩机构10上的多个负压盒16；每个负压盒16均具备盒体161、设置在盒体161上的吸气阀162，连接盒体161底部的导管163，装配在导管163上的电磁阀机构164。多个盒体161围绕呈圆形，卡接连接或螺纹连接在伸缩机构10的固定端，并且多个盒体161位于挡板11的下方，便于到岸后人工取下。

伸缩机构10的伸缩端周向设置有多个吸水口14，多个吸水口14与多个负压盒16通过电磁阀机构164一一对应连接。

多个负压盒16的内部通过吸气机构从吸气阀162处进行吸气，使负压盒16内部承载有负压气体；每个负压盒16均通过装配有电磁机构的导管163连接对应方位的吸水口14，且每个吸水口14均装配有滤网。

通过以上描述中可以看出，在驱动机构带动圆形漂浮体1移动至指定水域，在沉水件13和流体沙9的重力作用下，使圆形漂浮体1停留在该水域，并且沉水件13与水面接触。在伸缩机构10的延伸作用下，沉水件13进入水中，达到一定深度后，对应的电磁阀机构164开启，与对应的电磁阀机构164相对应的负压盒16利用负压原理将水样吸入负压盒16的内部，关闭该电磁阀机构164；随后继续下潜，另外的电磁阀机构164开启，以此类推，保证多层取样。需要具体说明的，因取样水样无需过多，因此导管163可采用较细的抗负压吸管，通过主动回弹的缠绕方式随伸缩机构10进行延伸，均为本领域技术人员公知的技术，在此不做过多赘述。

本发明中，通过驱动机构使圆形漂浮体1沿水域进行旋转移动至指定位置，伸缩机构10则带动沉水件13下潜至指定深度的水域，采用负压的方式将水样进行取样，操作便捷，全程人工在岸边操作。

另外，本申请还提供了一种水样检测用分层取样方法，包括以下几个步骤：

S1、向圆形漂浮体内充入漂浮气体后放入待取样水域。

S2、驱动机构带动圆形漂浮体沿待取样水域旋转移动，流体沙随重力在凸起部内流动。

S3、到达指定水域后，沉水件位于圆形漂浮体的底部且与待检测水域的水面接触。启动伸缩机构，沉水件依次到达指定深度的水域。

S4、连接其中一个负压盒的电磁阀机构开启，负压吸取水样至负压盒，伸缩机构继续延伸至下一水层取样。

S5、重复步骤S4，直至多水层水样依次进入多个负压盒的内部后，伸缩机构回缩退位至圆形飘浮体的内部。

S6、驱动机构和动力风扇共同操作下使圆形飘浮体移动至岸边将水样交由检测人员检测。

通过以上方法，对环境复杂的污染水域可越过漂浮物到达指定区域，同时在正常水域当中对波动较小，分层取样操作便捷易操作，具备较强的精准采样效果。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水样检测用分层取样装置，其特征在于，包括：圆形漂浮体、驱动所述圆形漂浮体旋转移动的驱动机构、以及伸缩连接所述圆形漂浮体的取样装置；其中，

所述驱动机构设置在所述圆形漂浮体的轴心，所述驱动机构连接有多个用于抵压所述圆形漂浮体内壁的支撑体；

所述圆形漂浮体的内部周向均匀分布有多个凸起部，每个凸起部的内部均装有流体沙；

所述取样装置包括：与所述圆形漂浮体防水密封连接的伸缩机构、定位套装在所述伸缩机构上的多个负压盒、以及连接所述伸缩机构并可延伸至所述圆形漂浮体外部水域的沉水件；

所述伸缩机构的伸缩端周向设置有多个吸水口，所述多个吸水口与所述多个负压盒通过电磁阀机构一一对应连接。

2.如权利要求1所述的水样检测用分层取样装置，其特征在于，所述圆形漂浮体为弹性充气的圆形体。

3.如权利要求1所述的水样检测用分层取样装置，其特征在于，所述多个支撑体之间周向连接有筋板。

4.如权利要求3所述的水样检测用分层取样装置，其特征在于，所述驱动机构包括:旋转电机、由所述旋转电机驱动旋转的齿轮环、以及周向等距分布在所述齿轮环外壁的连接件；

多个所述连接件一一对应连接所述多个支撑体。

5.如权利要求4所述的水样检测用分层取样装置，其特征在于，每个支撑体抵压所述圆形漂浮体的内壁的一端均设置有与所述圆形漂浮体固定连接的圆弧体。

6.如权利要求3所述的水样检测用分层取样装置，其特征在于，所述圆形漂浮体的底部开口，所述开口封堵有挡板；

所述伸缩机构的一端固定连接在所述筋板上，所述伸缩机构的伸缩端贯穿所述挡板连接所述沉水件。

7.如权利要求6所述的水样检测用分层取样装置，其特征在于，所述挡板上设置有用于套装所述伸缩机构的密封圈。

8.如权利要求1-7任意一项所述的水样检测用分层取样装置，其特征在于，所述多个负压盒的内部承载有负压气体；

每个负压盒均通过装配有所述电磁机构的导管连接对应方位的吸水口，且每个吸水口均装配有滤网。

9.如权利要求1-7任意一项所述的水样检测用分层取样装置，其特征在于，所述圆形漂浮体的两侧平面均对称设置有用于驱动所述圆形漂浮体转向的动力风扇。

10.一种水样检测用分层取样方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

向圆形漂浮体内充入漂浮气体后放入待取样水域；

驱动机构带动圆形漂浮体沿待取样水域旋转移动，流体沙随重力在凸起部内流动；

到达指定水域后，沉水件位于圆形漂浮体的底部且与待检测水域的水面接触；启动伸缩机构，沉水件依次到达指定深度的水域；

连接其中一个负压盒的电磁阀机构开启，负压吸取水样至负压盒，伸缩机构继续延伸至下一水层取样；

直至多水层水样依次进入多个负压盒的内部后，伸缩机构回缩退位至圆形飘浮体的内部；

驱动机构和动力风扇共同操作下使圆形飘浮体移动至岸边将水样交由检测人员检测。

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