CN115615761B - 一种适用于寒冷地区小微水体水质检测的取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水质检测技术领域，具体涉及一种适用于寒冷地区小微水体水质检测的取样装置及方法，该取样装置包括载具、淤泥取样机构、水体取样机构、冰层取样机构和抽吸泵，载具安装在小微水体中心区域处，载具包括固定套、活动管、锚固底板和锚固杆；淤泥取样机构用于对淤泥层进行取样；水体取样机构用于对未冻结水体层进行取样；冰层取样机构用于对冻结形成的冰层进行取样；抽吸泵的输入端通过四通阀分别与淤泥取样机构、水体取样机构、冰层取样机构的送样管相连通，抽吸泵的输出管作为排样管。本发明提供的水质检测取样装置适用于寒冷地区小微水体水质检测，可以同时获取冰样、水样以及淤泥样，提高检测结果的可靠性。

Description

一种适用于寒冷地区小微水体水质检测的取样装置及方法

技术领域

本发明属于水质检测技术领域，具体涉及一种适用于寒冷地区小微水体水质检测的取样装置及方法。

背景技术

所谓小微水体，指的是分布在城市乡村的沟、渠、溪、塘等，特点是流动性差、自净化弱、规模小、数量多。为此，全面建立县、乡、村三级小微水体河湖长体系非常有必要，具体是在现有河湖长制组织体系范围内，合理设立小微水体河湖长，明确河湖长职责。县级总河湖长对所辖区域小微水体治理管护负总责，统筹协调小微水体治理管护工作；县级河湖长是小微水体治理管护第一责任人，协调解决管护中的重大问题、突出问题；乡级河湖长对辖区内小微水体治理管护负直接责任，负责管护具体工作；村级河湖长组织小微水体日常保洁工作，做好日常巡查，及时处置发现问题。

水质检测作为小微水体环境保护治理的一项重要数据来源，能有效反应水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质情况，通过分析所采集水样的悬浮物、pH值、氨氮、溶解氧、透明度等数值，能及时得知水质情况变化并作出有效整治措施。

传统水质检测取样装置在使用过程中存在不足之处，一是传统水质检测取样装置不适用于寒冷地区小微水体水质检测，寒冷地区中小微水体易出现结冰，传统水质检测取样装置无法同时获取位于上层的冰样、位于中层的水样以及位于下层的淤泥样，导致检测结果的可靠性较差，不够全面；二是传统水质检测取样装置的取样点大都设置在小微水体岸边，不能在小微水体更具代表性的中心区域取样。因此，需要对传统的水质检测取样装置进行优化改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种适用于寒冷地区小微水体水质检测的取样装置及方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

本发明提供一种适用于寒冷地区小微水体水质检测的取样装置，包括：

载具，所述载具安装在小微水体中心区域处，所述载具包括固定套、活动管、锚固底板和锚固杆，所述固定套共有两根，且底端共同固定有锚固底板，所述锚固底板通过锚固杆固定于地基中，所述固定套中滑动限制有能够升降的活动管；

淤泥取样机构，所述淤泥取样机构用于对淤泥层进行取样，所述淤泥取样机构安装在固定套靠近锚固底板处；

水体取样机构，所述水体取样机构用于对未冻结水体层进行取样，所述水体取样机构包括用于提供浮力的浮体组件和水体取样管，所述浮体组件安装在活动管上，所述水体取样管安装在浮体组件上；

冰层取样机构，所述冰层取样机构用于对冻结形成的冰层进行取样，所述冰层取样机构安装在活动管上，且冰层取样机构位于水体取样机构的上方；

抽吸泵，所述抽吸泵的输入端通过四通阀分别与淤泥取样机构、水体取样机构、冰层取样机构的送样管相连通，所述抽吸泵的输出管作为排样管。

进一步地，上述取样装置中，所述淤泥取样机构包括第一连接板、第一安装底板、第一安装顶板、第一导向杆、第一升降丝杆、第一升降电机、第一活动板、淤泥取样管、第一取样电机和第一送样管，所述第一安装底板、第一安装顶板分别通过第一连接板安装在固定套上，所述第一安装底板、第一安装顶板之间固定有贯穿第一活动板的第一导向杆，所述第一安装底板、第一安装顶板之间转动支撑有由第一升降电机带动旋转的第一升降丝杆，所述第一活动板上开设有与第一升降丝杆配合的第一丝杆槽，所述第一活动板上安装有淤泥取样管和第一取样电机，所述淤泥取样管贯穿第一安装底板，所述淤泥取样管的内部设有能够由第一取样电机带动旋转的取样螺叶，所述淤泥取样管的顶部外侧接通有第一送样管。

进一步地，上述取样装置中，所述冰层取样机构包括第二连接板、第二安装底板、第二安装顶板、第二导向杆、第二升降丝杆、第二升降电机、第二活动板、冰层取样管、第二取样电机和第二送样管，所述第二安装底板、第二安装顶板分别通过第二连接板固定安装在活动管上，所述第二安装底板、第二安装顶板之间固定有贯穿第二活动板的第二导向杆，所述第二安装底板、第二安装顶板之间转动支撑有由第二升降电机带动旋转的第二升降丝杆，所述第二活动板上开设有与第二升降丝杆配合的第二丝杆槽，所述第二活动板上安装有冰层取样管和第二取样电机，所述冰层取样管贯穿第二安装底板，所述冰层取样管的内部设有能够由第二取样电机带动旋转的钻样螺叶，所述冰层取样管的顶部外侧接通有第二送样管。

进一步地，上述取样装置中，所述浮体组件包括固定浮体组件和可调浮体组件。

进一步地，上述取样装置中，所述固定浮体组件包括第一夹持板、第二夹持板和块状浮体，所述第一夹持板、第二夹持板之间夹持固定有块状浮体，所述第一夹持板、第二夹持板各自设有两个套设固定在活动管外侧的连接环部，所述水体取样管嵌入固定在第一夹持板、第二夹持板之间，所述水体取样管的下端为水体取样口，上端连通有第三送样管。

进一步地，上述取样装置中，所述可调浮体组件包括第三夹持板、气囊浮体、充放气管和充放气泵，所述第三夹持板对称固定在第二夹持板的下侧，所述第三夹持板之间安装有气囊浮体，所述气囊浮体通过充放气管与充放气泵连接，所述充放气泵安装在第二连接板上。

进一步地，上述取样装置中，所述充放气管的部分管体预埋在邻近的活动管内。

进一步地，上述取样装置中，所述载具位于活动管的顶部还安装有控制器和摄像头，所述第一升降电机、第一取样电机、第二升降电机、第二取样电机、抽吸泵、充放气泵、摄像头分别与控制器连接，所述控制器通过无线收发模块与远程后台终端进行通信。

进一步地，上述取样装置中，两个所述活动管位于排样管的下方共同安装有取样无人机降落平台，所述无人机降落平台用于停放取样无人机，所述取样无人机上集成安装有三个便于接取样品的接样斗。

本实施例还提供基于上述取样装置的取样方法，包括如下步骤：

1）取样人员操控集成安装有三个接样斗的取样无人机停至排样管的下方，三个接样斗分别作为淤泥接样斗、水体接样斗和冰层接样斗；

2）微调取样无人机的位置，使其上的淤泥接样斗处于接样位置，淤泥取样机构和抽吸泵工作，将淤泥样品送入淤泥接样斗；

3）微调取样无人机的位置，使其上的水体接样斗处于接样位置，水体取样机构和抽吸泵工作，将水体样品送入水体接样斗；

4）微调取样无人机的位置，使其上的冰层接样斗处于接样位置，冰层取样机构和抽吸泵工作，将冰层样品送入冰层接样斗；

5）取样人员操控取样无人机将样品运回。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的水质检测取样装置适用于寒冷地区小微水体水质检测，针对寒冷地区中小微水体易出现结冰，本发明水质检测取样装置可以同时获取位于上层的冰样、位于中层的水样以及位于下层的淤泥样，提高检测结果的可靠性。

2、本发明提供的水质检测取样装置安装在小微水体的中心区域，样品具有较好的代表性；考虑到小微水体的流动性差特点，设计不易晃动的组合杆型载具，载具上安装有分布合理的淤泥取样机构、水体取样机构、冰层取样机构和抽吸泵，其中水体取样机构中的浮体组件其浮力可调节，进而保障冰层取样机构在水体结冰前外露。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的使用状态示意图；

图2为本发明一种角度的立体结构示意图；

图3为本发明另一种角度的立体结构示意图；

图4为本发明中淤泥取样机构的立体结构示意图；

图5为本发明中水体取样机构的立体结构示意图；

图6为本发明中水体取样机构的主视结构示意图；

图7为本发明中冰层取样机构的立体结构示意图；

图8为本发明中相关电学部件的连接框图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-固定套，2-活动管，3-锚固底板，4-淤泥取样机构，401-第一连接板，402-第一安装底板，403-第一安装顶板，404-第一导向杆，405-第一升降丝杆，406-第一升降电机，407-第一活动板，408-淤泥取样管，409-第一取样电机，410-第一送样管，5-水体取样机构，501-第一夹持板，502-第二夹持板，503-第三夹持板，504-块状浮体，505-气囊浮体，506-充放气管，507-充放气泵，508-连接环部，509-水体取样管，510-第三送样管，6-冰层取样机构，601-第二连接板，602-第二安装底板，603-第二安装顶板，604-第二导向杆，605-第二升降丝杆，606-第二升降电机，607-第二活动板，608-冰层取样管，609-第二取样电机，610-第二送样管，7-抽吸泵，8-控制器，9-无线收发模块，10-摄像头，11-淤泥层，12-未冻结水体层，13-冰层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图8所示，本实施例为一种适用于寒冷地区小微水体水质检测的取样装置，包括载具、淤泥取样机构4、水体取样机构5、冰层取样机构6和抽吸泵7。抽吸泵7的输入端通过四通阀分别与淤泥取样机构4、水体取样机构5、冰层取样机构6的送样管相连通，抽吸泵7的输出管作为排样管。

本实施例中，载具安装在小微水体中心区域处，载具包括固定套1、活动管2、锚固底板3和锚固杆。固定套1共有两根，且底端共同固定有锚固底板3，锚固底板3通过锚固杆固定于地基中，固定套1中滑动限制有能够升降的活动管2。

本实施例中，淤泥取样机构4用于对淤泥层11进行取样，淤泥取样机构4安装在固定套1靠近锚固底板3处。淤泥取样机构4包括第一连接板401、第一安装底板402、第一安装顶板403、第一导向杆404、第一升降丝杆405、第一升降电机406、第一活动板407、淤泥取样管408、第一取样电机409和第一送样管410。第一安装底板402、第一安装顶板403分别通过第一连接板401安装在固定套1上，第一安装底板402、第一安装顶板403之间固定有贯穿第一活动板407的第一导向杆404。第一安装底板402、第一安装顶板403之间转动支撑有由第一升降电机406带动旋转的第一升降丝杆405，第一活动板407上开设有与第一升降丝杆405配合的第一丝杆槽。第一活动板407上安装有淤泥取样管408和第一取样电机409，淤泥取样管408贯穿第一安装底板402，淤泥取样管408的内部设有能够由第一取样电机409带动旋转的取样螺叶，淤泥取样管408的顶部外侧接通有第一送样管410。

本实施例中，冰层取样机构6用于对冻结形成的冰层13进行取样，冰层取样机构6安装在活动管2上，且冰层取样机构6位于水体取样机构5的上方。冰层取样机构6包括第二连接板601、第二安装底板602、第二安装顶板603、第二导向杆604、第二升降丝杆605、第二升降电机606、第二活动板607、冰层取样管608、第二取样电机609和第二送样管610。第二安装底板602、第二安装顶板603分别通过第二连接板601固定安装在活动管2上，第二安装底板602、第二安装顶板603之间固定有贯穿第二活动板的第二导向杆604，第二安装底板602、第二安装顶板603之间转动支撑有由第二升降电机606带动旋转的第二升降丝杆605，第二活动板607上开设有与第二升降丝杆605配合的第二丝杆槽，第二活动板607上安装有冰层取样管608和第二取样电机609，冰层取样管608贯穿第二安装底板602，冰层取样管608的内部设有能够由第二取样电机609带动旋转的钻样螺叶，冰层取样管608的顶部外侧接通有第二送样管610。

本实施例中，水体取样机构5用于对未冻结水体层12进行取样，水体取样机构5包括用于提供浮力的浮体组件和水体取样管509。浮体组件安装在活动管2上，水体取样管509安装在浮体组件上。浮体组件包括固定浮体组件和可调浮体组件。固定浮体组件包括第一夹持板501、第二夹持板502和块状浮体504，第一夹持板501、第二夹持板502之间夹持固定有块状浮体504，块状浮体504由泡沫材料制成。第一夹持板501、第二夹持板502各自设有两个套设固定在活动管2外侧的连接环部508，水体取样管509嵌入固定在第一夹持板501、第二夹持板502之间，水体取样管509的下端为水体取样口，上端连通有第三送样管510。可调浮体组件包括第三夹持板503、气囊浮体505、充放气管506和充放气泵507，第三夹持板503对称固定在第二夹持板502的下侧，第三夹持板503之间安装有气囊浮体505，气囊浮体505通过充放气管506与充放气泵507连接，充放气泵507安装在第二连接板601上。充放气管506的部分管体预埋在邻近的活动管2内。

本实施例中，载具位于活动管2的顶部还安装有控制器8和摄像头10，第一升降电机406、第一取样电机409、第二升降电机706、第二取样电机709、抽吸泵7、充放气泵507、摄像头10分别与控制器8连接，控制器8通过无线收发模块9与远程后台终端进行通信。当淤泥取样机构需要工作时，控制器8控制第一升降电机406、第一取样电机409同时工作、实现淤泥取样操作。当冰层取样机构需要工作时，控制器8控制第二升降电机706、第二取样电机709同时工作、实现冰层取样操作。充放气泵507用于调节气囊浮体505的体积大小。摄像头10的设计，一方面便于远程后台终端实时查看所监控小微水体的状况，另一方面便于微调取样无人机的位置。

本实施例中，两个活动管2位于排样管的下方共同安装有取样无人机降落平台（为了简化附图，图中未示意），无人机降落平台用于停放取样无人机，取样无人机上集成安装有三个便于接取样品的接样斗。

本实施例还提供上述取样装置的取样方法，包括如下步骤：

1）取样人员操控集成安装有三个接样斗的取样无人机停至排样管的下方，三个接样斗分别作为淤泥接样斗、水体接样斗和冰层接样斗；

2）微调取样无人机的位置，使其上的淤泥接样斗处于接样位置，淤泥取样机构4和抽吸泵7工作，将淤泥样品送入淤泥接样斗；

淤泥取样机构4的工作原理为：第一升降电机406带动第一升降丝杆405旋转，第一升降丝杆405上的第一活动板407在第一导向杆404的导向作用下竖向下移，第一活动板407上固定安装的淤泥取样管408和第一取样电机409也随之下移，第一取样电机409带动淤泥取样管408内的取样螺叶旋转，取样螺叶将淤泥提升至淤泥取样管408的顶部，抽吸泵7为第一送样管410提供吸力，第一送样管410将淤泥样品吸出，而后送入淤泥接样斗。

3）微调取样无人机的位置，使其上的水体接样斗处于接样位置，水体取样机构5和抽吸泵7工作，将水体样品送入水体接样斗；

水体取样机构5的工作原理为：第一次安装时，根据实际情况利用充放气泵507对气囊浮体505进行充放气，从而实现整体浮力的调节，浮力调节至冰层取样机构6外露在水面上方即可；后续依靠摄像头10实时监测外露情况，及时利用上述方法进行冰层取样机构6外露高度调整。水体取样机构5进行水体取样时，抽吸泵7为第三送样管510提供吸力，第三送样管510将水样吸出，而后送入水体接样斗。

4）微调取样无人机的位置，使其上的冰层接样斗处于接样位置，冰层取样机构6和抽吸泵7工作，将冰层样品送入冰层接样斗；

冰层取样机构6的工作原理为：第二升降电机606带动第二升降丝杆605旋转，第二升降丝杆605上的第二活动板607在第二导向杆604的导向作用下竖向下移，第二活动板607、上固定安装的冰层取样管608和第二取样电机609也随之下移，第二取样电机609带动冰层取样管608内的钻样螺叶旋转，钻样螺叶将打碎的冰层样品提升至冰层取样管608的顶部，抽吸泵7为第二送样管610提供吸力，第二送样管610将打碎的冰层样品吸出，而后送入冰层接样斗。

5）取样人员操控取样无人机将样品运回。

以上公开的本发明优选实施例只是利于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种适用于寒冷地区小微水体水质检测的取样装置，其特征在于，包括：

载具，所述载具安装在小微水体中心区域处，所述载具包括固定套、活动管、锚固底板和锚固杆，所述固定套共有两根，且底端共同固定有锚固底板，所述锚固底板通过锚固杆固定于地基中，所述固定套中滑动限制有能够升降的活动管；

淤泥取样机构，所述淤泥取样机构用于对淤泥层进行取样，所述淤泥取样机构安装在固定套靠近锚固底板处；

水体取样机构，所述水体取样机构用于对未冻结水体层进行取样，所述水体取样机构包括用于提供浮力的浮体组件和水体取样管，所述浮体组件安装在活动管上，所述水体取样管安装在浮体组件上；

冰层取样机构，所述冰层取样机构用于对冻结形成的冰层进行取样，所述冰层取样机构安装在活动管上，且冰层取样机构位于水体取样机构的上方；

抽吸泵，所述抽吸泵的输入端通过四通阀分别与淤泥取样机构、水体取样机构、冰层取样机构的送样管相连通，所述抽吸泵的输出管作为排样管；

所述淤泥取样机构包括第一连接板、第一安装底板、第一安装顶板、第一导向杆、第一升降丝杆、第一升降电机、第一活动板、淤泥取样管、第一取样电机和第一送样管，所述第一安装底板、第一安装顶板分别通过第一连接板安装在固定套上，所述第一安装底板、第一安装顶板之间固定有贯穿第一活动板的第一导向杆，所述第一安装底板、第一安装顶板之间转动支撑有由第一升降电机带动旋转的第一升降丝杆，所述第一活动板上开设有与第一升降丝杆配合的第一丝杆槽，所述第一活动板上安装有淤泥取样管和第一取样电机，所述淤泥取样管贯穿第一安装底板，所述淤泥取样管的内部设有能够由第一取样电机带动旋转的取样螺叶，所述淤泥取样管的顶部外侧接通有第一送样管；

所述冰层取样机构包括第二连接板、第二安装底板、第二安装顶板、第二导向杆、第二升降丝杆、第二升降电机、第二活动板、冰层取样管、第二取样电机和第二送样管，所述第二安装底板、第二安装顶板分别通过第二连接板固定安装在活动管上，所述第二安装底板、第二安装顶板之间固定有贯穿第二活动板的第二导向杆，所述第二安装底板、第二安装顶板之间转动支撑有由第二升降电机带动旋转的第二升降丝杆，所述第二活动板上开设有与第二升降丝杆配合的第二丝杆槽，所述第二活动板上安装有冰层取样管和第二取样电机，所述冰层取样管贯穿第二安装底板，所述冰层取样管的内部设有能够由第二取样电机带动旋转的钻样螺叶，所述冰层取样管的顶部外侧接通有第二送样管；

所述浮体组件包括固定浮体组件和可调浮体组件；所述固定浮体组件包括第一夹持板、第二夹持板和块状浮体，所述第一夹持板、第二夹持板之间夹持固定有块状浮体，所述第一夹持板、第二夹持板各自设有两个套设固定在活动管外侧的连接环部，所述水体取样管嵌入固定在第一夹持板、第二夹持板之间，所述水体取样管的下端为水体取样口，上端连通有第三送样管；所述可调浮体组件包括第三夹持板、气囊浮体、充放气管和充放气泵，所述第三夹持板对称固定在第二夹持板的下侧，所述第三夹持板之间安装有气囊浮体，所述气囊浮体通过充放气管与充放气泵连接，所述充放气泵安装在第二连接板上。

2.根据权利要求1所述的取样装置，其特征在于：所述充放气管的部分管体预埋在邻近的活动管内。

3.根据权利要求2所述的取样装置，其特征在于：所述载具位于活动管的顶部还安装有控制器和摄像头，所述第一升降电机、第一取样电机、第二升降电机、第二取样电机、抽吸泵、充放气泵、摄像头分别与控制器连接，所述控制器通过无线收发模块与远程后台终端进行通信。

4.根据权利要求3所述的取样装置，其特征在于：两个所述活动管位于排样管的下方共同安装有取样无人机降落平台，所述无人机降落平台用于停放取样无人机，所述取样无人机上集成安装有三个便于接取样品的接样斗。

5.基于权利要求4所述的取样装置的取样方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）取样人员操控集成安装有三个接样斗的取样无人机停至排样管的下方，三个接样斗分别作为淤泥接样斗、水体接样斗和冰层接样斗；

2）微调取样无人机的位置，使其上的淤泥接样斗处于接样位置，淤泥取样机构和抽吸泵工作，将淤泥样品送入淤泥接样斗；

3）微调取样无人机的位置，使其上的水体接样斗处于接样位置，水体取样机构和抽吸泵工作，将水体样品送入水体接样斗；

4）微调取样无人机的位置，使其上的冰层接样斗处于接样位置，冰层取样机构和抽吸泵工作，将冰层样品送入冰层接样斗；

5）取样人员操控取样无人机将样品运回。

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