CN204556326U - 一种大容量自动采水样仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大容量自动采水样仪，包括仪器框体、安装于仪器框体内的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、采样机构以及蠕动泵。通过三轴联动机构，巧妙、方便地对采样机构进行定位，将水样采集到试管中，减小了采水样仪的体积，方便携带外出作业；通过在试管架上形成多个试管放置槽，实现了批量、大容量采集水样，并且在试管表面覆盖硅胶膜能够防止水样蒸发、避免污染，从而提高水文数据分析的精度；采用单片机还可实现智能控制采水样仪，方便灵活调整采集水量及采样时间间隔，无需工作人员实时监控，大大节省了人力，提高了采样效率和分析结果的可靠性。

Description

一种大容量自动采水样仪

技术领域

本实用新型涉及一种采水样仪，具体涉及一种大容量自动采水样仪，能够实现定时定量自动采样；属于水文检测技术领域。

背景技术

针对水文物理机理方面的研究在很大程度上依靠野外水文实验来实现，包括对水样的采集、分析和研究，因此，在水样采集过程中的定时定量多次自动化采集以及水样运输过程中的防污染、防蒸发对水文机理的研究有着至关重要的作用。

现有技术中常用的水样采集装置大多依赖人工操作，也有部分采样仪器实现了对水样的自动采集技术，但是仍存在以下不足：

1、多采用旋转定位方式对采集水样进行定位，这增大了采样装置的体积，且重量较重不利于携带。

2、采样成功后，将水样露空放置于试管中，在户外使用时，容易导致水样的污染及蒸发，影响检测结果的准确性。

3、由于装置空间受限，不能实现定量、定时多次采样，导致水样大小不同，样本数量不足，使得后期的水文数据分析不具代表性。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种大容量自动采水样仪，能够实现方便、准确地定时定量采集水样，操作方便且节省人力。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种大容量自动采水样仪，包括仪器框体、安装于仪器框体内的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、采样机构以及蠕动泵；

所述Z轴移动机构用于驱动采样机构沿Z方向运动，包括：Z轴驱动装置和Z方向导轨，所述采样机构包括：安装于Z方向导轨上的针头支架和固定于针头支架上的工业针头，所述工业针头与蠕动泵通过硅胶管连通；

所述Y轴移动机构包括：Y轴驱动装置和Y方向导轨，所述Z轴移动机构通过Z轴安装平台与Y轴移动机构相连接并且能够在Y方向导轨上运动；

所述X轴移动机构包括：X轴驱动装置和X方向导轨，所述Y轴移动机构通过Y轴安装平台与X轴移动机构相连接并且能够在X方向导轨上运动；

所述仪器框体内位于工业针头下方设有一试管架，试管架上形成有若干试管放置槽。

优选地，前述X轴驱动装置包括：X轴电机、X方向同步轮和X方向同步带，所述Y轴安装平台与X方向同步带相连接，可采用热熔胶将二者粘接在一起，所述X轴电机驱动X方向同步带转动从而带动Y轴安装平台沿X方向导轨运动。

优选地，前述Y轴驱动装置包括：Y轴电机、Y方向同步轮和Y方向同步带，所述Z轴安装平台与Y方向同步带相连接，可采用热熔胶将二者粘接在一起，所述Y轴电机驱动Y方向同步带转动从而带动Z轴安装平台沿Y方向导轨运动。

优选地，前述Z轴驱动装置包括：Z轴电机、Z方向同步带和与Z方向导轨平行设置的丝杆，所述Z轴电机驱动丝杆带动针头支架运动。

具体地，前述试管架上按10*10等间距排布的方式设有100个试管，并且在试管表面覆盖有硅胶膜；硅胶膜具有耐高温、耐腐蚀、抗撕拉性强及成本低廉等特点，防止蒸发性能好，避免水样被污染，提高了后续水样检测的精确性。

进一步地，前述Y轴安装平台中内置一X方向霍尔传感器以控制Y轴移动机构整体在X方向的位移大小。

更进一步地，前述Z轴安装平台中内置一Y方向霍尔传感器以控制Z轴移动机构整体在Y方向的位移大小。

再进一步地，在X方向和Y方向等间隔地设置若干磁钢，磁钢之间的间距与试管放置槽之间的间距相等，合理的间距可选择为3cm。当Y轴安装平台移动到X方向上的磁钢上方时，X方向霍尔传感器向单片机主控芯片输出信号，单片机停止X轴电机，使Y轴移动机构停留在固定位置处；当Z轴安装平台移动到Y方向上的磁钢上方时，Y方向霍尔传感器向单片机主控芯片输出信号，单片机停止Y轴电机，使Z轴移动机构停留在固定位置处；由此，便利地实现了X方向和Y方向的定位。

该大容量自动采水样仪还包括配备有实时时钟芯片的单片机主控芯片，所述单片机主控芯片通过L298N电机驱动模块对X轴电机、Y轴电机及Z轴电机进行驱动，实现电机的双向旋转；同时单片机主控芯片控制蠕动泵的启停和转动方向。单片机主控芯片可采用MSP430F149，实时时钟芯片为DS12877，当到了预设的时刻或者时间间隔时，实时时钟芯片就唤醒单片机主控芯片，控制工业针头移动到下一个试管并启动蠕动泵。当蠕动泵转动圈数达到一定值时（可根据需要采集的水样大小进行设定），停止蠕动泵，抬起针头，并使蠕动泵反转，把泵中剩余的水排出，防止影响下一次采样。

在本实用新型中，采用8000mAh、12V的锂电池对自动采水样仪进行供电。

本实用新型的有益之处在于：本实用新型的自动采水样仪通过三轴联动机构，巧妙、方便地对采样机构进行定位，将水样采集到试管中，减小了采水样仪的体积，方便携带外出作业；另外，还可通过霍尔传感器和磁钢准确控制位移大小，提高定位精度；通过在试管架上形成多个试管放置槽，实现了批量、大容量采集水样，并且在试管表面覆盖硅胶膜能够防止水样蒸发、避免污染，从而提高水文数据分析的精度；采用单片机可实现智能控制采水样仪，方便灵活调整采集水量及采样时间间隔，无需工作人员实时监控，大大节省了人力，提高了采样效率和分析结果的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的一种大容量自动采水样仪的一个优选实施例的立体结构示意图；

图2是图1所示实施例的俯视图；

图3是图1所示实施例的主视图；

图4是图1所示实施例的右视图；

图5是图1所示实施例中Z轴移动机构的立体结构示意图；

图6是图5的主视图。

图中附图标记的含义：1、仪器框体，2、蠕动泵，3、针头支架，4、工业针头，5、X轴电机，6、X方向同步轮，7、X方向同步带，8、X方向导轨，9、Y轴电机，10、Y方向同步轮，11、Y方向同步带，12、Y方向导轨，13、Y轴安装平台，14、Z轴电机，15、Z方向同步带，16、丝杆，17、Z方向导轨，18、Z轴安装平台，19、试管架，20、单片机主控芯片，21、磁钢。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

参见图1至图4，本实用新型的大容量自动采水样仪，包括仪器框体1、安装于仪器框体1内的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、采样机构以及蠕动泵2。通过三轴移动机构的联动配合，巧妙地实现了对采样机构的定位，定位过程简单易实现且定位精确，简化了自动采水样仪的结构，便于携带。

其中，采样机构包括：安装于Z方向导轨17上的针头支架3和固定于针头支架3上的工业针头4，工业针头4与蠕动泵2通过硅胶管连通，蠕动泵2将水样泵入工业针头4从而采集至试管中。Z轴移动机构用于驱动采样机构沿Z方向运动，如图5和图6所示，包括：Z轴驱动装置和Z方向导轨17；Y轴移动机构用于驱动Z轴移动机构整体沿Y方向运动，包括：Y轴驱动装置和Y方向导轨12；X轴移动机构用于驱动Y轴移动机构整体沿X方向运动，包括：X轴驱动装置和X方向导轨8。具体地，Z轴移动机构通过Z轴安装平台18与Y轴移动机构相连接；Y轴移动机构通过Y轴安装平台13与X轴移动机构相连接。

在本实用新型中，是通过直流电机进行三轴移动的。具体地，X轴驱动装置包括：X轴电机5、X方向同步轮6和X方向同步带7， Y轴安装平台13与X方向同步带7相连接，可采用热熔胶将二者粘接在一起，X轴电机5驱动X方向同步带7转动从而带动Y轴安装平台13沿X方向导轨8运动。Y轴驱动装置包括：Y轴电机9、Y方向同步轮10和Y方向同步带11，Z轴安装平台18与Y方向同步带11相连接，可采用热熔胶将二者粘接在一起，Y轴电机9驱动Y方向同步带11转动从而带动Z轴安装平台18沿Y方向导轨12运动。Z轴驱动装置如图5和图6所示，包括：Z轴电机14、Z方向同步带15和与Z方向导轨17平行设置的丝杆16，Z轴电机14驱动丝杆16带动针头支架3运动，使得工业针头4伸入或退出试管。

如图1所示，在仪器框体1内位于工业针头4下方设有一试管架19，试管架19上形成有若干试管放置槽。在本实施例中，试管架19上按10*10等间距排布的方式设有100个试管，并且在试管表面覆盖有硅胶膜。这是因为：硅胶膜具有耐高温、耐腐蚀、抗撕拉性强及成本低廉等特点，防止蒸发性能好，避免水样被污染，能够提高后续水样检测的精确性。

在本实施例中，采用8000mAh、12V的锂电池对自动采水样仪进行供电。为了实现自动化控制，该大容量自动采水样仪还包括配备有实时时钟芯片的单片机主控芯片20，单片机主控芯片20通过L298N电机驱动模块对X轴电机5、Y轴电机9及Z轴电机14进行驱动，实现各电机的双向旋转；同时单片机主控芯片20控制蠕动泵2的启停和转动方向。单片机主控芯片20可采用MSP430F149，实时时钟芯片为DS12877，当到了预设的时刻或者时间间隔时，实时时钟芯片就唤醒单片机主控芯片20，控制工业针头4移动到下一个试管并启动蠕动泵2。当蠕动泵2转动圈数达到一定值时（可根据需要采集的水样大小进行设定），停止蠕动泵2，抬起针头，并使蠕动泵2反转，把泵中剩余的水排出，防止影响下一次采样。

进一步地，为了提高三轴定位的精确性，在Y轴安装平台13中内置一X方向霍尔传感器，在Z轴安装平台18中内置一Y方向霍尔传感器，并且，在X方向和Y方向等间隔地设置若干磁钢21，磁钢21之间的间距与试管放置槽之间的间距相等，较合理的间距为3cm。这样一来，当Y轴安装平台13移动到X方向上的磁钢21上方时，X方向霍尔传感器向单片机主控芯片20输出信号，单片机主控芯片20停止X轴电机5，使Y轴移动机构停留在固定位置处；当Z轴安装平台18移动到Y方向上的磁钢21上方时，Y方向霍尔传感器向单片机主控芯片20输出信号，单片机主控芯片20停止Y轴电机9，使Z轴移动机构停留在固定位置处；由此，便利、精确地实现了X方向和Y方向的定位，并可多次重复进行。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大容量自动采水样仪，其特征在于，包括仪器框体、安装于仪器框体内的X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、采样机构以及蠕动泵；

所述Z轴移动机构用于驱动采样机构沿Z方向运动，包括：Z轴驱动装置和Z方向导轨，所述采样机构包括：安装于Z方向导轨上的针头支架和固定于针头支架上的工业针头，所述工业针头与蠕动泵通过硅胶管连通；

所述Y轴移动机构包括：Y轴驱动装置和Y方向导轨，所述Z轴移动机构通过Z轴安装平台与Y轴移动机构相连接并且能够在Y方向导轨上运动；

所述X轴移动机构包括：X轴驱动装置和X方向导轨，所述Y轴移动机构通过Y轴安装平台与X轴移动机构相连接并且能够在X方向导轨上运动；

所述仪器框体内位于工业针头下方设有一试管架，试管架上形成有若干试管放置槽。

2.根据权利要求1所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，所述X轴驱动装置包括：X轴电机、X方向同步轮和X方向同步带，所述Y轴安装平台与X方向同步带相连接，所述X轴电机驱动X方向同步带转动从而带动Y轴安装平台沿X方向导轨运动。

3.根据权利要求1所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，所述Y轴驱动装置包括：Y轴电机、Y方向同步轮和Y方向同步带，所述Z轴安装平台与Y方向同步带相连接，所述Y轴电机驱动Y方向同步带转动从而带动Z轴安装平台沿Y方向导轨运动。

4.根据权利要求1所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，所述Z轴驱动装置包括：Z轴电机、Z方向同步带和与Z方向导轨平行设置的丝杆，所述Z轴电机驱动丝杆带动针头支架运动。

5.根据权利要求1所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，所述试管架上按10*10等间距排布的方式设有100个试管，并且在试管表面覆盖有硅胶膜。

6.根据权利要求1所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，所述Y轴安装平台中内置一X方向霍尔传感器以控制Y轴移动机构整体在X方向的位移大小。

7.根据权利要求1所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，所述Z轴安装平台中内置一Y方向霍尔传感器以控制Z轴移动机构整体在Y方向的位移大小。

8.根据权利要求6或7所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，在X方向和Y方向等间隔地设置若干磁钢，磁钢之间的间距与试管放置槽之间的间距相等。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，还包括配备有实时时钟芯片的单片机主控芯片，所述单片机主控芯片通过L298N电机驱动模块对X轴电机、Y轴电机及Z轴电机进行驱动，同时单片机主控芯片控制蠕动泵的启停和转动方向。

10.根据权利要求9所述的一种大容量自动采水样仪，其特征在于，采用8000mAh、12V的锂电池进行供电。