CN220982803U - 一种无人艇分层多点海水取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无人艇分层多点海水取样装置，包括卷扬机构、取水管、通信缆、水电转接单元、冲洗组件、取样瓶组、泵吸组件及控制单元，卷扬机构包括卷筒及驱动组件，水电转接单元包括转子法兰罩、空心转轴、定子套筒、静端法兰及电滑环组件，空心转轴设于卷筒内侧。静端法兰通过定子套筒与空心转轴转动密封相连，电滑环组件设在定子套筒与转子法兰罩之间。取水管一端与空心转轴相连，另一端设有CTD配重体。静端法兰与冲洗组件相连，冲洗组件通过取样瓶组与泵吸组件相连。本实用新型取样点深度精确，不受水流干扰，海水进入样品瓶前不需经过泵，消除泵对海水水样影响，高集成优化设计，满足无人艇载荷小型化要求，信号传输稳定。

Description

一种无人艇分层多点海水取样装置

技术领域

本实用新型涉及海洋环境检测技术领域，具体涉及一种无人艇分层多点海水取样装置。

背景技术

采用无人艇进行海洋科学调查已经成为一种重要的手段，尤其是在近岸(10km以内)这种作业模式有着体量小成本低、任务响应机动性强等优势。采用无人艇搭载水文、气象、地球物理设备已逐渐成熟。然后，海水取样目前采用的仍是科考船舶后甲板绞车下放采水器的形式。其主要原因在于采水器体积和重量较大与无人艇载平台任务载荷轻量化要求的冲突，且无法实现无人化作业。

公开号为CN109506985A的中国专利一种用于无人艇的多点分层水样采集系统，包括采样管自动收放模块、气囊式真空采水模块、主控模块以及多个采样瓶；采样管自动收放模块，用于接收到指令后，驱动采样管自动收放模块下放采样管进入水中，并记录采样管下放入水的深度，编码器设置在联轴器上，编码器用于获取联轴器的转动周数，以确定采样管的收放长度。由于水流原因导致采样管斜角不断变化，无法准确的确定实际取样位置水深，导致采取的水样准确性差。

另外，现有的船载水样采集装置的深度测量仪通过电滑环进行信号传输，取水管采用旋转接头的方式与管路连接，电滑环与旋转接头采用分体式结构布置，结构复杂占用空间大，无法满足小型无人艇等无人平台的实际使用需求。另外，采用泵送的方式将海洋下层的海水抽取并进入取样瓶内，采取的水样中含有的浮游物质及内部的成分受到搅动，取样瓶内得到的水样经过搅动后会与实际的下层海水存在差异，导致检测结果存在偏差，准确性大打折扣。因此，现有技术亟待进一步改进和提高。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提出一种无人艇分层多点海水取样装置，解决现有的取样装置对取水位置控制准确度低，电滑环与旋转接头采用分体式结构布置，结构复杂，占用空间大，使用一段时间后旋转接头出现漏水会对电滑环造成破坏，使用可靠性差的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种无人艇分层多点海水取样装置，包括卷扬机构、取水管、通信缆、水电转接单元、冲洗组件、取样瓶组、泵吸组件及控制单元，所述卷扬机构包括卷筒及驱动组件，所述卷筒横向布置，其一端与驱动组件相连，所述水电转接单元设置在卷筒的另一端。

所述水电转接单元包括转子法兰罩、空心转轴、定子套筒、静端法兰及电滑环组件，空心转轴与卷筒同轴相对布置，并通过转子法兰罩固定设于卷筒内侧。

定子套筒设置在空心转轴与转子法兰罩之间，所述电滑环组件设置在定子套筒与转子法兰罩的内壁之间，另外，所述静端法兰通过定子套筒与空心转轴转动密封相连。

取水管设于卷筒的圆周表面上，其一端与空心转轴固定密封相连，取水管的另一端设有CTD配重体，CTD配重体通过电滑环组件与控制单元通讯相连。

所述静端法兰的出水端与冲洗组件的进水端相连相通，冲洗组件通过取样瓶组与泵吸组件相连相通。

进一步地，所述卷筒配置有安装架，卷筒通过安装架能够设置于无人艇上，卷筒的圆周外壁通过轴承与安装架转动配合。

所述驱动组件包括伺服电机、大齿轮和小齿轮，所述大齿轮安装在伺服电机的输出轴上，小齿轮同轴固定在卷筒的一端，且与大齿轮啮合，另外，伺服电机的信号端与控制单元通讯相连。

进一步地，所述取水管采用带骨架的软胶管，所述通信缆固定于取水管的内壁一侧。

所述CTD配重体包括配重块和CTD传感器，所述配重块固定于取水管的另一端外侧，CTD传感器以内嵌的方式固定于配重块上，所述CTD传感器的信号经由通信缆、电滑环组件与控制单元连接。

进一步地，所述转子法兰罩为一端封闭的圆形壳体结构，与卷筒同轴相对布置，转子法兰罩的封闭端通过卡簧与卷筒固定相连，其开口端与卷筒的另一端法兰固定相连。

空心转轴的一端穿过转子法兰罩的封闭端，与转子法兰罩固定相连，能够与转子法兰罩同步转动，取水管的另一端通过位于卷筒上的穿孔进入其内部，与空心转轴的另一端固定密封相连。

进一步地，所述定子套筒为内部具有阶梯孔的圆筒，所述定子套筒与空心转轴同轴相对布置。

定子套筒与空心转轴之间通过沿轴向布置的滚珠轴承和自润滑轴承转动配合，滚珠轴承位于定子套筒靠近转子法兰罩封闭端的一侧。

进一步地，所述定子套筒的内侧设有唇形密封圈，唇形密封圈位于滚珠轴承和自润滑轴承之间，唇形密封圈与滚珠轴承之间设有密封填料一。

所述自润滑轴承与静端法兰之间沿轴向设有环形挡板和密封填料二，环形挡板位于密封填料二与自润滑轴承之间，所述密封填料二与静端法兰的端面之间设有压紧板和密封垫片。

所述静端法兰的一端嵌入定子套筒内侧并与其螺栓密封相连，压紧板的一侧顶紧于密封填料二的侧壁上，密封垫片的内壁与空心转轴的圆周外壁贴合。

进一步地，所述电滑环组件包括转子绝缘套、电刷、定子绝缘套及导电金属环，所述转子绝缘套设于转子法兰罩的圆周内壁上，定子绝缘套固定嵌设于定子套筒外侧，与转子绝缘套之间具有环形间隙。

转子绝缘套的内壁上具有沿其轴向间隔布置的多个所述电刷，通信缆的另一端穿出空心转轴，其芯线分别与各所述电刷相连。

定子绝缘套外侧设有与电刷数量相等且位置一一对应的导电金属环，各电刷分别与对应的导电金属环保持接触，各导电金属环通过另一根通信缆与控制单元电连接。

进一步地，所述冲洗组件包括进水主管、冲洗泵及可调式节流阀，进水主管的一端与静端法兰的端部相连相通，冲洗泵的进水口通过所述可调式节流阀连接于进水主管的另一端，可调式节流阀的信号端与控制单元通讯相连。

进一步地，所述取样瓶组包括瓶架及设于瓶架上的多个取样瓶，每个取样瓶的瓶口均配置有胶塞，取样瓶内设有液位传感器，所述液位传感器与控制单元通讯相连。

各取样瓶分别配置有一个进水支管与一个出水支管，取样瓶通过进水支管与进水主管相连相通，各进水支管和出水支管上均配置有一个二通电磁阀，所述二通电磁阀的信号端与控制单元通讯相连。

进一步地，所述泵吸组件包括出水主管和取样泵，所述出水主管的一端封闭，另一端连接所述取样泵的进水口，各取样瓶分别通过出水支管与出水主管相连相通。

通过采用上述技术方案，本实用新型的有益技术效果是：本实用新型结构设计合理，海水取样深度控制精度高，稳定性好，海水取样不受水流的干扰，水电转接单元采用高集成优化设计，体积小，满足无人艇载荷小型化要求，可靠性大幅提高，保证信号稳定传输。

附图说明

图1是本实用新型一种无人艇分层多点海水取样装置的结构原理示意图。

图2是实用新型某一部分的放大图，示出的是水电转接单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

结合图1和图2，一种无人艇分层多点海水取样装置，包括卷扬机构、取水管11、通信缆12、水电转接单元8、冲洗组件5、取样瓶组6、泵吸组件7及控制单元，所述卷扬机构包括卷筒1及驱动组件，所述卷筒1配置有安装架，卷筒1通过安装架横向设置于无人艇上，卷筒1的圆周外壁通过轴承与安装架转动配合，卷筒1可相对于安装架及无人艇水平转动。所述控制单元包括控制器及可充电蓄电池，所述控制器采用现有技术已有的PLC控制器，对无人艇分层多点海水取样装置的用电部件进行程序控制，根据设定的程序进行海水自动取样。

卷筒1的左端与驱动组件相连，所述水电转接单元8设置在卷筒1的右端内侧。所述驱动组件包括伺服电机、大齿轮和小齿轮，所述大齿轮安装在伺服电机的输出轴上，伺服电机通过电机支架固定于无人艇上，并由可充电蓄电池为其供电，所述伺服电机的信号端与PLC控制器的端口通讯相连。所述小齿轮同轴固定在卷筒1的一端，小齿轮与大齿轮啮合，伺服电机通过齿轮传动的方式驱动卷筒1转动，另外，PLC控制器通过信号控制伺服电机输出轴的转动方向、转速及角度，进而实现对卷筒1转动的精确控制。

取水管11的主体部分规则缠绕于卷筒1的圆周表面上，取水管11的一端伸至卷筒1内部与空心转轴22固定密封相连。卷筒1的一侧设置有管路导向器，取水管11的另一端离开卷筒1的圆周表面搭设在管路导向器的移动块上并下垂，取水管11的另一端设有CTD配重体13，CTD配重体13的重力作用使取水管11呈竖直状态，CTD配重体13通过电滑环组件与控制单元通讯相连。具体地，所述取水管11采用带骨架的软胶管，所述通信缆12固定于取水管11的内壁一侧。

所述CTD配重体13包括配重块和CTD传感器，所述配重块固定于取水管11的另一端外侧，取水管11的另一端内嵌有金属支撑环，配重块通过卡箍与取水管11固定相连，CTD传感器以内嵌的方式固定于配重块上，所述CTD传感器的信号端经由通信缆12、电滑环组件与PLC控制器通信连接，CTD传感器可将采集的水深数据实时传输至PLC控制器，PLC控制器通过CTD传感器的数据控制卷筒1转动，实现取水管11的另一端端口到达设定的深度位置，并根据实际情况进行调整。

所述水电转接单元8包括转子法兰罩21、空心转轴22、定子套筒23、静端法兰24及电滑环组件，空心转轴22与卷筒1同轴相对布置，并通过转子法兰罩21固定设于卷筒1内侧。所述转子法兰罩21为一端封闭的圆形壳体结构，转子法兰罩21的另一端外侧固定设置有法兰盘，转子法兰罩21与卷筒1同轴相对布置，通过其端部的法兰盘与卷筒1的另一端固定相连。转子法兰罩21的封闭端通过卡簧211与卷筒1固定相连，卷筒1带动转子法兰罩21与其同步转动。

空心转轴22的一端穿过转子法兰罩21的封闭端，空心转轴22的外壁与转子法兰罩21的封闭端固定焊接成一体，空心转轴22与转子法兰罩21随卷筒1同步转动，取水管11的另一端通过位于卷筒1上的穿孔进入其内部，与空心转轴22的另一端固定密封相连。工作状态下，海水通过取水管11的下端口进入空心转轴22的内部，再经过静端法兰24进入进水主管51。

定子套筒23设置在空心转轴22与转子法兰罩21之间，所述定子套筒23为内部具有阶梯孔的圆筒，所述定子套筒23与空心转轴22同轴相对布置。定子套筒23与空心转轴22之间通过沿轴向布置的滚珠轴承31和自润滑轴承32转动配合，滚珠轴承31位于定子套筒23靠近转子法兰罩21封闭端的一侧，滚珠轴承31和自润滑轴承32实现空心转轴22与定子套筒23之间的转动配合，保持空心转轴22与定子套筒23之间的同轴度。

所述定子套筒23的内侧设有唇形密封圈33，唇形密封圈33位于滚珠轴承31和自润滑轴承32之间，唇形密封圈33与滚珠轴承31之间设有密封填料一34。

所述自润滑轴承32与静端法兰24之间沿轴向设有环形挡板35和密封填料二36，环形挡板35位于密封填料二36与自润滑轴承32之间，所述密封填料一34和密封填料二36均采用现有技术已有的密封填料，靠压紧板37产生压紧力，从而压紧填料，迫使填料压紧在定子套筒23的阶梯孔的内侧端面上，产生密封效果的径向力，因而起密封作用。

所述密封填料二36与静端法兰24的端面之间设有压紧板37和密封垫片38，所述静端法兰24的一端嵌入定子套筒23内侧并与其螺栓密封相连，压紧板37的一侧顶紧于密封填料二36的侧壁上，密封垫片38的内壁与空心转轴22的圆周外壁贴合。空心转轴22内的海水进入静端法兰24过程中，由于密封垫片38、密封填料二36和密封填料一34的密封作用，海水无法通过定子套筒23与空心转轴22之间的空隙到达电滑环组件的位置，避免海水泄漏。

所述电滑环组件设置在定子套筒23与转子法兰罩21的内壁之间，另外，所述静端法兰24通过定子套筒23与空心转轴22转动密封相连。所述电滑环组件包括转子绝缘套41、电刷42、定子绝缘套43及导电金属环44，所述转子绝缘套41设于转子法兰罩21的圆周内壁上，定子绝缘套43固定嵌设于定子套筒23外侧，与转子绝缘套41之间具有环形间隙。

转子绝缘套41的内壁上具有沿其轴向间隔布置的多个所述电刷42，通信缆12的另一端穿过位于空心转轴22侧壁的斜孔221伸至其外部，通信缆12的外壁与斜孔221的内壁固定密封相连，通信缆12的芯线分别与各所述电刷42相连。定子绝缘套43外侧设有与电刷42数量相等且位置一一对应的导电金属环44，各电刷42分别与对应的导电金属环44保持接触，各导电金属环44通过另一根通信缆与控制单元电连接。

具体地，定子绝缘套43的圆周外壁具有沿其轴向间隔布置的多个环形槽，环形槽的横截面为半圆形，导电金属环44固定嵌设在环形槽的内壁上，各所述导电金属环44分别与另一根通信缆的各芯线分别电连接，电刷42的端部始终位于对应的环形槽内并且与导电金属环44保持接触状态，取水管11内的通信缆12通过电滑环组件与另一通信缆12保持电连接，确保CTD传感器与控制器之间保持信号畅通，传导数据。

所述静端法兰24的出水端与冲洗组件5的进水端相连相通，冲洗组件5通过取样瓶组6与泵吸组件7相连相通。

具体地，所述冲洗组件5包括进水主管51、冲洗泵52及可调式节流阀53，进水主管51的一端通过密封接头与静端法兰24的端部相连相通，冲洗泵52的进水口通过所述可调式节流阀53连接于进水主管51的另一端，可调式节流阀53的信号端与控制器通讯相连。取水管11的下端入水后在下降过程中，海水进入取水管11内，取水管11的下端到达设定深度后，卷筒1停止转动。控制器通过指令控制可调式节流阀53打开，冲洗泵52开始工作抽水，将之前进入取水管11的海水排出并冲洗进水主管51。此后，可调式节流阀53关闭，冲洗泵52停止工作，取水管11、空心转轴22及进水主管51内的海水为设定深度的海水。

所述取样瓶组6包括瓶架61及设于瓶架上的六个取样瓶62，每个取样瓶62的瓶口均配置有胶塞，取样瓶62内设有液位传感器，所述液位传感器与控制器通讯相连。各取样瓶62分别配置有一个进水支管63与一个出水支管64，取样瓶62通过进水支管63与进水主管51相连相通，各进水支管63和出水支管64上均配置有一个二通电磁阀65，所述二通电磁阀65的信号端与控制器通讯相连，出水支管64的下端口位于液位传感器的上方。所述泵吸组件7包括出水主管71和取样泵72，所述出水主管71的一端封闭，另一端连接所述取样泵72的进水口，各取样瓶62分别通过出水支管64与出水主管71相连相通。

冲洗完成后，控制器通过指令控制预定取样瓶对应的进水支管63和出水支管64上的二通电磁阀65打开，之后，取样泵72开始工作，取样瓶内部再负压状态下，将海水经过进水支管63进入取样瓶，液位传感器确定取样瓶内海水充满后，发送指令给控制器，二通电磁阀65关闭，之后，取样泵72停止工作，该取样瓶完成海水取样。下一位次的取样瓶取样前，取水管11的下端调整到对应的设定深度后，先进行管路冲洗，再以上述的方式完成对应取样瓶取样，其余各取样瓶均采用上述操作。

本实用新型中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，包括卷扬机构、取水管、通信缆、水电转接单元、冲洗组件、取样瓶组、泵吸组件及控制单元，所述卷扬机构包括卷筒及驱动组件，所述卷筒横向布置，其一端与驱动组件相连，所述水电转接单元设置在卷筒的另一端；

所述水电转接单元包括转子法兰罩、空心转轴、定子套筒、静端法兰及电滑环组件，空心转轴与卷筒同轴相对布置，并通过转子法兰罩固定设于卷筒内侧；

定子套筒设置在空心转轴与转子法兰罩之间，所述电滑环组件设置在定子套筒与转子法兰罩的内壁之间，另外，所述静端法兰通过定子套筒与空心转轴转动密封相连；

取水管设于卷筒的圆周表面上，其一端与空心转轴固定密封相连，取水管的另一端设有CTD配重体，CTD配重体通过电滑环组件与控制单元通讯相连；

所述静端法兰的出水端与冲洗组件的进水端相连相通，冲洗组件通过取样瓶组与泵吸组件相连相通。

2.根据权利要求1所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述卷筒配置有安装架，卷筒通过安装架能够设置于无人艇上，卷筒的圆周外壁通过轴承与安装架转动配合；

所述驱动组件包括伺服电机、大齿轮和小齿轮，所述大齿轮安装在伺服电机的输出轴上，小齿轮同轴固定在卷筒的一端，且与大齿轮啮合，另外，伺服电机的信号端与控制单元通讯相连。

3.根据权利要求1所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述取水管采用带骨架的软胶管，所述通信缆固定于取水管的内壁一侧；

所述CTD配重体包括配重块和CTD传感器，所述配重块固定于取水管的另一端外侧，CTD传感器以内嵌的方式固定于配重块上，所述CTD传感器的信号经由通信缆、电滑环组件与控制单元连接。

4.根据权利要求1所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述转子法兰罩为一端封闭的圆形壳体结构，与卷筒同轴相对布置，转子法兰罩的封闭端通过卡簧与卷筒固定相连，其开口端与卷筒的另一端法兰固定相连；

空心转轴的一端穿过转子法兰罩的封闭端，与转子法兰罩固定相连，能够与转子法兰罩同步转动，取水管的另一端通过位于卷筒上的穿孔进入其内部，与空心转轴的另一端固定密封相连。

5.根据权利要求1所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述定子套筒为内部具有阶梯孔的圆筒，所述定子套筒与空心转轴同轴相对布置；

定子套筒与空心转轴之间通过沿轴向布置的滚珠轴承和自润滑轴承转动配合，滚珠轴承位于定子套筒靠近转子法兰罩封闭端的一侧。

6.根据权利要求5所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述定子套筒的内侧设有唇形密封圈，唇形密封圈位于滚珠轴承和自润滑轴承之间，唇形密封圈与滚珠轴承之间设有密封填料一；

所述自润滑轴承与静端法兰之间沿轴向设有环形挡板和密封填料二，环形挡板位于密封填料二与自润滑轴承之间，所述密封填料二与静端法兰的端面之间设有压紧板和密封垫片；

所述静端法兰的一端嵌入定子套筒内侧并与其螺栓密封相连，压紧板的一侧顶紧于密封填料二的侧壁上，密封垫片的内壁与空心转轴的圆周外壁贴合。

7.根据权利要求3所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述电滑环组件包括转子绝缘套、电刷、定子绝缘套及导电金属环，所述转子绝缘套设于转子法兰罩的圆周内壁上，定子绝缘套固定嵌设于定子套筒外侧，与转子绝缘套之间具有环形间隙；

转子绝缘套的内壁上具有沿其轴向间隔布置的多个所述电刷，通信缆的另一端穿出空心转轴，其芯线分别与各所述电刷相连；

定子绝缘套外侧设有与电刷数量相等且位置一一对应的导电金属环，各电刷分别与对应的导电金属环保持接触，各导电金属环通过另一根通信缆与控制单元电连接。

8.根据权利要求1所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述冲洗组件包括进水主管、冲洗泵及可调式节流阀，进水主管的一端与静端法兰的端部相连相通，冲洗泵的进水口通过所述可调式节流阀连接于进水主管的另一端，可调式节流阀的信号端与控制单元通讯相连。

9.根据权利要求8所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述取样瓶组包括瓶架及设于瓶架上的多个取样瓶，每个取样瓶的瓶口均配置有胶塞，取样瓶内设有液位传感器，所述液位传感器与控制单元通讯相连；

各取样瓶分别配置有一个进水支管与一个出水支管，取样瓶通过进水支管与进水主管相连相通，各进水支管和出水支管上均配置有一个二通电磁阀，所述二通电磁阀的信号端与控制单元通讯相连。

10.根据权利要求9所述一种无人艇分层多点海水取样装置，其特征在于，所述泵吸组件包括出水主管和取样泵，所述出水主管的一端封闭，另一端连接所述取样泵的进水口，各取样瓶分别通过出水支管与出水主管相连相通。