水质自动采样器及其工作方法与流程

本发明涉及水质监测领域，特别涉及一种采用旋转定位装置和轴向定位装置进行三维定位的水质自动采样器及工作方法。

背景技术：

在水质监测领域，水质采样器将水样采集至混匀桶后，需要对水样进行留样分析，而留样单元中通常并列设有多个留样瓶，目前常通过步进电机对留样瓶进行直线定位，但该定位方式非常容易丢步，导致定位偏差，使得水样不能准确进入留样瓶中。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、定位准确，同时实现旋转定位和轴向定位的水质自动采样器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种水质自动采样器，所述水质采样器包括：

旋转定位装置，所述旋转定位装置包括动力机构和定位机构，所述动力机构包括：第一电机、第一同步带轮和第一同步带；所述定位机构进一步包括：

固定块；

旋转轴承，所述旋转轴承设置在固定块上；

第一同步惰轮，所述第一同步惰轮与所述第一同步带轮通过所述第一同步带相连，在所述第一电机的带动下运动；所述旋转轴承嵌在所述第一同步惰轮内；

定位码盘，所述定位码盘上设有狭缝，所述狭缝的位置与放置在所述旋转定位装置上的至少二个留样瓶一一对应；所述狭缝包括特征狭缝和普通狭缝，所述特征狭缝有且仅有一个，用于确定所述定位码盘的初始位置；

光电开关，所述光电开关固定在所述固定块上，光电开关的信号检测区域位于所述定位码盘的边缘，所述定位码盘在所述第一同步惰轮的带动下旋转，通过所述光电开关对所述狭缝进行定位和计数，从而对所述至少二个留样瓶精确定位。

根据上述的水质自动采样器，优选地，所述特征狭缝的宽度大于所述普通狭缝的宽度。

根据上述的水质自动采样器，可选地，所述光电开关为一个或二个。

根据上述的水质自动采样器，优选地，所述水质采样器进一步包括：

轴向定位装置，所述轴向定位装置设置在所述旋转定位装置上方，包括：

第二电机、第二同步带轮、第二同步带和第二同步惰轮；

滑台，所述滑台为滑块的移动轨道，滑台上设有留样位、排空位和清洗位；

滑块，所述滑块与所述第二同步带固定连接，所述第二同步带在所述第二电机的带动下使得所述滑块在滑台上移动，进而带动固定在所述滑块上的留样管和清洗管上下移动；

上、下限位开关，所述上、下限位开关固定在所述滑台上，用于限制所述滑块的移动区域。

根据上述的水质自动采样器，优选地，所述滑块上还固定有固定管，用于固定所述留样管和清洗管，便于留样管和清洗管进入留样瓶。

根据上述的水质自动采样器，优选地，在所述留样管设有支路，所述支路为排空管。

根据上述的水质自动采样器，优选地，所述留样位与清洗位为同一个位置。

根据上述的水质自动采样器，可选地，所述排空位设置在下限位开关处。

本发明还提供一种上述水质自动采样器的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)选定所述至少二个留样瓶中的空置留样瓶，记为目标位置A；

(A2)开启第一电机，定位码盘旋转，光电开光检测到信号的时间明显长于其他检测信号的位置记为初始位置；

(A3)光电开关从初始位置开始计数，获得一个检测信号计一个数，当计数为A时即为目标位置，第一电机停止转动；

(A4)开启第二电机，将滑块移动至留样位，留样管进入所述空置留样瓶内留样。

根据上述的工作方法，优选地，所述工作方法进一步包括以下步骤：

(B1)对目标位置A进行判断，若0＜A≤M/2，则第一电机正转，当光电开关计数为A时即为目标位置；若M/2＜A＜M，则第一电机反转，当光电开关计数为(M-A)时即为目标位置；若A＝0或M，则第一电机停止，当前位置即为目标位置，M为所述定位码盘上的位置数。

根据上述的工作方法，优选地，所述工作方法进一步包括以下步骤：

(C1)当前位置为前一个留样瓶的目标位置，从当前位置A定位到目标位置B，对当前位置A与目标位置B进行判断：

若0＜B-A≤M/2，则第一电机正转，当光电开关计数为(B-A)时即为目标位置B；

若M/2＜B-A＜M，则第一电机反转，当光电开关计数为[M-(B-A)]时即为目标位置B；

若(-M/2)≤B-A＜0，则第一电机正转，当光电开关计数为[M-(A-B)]时即为目标位置B；

若-M＜B-A＜(-M/2)，则第一电机反转，当光电开关计数为(A-B)时即为目标位置B；

若B-A＝0或M时，则第一电机停止，当前位置即为目标位置B。

根据上述的工作方法，优选地，所述工作方法进一步包括以下步骤：

(D1)开启第二电机，将滑块移动至排空位，排空留样瓶内水样或清洗水。

根据上述的工作方法，可选地，所述光电开光有二个，当所述二个光电开关在一段时间内同时检测到信号且其中一个光电开光提前检测到信号，则判定提前检测到信号的位置为初始位置。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1、本发明采用旋转定位装置实现留样瓶的精确定位，使得水样准确进入设定的留样瓶中，不会发生丢步现象。

2、本发明通过旋转定位装置与轴向定位装置相配合，同时实现了平面旋转和轴向移动的三维定位，结构简单、成本低；实现了留样瓶自动留样、排空和清洗的功能，稳定性好，可靠性高。

3、本发明通过电机的正转与反转快速对目标位置进行定位，简单、高效。

4、本发明的电机带动同步带轮运转，并经同步带带动同步惰轮转动，该旋转方式扭矩大，用较小电机即可带动同步惰轮的旋转。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是本发明实施例1的水质自动采样器的旋转定位装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1的水质自动采样器的轴向定位装置的结构示意图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1

图1示意性地给出了本实施例的水质自动采样器的旋转定位装置结构简图，图2示意性地给出了本实施例的水质自动采样器的轴向定位装置结构简图，如图1-2所示，所述水质采样器包括：

旋转定位装置，所述旋转定位装置用于将留样单元的至少二个留样瓶进行旋转定位；所述旋转定位装置包括动力机构和定位机构，所述动力机构包括：第一电机(图中未示出)、第一同步带轮11和第一同步带12；所述定位机构进一步包括：

固定块21；

旋转轴承22，所述旋转轴承设置在固定块21上；

第一同步惰轮23，所述第一同步惰轮与所述第一同步带轮通过所述第一同步带相连，在所述第一电机的带动下运动；所述旋转轴承嵌在所述第一同步惰轮内；

定位码盘24，所述定位码盘上设有狭缝，所述狭缝的位置与放置在所述旋转定位装置上的至少二个留样瓶一一对应；所述狭缝包括特征狭缝241和普通狭缝242，所述特征狭缝有且仅有一个，用于确定所述定位码盘的初始位置；

光电开关25，所述光电开关固定在所述固定块上，光电开关的信号检测区域位于所述定位码盘的边缘，所述定位码盘在所述第一同步惰轮的带动下旋转，通过所述光电开关对所述狭缝进行定位和计数，从而对所述至少二个留样瓶精确定位。

光电开关固定在所述固定块上静止，定位码盘在旋转的过程中，狭缝处于光电开关之间时，光电开关可以检测到信号，狭缝的宽度不同，光电开关可以检测到信号的时间不同，故：

进一步地，所述特征狭缝的宽度大于所述普通狭缝的宽度，当光电开光检测到信号的时间明显长于其他检测信号的时间，此狭缝位置即为初始位置。初始位置确定后，根据目标位置，计算出初始位置与目标位置间的距离，定位码盘转动，光电开关计数，达到目标位置。

本实施例设置一个光电开关，根据光电开关检测到的特征狭缝信号的时长判断初始位置，同时，所述光电开关也用于定位(计数)。

为了实现在自动采样的同时进行水样分析、留样瓶排空和留样瓶清洗，大幅度减少采样盲区，故：

进一步地，所述水质自动采样器还包括：

轴向定位装置，所述轴向定位装置设置在所述旋转定位装置上方，包括：

第二电机31、第二同步带轮32、第二同步带33和第二同步惰轮34；

滑台41，所述滑台为滑块的移动轨道，滑台上设有留样位、排空位和清洗位；

滑块42，所述滑块与所述第二同步带固定连接，所述第二同步带在所述第二电机的带动下使得所述滑块在滑台上移动，进而带动固定在所述滑块上的留样管51和清洗管52上下移动；

上、下限位开关61、62，所述上、下限位开关固定在所述滑台上，用于限制所述滑块的移动区域。

所述留样管和清洗管为软管，为了固定所述留样管和清洗管，便于留样管和清洗管进入留样瓶，故：

进一步地，所述滑块上还固定有固定管53。

分析仪分析结果显示留样瓶内水样符合标准，则需将留样瓶内的水样排空，故：

进一步地，所述留样管的支路上设有排空管。

本实施例还提供上述水质自动采样器的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：

(A1)选定所述至少二个留样瓶中的空置留样瓶，记为目标位置A；

(A2)开启第一电机，定位码盘旋转，光电开光检测到信号的时间明显长于其他检测信号的位置记为初始位置；

(A3)光电开关从初始位置开始计数，获得一个检测信号计一个数，当计数为A时即为目标位置，第一电机停止转动；

(A4)开启第二电机，将滑块移动至留样位，留样管进入所述空置留样瓶内留样。

所述定位码盘为圆形结构，为了提高效率，通过第一电机正转/反转相结合的方式选择当前位置和目标位置间的最短距离进行旋转定位，故：

进一步地，所述工作方法还包括以下步骤：

(B1)对目标位置A进行判断，若0＜A≤M/2，则第一电机正转，当光电开关计数为A时即为目标位置；若M/2＜A＜M，则第一电机反转，当光电开关计数为(M-A)时即为目标位置；若A＝0或M，则第一电机停止，当前位置即为目标位置，M为所述定位码盘上的位置数。

水质自动采样器刚开机运行时，需要对初始位置进行定位，在初始位置确定后，后续留样瓶的旋转定位无需每次进行初始位置的查找，仅需将前一个留样瓶的目标位置定为后一个留样瓶的初始位置即可，故：

进一步地，所述工作方法还包括以下步骤：

(C1)当前位置为前一个留样瓶的目标位置，从当前位置A定位到目标位置B，对当前位置A与目标位置B进行判断：

若0＜B-A≤M/2，则第一电机正转，当光电开关计数为(B-A)时即为目标位置B；

若M/2＜B-A＜M，则第一电机反转，当光电开关计数为[M-(B-A)]时即为目标位置B；

若(-M/2)≤B-A＜0，则第一电机正转，当光电开关计数为[M-(A-B)]时即为目标位置B；

若-M＜B-A＜(-M/2)，则第一电机反转，当光电开关计数为(A-B)时即为目标位置B；

若B-A＝0或M时，则第一电机停止，当前位置即为目标位置B。

进一步地，所述工作方法还包括以下步骤：

(D1)开启第二电机，将滑块移动至排空位，排空留样瓶内水样或清洗水。

实施例2

本实施例提供一种水质自动采样器及其工作方法，与实施例1不同的是，本实施例的光电开关有两个，当所述二个光电开关在一段时间内同时检测到信号且其中一个光电开光提前检测到信号，则判定提前检测到信号的位置为初始位置。

实施例3

本发明实施例1的水质自动采样器在水质监测领域的应用例。

在该应用例中，水质自动采样器包括依次相连的采样泵、混匀桶、供样泵，所述混匀桶下方设有排液口，所述供样泵在将水样输送至分析仪分析的同时将水样通过轴向定位装置输送至留样单元留样，所述留样单元包括至少二个留样瓶，所述至少二个留样瓶放置在旋转定位装置上。旋转定位装置的码盘上设有多个狭缝(如25个)，包括1个特征狭缝，其余为普通狭缝，旋转定位装置上且在每个狭缝对应的位置均放置有留样瓶；轴向定位装置上设有留样位/清洗位和排空位，所述排空位为轴向定位装置的下限位开关位置，留样位/清洗位设置在上、下限位开关之间。

本应用例的水质自动采样器的工作流程如下：

S1.采样泵将当次水样采集至混匀桶；

S2.供样泵将混匀桶内当次水样同时输出两路，一路输送至分析仪分析，一路输送至留样瓶留样，留样步骤如下：

选定空置留样瓶，记为目标位置A；

开启第一电机，定位码盘旋转，光电开光检测到信号的时间明显长于其他检测信号的位置记为初始位置；

将目标位置A与码盘位数M(即狭缝数)进行比较，若0＜A≤M/2，则第一电机正转，当光电开关计数为A时即为目标位置；若M/2＜A＜M，则第一电机反转，当光电开关计数为(M-A)时即为目标位置；

开启第二电机，将滑块移动至留样位，留样管进入所述空置留样瓶内留样；

S3.打开混匀桶的排液口，排空当次水样，开始下次水样的采集；控制单元判断当次水样的分析结果：若水样超标，则启动旋转定位装置，将留样瓶从轴向定位装置下方转走留样；若水样符合标准，则将滑块移动至所述轴向定位装置的下限位开关位置，排空所述当次水样。