一种基于无线通信技术的定水深原状水样采集仪的制作方法

本发明涉及水质监测、水体样本采集及水环境研究治理技术领域，涉及到河流、湖泊和水库等地表水的水体样本采集，尤其涉及的是一种基于无线通信技术的定水深原状水样采集仪。

背景技术：

水样采集是进行水环境研究和治理的基础环节，而采集到原始状态的水体样本则对于水质监测和环境保护等部门具有重要意义。其中，就要确保采集到的是指定深度的水样，即保证充分的水体交换和顺利地到达指定深度。目前国内外使用的大多数采水器都是由缆绳的长度来确定采水器所在的水深，但缆绳在水下易受水的冲击力等因素影响发生偏斜或弯曲，干绳与湿绳界限及偏角难以确定，且绳长测量误差因铅锤重量不同而波动较大，水文缆绳测深依靠人工获取数据并由公式估算实际水深耗时长，从而导致所测水深数据的精度不高、采集不便、实时性差。并且，在采样过程中，现有采水器对水体的扰动较大，无法保证水体样本的原位状态，例如泵吸式采水器会打散悬浮物状态，卡盖式采水器受到释放的重锤冲击后闭合猛烈对局部水体扰动巨大。此外，一些采用单向进水方式的水样采集仪除了对水体扰动也较大以外，会因其采水前采样瓶里富有空气而对水体中溶解性物质的测定产生影响。而当前常见的一种水质采样器虽然使用简便广泛，但它是利用力学原理实现上盖和下入水口的启闭，其本身封闭性不好，若使用者从水中提起采样器时吊绳中途松弛，则采水器上盖和下入水口又会重新打开混入其它深度层的水体，从而难以采集到目标深度的水样。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于无线通信技术的定水深原状水样采集仪，用于解决水样采集过程中存在的目标水深确定精度不高、采集不便、实时性差、对水体扰动较大的问题，适用于河流、湖泊和水库等地表水的水体样本采集，并具备水情观测与水温测定功能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于无线通信技术的定水深原状水样采集仪，包括非弹性刻度吊绳(10)、上筒盖部分(20)、上筒体部分(30)、下筒体部分(40)、下筒盖部分(50)、筒塞启闭触发部分(60)、铅锤配重部分(70)和移动控制终端(80)。

非弹性刻度吊绳(10)一端系住上筒盖部分(20)的吊绳孔(21)从而控制整个装置的升降，亦可用于粗略估计采水器所处水深；

上筒盖部分(20)由吊绳孔(21)和表面均布通水通孔(22)的上筒盖(23)组成；通水通孔(22)便于水的流进流出，从而保证筒内在多种流态下都有充足的水体交换，并可初步拦挡水中的长、大、粗杂物进入筒内；上筒盖(23)和上筒体(35)上部之间通过螺纹连接；

上筒体部分(30)由圆形滤网片(31)、上筒塞(32)、橡胶密封垫圈(33)、上筒塞底座 (34)和上筒体(35)组成；其中，圆形滤网片(31)能过滤水中体积尺寸比圆形滤网片(31) 筛孔尺寸大的颗粒杂质，并可与上筒体(35)内筒壁通过卡口限位固定，其中间留有可让拉绳(63)穿过的穿接孔(37)，上筒塞(32)上下两面中心处均有环扣(38)便于连接钢杆或拉绳；橡胶密封垫圈(33)用来在筒塞启闭触发部分(60)触发后使上筒塞(32)和上筒塞底座(34)之间形成密封，保证水样不泄漏，上筒塞底座(34)和上筒体(35)是一整体不可拆分；上筒体(35)上端表面沿圆周均布通水通孔(22)，其内筒壁可安置内置温度计(36) 用来测定水体温度，上筒体(35)下部和下筒体(41)上部之间通过螺纹连接后其内部形成一液体容纳腔，且上筒体(35)上有一通气口(39)，采集水样前需接一个用止气夹夹住的导气软管，采样结束后松开止气夹，空气由导气软管进入液体容纳腔平衡压强以便水样顺利地由导水软管(46)流出；

下筒体部分(40)由下筒体(41)、下筒塞(42)、橡胶密封垫圈(43)、下筒塞底座(44) 和圆形滤网片(48)组成；其中，下筒体(41)上有一出水口(45)，采集水样前需接一个用止水夹(47)夹住的导水软管(46)，采样结束后松开止水夹(47)水样由导水软管(46)流出并保存；圆形滤网片(48)能过滤水中体积尺寸比圆形滤网片(48)筛孔尺寸大的颗粒杂质，并可与下筒体(41)内筒壁通过卡口限位固定，其中间留有穿接孔(49)可连接受拉弹簧(65)，下筒塞(42)上下两面中心处均有环扣便于连接钢杆或拉绳；橡胶密封垫圈(43) 用来在筒塞启闭触发部分(60)触发后使下筒塞(42)和下筒塞底座(44)之间形成密封，保证水样不泄漏，下筒塞底座(44)和下筒体(41)是一整体不可拆分；下筒体(41)下端表面沿圆周均布通水通孔(22)，其下部和下筒盖(51)上部之间通过螺纹连接；

下筒盖部分(50)由下筒盖(51)、水深探头(52)、水下信号处理模块(53)、电磁锁(54) 和穿孔(55)组成；其中，下筒盖(51)上端表面沿圆周均布通水通孔(22)；水下信号处理模块(53)又包括：一包含压力传感器的水深探头用于感知水深压力并转化成电信号，一低功耗运放补偿电路用于将输入信号放大和补偿转化成标准电信号(一般为4～20mA/1～5V， DC)，一超低功耗CPU电路用于信号的运算控制处理，一低功耗ZigBee电路用于数据的接收与发送，一低功耗电磁锁驱动电路用于控制电磁锁(54)释放拉绳(63)，一可往复充电的锂电池组供电部分用于给各电路供电；水深探头(52)和电磁锁(54)的电路部分以及水下信号处理模块(53)均经防水处理后密封于下筒盖(51)内部；

筒塞启闭触发部分(60)由穿接管(61)、连接杆(62)、拉绳(63)、受拉弹簧(65)和拉绳钩(66)组成；其中，穿接管(61)和上筒体(35)是一整体不可拆分，其内有可以让拉绳(63)穿过的管道；连接杆(62)的两端分别与上筒塞(32)的下面和下筒塞(42)的上面相接，从而使上筒塞(32)和下筒塞(42)的运动一致；拉绳(63)的一端系在上筒塞 (32)上面的环扣上，然后穿过圆形滤网片(31)中间的穿接孔(37)，再穿过穿接管(61) 后，预留足够的长度并在合适的位置打上绳结(64)以免拉绳(63)在筒塞启闭触发部分(60) 触发后堵在穿接管(61)中，其另一端与拉绳钩(66)相连接；受拉弹簧(65)的两端分别与下筒塞(42)的下面和圆形滤网片(48)的中心相接，并且处于拉伸伸长状态；拉绳钩(66) 连接拉绳(63)在每次采样前钩在电磁锁(54)上，并在筒塞启闭触发部分(60)触发后被电磁锁(54)释放；

铅锤配重部分(70)由铅锤绳(71)和铅锤(72)组成，用来使采水仪尽量保持竖直方向，减少倾斜度；其中，铅锤绳(71)的两端分别与穿孔(55)和铅锤(72)相系；

移动控制终端(80)可以接收水下信号处理模块(53)无线传输过来的电信号，并将其经计算转化成水深探头(52)所在的深度信息并输出显示；又可以发出指令经水下信号处理模块(53)接收处理后驱动电磁锁(54)释放拉绳钩(66)，触发筒塞启闭触发部分(60)使上筒塞(32)和下筒塞(42)关闭，进而采集到目标深度的水样。

整个水样采集仪的主体材质均为有机玻璃，以实现水样的可视性，便于从外部直接观察筒内液体容纳腔内的水样情况；所采用的无线通信技术为Zigbee技术。

本发明的有益效果是：

1、本发明应用无线通信技术将深度信号实时无线传输到移动控制终端，减少了水深信息的采集时间，方便检测者根据当前水深和目标水深立即调整采水器在水中的位置；

2、本发明利用水下信号处理模块采集到的水深信息相对于传统的水文缆绳测深方法，其测量得到的水深数据精度将大幅提高；

3、进一步地，为减少因不同水体水的密度不同给水深测量精度带来的影响，可由采水器所得水样计算出准确的被测水体密度，再以此密度进行运算得出更加精确的水深数值；

4、上下筒塞关闭前，筒体上下两端均可透水实现筒体内中空，减轻了仪器的浮力，又不会滞留非目标采样点的水，并同时采用非弹性刻度吊绳初步定位水深，更是便于装置快速下沉到目标深度采集水样；

5、筒体上下两端的通水通孔设计既便于水的流进流出以保证筒内具有充足的水体交换，又可初步拦挡水中的长、大、粗杂物进入筒内，圆形滤网片又能进一步地过滤掉水中的较大颗粒杂质；

6、应用电磁锁驱动电路和电磁锁来控制筒塞启闭触发部分的触发，使水样采集仪到达目标水深时能即刻采集到水样，此后上下筒塞一直处于关闭状态而不能被开启，从而保证了水样的密封性和原始状态，以免混入其它深度层的水体而造成对水样的污染；

7、整个水样采集仪的主体材质采用有机玻璃制成实现了水样的可视性，筒体和筒盖相互间的螺纹连接便于拆卸清洗，筒塞和筒塞底座以及筒塞启闭触发部分的混合设计既保证了水样的密封效果，又减少了筒塞关闭时对水体的扰动；

总之，本发明在装置入水定位、自行过滤、水样采取与密封、装置收回等各环节上均保证了有效性，能获得目标深度定位准确、杂质已初步过滤和密封不掺混的高品质原状水样，解决了水样采集过程中存在的目标水深确定精度不高、采集不便、实时性差、对水体扰动较大的问题；整个水样采集仪结构简单，拆卸清洗更换简便，制作成本较低，易于实现，具有较大的经济价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本装置的整体结构方框图；

图2为本装置的整体结构示意图；

图3为圆形滤网片的结构示意图；

图4为筒塞的结构示意图；

图5为水下信号处理模块和移动控制终端的结构方框图；

图中：10-非弹性刻度吊绳；20-上筒盖部分，21-吊绳孔，22-通水通孔，23-上筒盖；30-上筒体部分，31-圆形滤网片，32-上筒塞，33-橡胶密封垫圈，34-上筒塞底座， 35-上筒体，36-内置温度计，37-穿接孔，38-环扣；39-通气口；40-下筒体部分，41 -下筒体，42-下筒塞，43-橡胶密封垫圈，44-下筒塞底座，45-出水口，46-导水软管， 47-止水夹，48-圆形滤网片，49-穿接孔；50-下筒盖部分，51-下筒盖，52-水深探头， 53-水下信号处理模块，54-电磁锁，55-穿孔；60-筒塞启闭触发部分，61-穿接管，62 -连接杆，63-拉绳，64-绳结，65-受拉弹簧，66-拉绳钩；70-铅锤配重部分，71-铅锤绳，72-铅锤；80-移动控制终端。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

一、定水深原状水样采集仪水样采集的具体实施步骤如下：

步骤1：首先确认受拉弹簧(65)的两端分别与下筒塞(42)的下面和圆形滤网片(48) 的中心相接好，确认连接杆(62)的两端分别与上筒塞(32)的下面和下筒塞(42)的上面相接好，确认拉绳(63)的一端与上筒塞(32)上面的环扣相系后穿过圆形滤网片(31)中间的穿接孔(37)再穿过穿接管(61)后另一端与拉绳钩(66)相连接，然后将拉绳钩(66) 钩在电磁锁(54)上，使受拉弹簧(65)受拉处于拉伸伸长状态，使上筒塞(32)和下筒塞 (42)处于开启状态。

步骤2：将非弹性刻度吊绳(10)一端系住上筒盖部分(20)的吊绳孔(21)，将铅锤(72) 通过铅锤绳(71)与穿孔(55)系上，再给出水口(45)接一个用止水夹(47)夹住的导水软管(46)，给通气口(39)接一个用止气夹夹住的导气软管，接着打开水下信号处理模块(53) 的电源开关并进行系统复位，然后手持非弹性刻度吊绳(10)将定水深原状水样采集仪放入水中，通过非弹性刻度吊绳(10)上的刻度初步观察下水深度。

步骤3：当到达目标水深附近时，打开移动控制终端(80)接收水下信号处理模块(53) 无线传输过来的电信号，并输入一般水体密度值计算水深探头(52)所在的深度信息并输出显示；若想获得更加精确的水深数值，可由初次采样时采水器所得水样计算出准确的被测水体密度值，然后重新输入此实际水体密度值计算水深并输出显示。

步骤4：根据移动控制终端(80)上显示的深度信息和目标点的水深，收放非弹性刻度吊绳(10)调节定水深原状水样采集仪的水下位置直至到达目标采样点，然后通过移动控制终端(80)发出指令，再经水下信号处理模块(53)接收处理后驱动电磁锁(54)释放拉绳钩(66)，之后受拉弹簧(65)因弹性作用开始收缩并带动下筒塞(42)、连接杆(62)、连接杆(62)向下运动，从而筒塞启闭触发部分(60)被触发使上筒塞(32)和下筒塞(42)关闭，目标深度的水样被密封保存在由上筒体(35)和下筒体(41)螺纹连接后形成的液体容纳腔内。

步骤5：回拉非弹性刻度吊绳(10)将定水深原状水样采集仪提至船上(或岸边)，并关闭水下信号处理模块(53)的电源开关后，可先从外面初步观察水样的原始物理状态和内置温度计(36)的水体温度读数并拍照记录，然后打开与通气口(39)相接的导气软管上的止气夹，再打开与出水口(45)相接的导水软管(46)上的止水夹(47)，将采集到得目标深度的水样转移到采样瓶中保存，至此水体采样结束。

二、定水深原状水样采集仪装置拆卸清洗的具体实施步骤如下：

首先，可以旋下上筒盖部分(20)和下筒盖部分(50)，在这之前也可解开系在穿孔(55) 上的铅锤绳(71)拿掉铅锤配重部分(70)；然后，摘掉受拉弹簧(65)下端钩在圆形滤网片 (48)中心的弯钩，并取下圆形滤网片(48)，便可旋下下筒体部分(40)；接着，拆下连接杆(62)、下筒塞(42)和受拉弹簧(65)；最后，解开系在上筒塞(32)上面环扣上的拉绳 (63)拆下上筒塞(32)，再取下圆形滤网片(31)，至此整个装置基本拆卸完毕，便可逐个部件清洗。

在对装置清洗要求不是很高的情况下，如连续多次水体采样过程中对装置的清洗，可以旋下上筒盖部分(20)和下筒盖部分(50)，而将上筒体部分(30)和下筒体部分(40)作为一整体再拉住拉绳(63)使上筒塞(32)和下筒塞(42)处于开启状态，然后用清水冲洗即可。