一种适用于开放水域的智能取水装置及其应用方法与流程

本发明属于取水样技术领域，具体涉及一种适用于开放水域的智能取水装置及其应用方法。

背景技术：

近年来，受人类活动的影响，水资源污染越来越严重，我国已将环境保护列为一项基本国策，收到了相关部门及企业的重视，并经常对一些江河湖泊等水域中的水提取水样，用作水质等各方面的检测，以确保各水域水质达到相应的环境要求。

现有的取水样装置，或借助船只在江河湖泊进行人工水样提取，对于船只不方便或很难达到的位置对水样提取有很大的局限；或将取水装置固定在岸边，整个探测过程不易，获取的水样代表性不足，露在外的取样装置易受破坏。因此，目前取水样装置存在着自动化程度低、适用范围窄等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对开放水域提供一种结构简单、操作方便的智能取水装置-一种适用于开放水域的智能取水装置及其应用方法。

本发明的技术方案如下：

一种适用于开放水域的智能取水装置，其特征是，包括支撑主体以及与支撑主体相连的取水组件、驱动组件，所述驱动组件包括位于支撑主体底部的潜水箱、位于支撑主体前侧以及左右两侧的水平推进器；所述潜水箱包括储气仓、储水仓，所述储气仓设有气嘴，所述储水仓内设有潜水气囊，所述储水仓底部设有进出水口，所述储气仓通过给潜水气囊充气、抽气，使储水仓内出水、进水，从而使整个取水装置在水中浮沉。

优选地，所述取水组件包括多个取水管、由多个气阀开关集合而成集成气阀、气泵a；每个取水管的进水口处设有进水管头，取水管内设有取水气囊，所述取水气囊通过通气软管与集成气阀对应的气阀开关相连；所述集成气阀通过气泵a与储气仓相连，储气仓通过气泵a给取水气囊充气或抽气。

优选地，所述储气仓设有与潜水气囊连接的气阀、气泵b，所述储气仓通过气阀给潜水气囊充气，通过气泵b给潜水气囊抽气。

优选地，所述支撑主体顶部设有垂直推进器。

优选地，所述储水仓的进出水口设有滤网。

优选地，所述取水管的进水管头内设有逆止阀。

优选地，该取水装置设有控制主板，所述控制主板分别与水平推进器的驱动电机、气泵a、集成气阀的多个气阀开关、气泵b、气阀控制连接。

优选地，所述支撑主体上设有压力传感器、红外线感应器、gps定位装置以及信号接发器，所述压力传感器、红外线感应器、gps定位装置分别与控制主板连接，所述控制主板通过信号接发器与远程控制电脑连接。

上述适用于开放水域的智能取水装置的应用方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：通过气嘴向储气仓中充入足量的空气，将所有取水管的进水管头卸下；

通过远程控制电脑发出充气指令一，控制主板控制集成气阀中所有气阀开关打开，并控制气泵a对取水管21中取水气囊充气，取水气囊充足气后将对应取水管中空气通过进水口排出，停止充气，并将取水管头安装回取水管上；

通过远程控制电脑发出充气指令二，控制主板控制潜水箱中的气阀打开，储气仓中空气充入潜水气囊中，潜水气囊充足气后将储水仓中空气通过进出水口排出，然后关闭气阀；

步骤二：在远程控制电脑中输入取水点位置，将整个取水装置放入待测水域中，通过远程控制电脑发出航行指令，控制主板控制gps定位装置自动定位，水平推进器开始转动，航行到取水点；

步骤三：到达取水点后，通过远程控制电脑发出取水指令，控制主板控制集成气阀中对应的气阀开关打开，并命令气泵a向对应取水管中取水气囊抽气，直至充气囊干瘪；根据压力平衡原理，水通过进水管头流入相应的取水管中，进水管头中的逆止阀阻止水回流，表层水取水完成；

控制主板控制潜水箱中气泵b将潜水气囊中的压缩空气抽回储气仓中，潜水气囊逐渐干瘪，根据压力平衡原理，水通过储水仓的进出水口流入储水仓中，利用逐渐增加的水重，整个取水装置下沉至指定位置；

当整个取水装置到达指定深度时，气泵b停止抽气，控制主板控制集成气阀中对应的气阀开关打开，并命令气泵a向对应取水管中取水气囊进行抽气，该取水充气囊干瘪；根据压力平衡原理，水通过进水管头流入相应的取水管中，进水管头中的逆止阀阻止水回流，中层或底层取水完成；

步骤四：控制主板控制潜水箱中的气阀打开，将储气仓中空气重新充入气囊中，水通过进出水口被挤出储水仓外，整个取水装置上浮至水面；

取水作业结束后，通过远程控制电脑发出返航指令，整个取水装置自动返航。

本发明在进行取水作业时，首先用远程控制电脑在开放水域地图上定好取水点，输入取水点位置数据；将取水装置放入开放水域，取水装置根据定位指令自动航行到取水点，并自行下潜到指定深度进行取水；在取水过程中，控制主板控制集成气阀的气阀开关打开，气泵a对取水管中取水气囊进行抽气，根据压力平衡原理，水会被吸入取水管内，同时取水管头内设置有逆止阀2121阻止水回流。取水完成后，取水装置自动返航。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.适用范围广泛，可满足在海洋、江河、湖泊、水库、渠道、排水沟等多种情形下采集水样的要求；

2.可远离湖泊岸边，在开放水域中央采样，或在需要频繁采样的水域的采样，减少人员、车辆、船只，降低成本，提高效率；

3.放置与地形复杂、险要、偏僻的水域采集水样，降低人员操作危险性；

4.自动化程度高，操作简单，精度水平高，使用方便。

附图说明

图1为本发明一种适用于开放水域的智能取水装置份第一示意图；

图2为本发明一种适用于开放水域的智能取水装置的第二示意图；

图3为本发明一种适用于开放水域的智能取水装置的第三示意图；

图4为本发明一种适用于开放水域的智能取水装置的潜水箱结构示意图；

图5为本发明一种适用于开放水域的智能取水装置的取水管示意图；

图6为本发明一种适用于开放水域的智能取水装置的取水管中取水气囊充气后的示意图；

图7为本发明一种适用于开放水域的智能取水装置的取水管头示意图；

图中：1支撑主体、2取水组件、21取水管、211进水口、212进水管头、2121逆止阀、213取水气囊、22集成气阀、23气泵a、24通气软管、25安装框架、3电子组件、31控制主板、32蓄电池、33信号接发器、34gps定位装置、35压力传感器、36a-f红外线感应器、37太阳能板、4驱动组件、41a-d水平推进器、42潜水箱、421进出水口、4211滤网、422储气仓、423储水仓、424潜水气囊、425气阀、426气泵b、427气嘴、43垂直推进器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1-7所示，一种适用于开放水域的智能取水装置，此智能取水装置包括支撑主体1、取水组件2、电子组件3、驱动组件4。该智能取水装置的比重比水小。

支撑主体1具备良好的密封性，内部用于安装电子组件、部分取水组件和驱动组件。

取水组件2包括取水管21、集成气阀22、气泵a23、通气软管24、安装框架25。取水管21头部设有进水口211用于进水，进水口211上连接有可拆卸的进水管头212，进水管头212内部设有逆止阀2121用于防止水回流。取水管21尾部连接有可拆卸的取水气囊213，并通过通气软管24连接到集成气阀22。

当取水气囊213充满气时，进水口211被取水气囊213堵住，阻止水流入取水管21内；当取水气囊213被抽气后干瘪时，由于取水管21内外压力差，水流入取水管21内。每个取水管21拥有不同的编号以便区分，例如：①号取水管21、②号取水管21、③号取水管21。

集成气阀22由多个气阀开关集合而成，用以开启关闭每一个取水管21的通气管道；例如，当①号取水管21需要充气或抽气时，开启集成气阀22内①号气阀开关，结束充气或抽气时关闭①号气阀开关；集成气阀22连接到气泵a23。气泵a23具有双向抽气充气功能，用于给取水气囊213充气和抽气，气泵a23连接于潜水箱42内的储气仓422。

集成气阀22、气泵a23均安装在支撑主体1内部。取水管21安装在安装框架25上，安装框架25安装在支撑主体1外部。集成气阀22、气泵a23均与控制主板31连接。安装框架25上每个取水位置对应一列，每一列可设置至少3层取水管21用以提取开放水域表层、中层以及底层的水样。

电子组件3包括控制主板31、蓄电池32、信号接发器33、gps定位装置34、压力传感器35、红外线感应器36a-f、太阳能板37。控制主板31用以处理由信号接发器33接收到的命令，此外控制主板31会处理gps定位装置34、压力传感器35、红外线感应器36a-f监测到的信息并控制各部件执行命令。蓄电池32用于对开放水域智能取水装置中各部件进行供电。信号接发器33用以接收远程控制电脑发出的命令信号和发送gps定位装置34、压力传感器35监测到并由控制主板31处理后的信息。gps定位装置34用以监测智能取水装置当前位置，控制主板31将位置数据通过信号接发器33发送至远程控制电脑，根据位置信号，对比设定位置，生成位置变化信号，根据位置变化信号，生成位置调节指令。远程控制电脑实时向智能取水装置发送位置调节指令，信号接发器33接收指令，控制主板31处理指令，控制驱动组件4运转，航行到指定位置进行取水作业。压力传感器35用以监测智能取水装置当前深度，控制主板31将深度数据通过信号接发器33发送至远程控制电脑，根据深度信号，对比设定深度，生成深度变化信号，根据深度变化信号，生成深度调节指令；远程控制电脑实时向智能取水装置发送深度调节指令，信号接发器33接收指令，控制主板31处理指令，控制驱动组件4运转，下潜或上升到指定深度进行取水作业。红外线感应器36a-f用以感测垂直方向以及水平方向障碍物，当感测到障碍物时，控制主板31对驱动组件4发出命令，调整航线，以避开障碍物。太阳能板37与所述蓄电池32连接，用于给蓄电池32进行充电，防止智能取水器电量不足而无法返航或无法确定位置进行回收。

驱动组件4中包含水平推进器41a-d、潜水箱42与垂直推进器43。在水面航行时通过水平推进器41a、41b向前移动，通过水平推进器41c、41d进行转向；潜水箱42底部设有进出水口421用于进出水，进出水口内部设有滤网4211以防止杂质进入潜水箱堵塞进出水口421。潜水箱42内部由储气仓422及储水仓423组成，储气仓422用以储存空气，储水仓423用于储存水;所述储水仓423内设有潜水气囊424，储气仓422与储水仓423的衔接处设有气阀425与气泵b426,当气阀425开启时，储气仓422中的空气会充入潜水气囊424内；当潜水气囊424充满气时，关闭气阀425，此时进出水口421被潜水气囊424堵住，阻止水流入储水仓423内；当需要下潜时，气泵b426对气囊424抽气，气囊424逐渐干瘪，水流入储水仓423，通过利用水重改变智能取水装置重量的原理使智能取水装置上浮下沉。潜水箱42后侧设有气嘴427用于给储气仓422充气、放气。垂直推进器43用于辅助智能取水装置下沉，对下潜深度进行微调，精准控制下潜深度。

该智能取水装置的使用方法：

步骤一：通过气嘴427向储气仓422中充入足量的压缩空气，将所有取水管21的进水管头212卸下；通过远程控制电脑发出充气指令一，信号接发器33接收信号，控制主板31控制集成气阀22中所有气阀开关打开并命令气泵a23对取水管21中取水气囊213充气；将所有取水管21中空气通过进水口211排出后，停止充气并将取水管头212安装回取水管21上。

通过远程控制电脑发出充气指令二，信号接发器33接收信号，控制主板31控制潜水箱42中的气阀425打开，储气仓422中压缩空气充入潜水气囊424中，将储水仓423中空气通过进出水口421排出，潜水气囊充满后关闭气阀425。

步骤二：在远程控制电脑中输入取水点位置数据，例如点a、b、c、d，以及取水深度数值例如深度a-1、a-2、a-3。将智能取水装置放入待测水域中，通过远程控制电脑发出航行指令，信号接发器33接收信号，控制主板31控制gps定位装置34自动定位，水平推进器41a-d开始转动，航行到取水点a、b、c、d。

步骤三：到达取水点a后，通过远程控制电脑发出取水指令，信号接发器33接收信号，控制主板31控制集成气阀22中①号气阀开关打开并命令气泵a23对①号取水管21中取水气囊213抽气，取水气囊213干瘪；根据压力平衡原理，水流入①号取水管21中，进水管头212中的逆止阀2121阻止水回流，a-1表层水取水完成。

控制主板31控制潜水箱42中气泵b426将潜水气囊424中的压缩空气抽回储气仓422中，潜水气囊424逐渐干瘪，根据压力平衡原理，水流入储水仓423中，利用逐渐增加的水重，智能取水装置下沉至指定位置，垂直推进器43转动用以辅助下潜；

当智能取水装置到达指定深度a-2时，气泵b426停止抽气，压力传感器35实时反映水深，垂直推进器43转动进行微调，控制主板31控制集成气阀22中②号气阀开关打开并命令气泵a23对②号取水管21中取水气囊213进行抽气，取水气囊213干瘪；根据压力平衡原理，水流入②号取水管21中，进水管头212中的逆止阀2121阻止水回流，a-2中层水取水完成。

潜水箱42中气泵b426继续对潜水气囊424抽气，到达指定深度a-3后，气泵b426停止抽气，压力传感器35实时反映水深，垂直推进器43转动进行微调，控制主板31控制集成气阀22中③号气阀开关打开并命令气泵a23对③号取水管21中取水气囊213进行抽气，取水气囊213干瘪，根据压力平衡原理，水流入③号取水管21中，进水管头212中的逆止阀2121阻止水回流，a-3深层水取水完成。

控制主板31控制潜水箱42中的气阀425打开，将储气仓422中压缩空气重新充入潜水气囊424中，水会被挤出储水仓423外，智能取水装置上浮至水面。

步骤四：智能取水装置自动航向b、c、d点，重复步骤三，取水作业结束后，通过远程控制电脑发出返航指令，智能取水装置自动返航。

其中，本实例具备红外线感应器36a-f，在感应到装置即将与其他物体碰撞时，将自动对装置的航行轨迹进行调整后，重新航向目标点。太阳能板37可实时对蓄电池32进行充电；gps定位装置34既便于定位取水点的位置、监测该取水装置的航行轨迹，也便于装置故障时搜寻装置。

以实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。