施提供的水质采样无人机的自动采样器。
[0039]其中，I为潜水栗，2为压力液位传感器，3为伸缩杆可伸缩部分，4为采样软管，5为伸缩杆末端圆孔，6为接近开关，7为样品储存装置第三层，8为样品储存装置每层的出口，9为样品储存装置第二层，10为分样装置和样品储存装置之间的软管，11为样品储存装置每层的进口，12为分样装置，13为流量传感器，14为减速齿轮从动轮，15为伸缩杆固定部分，16为滑环，17为磁编码器，18为伺服电机，19为减速齿轮主动轮，20为超声波定高传感器，21为控制电路板及主体支架，22为多旋翼无人机，23为采样摄像头。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图对本发明做进一步的详述。
[0041]如图1所示，本发明包括主体支架和控制电路板21、定高传感器20、压力液位传感器2、水样采集装置、升降装置、分样装置12、样品储存装置和采样摄像头23。其中，定高传感器20、采样摄像头23和升降装置均按照在在主体支架，升降装置中旋转的部分分样装置12、减速齿轮从动部分14、样品储存装置通过滑环和轴承16与主体支架相连，滑环主要是解决控制电路板21和升降装置之间的控制和通信，分样装置12通过紧固件与减速齿轮从动部分14固定，样品储存装置通过螺纹和分样装置12固定;升降装置中的伺服电机18和伸缩杆15通过紧固件和主体支架相连;磁编码器17安装在伺服电机18的尾部，其外壳和伺服电机外壳固定，旋转孔与电机的转轴连接，伺服电机输出轴与减速齿轮主动轮19固定联接;减速齿轮主动轮19通过齿轮耦合与减速齿轮从动部分14联接，在伺服电机带动减速齿轮主动轮19转动，减速齿轮主动轮19带动减速齿轮从动部分14转动，进而驱动分样装置12和样品储存装置旋转。分样装置12的进样口和流量传感器13直接联接，其三个出样口分别通过软管和样品储存装置的三层的进样口连接，其内部通过一个三通、一个四通和五个夹管阀控制样品的流向，进而可以控制将样品存储在样品储存装置某一层。
[0042]水样采集装置的软管4一端和流量传感器13的进样端连接，另外一端和潜水栗I的出水端连接，中间部分缠绕在水样储存装置的外壁，并通过伸缩杆伸缩部分3的末端圆孔5，末端圆孔5中间装有陶瓷眼，减少对软管的摩擦力和摩擦。由于水样采样装置末端采用潜水栗I，其本身的质量会让其软管有一定向下的拉力，当升级装置逆时针旋转(从上向下看)时，在潜水栗I的重力下，潜水栗I会自动下降，同时伸缩杆会同步的收缩，实现采样装置下放;当升降装置顺时针旋转(从上向下看)时，水管会在水样储存装置的外壁缠绕，由于软管的总长一定，缠绕的越多，从伸缩杆圆孔5到潜水栗I的软管长度就越短，潜水栗I向上运动，同时伸缩杆会同步的伸长，实现了采样装置的收取;在伸缩杆圆孔5的一边安装有接近开关6，当潜水栗接近接近开关时，其输出归零信号给控制电路板的控制器，此状态为采样装置的归零状态。自动采样装置在开机后自动进入归零状态，在每次水样采集完成后也进入归零状态。
[0043]在潜水栗I的末端同时安装了压力液位传感器2，主要向控制电路板反馈潜水栗I目前所处深度，控制电路板根据反馈信号动态调整升降装置，如果潜水栗I深度不够，升降装置下放潜水栗;如果潜水栗I深度超过了设定值，升降装置将收取潜水栗，使潜水栗基本处于液位以下固定深度，从而实现定深采样。
[0044]分样装置12由一个进样口、一个三通阀、一个四通阀、五个夹管阀和三个出样口组成，五个夹管阀受到控制电路板21控制，通过控制不同夹管阀的开通和关闭可实现将水样从不同的出样口排出，进而实现将水样存储到样品储存装置的不同层。样品储存装置由三层可拆卸塑料瓶组成，每层塑料瓶均有进样口和出样口，出样口常规采样塞子堵住，每一层和上一层之间通过螺纹相连，可以根据采样点的个数及采样量的大小灵活选择样品储存装置的层数。采集完成后，可将样品储存装置拆下直接保存，并更换另外的样品储存装置。样品储存装置通过螺纹和分样装置连接。在采样过程中，可根据水质采样量的大小需求决定水样充满一层还是充满多层。
[0045]控制电路板21对本系统中的定高传感器20、水样采集装置、升降装置、分样装置
12、样品储存装置进行控制和采样，并接收无人机系统发送过来的控制信号，完成无人机悬停高度、潜水栗采样深度、采样流量、样品采样体积、储存位置等控制，并将这些信息实时反馈给无人机系统，无人机系统通过数传电台传输给地面站，以供地面站工作人员实时掌握采样进展情况。同时，地面站工作人员可以通过采样摄像头实时监测整个采样过程。在水样采样完成后，自动采样器会自动收取潜水栗，进入归零状态，直至到达下一个采样点。
[0046]本发明的工作原理为:
[0047]自动采样器上电后，对定高传感器21、水样采集装置、升降装置、分样装置等进行自检，自检通过后收取潜水栗，进入归零状态，并将自检结果发送给无人机系统。地面人员确认无人机状态和自动采样器状态正常后，设定采样点坐标位置、水质采样无人机的飞行轨迹、采样深度、采样水量等参数。水质采样无人机根据轨迹飞行到采样点的位置，并通过自动采样器反馈的高度信息悬停在距离液面一定高度的地方;无人机位置稳定后给自动采样器发送开始采样指令，自动采样器根据悬停高度、采样深度等参数控制升降装置下放潜水栗I，并实时根据压力液位传感器2检测潜水栗I的深度，当潜水栗I的深度满足采样要求后，停止下发潜水栗I;根据采样水量的参数调整分样装置12中的夹管阀的开关状态，确定样品在样品储存装置中储存的层数，完成后给潜水栗I通电开始采样;在采样过程中，根据流量传感器13反馈的流量进行采样流量控制，保证采样流量在合理的范围内，并根据流量计算采集水量，当采集水量满足要求后，停止采样，收取潜水栗I，进入归零状态;此时根据控制指令进行下一个采样点采样或者返航。
【主权项】
1.一种水质采样无人机的自动采样器，其特征在于: 包括主体支架、控制电路板、水样采集装置、升降装置和样品储存装置； 所述升降装置中的减速齿轮从动部分通过轴承与主体支架相连;减速齿轮从动部分驱动样品储存装置旋转； 所述水样采集装置包括潜水栗、液位传感器和软管，其中潜水栗和液位传感器安装在一起，能够实时获知潜水栗处于液面以下的深度，实现定深采样;用于水样传输的软管一端和潜水栗的出水端连接，软管的中间部分缠绕在样品储存装置的外壁。2.一种如权利要求1所述的自动采样器，其特征在于:还包括分样装置，分样装置的进样口和水样采集装置联接，分样装置多个出样口分别和样品储存装置的各层的进样口连接，实现将水样存储到样品储存装置的不同层。3.—种如权利要求1或2任意一项所述的自动采样器，其特征在于:样品储存装置包括多层可拆卸塑料瓶，每一层和上一层之间通过螺纹相连。4.一种如权利要求1所述的自动采样器，其特征在于:当旋转样品储存时，在潜水栗的重力下，潜水栗会自动下降，同时伸缩杆会同步的收缩，实现水样采集装置下放；当反向旋转样品储存时，软管会在样品储存装置的外壁缠绕，同时伸缩杆会同步的伸长，实现了水样采集装置的收取。5.一种如权利要求2所述的自动采样器，其特征在于:分样装置与减速齿轮从动部分固定连接;样品储存装置和分样装置固定连接;伺服电机带动减速齿轮主动轮转动，减速齿轮主动轮带动减速齿轮从动部分转动，进而驱动分样装置和样品储存装置旋转。6.一种如权利要求1所述的自动采样器，其特征在于:所述升降装置还包括伸缩杆，软管通过伸缩杆伸缩部分的末端圆孔。7.一种如权利要求1所述的自动采样器，其特征在于:分样装置的进样口和软管一端通过流量传感器连接。8.—种如权利要求1-7任意一项所述的自动采样器，其特征在于:在伸缩杆圆孔的一边安装有接近开关，当潜水栗接近接近开关时，其输出归零信号给控制电路板的控制器。9.一种如权利要求1-8任意一项所述的自动采样器，其特征在于:控制电路板对自动采样器的定高传感器、水样采集装置、升降装置、分样装置、样品储存装置进行控制和采样，并接收无人机系统发送过来的控制信号，完成无人机悬停高度、潜水栗采样深度、采样流量、样品采样体积和/或储存位置的控制。10.—种使用如权利要求1-9任意一项所述的自动采样器进行无人机水样采集的方法，其特征在于:包括如下步骤: 系统自检，自检通过后收取潜水栗，进入归零状态，并将自检结果发送给无人机系统； 设定采样点坐标位置、水质采样无人机的飞行轨迹、采样深度和采样水量参数； 无人机根据轨迹飞行到采样点的位置，并通过自动采样器反馈的高度信息悬停在距离液面一定高度的地方； 自动采样器根据悬停高度、采样深度参数控制升降装置下放潜水栗，并实时根据压力液位传感器检测潜水栗的深度，当潜水栗的深度满足采样要求后，停止下发潜水栗； 根据采样水量的参数确定样品在样品储存装置中的位置，完成后给潜水栗通电开始采样； 在采样过程中，根据流量传感器反馈的流量进行采样流量控制，根据流量计算采集水量，当采集水量满足要求后，停止采样，收取潜水栗，进入归零状态； 此时根据控制指令进行下一个采样点采样或者返航。
【专利摘要】水质采样无人机的自动采样器，包括主体支架、定高传感器、水样采集装置、升降装置、分样装置、样品储存装置和控制电路板。其中，水样采集装置包括潜水泵、压力液位传感器、柔性水管、流量传感器，可以完成定深采样；升降装置包括伺服电机、磁编码器、减速齿轮、滑环、轴承、接近开关、伸缩杆、陶瓷眼部件，可实现采样装置的收放功能；样品储存装置由三层可拆卸塑料瓶组成。本发明可以有效减轻自动采样器的重量，提高了整个水质采样无人机的性能；同时通过升降装置和在取样口增加压力液位传感器实现定深采样，并在无人机飞行过程将采样装置收起，提高无人机飞行过程中的安全性。
【IPC分类】G01N1/14
【公开号】CN105571904
【申请号】CN201610127943
【发明人】胡进
【申请人】武汉博感空间科技有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年3月7日