一种监测水下排污暗管的无人船舶系统的制作方法

1.本发明属于暗管监测无人船领域。


背景技术：

2.随着无线通讯和无人机的普及，现在已经存在河道排污暗管监测无人船的底部安装超声波探测器的结构，可以实时的对河流的河底与水下河坡表面进行超声波扫描，一旦超声波探测器扫描到河底或水下河坡上存在“疑似暗管的管状物”时并不能确切的知道是否是真正的暗管，也有可能只是水下的废弃管体或其他不是暗管的物品，这时还需要工作人员潜水核实，工作强度大，而且有有害污水对监测人员也存在损害。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能近距离取证采样的一种监测水下排污暗管的无人船舶系统。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明的一种监测水下排污暗管的无人船舶系统，包括无人暗管监测母船，所述无人暗管监测母船，所述无人暗管监测母船的底部通过支架固定安装有超声波探测器；
5.所述无人暗管监测母船的船头安装有取证潜水器，所述无人暗管监测母船能释放所述取证潜水器，所述无人暗管监测母船释放所述取证潜水器后，所述取证潜水器能潜到水中行驶；所述取证潜水器上携带了照明和录像单元，且所述取证潜水器能在自身所在位置对水取样；行驶在水下的取证潜水器自身停止运行后会因浮力自动上浮到水面。
6.进一步的，所述无人暗管监测母船的船头的左右两侧分别固定连接有左伸缩器支架和右伸缩器支架；所述左伸缩器支架和右伸缩器支架相互靠近的一侧分别固定安装有朝右延伸的第一伸缩器和朝左延伸的第二伸缩器；所述第一伸缩器的伸缩杆末端和第二伸缩器的伸缩杆末端分别通过第一夹持片支架和第二夹持片支架分别固定连接有左右对称的第一半圆夹持片和第二半圆夹持片；所述第一伸缩器和第二伸缩器的伸缩杆同步伸出运动能使第一半圆夹持片与第二半圆夹持片做相互靠近的夹持抱紧动作；
7.所述取证潜水器包括竖向的柱状浮子，所述柱状浮子的上端设置有一段夹持段，所述夹持段的上端同轴心固定连接有顶盘，所述顶盘的直径小于所述夹持段的外径；
8.行驶在水下的取证潜水器自身停止运行后会因浮力自动上浮到水面时的漂浮状态时，所述柱状浮子的上端的一段夹持段与漂浮的无人暗管监测母船上的第一半圆夹持片和第二半圆夹持片等高；所述第一半圆夹持片与第二半圆夹持片的相互靠近能夹持到漂浮时的所述取证潜水器的一段夹持段。
9.进一步的，所述柱状浮子的四周呈圆周阵列分布有若干轴流水下推进器，各所述轴流水下推进器的喷射口端均斜向朝上，各所述轴流水下推进器的进水口端的下方平行设置有盘状的引流板，所述引流板直径大于所述轴流水下推进器的外径；若干轴流水下推进器以等功率同步运行时，会对柱状浮子形成一个向下的推进力，从而克服浮力而下潜；
10.所述轴流水下推进器的机壳通过连接臂与所述引流板支撑连接，各所述引流板均通过一根连接支架固定连接所述柱状浮子的下端侧壁；所述柱状浮子的下端通过连接件固定连接有一根朝下延伸的悬挂杆，所述悬挂杆的下端固定连接有潜水摄像采样单元。
11.进一步的，各所述轴流水下推进器的轴线均与水平面呈
°
。
12.进一步的，所述潜水摄像采样单元包括透明半球内壳，透明半球内壳的内部为半球腔，半球腔固定安装有镜头竖向朝下的摄像机。
13.进一步的，透明半球内壳的外侧同球心设置有透明半球外壳，透明半球外壳与透明半球内壳之间的间隙形成密封的云团状污水采样空腔层，云团状污水采样空腔层内填充满透明的纯净水；从而使摄像机能透过透明半球内壳、云团状污水采样空腔层和透明半球外壳拍摄到外部环境。
14.进一步的，还包括环形平台，环形平台的环形外缘与透明半球外壳的上端轮廓一体化连接，环形平台的环形内缘与透明半球内壳的上端轮廓一体化连接；半球腔顶端的圆形开口处密封设置有封盖；环形平台上分别设置有连通口，环形平台上还固定设置有管接头；连通口与管接头的位置关系是相对于环形平台的圆心成中心对称；连通口的下端连通有上下贯通的第一圆锥孔，第一圆锥孔的圆锥细端朝上，且第一圆锥孔的下端连通云团状污水采样空腔层，云团状污水采样空腔层的上端能通过相互连通的连通口和第一圆锥孔连通外界；管接头的下端连通有上下贯通的第二圆锥孔，第二圆锥孔的圆锥细端朝上，且第二圆锥孔的下端连通云团状污水采样空腔层，云团状污水采样空腔层的上端能通过相互连通的管接头和第二圆锥孔连通外界。
15.进一步的，云团状污水采样空腔层内设置有第一弧形赶液片和第二弧形赶液片，第一弧形赶液片由逆时针端到顺时针端逐渐变细，第一弧形赶液片的顺时针端记为第一赶液片粗端，第一弧形赶液片的逆时针端记为第一赶液片细端；第一弧形赶液片的第一赶液片粗端一体化连接有第一连接柱，第一连接柱的轴线经过透明半球内壳的球心；第一弧形赶液片为水平时，第一弧形赶液片靠近第一赶液片粗端的上表面一体化设置有第一堵孔球，第一堵孔球刚好同轴心顶压在第一圆锥孔的锥状内壁，从而封堵第一圆锥孔；第二弧形赶液片由逆时针端到顺时针端逐渐变细，第二弧形赶液片的顺时针端记为第二赶液片粗端，第二弧形赶液片的逆时针端记为第二赶液片细端；第二弧形赶液片的第二赶液片粗端一体化连接有第二连接柱，第二连接柱的轴线经过透明半球内壳的球心；第二弧形赶液片为水平时，第二弧形赶液片靠近第二赶液片粗端的上表面一体化设置有第二堵孔球，第二堵孔球刚好同轴心顶压在第二圆锥孔的锥状内壁，从而封堵第二圆锥孔；第一连接柱的轴线与第二连接柱的轴线重合；第一连接柱和第二连接柱的旋转能分别带动第一弧形赶液片和第二弧形赶液片跟着沿第一连接柱和第二连接柱共同的轴线在云团状污水采样空腔层中回转摆动；第一连接柱和第二连接柱的旋转能使第一弧形赶液片的内弧形轮廓a与第二弧形赶液片的外弧形轮廓b重合；第一弧形赶液片的内弧形轮廓a与第二弧形赶液片的外弧形轮廓b重合时，第一弧形赶液片与第二弧形赶液片所组合成的一个整体构成一个半圆环赶水片；半圆环赶水片的半圆圆心与透明半球内壳的半球球心重合，半圆环赶水片的半圆环内缘与透明半球内壳的球外壁间隙配合，半圆环赶水片的半圆环外缘与透明半球外壳的球内壁间隙配合；半圆环赶水片能将云团状污水采样空腔层分隔成第一腔和第二腔；第一腔和第二腔分别连通第一圆锥孔和第二圆锥孔。
16.进一步的，半球腔内的摄像机两侧左右对称固定安装有第一赶水赶液片驱动电机和第二赶水赶液片驱动电机，第一赶水赶液片驱动电机的第一输出轴和第二赶水赶液片驱动电机的第二输出轴分别通过第一防水密封轴承和第二防水密封轴承与透明半球内壳壳壁上的轴承孔转动配合；第一输出轴的末端和第二输出轴的末端分别同轴心固定连接第一连接柱和第二连接柱。
17.有益效果：本发明的本发明的结构简单，本发明能更加确切的知道排污的暗管排放的污染物的严重程度和确切的排污证据，水下排污的暗管的排污口向外排污时，摄像机的镜头会捕捉到暗管的排污口向外排污时在水中形成“云团状污水”，这时摄像机进行录像取证，而且还可以对“云团状污水”进行采样。
附图说明
18.附图1为无人暗管监测母船搭载取证潜水器时的正视图；
19.附图2为附图1的立体示意图；
20.附图3为附图2的标记103处的放大示意图；
21.附图4为取证潜水器被释放时的结构示意图；
22.附图5为单个水下推进器结构示意图；
23.附图6为取证潜水器的第一结构示意图；
24.附图7为取证潜水器的第二结构示意图；
25.附图8为潜水摄像采样单元结构示意图；
26.附图9为附图8的剖开结构示意图；
27.附图10为潜水摄像采样单元从第一圆锥孔处剖开的示意图；
28.附图11为潜水摄像采样单元从第二圆锥孔处剖开的示意图；
29.附图12为潜水摄像采样单元内的第一弧形赶液片与第二弧形赶液片所组合成的一个作为整体的半圆环赶水片时的第一纵向剖视图(隐去了摄像头)；
30.附图13为为潜水摄像采样单元内的第一弧形赶液片与第二弧形赶液片所组合成的一个作为整体的半圆环赶水片时的第一纵向剖视图(隐去了摄像头，这张图可以看到作为整体的半圆环赶水片将云团状污水采样空腔层分隔成第一腔和第二腔)；
31.附图14为初始状态时的第一弧形赶液片与第二弧形赶液片的分布示意图；
32.附图15为第一弧形赶液片与第二弧形赶液片所组合成的一个作为整体的半圆环赶水片的示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
34.如附图1至15所示的一种监测水下排污暗管的无人船舶系统，包括无人暗管监测母船104，所述无人暗管监测母船104，所述无人暗管监测母船104的底部通过支架106固定安装有超声波探测器105；
35.所述无人暗管监测母船104的船头安装有取证潜水器103，所述无人暗管监测母船104能释放所述取证潜水器103，所述无人暗管监测母船104释放所述取证潜水器103后，所述取证潜水器103能潜到水中行驶；所述取证潜水器103上携带了照明和录像单元，且所述
取证潜水器103能在自身所在位置对水取样；行驶在水下的取证潜水器103自身停止运行后会因浮力自动上浮到水面。
36.所述无人暗管监测母船104的船头的左右两侧分别固定连接有左伸缩器支架112和右伸缩器支架116；所述左伸缩器支架112和右伸缩器支架116相互靠近的一侧分别固定安装有朝右延伸的第一伸缩器111和朝左延伸的第二伸缩器115；所述第一伸缩器111的伸缩杆末端和第二伸缩器115的伸缩杆末端分别通过第一夹持片支架110和第二夹持片支架117分别固定连接有左右对称的第一半圆夹持片113和第二半圆夹持片114；所述第一伸缩器111和第二伸缩器115的伸缩杆同步伸出运动能使第一半圆夹持片113与第二半圆夹持片114做相互靠近的夹持抱紧动作；
37.所述取证潜水器103包括竖向的柱状浮子107，所述柱状浮子107的上端设置有一段夹持段108，所述夹持段108的上端同轴心固定连接有顶盘109，所述顶盘109的直径小于所述夹持段108的外径；
38.行驶在水下的取证潜水器103自身停止运行后会因浮力自动上浮到水面时的漂浮状态时，所述柱状浮子107的上端的一段夹持段108与漂浮的无人暗管监测母船104上的第一半圆夹持片113和第二半圆夹持片114等高；所述第一半圆夹持片113与第二半圆夹持片114的相互靠近能夹持到漂浮时的所述取证潜水器103的一段夹持段108。
39.所述柱状浮子107的四周呈圆周阵列分布有若干轴流水下推进器121，各所述轴流水下推进器121的喷射口端123均斜向朝上，各所述轴流水下推进器121的进水口端119的下方平行设置有盘状的引流板120，所述引流板120直径大于所述轴流水下推进器121的外径；若干轴流水下推进器121以等功率同步运行时，会对柱状浮子107形成一个向下的推进力，从而克服浮力而下潜；
40.所述轴流水下推进器121的机壳通过连接臂122与所述引流板120支撑连接，各所述引流板120均通过一根连接支架118固定连接所述柱状浮子107的下端侧壁；所述柱状浮子107的下端通过连接件123固定连接有一根朝下延伸的悬挂杆101，所述悬挂杆101的下端固定连接有潜水摄像采样单元102。
41.各所述轴流水下推进器121的轴线均与水平面呈45
°
。
42.所述潜水摄像采样单元102包括透明半球内壳24，透明半球内壳24的内部为半球腔30，半球腔30固定安装有镜头31竖向朝下的摄像机22。
43.透明半球内壳24的外侧同球心设置有透明半球外壳16，透明半球外壳16与透明半球内壳24之间的间隙形成密封的云团状污水采样空腔层23，云团状污水采样空腔层23内填充满透明的纯净水；从而使摄像机22能透过透明半球内壳24、云团状污水采样空腔层23和透明半球外壳16拍摄到外部环境。
44.还包括环形平台36，环形平台36的环形外缘与透明半球外壳16的上端轮廓一体化连接，环形平台36的环形内缘与透明半球内壳24的上端轮廓一体化连接；半球腔30顶端的圆形开口处密封设置有封盖15；环形平台36上分别设置有连通口14，环形平台36上还固定设置有管接头13；连通口14与管接头13的位置关系是相对于环形平台36的圆心成中心对称；
45.如图10，连通口14的下端连通有上下贯通的第一圆锥孔41，第一圆锥孔41的圆锥细端朝上，且第一圆锥孔41的下端连通云团状污水采样空腔层23，云团状污水采样空腔层
23的上端能通过相互连通的连通口14和第一圆锥孔41连通外界；
46.如图11，管接头13的下端连通有上下贯通的第二圆锥孔40，第二圆锥孔40的圆锥细端朝上，且第二圆锥孔40的下端连通云团状污水采样空腔层23，云团状污水采样空腔层23的上端能通过相互连通的管接头13和第二圆锥孔40连通外界。
47.云团状污水采样空腔层23内设置有第一弧形赶液片34和第二弧形赶液片35，第一弧形赶液片34由逆时针端到顺时针端逐渐变细，第一弧形赶液片34的顺时针端记为第一赶液片粗端34.1，第一弧形赶液片34的逆时针端记为第一赶液片细端34.2；第一弧形赶液片34的第一赶液片粗端34.1一体化连接有第一连接柱26，第一连接柱26的轴线经过透明半球内壳24的球心；第一弧形赶液片34为水平时，第一弧形赶液片34靠近第一赶液片粗端34.1的上表面一体化设置有第一堵孔球36，第一堵孔球36刚好同轴心顶压在第一圆锥孔41的锥状内壁，从而封堵第一圆锥孔41；第二弧形赶液片35由逆时针端到顺时针端逐渐变细，第二弧形赶液片35的顺时针端记为第二赶液片粗端35.1，第二弧形赶液片35的逆时针端记为第二赶液片细端35.2；第二弧形赶液片35的第二赶液片粗端35.1一体化连接有第二连接柱25，第二连接柱25的轴线经过透明半球内壳24的球心；第二弧形赶液片35为水平时，第二弧形赶液片35靠近第二赶液片粗端32.1的上表面一体化设置有第二堵孔球37，第二堵孔球37刚好同轴心顶压在第二圆锥孔40的锥状内壁，从而封堵第二圆锥孔40；第一连接柱26的轴线与第二连接柱25的轴线重合；第一连接柱26和第二连接柱25的旋转能分别带动第一弧形赶液片34和第二弧形赶液片35跟着沿第一连接柱26和第二连接柱25共同的轴线在云团状污水采样空腔层23中回转摆动；第一连接柱26和第二连接柱25的旋转能使第一弧形赶液片34的内弧形轮廓a与第二弧形赶液片35的外弧形轮廓b重合(如图14变换成图15)；第一弧形赶液片34的内弧形轮廓a与第二弧形赶液片35的外弧形轮廓b重合时，第一弧形赶液片34与第二弧形赶液片35所组合成的一个整体构成一个半圆环赶水片100；半圆环赶水片100的半圆圆心与透明半球内壳24的半球球心重合，半圆环赶水片100的半圆环内缘与透明半球内壳24的球外壁间隙配合，半圆环赶水片100的半圆环外缘与透明半球外壳16的球内壁间隙配合；如图13，半圆环赶水片100能将云团状污水采样空腔层23分隔成第一腔23.1和第二腔23.2；第一腔23.1和第二腔23.2分别连通第一圆锥孔41和第二圆锥孔40。
48.半球腔30内的摄像机22两侧左右对称固定安装有第一赶水赶液片驱动电机21和第二赶水赶液片驱动电机20，第一赶水赶液片驱动电机21的第一输出轴27和第二赶水赶液片驱动电机20的第二输出轴28分别通过第一防水密封轴承33和第二防水密封轴承29与透明半球内壳24壳壁上的轴承孔转动配合；第一输出轴27的末端和第二输出轴28的末端分别同轴心固定连接第一连接柱26和第二连接柱25。
49.本方案的工作过程、工作原理以及技术进步整理如下：
50.初始状态：潜水摄像采样单元102上的第一弧形赶液片34和第二弧形赶液片35均为水平状态，第一赶水赶液片驱动电机21和第二赶水赶液片驱动电机20均为刹车状态；且这时第一堵孔球36刚好同轴心顶压在第一圆锥孔41的锥状内壁，从而封堵第一圆锥孔41；第二堵孔球37刚好同轴心顶压在第二圆锥孔40的锥状内壁，从而封堵第二圆锥孔40；这时云团状污水采样空腔层23内填充的纯净水与外界处于隔绝的状态，从而使摄像机22能透过透明半球内壳24、云团状污水采样空腔层23内的纯净水和透明半球外壳16拍摄到外部环境；
51.工作过程：这时岸边工作人员通过遥控无人暗管监测母船104在河流的水面沿河道方向缓慢行驶，与此同时开启无人暗管监测母船104的底部的超声波探测器105，进而实时对河流的河底与水下河坡表面进行超声波扫描，一旦超声波探测器105扫描到河底或水下河坡上存在“疑似暗管的管状物”时，立即对“疑似暗管的管状物”进行定位，这时需要潜水摄像采样单元102潜入水下进行核实并取证；
52.此时无人暗管监测母船104行驶到水下的“疑似暗管的管状物”的正上方水面位置；
53.控制第一伸缩器111和第二伸缩器115的伸缩杆同步缩回运动，使第一半圆夹持片113与第二半圆夹持片114做相互远离的释放动作；从而使取证潜水器103的
54.无人暗管监测母船104释放取证潜水器103的柱状浮子107上端的一段夹持段108，使取证潜水器103与无人暗管监测母船104脱离；这时同时控制所有的轴流水下推进器121运行，所有的轴流水下推进器121的同等功率运行会对取证潜水器103形成一个竖向朝下的推进力以克服自身所受浮力，从而使取证潜水器103在若干轴流水下推进器121的共同推进下做逐渐铅锤方向下潜的运动，潜水器103若需要在水中微调下潜的位置，则需要有一个水平方向的分力即可，这时可以通过单独控制各轴流水下推进器121的功率差来实现斜向下潜，从而实现微调潜水器103下潜的位置，直至潜水器103下潜到了“疑似暗管的管状物”附近后，然后开启摄像机22，进而使摄像机22近距离的拍摄到了“疑似暗管的管状物”这时工作人员若远程判断摄像机22捕捉到的“疑似暗管的管状物”确实是水下排污的暗管时，可以选择立即结束工作；
55.如果工作人员为了更加确切的知道排污的暗管排放的污染物的严重程度和确切的排污证据，则可以选择保持此时的状态不变，等待水下排污的暗管的排污口向外排污；等待到水下排污的暗管的排污口向外排污时，摄像机22会捕捉到水下排污的暗管的排污口向外排污时在水中形成“云团状污水”，这时摄像机22进行录像取证；
56.当“云团状污水”在水中逐渐蔓延到摄像机22附近时，摄像机22的镜头31所捕捉的画面开始变得如同浓雾笼罩时的模糊画面，以此可以判断这时潜水摄像采样单元102已经“淹没”在了“云团状污水”中了，这时是最佳的取样时机；
57.这时分别独立控制第一赶水赶液片驱动电机21和第二赶水赶液片驱动电机20，进而使第一输出轴27和第二输出轴28分别独立的带动第一连接柱26和第二连接柱25沿轴线回转，进而第一连接柱26和第二连接柱25分别带动第一弧形赶液片34和第二弧形赶液片35跟着沿第一连接柱26和第二连接柱25共同的轴线在云团状污水采样空腔层23做逐渐相互靠近的向下摆动，这时第一堵孔球36跟着第一弧形赶液片34脱离第一圆锥孔41的锥状内壁，第二堵孔球37跟着第二弧形赶液片35脱离第二圆锥孔40的锥状内壁，使第一圆锥孔41和第二圆锥孔40畅通，直至第一弧形赶液片34的内弧形轮廓a与第二弧形赶液片35的外弧形轮廓b重合；
58.第一弧形赶液片34的内弧形轮廓a与第二弧形赶液片35的外弧形轮廓b重合时，第一弧形赶液片34与第二弧形赶液片35所组合成的一个整体构成一个半圆环赶水片100，这时作为一个整体的半圆环赶水片100将云团状污水采样空腔层23分隔成第一腔23.1和第二腔23.2，第一腔23.1和第二腔23.2分别连通第一圆锥孔41和第二圆锥孔40；从而使第一腔23.1和第二腔23.2内的纯净水分别通过第一圆锥孔41和第二圆锥孔40连通外部的“云团状
污水”；
59.此时同步控制第一赶水赶液片驱动电机21和第二赶水赶液片驱动电机20，使第一输出轴27和第二输出轴28沿共同的轴线同步顺时针、逆时针来回旋转，进而使作为一个整体的半圆环赶水片100沿第一输出轴27和第二输出轴28沿共同的轴线反复的快速顺时针、逆时针来回摆动十次以上；如：作为一个整体的半圆环赶水片100顺时针迅速摆动时的涌动会将第一腔23.1内的纯净水通过第一圆锥孔41挤出外界，与此同时作为一个整体的半圆环赶水片100的顺时针迅速摆动时会使第二腔23.2内产生负压，进而让“云团状污水”通过第二圆锥孔40逐渐吸入第二腔23.2内；就这样作为一个整体的半圆环赶水片100反复的快速顺时针、逆时针摆动十次以上，会最终让云团状污水采样空腔层23内的纯净水逐渐赶出并替换成“云团状污水”样本，从而得到了对暗管的排污口向外排污时在水中形成“云团状污水”的样本；
60.最后，分别独立控制第一赶水赶液片驱动电机21和第二赶水赶液片驱动电机20，使第一弧形赶液片34与第二弧形赶液片35回到“初始状态”，从而使第一堵孔球36刚好同轴心顶压在第一圆锥孔41的锥状内壁，从而封堵第一圆锥孔41；第二堵孔球37刚好同轴心顶压在第二圆锥孔40的锥状内壁，从而封堵第二圆锥孔40；这时云团状污水采样空腔层23内填充的“云团状污水”的样本与外界处于隔绝的状态；至此已经完成取证和采样过程；
61.最后，暂停所有的轴流水下推进器121，这时取证潜水器103失去向下的推进力后会在浮力作用下自动上浮到水面，这时控制无人暗管监测母船104重新夹持到漂浮状态的取证潜水器103的柱状浮子107的上端设置有一段夹持段108。
62.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。