环境水体原位自动监测仪智能全密闭自脱式外壳的制作方法
【专利摘要】本发明的环境水体原位自动监测仪智能全密闭自脱式外壳，是对“带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪”进行的改进，以非结触式磁力驱动为动力，实现智能全密闭。其特征在于：收线轮设置磁导体，与其相关的机械部分和电器部分还包括磁力部分。而且将收线轮设置在机壳外部，与其相关的机械部分和电器部分以及包括的磁力部分，均设置在机壳之内。由于采用非接触式驱动、滑轨设计和磁控开关检测，因而实现了智能全密闭，更好的满足水下工作的需要，由一套机械部分、电器部分和磁力部分来实现对各层保护膜的脱离，机械结构大为简化，实现了收线的闭环控制，使外保护层剥落的可靠性进一步提高。
【专利说明】环境水体原位自动监测仪智能全密闭自脱式外壳
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境水体监测，特别是环境水体原位自动监测装置，具体是环境水体原位自动监测仪智能全密闭自脱式外壳。
【背景技术】
[0002]随着工业化进程的加快，湖泊、河流和近岸海域等水体的富营养化现象越来越严重，对水体中富营养化的氮、磷等营养盐的原位监测成为环境监测的热点。原位监测是指在水质污染的现场做实时实地的自动测量。然而由于原位自动监测仪长期置于污染的水体中，原位自动监测仪的表面、流路管道和光学窗口等部位容易附着生物，以及受到水体腐蚀破环，从而导致仪器不能正常运转而瘫痪，这已成为原位自动监测仪应用中的难点之一。
[0003]专利201320097030X公开了一种带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪，包括化学分析装置、电源模块、电路部分和壳体，其化学分析装置、电源模块和电路部分安置在由上下两个半球形壳体和中间的圆柱形壳体形成的密闭胶囊型壳体内，由过滤膜封口的液体样品吸管伸出壳体下半球形外，信号与电源线伸出壳体上半球形外；该装置设置了用来切割保护膜的钩形刀、使钩形刀完成切割任务的机械部分、以及电器电路部分和控制部分，通过步进电机带动驱动齿轮，再由驱动齿轮带动收线轮，进而收卷钢丝绳，使钩型刀切割保护膜，完成外壳自脱。该装置结构较为复杂，而且收线轮安置在壳体内，钢丝绳从壳体外进入壳体内，密封处理措施繁复。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种环境水体原位自动监测仪智能全密闭自脱式外壳。
[0005]本发明的主要设计是基于仿生学原理，模拟蛇脱皮的原理，在原位自动监测仪的外面包裹多层薄的保护膜，每隔一段时间自动将最外的一层薄膜剥去，从而达到自动清洁原位自动监测仪外壳的作用，这样就可以很好的解决原位自动监测仪外壳受生物污染而无法工作的问题。
[0006]由于环境水体原位自动监测仪长期工作在水下，其密闭性显的尤为得重要，为了更好地提高密封性能，简化机械结构，实现发明目标，本发明对“带自脱式外壳装置的环境水体原位自动监测仪”进行了原理性的改进，以非结触式磁力驱动为动力，实现智能全密闭。
[0007]为了实现上述目的，本发明环境水体原位自动监测仪智能全密闭自脱式外壳，包括收线轮及与其相关的机械部分和电器部分，其特征在于:收线轮设置磁导体，与其相关的机械部分和电器部分还包括磁力部分。
[0008]为了更好地实现全密封，本发明将收线轮设置在机壳外部，与其相关的机械部分和电器部分以及包括的磁力部分，均设置在机壳之内。
[0009]在上述方案中，磁力部分作用于收线轮的磁导体，从而使收线轮转动收线，收卷钢丝绳，使钩型刀切割保护膜，完成外壳自脱。由于收线轮位于机壳外部，所以钢丝绳并不进入机壳,而动力又属于非接触式驱动,这样,整个脱去外壳的过程中，机壳内外并没有任何的直接连通，实现了智能全密闭，更好地满足水下工作的需要。
[0010]具体的技术方案是:
收线轮及与其相关的机械部分和电器部分，均安置在上部机壳的圆柱形段；
收线轮设置在上部机壳外部，与二根成一组的钢丝绳一起处于每层保护膜之内，其一端设置与上部机壳直接或间接接触的磁导体，另一端设置直径不同的两个收线槽，两个收线槽的直径比等于连接的两根钢丝绳的长度比；
在机壳外每层保护膜之内，设置磁控开关驱动磁铁，钢丝绳穿过磁控开关驱动磁铁的磁铁通孔连接在收线轮的收线槽中；
所述的与收线轮相关的机械部分和电器部分还包括磁力部分，它们均设置在机壳之内，包括转盘齿轮驱动步进电机、磁控开关、收线轮驱动强磁铁、强磁铁驱动步进电机、强磁铁驱动步进电机移动机座、转盘齿轮、三层滑轨、移动机座下端轴承、转盘齿轮驱动齿轮，强磁铁驱动步进电机移动机座安装在转盘齿轮上，转盘齿轮上开设转盘齿轮上移动机座径向槽，固定在强磁铁驱动步进电机移动机座下的移动机座滑块嵌在转盘齿轮上开设转盘齿轮上移动机座径向槽中；
强磁铁驱动步进电机移动机座的移动机座下端轴承嵌在三层滑轨中间层宽轨道中，三层滑轨的轨迹的最外端与收线轮的位置相对应；
转盘齿轮驱动步进电机与转盘齿轮驱动齿轮同轴连接，转盘齿轮驱动齿轮与转盘齿轮咬合；
收线轮驱动强磁铁与强磁铁驱动步进电机同轴连接，强磁铁驱动步进电机通过强磁铁驱动步进电机固定支架固定在强磁铁驱动步进电机移动机座上，固定在强磁铁驱动步进电机移动机座下的移动机座滑块与移动机座下端轴承连接；
转盘齿轮与滑轨的固定螺丝穿过转盘齿轮中央的固定孔，连接在三层滑轨中央的转盘齿轮和滑轨固定轴上，转盘齿轮和滑轨固定轴由转盘齿轮与滑轨固定轴的紧固螺丝固定在圆柱形固定支架的中央；
控制器通过导线连接着转盘齿轮驱动步进电机、强磁铁驱动步进电机、以及与机壳外磁控开关驱动磁铁位置对应的磁控开关。
[0011]所述的收线轮的磁导体与机壳间接接触是指次外层直至最外层的保护膜之内的收线轮的磁导体与机壳之间隔着一层或数层保护膜。
[0012]当所述的收线轮为多个时，它们处于同一水平面上，且均与三层滑轨的轨迹的最外端的位置相对应。
[0013]上述的智能全密闭自脱式外壳的整个工作过程可分为二个阶段，即定位和收线。
[0014]定位就是让收线轮驱动强磁铁对准收线轮。定位过程如下:转盘齿轮驱动步进电机转动，带动转盘齿轮驱动齿轮转动，转盘齿轮驱动齿轮转动带动转盘齿轮转动，强磁铁驱动步进电机称动机座安装在转盘齿轮上，强磁铁驱动步进电机称动机座随转盘齿轮转动，移动机座下端轴承又嵌在滑轨中间层宽轨道中，所以称动机座在作转动的同时，还要沿滑轨作径向移动，滑轨的轨迹的最外端与收线轮的位置相对应。收线轮驱动强磁铁安装在强磁铁驱动步进电机，当滑轨的轨迹的最外端与收线轮的位置对齐时，收线轮驱动强磁铁与收线轮几乎紧贴在一起，但两者之间又被机壳相隔开。这时转盘齿轮驱动步进电机停止转动，定位结束。
[0015]收线过程如下:转盘齿轮驱动步进电机停止转动后，在控制器中的程序的控制下强磁铁驱动步进电机开始转动，带动强磁铁转动，在强磁场的作用下，强磁铁带动收线轮转动，钢丝绳开始在收线轮上缠绕，两侧的钩形刀向收线轮靠近，最外层的保护膜被割开，由于收线轮上作成两个直径不同的收线槽，从而保证两侧的钢丝能同时靠近收线轮。由于钢丝绳穿过了磁控开关驱动磁铁的磁铁通孔，当钩形刀进入磁铁通孔时，钩挂住磁控开关驱动磁铁使其转动，磁控开关会立即检测到这一信号并传送到控制器，控制器发出指令，强磁铁驱动步进电机停止转动，收线过程结束。
[0016]上述过程只是针对一层保护膜而言的。
[0017]对于多层保护膜的情况，就有多个收线轮。这里的多层和多个，是与三层滑轨的轨迹的最外端的数目设置和位置设置相对应的。如果轨迹的最外端的数目为6个，则保护膜的层数最多为6层，收线轮的个数最多为6个，并且各个收线轮的安装位置要与轨迹的各个最外端的位置相对应。转盘齿轮驱动步进电机、磁控开关、收线轮驱动强磁铁、强磁铁驱动步进电机、强磁铁驱动步进电机移动机座、转盘齿轮、三层滑轨、移动机座下端轴承和转盘齿轮驱动齿轮等组成的机械部分、电器部分和磁力部分只有一套，通过控制器来控制这一套装置转动，使收线轮驱动强磁铁依次对准最外层保护膜的收线轮、次外层的保护膜的收
线轮......直到最后对准最内层保护膜的收线轮，从而实现针对各层保护膜的收线
轮的对准和定位，并在每一次定位后进行收线和自动脱膜。
[0018]本发明与已有技术相比有如下改进和进步:
1、采用非接触式驱动，实现了智能全密闭，更好的满足水下工作的需要。
[0019]2、采用滑轨设计，由一套机械部分、电器部分和磁力部分来实现对各层保护膜的脱离，机械结构大为简化。
[0020]3、采用磁控开关检测，实现了收线的闭环控制，使外保护层剥落的可靠性进一步提闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1智能全密闭自脱式外壳整体结构图；
图2上部机壳立体结构图；
图3上部机壳俯视图；
图4收线轮立体机构图；
图5收线轮剖面图；
图6收线轮驱动机构立体结构图；
图7转盘齿轮及驱动机构立体结构图；
图8转盘齿轮与驱动齿轮俯视图；
图9 a.三层滑轨安装轴承部位的局部正视剖面图，b.滑轨俯视图，c.滑轨底层立体图，d.滑轨中间层宽轨道立体图，e.滑轨顶层窄轨道立体图；
图10磁控开关驱动磁铁支架立体结构图；
图11磁控开关驱动磁铁立体结构图。
[0022]图中的标记和对应的名称如下:1.化学分析仪，2.下部机壳，3.钢丝绳，4.钩形刀，5.采样进水管密封垫，6.采样进水管，7.保护膜，8.控制器，9.控制导线，10.导线密封垫，11.上下机壳圆柱形密封垫，12.导线联接器防水密封机壳，13.导线密封垫，14.转盘齿轮驱动步进电机，15.磁控开关驱动磁铁，16.磁控开关，17.收线轮，18.收线轮驱动强磁铁，19.强磁铁驱动步进电机，20.上部机壳，21.步进电机驱动导线，22.强磁铁驱动步进电机移动机座，23.转盘齿轮上移动机座径向槽，24.转盘齿轮，25.转盘齿轮与滑轨的固定螺丝，26.总固定环密封垫,27.总固定环,28.转盘齿轮和滑轨固定轴,29.转盘齿轮与滑轨固定轴的紧固螺丝，30.固定轴密封垫，31.三层滑轨，32.磁控开关导线，33.收线轮固定轴，34.收线轮固定轴销，35.磁控开关驱动磁铁支架，36.上下机壳固定沉底密封螺丝，37.圆柱形固定支架，38.移动机座下端轴承，39.下部机壳上端密封盖沉底密封螺丝，40.下部机壳上端密封盖，41.转盘齿轮驱动动齿轮，42.移动机座滑块，43.强磁铁驱动步进电机固定支架，44.转盘齿轮固定孔，45总固定环安装孔，46.收线轮固定孔，47.小收线槽，48.大收线槽，49.磁导体，50.磁铁通孔，51.磁铁固定孔，52.收线轮安装位置，53磁铁安装孔。
【具体实施方式】
[0023]整个结构如图1所示，由于在上部机壳20外共安装有六个收线轮17，在整个机壳外可安装六层保护膜7。为了简捷，图中只画出了一层保护膜。
[0024]工作过程如下:整个工作过程可分为二个阶段，即定位和收线。定位就是让收线轮驱动强磁铁18对准收线轮17。之后，强磁铁驱动步进电机19转动，带动收线轮驱动强磁铁18，收线轮驱动动强磁铁18带动收线轮17转动，从而使钢丝绳3缠绕到收线轮17的两个收线槽(小收线槽47和大收线槽48)上，钢丝绳3上的钩形刀4将最外层的保护膜7切开剥落。
[0025]定位过程如下:转盘齿轮驱动步进电机14转动，带动转盘齿轮驱动齿轮41转动，转盘齿轮驱动齿轮41转动带动转盘齿轮24转动，强磁铁驱动步进电机移动机座22安装在转盘齿轮24上，强磁铁驱动步进电机移动机座22随转盘齿轮24转动，移动机座下端轴承38又嵌在三层滑轨31中间层宽轨道中，所以移动机座22在作转动的同时，还要沿三层滑轨31作径向移动，三层滑轨31的轨迹的六个最外端与六个收线轮17的位置相对应。收线轮驱动强磁铁18安装在强磁铁驱动步进电机19，当三层滑轨31的轨迹的最外端与收线轮17的位置对齐时，收线轮驱动强磁铁18与收线轮17几乎紧贴在一起，但两者之间又被机壳20相隔开。这时转盘齿轮驱动步进电机14停止转动，定位结束。
[0026]收线过程如下:转盘齿轮驱动步进电机14停止转动后，在控制器8中的程序的控制下强磁铁驱动步进电机19开始转动，带动强磁铁18转动，在强磁场的作用下，强磁铁18带动收线轮17转动，钢丝绳3开始在收线轮17上缠绕，两侧的钩形刀4向收线轮17靠近，最外层的保护膜7被割开，由于收线轮17作成两个直径不同的收线槽(小收线槽47和大收线槽48)，从而保证两侧的钢丝绳3能同时靠近收线轮17。由于钢丝绳3穿过了磁控开关驱动磁铁15的磁铁通孔50，当钩形刀4进入磁铁通孔50时，钩挂住磁控开关驱动磁铁15使其转动，磁控开关16会立即检测到这一信号并传送到控制器8，控制器8发出指令，强磁铁驱动步进电机19停止转动，收线过程结束。
[0027]智能全密闭自脱式外壳的收线轮17设置磁导体49 (见图4、图5)，与其相关的机械部分和电器部分还包括磁力部分。
[0028]见图1。收线轮17设置在上部机壳20外部，与其相关的机械部分和电器部分以及包括的磁力部分，均设置在上部机壳20之内。
[0029]收线轮17及与其相关的机械部分和电器部分，均安置在上部机壳20的圆柱形段；
收线轮17设置在上部机壳外部，与二根成一组的钢丝绳3 —起处于每层保护膜7之内，其一端设置与上部机壳20直接或间接接触的磁导体49，另一端设置直径不同的两个收线槽(小收线槽47和大收线槽48)(见图4、图5)，两个收线槽(小收线槽47和大收线槽48)的直径比等于连接的两根钢丝绳3 (位于两侧)的长度比；
在机壳(上部机壳20与下部机壳2)外每层保护膜7之内，设置磁控开关驱动磁铁15，钢丝绳3穿过磁控开关驱动磁铁15的磁铁通孔50连接在收线轮17的收线槽(小收线槽47和大收线槽48)中(见图4、图5);
所述的与收线轮17相关的机械部分和电器部分还包括磁力部分，它们均设置在上部机壳20之内，包括转盘齿轮驱动步进电机14、磁控开关16、收线轮驱动强磁铁18、强磁铁驱动步进电机19、强磁铁驱动步进电机移动机座22、转盘齿轮24、三层滑轨31、移动机座下端轴承38、转盘齿轮驱动齿轮41,
强磁铁驱动步进电机移动机座22安装在转盘齿轮24上，转盘齿轮24上开设转盘齿轮上移动机座径向槽23 (见图7、图8)，固定在强磁铁驱动步进电机移动机座下22的移动机座滑块42嵌在转盘齿轮24上开设转盘齿轮上移动机座径向槽23中(见图6、图7);
强磁铁驱动步进电机移动机座22的移动机座下端轴承38嵌在三层滑轨31中间层宽轨道中，三层滑轨31的轨迹的最外端与收线轮17的位置相对应；
转盘齿轮驱动步进电机14与转盘齿轮驱动齿轮41同轴连接，转盘齿轮驱动齿轮41与转盘齿轮24咬合(见图7)；
收线轮驱动强磁铁18与强磁铁驱动步进电机19同轴连接，强磁铁驱动步进电机19通过强磁铁驱动步进电机固定支架43固定在强磁铁驱动步进电机移动机座22上，固定在强磁铁驱动步进电机移动机座22下的移动机座滑块42与移动机座下端轴承38连接(见图6)；
转盘齿轮与滑轨的固定螺丝29穿过转盘齿轮24中央的转盘齿轮固定孔44 (见图7、图8)，连接在三层滑轨31中央的转盘齿轮和滑轨固定轴28上，转盘齿轮和滑轨固定轴28由转盘齿轮与滑轨固定轴的紧固螺丝29固定在圆柱形固定支架37的中央；
控制器6通过控制导线9连接着转盘齿轮驱动步进电机14、强磁铁驱动步进电机19、以及与上部机壳20外磁控开关驱动磁铁15位置对应的磁控开关16。
[0030]所述的收线轮17为六个，它们处于同一水平面上，且均与三层滑轨31的轨迹的最外端的位置相对应(见图2、图3)。
[0031]三层滑轨31的形状见图9。三层滑轨31均匀分布着六个轨迹的最外端。
[0032]磁控开关驱动磁铁支架35的形状见图10。磁控开关驱动磁铁15的形状见图11。通过磁铁固定孔51与磁铁安装孔53，磁控开关驱动磁铁15安置在磁控开关驱动磁铁支架35中。由于磁铁通孔50与磁铁安装孔53错开，所以，钢丝绳3的钩形刀4钩挂磁铁通孔50时，可以使磁控开关驱动磁铁15绕磁铁安装孔53转动，从而与磁控开关16发生位置变化，这样磁控开关16就可以立即检测到这一信号。
[0033]采样进水管密封垫5用于密封采样进水管6与下部机壳2。
[0034]导线密封垫10用于密封控制导线9与下部机壳上端密封盖40。
[0035]上下机壳圆柱形密封垫11用于密封上部机壳20与下部机壳2。
[0036]导线联接器防水密封机壳12用于密封控制导线9的相互连接处。
[0037]导线密封垫13用于密封控制导线9与圆柱形固定支架37。
[0038]总固定环密封垫26用于密封总固定环27与上部机壳20，总固定环27安置在上部机壳20的顶部中央的总固定环安装孔45，用于固定整个监测仪。
[0039]固定轴密封垫30用于密封转盘齿轮和滑轨固定轴28与圆柱形固定支架37。
[0040]磁控开关导线32用于连接磁控开关16与控制器8。
[0041]收线轮固定轴33穿过收线轮固定孔46用于将收线轮17安置在收线轮安装位置52，收线轮固定轴销34用来销紧收线轮固定轴33和收线轮固定孔46。
[0042]上下机壳固定沉底密封螺丝36用于将上部机壳20和下部机壳2连接固定在圆柱形固定支架37上。
[0043]下部机壳上端密封盖沉底密封螺丝39用于连接下部机壳2和下部机壳上端密封
盖40。
[0044]化学分析仪I安置在下部机壳2中。
【权利要求】
1.环境水体原位自动监测仪智能全密闭自脱式外壳，包括收线轮及与其相关的机械部分和电器部分，其特征在于:收线轮设置磁导体，与其相关的机械部分和电器部分还包括磁力部分。
2.根据权利要求1的自脱式外壳，其特征在于:收线轮设置在机壳外部，与其相关的机械部分和电器部分以及包括的磁力部分，均设置在机壳之内。
3.根据权利要求1或2的自脱式外壳，其特征在于: 收线轮及与其相关的机械部分和电器部分，均安置在上部机壳的圆柱形段； 收线轮设置在上部机壳外部，与二根成一组的钢丝绳一起处于每层保护膜之内，其一端设置与上部机壳直接或间接接触的磁导体，另一端设置直径不同的两个收线槽，两个收线槽的直径比等于连接的两根钢丝绳的长度比； 在机壳外每层保护膜之内，设置磁控开关驱动磁铁，钢丝绳穿过磁控开关驱动磁铁的磁铁通孔连接在收线轮的收线槽中； 所述的与收线轮相关的机械部分和电器部分还包括磁力部分，它们均设置在机壳之内，包括转盘齿轮驱动步进电机、磁控开关、收线轮驱动强磁铁、强磁铁驱动步进电机、强磁铁驱动步进电机移动机座、转盘齿轮、三层滑轨、移动机座下端轴承、转盘齿轮驱动齿轮，强磁铁驱动步进电机移动机座安装在转盘齿轮上，转盘齿轮上开设转盘齿轮上移动机座径向槽，固定在强磁铁驱动步进电机移动机座下的移动机座滑块嵌在转盘齿轮上开设转盘齿轮上移动机座径向槽中； 强磁铁驱动步进电机移动机座的移动机座下端轴承嵌在三层滑轨中间层宽轨道中，三层滑轨的轨迹的最外端与收线轮的位置相对应； 转盘齿轮驱动步进电机与转盘齿轮驱动齿轮同轴连接，转盘齿轮驱动齿轮与转盘齿轮咬合； 收线轮驱动强磁铁与强磁铁驱动步进电机同轴连接，强磁铁驱动步进电机通过强磁铁驱动步进电机固定支架固定在强磁铁驱动步进电机移动机座上，固定在强磁铁驱动步进电机移动机座下的移动机座滑块与移动机座下端轴承连接； 转盘齿轮与滑轨的固定螺丝穿过转盘齿轮中央的固定孔，连接在三层滑轨中央的转盘齿轮和滑轨固定轴上，转盘齿轮和滑轨固定轴由转盘齿轮与滑轨固定轴的紧固螺丝固定在圆柱形固定支架的中央； 控制器通过导线连接着转盘齿轮驱动步进电机、强磁铁驱动步进电机、以及与机壳外磁控开关驱动磁铁位置对应的磁控开关。
4.根据权利要求3的自脱式外壳，其特征在于:所述的收线轮的磁导体与机壳间接接触是指次外层直至最外层的保护膜之内的收线轮的磁导体与机壳之间隔着一层或数层保护膜。
5.根据权利要求3的自脱式外壳,其特征在于:所述的收线轮为多个时,它们处于同一水平面上，且均与三层滑轨的轨迹的最外端的位置相对应。
【文档编号】G01N33/18GK103543245SQ201310523352
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】郭庆, 胡鸿志, 梁英, 胡锦泉, 徐翠锋, 卢健 申请人:桂林电子科技大学