一种基于注射器的分层水样自动采集器的制作方法

本发明属于水样采集相关技术领域，更具体地，涉及一种基于注射器的分层水样自动采集器。

背景技术：

随着工业的快速发展，水资源的污染状况愈发严重，为了给水污染的治理提供准确的科学依据，使环境工作者能够采取有针对性的方法来应对污染，设计出一种水下采样装置显得格外重要。此外，对不同水层水样和水底的沉积物进行采集与分析，这对于环境监测、资源勘探有着重要的科学意义。为了实现在湖泊、水库、深海等环境中进行分层水样采集，并且避免水样的污染，尽可能地提供准确真实的样本，供水文监测的机构研究，亟需设计出一种结构简单可靠、操作方便的分层水样采集器。

目前，对于不需要气密保压的水样采集任务，在上述领域中应用的主流采水器是基于niskin的采水器，其容量较大，采样时对水体的扰动较小，但是存在的问题是niskin采水器的触发装置中，每个采水瓶上都安装有一个舵机，使得接线、控制的复杂程度提升，且采水瓶一般选用不锈钢等材料，当采水器集成有十几个或者几十个采水瓶时，导致重量较大，成本较高，采水瓶的金属材质可能影响水样的质量。此外，弹簧安装在采水瓶瓶身的内部，由此会对水样品产生污染，不适用于分析水样中金属浓度的场合。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于注射器的分层水样自动采集器，其基于现有采集器的工作特点，针对采集器进行了研究和设计。所述分层水样自动采集器采用注射器作为采水容器，成本低，体积小，质量轻，方便携带，由于注射器是塑料材质，因此适用于需要分析水样中金属浓度的场合；采样完成后，注射器可以方便的拆下，直接作为水样的容器现场进行分析或者运输到岸上的实验室。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于注射器的分层水样自动采集器，其包括框架机构及设置在所述框架机构上的触发机构，所述框架机构包括外支架及设置在所述外支架上的三角形平台，所述触发机构设置在所述三角形平台上，其特征在于：

所述分层水样自动采集器还包括至少一个注射器，所述触发机构包括设置在所述三角形平台上的防水舵机、连接于所述防水舵机的输出轴的拨杆、与所述三角形平台间隔设置的上连接平台、至少一个两端分别连接所述上连接平台及所述三角形平台的支撑轴、连接于所述支撑轴远离所述三角形平台的一端的挡片、至少一个两端分别连接所述上连接平台及所述三角形平台的立柱、至少一个活动的连接于所述立柱的中间平板及套设在所述立柱上且位于所述上连接平台及所述中间平板之间的弹簧；所述挡片的两端分别可分离地连接所述拨杆及所述中间平板，其用于限制所述中间平板的上下运动；

所述注射器包括卡设在所述上连接平台上的注射器活塞及抵靠在所述中间平板的底部的注射器筒体；所述防水舵机用于驱动所述拨杆转动，所述拨杆用于依次拨动至少一个所述挡片转动来使所述挡片脱离对应的所述中间平板，所述中间平板用于在所述弹簧的弹力作用下带动所述注射器筒体向下运动以进行水样采集。

进一步地，所述分层水样自动采集器还包括水下摄像机，所述水下摄像机设置在所述三角形平台的底部，其用于勘探采水环境。

进一步地，所述中间平板为具有开口的环状体，其形成有开口，所述上连接平台开设有多个绕所述上连接平台的中心轴均匀排布的缺口，所述注射器活塞的一端依次穿过所述缺口及所述开口后伸入所述注射器筒体内，其行成有手柄的另一端抵靠在所述上连接平台上。

进一步地，所述注射器筒体的耳片位于所述中间平板的下方，所述中间平板沿所述注射器筒体的中心轴朝向所述注射器筒体的投影落在所述耳片上。

进一步地，所述注射器的数量、所述支撑轴的数量及所述中间平板的数量均相同；所述弹簧的数量与所述立柱的数量相同。

进一步地，所述立柱的数量与所述中间平板的数量之比为3:1，每个所述中间平板分别连接有三个所述立柱，三个所述立柱绕所述中间平板的中心轴均匀排布，三者均用于为所述中间平板的移动提供导向。

进一步地，至少一个所述支撑轴绕所述防水舵机均匀排布。

进一步地，所述触发机构还包括至少一个直线轴承，所述直线轴承套设在所述立柱上，其连接于对应的所述中间平板。

进一步地，所述分层水样自动采集器还包括圆形支撑平台，所述圆形支撑平台连接于所述外支架的顶部，其连接有连接件，所述连接件用于连接母船上的绞车，以使所述分层采样自动采集器在所述绞车的作用下到达不同水深处进行分层水样采集。

进一步地，所述分层水样自动采集器还包括控制组件，所述控制组件预存有设定的采样深度，其用于接收深度测量元件测试获得的深度数据，并将接收到的深度数据与设定的采样深度进行比对以发出控制信号到所述触发机构，所述触发机构是根据接收到的控制信号进行动作的。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的基于注射器的分层水样自动采集器主要具有以下有益效果：

1.所述分层水样自动采集器还包括至少一个注射器，采用注射器作为采水容器，成本低，体积小，质量轻，方便携带，由于注射器是塑料材质，因此适用于需要分析水样中金属浓度的场合；采样完成后，注射器可以方便的拆下，直接作为水样的容器现场进行分析或者运输到岸上的实验室；

2.所述防水舵机用于驱动所述拨杆转动，所述拨杆用于依次拨动至少一个所述挡片转动来使所述挡片脱离对应的所述中间平板，所述中间平板用于在所述弹簧的弹力作用下带动所述注射器筒体向下运动以进行水样采集，触发采样时只需要一个舵机来完成，控制和接线都比较方便，需要的能耗也较低；

3.所述分层水样自动采集器引进了水下摄像机，水下摄像机用于勘探采水环境是否合适，然后再决定是否在该位置处进行采样，每当采水器到达一个预设的采样深度时，通过控制触发机构完成一次采水动作，从而实现在水面实时操控采集器的分层水样自动采取工作。

附图说明

图1是本发明较佳实施方式提供的基于注射器的分层水样自动采集器的结构示意图；

图2是图1中的基于注射器的分层水样自动采集器处于使用状态的示意图；

图3是图1中的基于注射器的分层水样自动采集器的局部示意图；

图4是图2中的基于注射器的分层水样自动采集器的局部示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-连接件，2-圆形支撑平台，3-外支架，4-上连接平台，5-三角形平台，6-连接圆盘，7-立柱，8-直线轴承，9-法兰盘，10-注射器筒体，11-中间平板，12-注射器活塞，13-防水舵机，14-拨杆，15-支撑轴，16-挡片，17-弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1至图4，本发明较佳实施方式提供的基于注射器的分层水样自动采集器，所述分层水样自动采集器结构简单，质量较小，拆装方便，可靠性强，其采用医用注射器作为采水容器，成本低，体积小，质量轻，方便携带，由于注射器是塑料材质，因此适用于需要分析水样中金属浓度的场合。触发采样时只需要一个舵机来完成，控制和接线都比较方便，需要的能耗也较低，如果使用自带锂电池供电，续航时间相对比较持久。采样完成后，注射器可以方便的拆下，直接作为水样的容器现场进行分析或者运输到岸上的实验室。此外，所述分层水样自动采集器引进了水下摄像机，水下摄像机用于勘探采水环境是否合适，然后再决定是否在该位置处进行采样，每当采水器到达一个预设的采样深度时，通过控制触发装置完成一次采水动作，从而实现在水面实时操控采水器的分层水样自动采取工作。

所述分层水样自动采集器包括框架机构、触发机构、控制组件、水下摄像机及注射器，所述触发机构设置在所述框架机构上，其用于控制所述注射器进行运动以采取水样。所述控制组件设置在所述框架机构上，其用于控制所述触发机构进行运动以带动所述注射器进行水样采集。所述水下摄像机设置在所述触发机构上，其用于拍摄采样环境的图像，根据拍摄到的采水环境的图像可以判断采水环境是否合适。

所述框架机构包括外支架3、圆形支撑平台2、三角形平台5、三个连接圆盘6及连接件1，所述圆形支撑平台2及所述三角形平台5自上而下依次间隔设置于所述外支架3上，所述连接件1连接于所述圆形支撑平台2。三个所述连接圆盘6分别连接于所述外支架3，且三者的几何中心分别位于同一个三角形的三个顶点处。

本实施方式中，所述外支架3为四面体结构，其由六根轻质耐腐蚀的不锈钢钢管拼接而成。所述圆形支撑平台2连接于所述外支架3的顶部，所述三角形平台5连接于所述外支架3的中部，其三个角部分别连接于所述外支架3的三个不锈钢钢管。三个所述连接圆盘6分别连接于所述外支架3的底部，每个所述连接圆盘6同时连接对应的三个所述不锈钢钢管的一端。所述三角形平台5用于支撑所述触发机构及所述水下摄像机。所述连接件1包括连接于所述圆形支撑平台2的承重缆绳及用于传输信号的电缆，所述承重缆绳用于提拉整个分层水样自动采集器，所述电缆用于连接所述触发机构及控制组件，以进行信号的传输。所述三角形平台5开设有多个间隔设置的通孔，所述通孔用于供所述注射器穿过。

所述触发机构包括固定在所述三角形平台5上的法兰盘9、固定在所述法兰盘9上的防水舵机13、一端固定连接于所述防水舵机13的输出轴的拨杆14、与所述三角形平台5间隔设置的上连接平台4、多个两端分别连接于所述上连接平台4及所述三角平台5的支撑轴15、多个两端分别连接于所述上连接平台4及所述三角形平台5的立柱7、多个分别套设在多个所述立柱7上的直线轴承8、多个分别套设在所述立柱7上且位于所述上连接平台4与所述直线轴承8之间的弹簧17及多个分别连接于多个所述直线轴承8的中间平板11。

多个所述支撑轴15绕所述法兰盘9的中心轴均匀排布，其上设置有挡片16，所述挡片16用于阻挡所述中间平板11的运动，其可分离地连接于所述中间平板11。本实施方式中，所述挡片16处于阻挡状态时，其一端抵靠在所述中间平板11的底部。所述防水舵机13用于驱动所述拨杆14转动，所述拨杆14拨动所述挡片16转动，以使所述挡片16与所述中间平板11脱离，所述中间平板11带动所述注射器运动以进行水样采集。

本实施方式中，所述支撑轴15的数量与所述立柱7的数量之比为1:3，所述立柱7的数量、所述直线轴承8的数量及所述弹簧17的数量均相同，所述中间平板11的数量、所述支撑轴15的数量及所述注射器的数量均相同。

所述中间平板11为具有开口的环状体，其形成有开口，每个所述开口的外周均匀排布有三个所述立柱7，所述立柱7均用于为所述中间平板11及对应的注射器的移动提供导向作用。所述上连接平台4开设有多个绕所述上连接平台4的中心轴均匀排布的缺口。所述中间平板11用于支撑所述注射器。所述注射器包括注射器活塞12及注射器筒体10，所述注射器活塞12的一端依次穿过所述缺口及所述开口后伸入所述注射器筒体10内，其行成有手柄的另一端抵靠在所述上连接平台4上。所述注射器筒体10的耳片位于所述中间平板11的下方，所述中间平板11沿所述注射器筒体10的中心轴朝向所述注射器筒体10的投影落在所述耳片上。

所述控制组件内预先存储有设定的采样深度，其用于接收温盐深仪或者轮式计米器测试获得的深度数据，并将接收到的深度数据与预先存储的采样深度进行比对，以控制所述触发机构的防水舵机13进行动作，如果所述分层水样自动采集器到达了设定的采样深度，则开始一次水样采集，同时将深度数据实时反馈给母船上的操作人员，以便于所述操作人员控制连接于所述连接件1的绞车的正反转及启停来配合所述分层水样自动采集器的触发动作，达到更好的采样效果。本实施方式中，所述温盐深仪或者所述轮式计米器设置在所述外支架3上。

所述分层水样自动采集器工作时，首先是准备阶段：组装分层水样自动采集器，连接控制组件以及深度测量元件的电路，检查各活动部件是否能够顺畅地运动，检查各连接处是否牢固，将每个注射器活塞12推到对应的所述注射器筒体10的底部，并依次安装在所述触发机构相应的位置上，初始化所述拨杆14的位置，使所述弹簧17进行蓄力，并用所述挡片16挡住所述中间平板11，然后将所述连接件1连接于绞车的绞盘。

然后是所述分层水样自动采集器下水阶段。启动所述绞盘并设为正转挡，通过所述连接件1将所述分层水样自动采集器匀速缓慢地放入水中，通过配套的所述水下摄像机辨别水底状况，在当前水样环境较差(如周围有礁石或水草)时，母船继续前行直至寻找到适宜的采样位置为止，然后停泊在此处进行采样，深度测量元件(温盐深仪或者轮式计米器)开始工作，实时反馈深度给所述控制组件及母船上的操作人员，当所述分层水样自动采集器到达最深的采样深度时，将绞车关闭，采样过程开始。

接着是依次采水回收阶段。首先在最深的采样深度进行一次采水，所述控制组件发送控制信号给所述防水舵机13，从而控制所述防水舵机13带动所述拨杆14旋转一定角度，以拨动一个所述挡片16，从而使得所述挡片16不能挡住对应的所述中间平板11，所述中间平板11在所述弹簧17的弹力作用下带动所述注射器筒体10向下运动，从而将水吸入对应的所述注射器筒体10中。在最深的采样深度进行一次采水动作后，将绞车调节为反转挡以反向启动绞车，向水面回收所述分层水样自动采集器。深度测量元件继续测量深度，并且与预设的采样深度进行比较，如果到达预设的采水深度，操作人员暂停绞车，所述控制组件再次发送信号给所述防水舵机13，从而控制所述防水舵机13带动所述拨杆14旋转一定角度，拨动下一个所述挡片16，从而重复之前的采水动作，等到本次采水过程结束，再继续启动绞车回收。以此类推，直到采集完所有需要采集的n个不同深度的水样为止，这n个不同深度的水样分别装在n个所述注射器筒体10中。

最后是回收样品及准备下次采集。采集完所有预定采样深度的水样后，通过绞车将所述分层水样自动采集器回收到母船甲板上，取下所述注射器活塞12以及所述注射器筒体10，可以使用所述注射器筒体10本身作为容器直接进行现场的水样分析或者运输到岸上的实验室进行分析。检查电路是否正常，初始化所述拨杆14的位置，检查运动部件之间是否有杂物阻塞运动，连接部件是否出现松动，检查无误后，重新安装n个新的注射器，做好准备工作后，开始进行下一次的水样采集。

本发明提供的基于注射器的分层水样自动采集器，所述分层水样自动采集器结构简单，质量较小，拆装方便，可靠性强，其采用医用注射器作为采水容器，成本低，体积小，质量轻，方便携带，由于注射器是塑料材质，因此适用于需要分析水样中金属浓度的场合。触发采样时只需要一个舵机来完成，控制和接线都比较方便，需要的能耗也较低，如果使用自带锂电池供电，续航时间相对比较持久。采样完成后，注射器可以方便的拆下，直接作为水样的容器现场进行分析或者运输到岸上的实验室。此外，所述分层水样自动采集器引进了水下摄像机，水下摄像机用于勘探采水环境是否合适，然后再决定是否在该位置处进行采样，每当采水器到达一个预设的采样深度时，通过控制触发机构完成一次采水动作，从而实现在水面实时操控采水器的分层水样自动采取工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。