本发明涉及水质采样技术领域，特别地，涉及一种采样装置及方法。
背景技术：
近年来，我国环境问题日益严峻，环境监测数据越来越受到管理部门的重视。各级环境监测部门急需对辖区内的水体环境进行监测和研究，全面掌握湖泊、水库、河道等水体的水质变化情况，及时预警预报污染事件，为管理部门决策提供科学的依据。
漂浮物是依赖于浮力漂浮在水体表面的固体废弃物，包括树枝、稻草、秸秆和塑料制品等。现实中的湖泊、水库、河道都含有大量的漂浮物，在含有漂浮物的水体中使用采样装置进行采样时，漂浮物顺流而下，容易聚集在采样装置周围，影响采样装置的正常运行。采样装置周围漂浮物的存在会对水体水质造成不利影响，从而影响水样采样的代表性以及水质分析仪对水样准确、稳定的检测分析。
此外，现有的采样装置无法应对水体水位变化大的情况。当丰水期水位上升时，固定设置的采样装置会被水淹没，导致采样装置无法使用甚至损坏；而在枯水期水位下降导致水位过低时，会出现采样装置无法采取水样的情况。
技术实现要素：
本发明提供了一种采样装置及方法，以解决漂浮物聚集在采样装置周围使采样装置无法正常运行及无法对水样进行检测分析的问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种采样装置，包括用于漂浮在水体中的浮体、与浮体连接的用于采集水样的取水管、连通在取水管的输出端用于为采集的水样提供输送动力的水泵总成以及连通在水泵总成的输出端用于对水样进行预处理的预处理装置；取水管与水泵总成之间设有用于浮体和/或取水管受到外力作用时在水体中自由摆动以避让外力的柔性接头。
进一步地，采样装置还包括用于调节取水管上的取水口在水体中的悬停位置的调节机构，调节机构包括固接于浮体和/或取水管上，用于驱动取水口上浮或下潜的拉索；设置于水泵总成上，用于穿设拉索以使拉索施力方向换向的拉索环，拉索的自由端连接有施力机构。
进一步地，水泵总成包括用于形成外部防护的保护壳体；封装于保护壳体内，用于为采集的水样提供输送动力，以输送至预处理装置的潜水泵；连通至柔性接头的输出端的进样管；以及连通至预处理装置的输入端的出样管；潜水泵设置为一个；或者潜水泵设置为多个，多个潜水泵封装于同一个保护壳体内，并与进样管和出样管连通的设置；或者潜水泵设置为多个，每个潜水泵分别封装于一个保护壳体内，多个保护壳体相互连接成一体。
进一步地，水泵总成还包括与保护壳体可闭合连通设置的反洗排污阀；反洗排污阀与保护壳体固定成一体，且共运动的设置。
进一步地，水泵总成与预处理装置之间，设有用于对水泵总成和/或水泵总成与预处理装置之间的管道进行检修的检修锚点。
进一步地，浮体为浮杆、浮球、浮块或浮环中的一种。
进一步地，取水口位于水面以下0.1m～3m。
进一步地，预处理装置包括与水泵总成的输出端连通的进样口；连通至进样口的输出端，用于对水样进行初步检测的探头水箱；连通至探头水箱的输出端，用于对粗滤后的水样进行取样检测的一号水箱；连通至一号水箱的输出端，用于对细滤后的水样进行取样检测的二号水箱；以及分别连通至探头水箱、一号水箱和二号水箱的输出端，用于检测后的水样排放的排样口；探头水箱与一号水箱之间设有粗滤网，一号水箱与二号水箱之间设有细滤网。
进一步地，粗滤网为与进样口的水样流向具有倾角的斜面滤网。
进一步地，细滤网为竖直滤网，二号水箱设有正对竖直滤网的超声波振子。
本发明另一方面提供了一种采样方法，采用上述的采样装置，包括以下步骤：a、将浮体放置于水体中，使取水口位于液面以下；b、启动水泵总成，水样从取水口进入水泵总成，并被泵送至预处理装置；c、斜面滤网粗滤水样，取样检测；d、竖直滤网超声波细滤水样，取样检测。
进一步地，当水面结冰或采样需要时，采用调节机构调节取水口在水体中的悬停位置以便于采样。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的采样装置，包括浮体、取水管、水泵总成、预处理装置以及柔性接头。浮体漂浮在水体中，使得取水管以及取水管上的取水口悬停在水面以下一定位置，便于采集该深度的水样。水泵总成能为采集的水样提供输送动力，将水样泵送至预处理装置。预处理装置能将水样中的悬浮物等杂质过滤掉，保证后续水样检测分析的正常进行，且预处理装置在户外无自来水条件下可以长效、稳定运行。柔性接头使得浮体和/或取水管受到外力作用时能在水体中自由摆动以避让外力，当漂浮物经过时，浮体受力顺势下潜，待到漂浮物脱离后浮出水面，形成“不倒翁”效应，不易聚集漂浮物；当水体水位上升或下降时，浮体及取水管的倾角会跟随变化，使取水口距水面的位置(采样深度)相对固定，可以正常采取水样。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的采样装置的示意图；
图2是本发明优选实施例的水泵总成的三维示意图；
图3是图2的轴向剖面图；
图4是本发明优选实施例的预处理装置的管路原理图；
图5是本发明优选实施例的预处理装置的工作原理图。
附图标记说明：
1、浮体；2、取水管；3、水泵总成；4、预处理装置；5、取水口；6、保护壳体；7、潜水泵；8、进样管；9、出样管；10、反洗排污阀；11、检修锚点；12、进样口；13、探头水箱；14、一号水箱；15、二号水箱；16、排样口；17、粗滤网；18、细滤网；19、超声波振子；20、溢流口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明优选实施例的采样装置的示意图；图2是本发明优选实施例的水泵总成的三维示意图；图3是图2的轴向剖面图；图4是本发明优选实施例的预处理装置的管路原理图；图5是本发明优选实施例的预处理装置的工作原理图。
如图1所示，本实施例的采样装置，包括用于漂浮在水体中的浮体1、与浮体1连接的用于采集水样的取水管2、连通在取水管2的输出端用于为采集的水样提供输送动力的水泵总成3以及连通在水泵总成3的输出端用于对水样进行预处理的预处理装置4。取水管2与水泵总成3之间设有用于浮体1和/或取水管2受到外力作用时在水体中自由摆动以避让外力的柔性接头。本发明提供的采样装置，包括浮体1、取水管2、水泵总成3、预处理装置4以及柔性接头。浮体1漂浮在水体中，使得取水管2以及取水管2上的取水口5悬停在水面以下一定位置，便于采集该深度的水样。水泵总成3能为采集的水样提供输送动力，将水样泵送至预处理装置4。预处理装置4能将水样中的悬浮物等杂质过滤掉，保证后续水样检测分析的正常进行，且预处理装置4在户外无自来水条件下可以长效、稳定运行。柔性接头使得浮体1和/或取水管2受到外力作用时在水体中自由摆动以避让外力，当漂浮物经过时，浮体1受力顺势下潜，待到漂浮物脱离后浮出水面，形成“不倒翁”效应，不易聚集漂浮物；当水体水位上升或下降时，浮体1及取水管2的倾角会跟随变化，使取水口5距水面的位置(采样深度)相对固定，可以正常采取水样。可选地，柔性接头为钢丝软管、橡胶软管等柔性管材。
如图1所示，本实施例中，采样装置还包括用于调节取水管2上的取水口5在水体中的悬停位置的调节机构。调节机构包括固接于浮体1和/或取水管2上，用于驱动取水口5上浮或下潜的拉索；设置于水泵总成3上，用于穿设拉索以使拉索施力方向换向的拉索环，拉索的自由端连接有施力机构。以此，通过拉索的施力使浮体1和取水管2上浮或下潜，进而带动取水管2上的取水口5上浮或下潜。拉索穿过拉索环紧系于岸边，如紧系于检修锚点11上，施力机构可以为人力或机械，施力机构增大或减少所施加的力，经拉索环换向，从而使浮体1和/或取水管2上浮或下潜进而带动取水管2上的取水口5上浮或下潜。当水体水位变化时，可以通过调节机构调节取水口5在水体中的悬停位置，以便于采取水样。在北方冰封期，可以通过调节机构将取水口5下潜至冰层以下，防止取水口5冻结。当需要分层采样时，可以通过调节机构调节取水口5至不同的深度分别进行采样。可选地，调节机构为在浮体1和/或取水管2上增设重物，利用重物的重力使浮体1和/或取水管2下潜，通过控制重物的重量调节取水管2的取水口5在水体中的悬停位置。可选地，调节机构为充气式浮体1，通过控制浮体1充气量的多少改变浮力的大小，从而调节取水管2上的取水口5在水体中的悬停位置。可选地，调节机构采用中空体，通过控制中空体吸入或排出水以改变中空体的重量，从而带动取水管2上浮或下潜，控制取水口5的悬停位置。可选地，拉索环可以改用滑轮来进行换向。
如图2和图3所示，本实施例中，水泵总成3包括用于形成外部防护的保护壳体6；封装于保护壳体6内，用于为采集的水样提供输送动力，以输送至预处理装置4的潜水泵7；连通至柔性接头的输出端的进样管8；以及连通至预处理装置4的输入端的出样管9。潜水泵7设置为一个；或者潜水泵7设置为多个，多个潜水泵7封装于同一个保护壳体6内，并与进样管8和出样管9连通的设置；或者潜水泵7设置为多个，每个潜水泵7分别封装于一个保护壳体6内，多个保护壳体6相互连接成一体。保护壳体6可以保护水泵总成3内的潜水泵7等部件不受外部的损伤，还能提供一个密封环境，防止外部的水体进入。潜水泵7为采集的水样提供输送动力，使得从进样管8进入的水样通过出样管9输送至预处理装置4。多个潜水泵7能够防止某一个潜水泵7不工作时，其他潜水泵7正常工作，使得整个水泵总成3能够正常运行。且多个潜水泵7能提供更加强劲的输送动力，使得水样能输送至更高更远的位置。一个或多个潜水泵7的多样化组合，便于满足不同的应用场景，可以根据水样输送的需要，调整潜水泵7的设置数量。每个潜水泵7配套一个独立的保护壳体6，便于安装、拆卸及维修，可以更方便地增减潜水泵7的数量。可选地，可以根据需要选择潜水泵7的启动数量。
如图2和图3所示，本实施例中，水泵总成3还包括与保护壳体6可闭合连通设置的反洗排污阀10；反洗排污阀10与保护壳体6固定成一体，且共运动的设置。通过反洗排污阀10向水泵总成3内逆向输入清洗液，用来清理水泵总成3，以使得杂质随清洗液逆向排出水泵总成3，防止水泵总成3淤积和堵塞。当清洗液反洗采样管道时，管道杂质及泥沙随清洗液从反洗排污阀10排出水泵总成3，避免淤积和堵塞，而系统采样时反洗排污阀10自然闭合，不影响水样采样的代表性。
如图1所示，本实施例中，水泵总成3与预处理装置4之间，设有用于对水泵总成3和/或水泵总成3与预处理装置4之间的管道进行检修的检修锚点11。检修锚点11便于对水泵总成3和/或者水泵总成3与预处理装置4之间的管道进行定期或不定期的检查和维修，对水泵总成3的故障进行及时的检修，以及检查管道的腐蚀和堵塞情况，进行清管和破损管道的维修，保持和恢复管道及设备的正常运行。
如图1所示，本实施例中，浮体1可为各种适当的结构，例如：浮杆、浮球、浮块或浮环中的一种。图1所示出的浮体1为浮杆，浮杆为硬质管材，浮杆细长，横截面积较小，不易聚集漂浮物。浮球、浮块和浮环体积更大，能提供更大的浮力。
如图1所示，本实施例中，取水口5位于水面以下0.1m～3m。由于分层现象，湖泊、水库、河道的水质沿水深方向可能出现很大的不均匀性，其原因来自于水面(透光带光合作用和水温变化引起的水质变化)和沉积物(沉积物中物质的溶解)的影响。此外。悬浮物的沉降也可能造成水质垂直方向的不均匀性。取水口5位于水面以下不同深度便于分层采样，能全方位地掌握湖泊、水库、河道等水质变化的情况。
如图4和图5所示，本实施例中，预处理装置4包括与水泵总成3的输出端连通的进样口12；连通至进样口12的输出端，用于对水样进行初步检测的探头水箱13；连通至探头水箱13的输出端，用于对粗滤后的水样进行取样检测的一号水箱14；连通至一号水箱14的输出端，用于对细滤后的水样进行取样检测的二号水箱15；以及分别连通至探头水箱13、一号水箱14和二号水箱15的输出端，用于检测后的水样排放的排样口16。探头水箱13与一号水箱14之间设有粗滤网17，一号水箱14与二号水箱15之间设有细滤网18。采集的水样由水泵总成3输送至进样口12，随后水样进入探头水箱13，并经过粗滤网17粗滤后进入到一号水箱14，仪器从一号水箱14内取样检测。一号水箱14与相邻的二号水箱15在底部设计有连通池，连通池中间安装有便于抽拉取出的细滤网18，由于连通效应，一号水箱14中的水样经细滤网18细滤后进入二号水箱15，仪器从二号水箱15内取样检测。水样由排样口16进行定期排样，保证水箱内不至于沉淀物过多引起堵塞。探头水箱13设有集成五参数(ph、温度、电导率、浊度、含氧量)传感器的探头，可以直接测定水样中的ph、温度、电导率、浊度、含氧量五项参数，便于对水样进行初步了解以进行后续处理。可选地，探头水箱13、一号水箱14和二号水箱15还设有溢流口20，水样不断从进样口12进入，从溢流口20排出，保证水样能得到有效的更新。
如图5所示，本实施例中，粗滤网17为与进样口12的水样流向具有倾角的斜面滤网。斜面滤网在过滤水样时，由于水流冲刷和重力作用使得杂质不易附着在斜面滤网表面，有较好的“自清洁”效果。可选地，倾角为30°～60°，合适的倾角范围使得斜面滤网在过滤水样时，具有更强的水流冲刷和重力作用，“自清洁”效果更好。优选地，倾角为45°、30°或60°。可选地，粗滤网17为水平滤网，利用重力作用使杂质脱落，防止堵塞。可选地，粗滤网17为竖直滤网，利用水流冲刷作用使杂质脱落，防止堵塞。
如图5所示，本实施例中，细滤网18为竖直滤网，二号水箱15设有正对竖直滤网的超声波振子19。在一号水箱14和二号水箱15的连通池正对竖直滤网的一面安装有超声波振子19，水样细滤时启用超声波振子19发出超声波使杂质脱落，能防止细滤网18堵塞，在一号水箱14排样时启用超声波振子19发出超声波还可以对细滤网18进行反向清洗。可选地，细滤网18装载在弹簧上或采用其他的机械振动方式使细滤网18产生振动便于杂质脱落，防止细滤网18堵塞。可选地，细滤网18也可以为斜面滤网。
如图1和图5所示，本实施例的采样方法，采用上述的采样装置，包括以下步骤：a、将浮体1放置于水体中，使取水口5位于液面以下；b、启动水泵总成3，水样从取水口5进入水泵总成3，并被泵送至预处理装置4；c、斜面滤网粗滤水样，取样检测；d、竖直滤网超声波细滤水样，取样检测。
如图1和图5所示，本实施例中，首先将浮体1放置于水体中，利用浮体1的浮力使取水口5悬停于水面以下。当漂浮物经过时，浮体1受力顺势下潜，待到漂浮物脱离后浮出水面，形成“不倒翁”效应，不易聚集漂浮物。当系统启动水泵总成3采样时，水样从取水管2上的取水口5沿取水管2进入水泵总成3，并被泵送至预处理装置4进行预处理。斜面滤网对水样进行粗滤，滤去较大的杂质，仪器取样进行检测分析；竖直滤网超声波细滤，滤去较小的杂质，仪器取样进行检测分析。
如图1所示，本实施例中，当水体水位变化时，可以通过调节机构调节取水口5在水体中的悬停位置，以便于采取水样。在北方冰封期，可以通过调节机构将取水口5下潜至冰层以下，防止取水口5冻结。当需要分层采样时，可以通过调节机构调节取水口5至不同的深度分别进行采样。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。