一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的制作方法

本发明涉及浮游生物采集领域，具体是一种不同水深浮游生物样品自动采集装置。

背景技术：

当前，世界众多淡水湖库藻类水华爆发已成为常态，对于水生态环境和人体健康都造成了很大的危害，虽然水华藻类相关研究很多，但针对水华藻类垂向迁移的研究尚无法有效支撑水华藻类物理控制方式的实际应用，同时，针对水华藻类垂向迁移采集装置的研发也满足不了当前科研工作的需求。以往对于水华藻类垂向迁移的研究工作，主要是采用分层取水器人工设置取样深度进行取样。开展昼夜连续采样实验时，需要专门安排实验人员24小时甚至48小时连续进行取样，这种传统的取样方式一是容易造成取样误差，如取样深度有偏差、取样人员轮换存在取样操作的误差，二是人力成本较高、实验人员工作强度大。此外，浮游动物作为水华藻类的捕食者，其生活习性对水华藻类影响巨大，因此，同时获取水华藻类和浮游动物样品进行同步分析，可以更为清晰的掌握水华藻类的昼夜垂向迁移动态。

因此，申请人提出一种不同水深浮游生物样品自动采集设备，用以连续自动获取浮游生物样品。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不同水深浮游生物样品自动采集装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种不同水深浮游生物样品自动采集装置，该采集装置包括多个双向蠕动泵、带有刻度的取样柱、注样器、样品收集器、反冲洗箱和集成控制器，双向蠕动泵上分别设置有第一水管和第二水管，第一水管与取样柱连接，第二水管分别和注样器、反冲洗水箱连接，注样器设置在样品收集器的上方，双向蠕动泵、注样器、样品收集器和集成控制器电连接。

在上述技术方案中，通过集成控制器控制双向蠕动泵、注样器、样品收集器自动收集不同水深的浮游生物样品，从而不需要专门安排实验人员进行长时间的连续取样，减轻了实验人员的工作负担；双向蠕动泵能够双向传输液体，双向蠕动泵一方面用于从原位水体中抽取不同水深的水样，将抽取的水样通过第二水管传输到注样器中，注样器将水样注入到样品收集器中，另一方面用于抽取反冲洗箱中的水，当一次采样结束后，双向蠕动泵抽取反冲洗箱中的水冲洗第二水管、双向蠕动泵和第一水管，防止第二水管、双向蠕动泵和第一水管中含有之前采样的浮游生物残留，影响下一次采样的采样结果，防止研究采样结果时产生较大的误差；取样柱上设置有刻度，不需要人为的去测量水深，能够更精确的测得取样的水深；双向蠕动泵的型号为bt100j-1a，集成控制器可以为微控制器，比如at89c52，集成控制器用于控制双向蠕动泵、注样器、样品收集器的工作状态。

作为优选方案，取样柱为实心取样柱，取样柱上设置有多个取样通孔，且每个取样通孔均贯穿取样柱，取样通孔的一侧设置有过滤网，取样通孔的另一侧与第一水管连通，注样器包括波纹软管和注样管，注样管为l型注样管，注样管包括注样口，注样管上设置有角度调节装置；样品收集器包括固定转盘和样品转盘装置，固定转盘位于注样管的下方，固定转盘划分成多个取样区域，每个取样区域与每个取样通孔相对应，每个取样区域内设置有数个样品通孔，样品转盘装置包括升降器，升降器上设置有第一步进电机，第一步进电机输出轴的周围设置有数个样品转盘，样品转盘和第一步进电机输出轴之间设置有连杆，连杆上设置有转轴，样品转盘与转轴转动连接，第一步进电机输出轴与连杆固定连接，样品转盘均位于固定转盘的下方，样品转盘上设置有样品瓶圆孔，样品瓶圆孔内设置有样品瓶，样品瓶圆孔的下方设置有样品瓶保护套，样品瓶圆孔的位置与样品通孔的位置相对应，升降器、第一步进电机与集成控制器电连接。

在上述技术方案中，当双向蠕动泵从原位水体中抽取水样时，水样从取样通孔上设置有过滤网的一侧进入取样通孔，然后从第一水管到达双向蠕动泵；将取样柱设置为实心取样柱，用于防止双向蠕动泵中抽取的水样中混入其他水深的水样，影响设定的采样水深的采样结果，防止研究采样结果时产生较大的误差；过滤网用于过滤原位水体中的杂质，防止原位水体中的杂质堵塞取样通孔、第一水管等；注样器包括波纹软管和注样管，注样管为普通的l型水管，波纹软管为长条可以拉伸的水管，角度调节装置用来调节注样管的角度，当注样管的角度发生变化，注样口所在的位置也发生变化，从而通过角度调节装置控制注样口是否将双向蠕动泵抽取的水样注入样品采集器中；波纹软管用来与角度调节装置配合使用，使得注样管的角度能够随着角度调节装置的调节发生变化；每个取样区域与每个取样通孔相对应意思是说，位于同一个取样区域内的样品瓶采集的是同一个取样通孔处的水样，在固定转盘上会有不同的标记来区分不同的取样区域，每个取样通孔所对应的注样口位于相应的取样区域的上方，当双向蠕动泵采集水样时，注样管只会将水样注入对应取样区域内的样品通孔内的样品瓶内，每个取样区域内的样品瓶的数量和容量是相等的；样品转盘装置用于更换样品装盘，当位于固定转盘正下方的样品转盘内的样品瓶装满水样时，升降器控制该样品转盘下降，第一步进电机的输出轴旋转一定的角度，使得另一个样品转盘转到固定转盘的正下方，升降器再这个控制样品转盘上升，样品瓶进入样品通孔内，等待下一次水样注入，在样品转盘上设置有和固定转盘上相同的标记来区分是否为同一个取样通孔处的水样；样品瓶圆孔内设置有样品瓶，样品保护套与样品瓶圆孔连接，样品瓶保护套用于支撑、固定样品瓶，在使用时，可以直接使用试管作用样品瓶，将试管插入样品瓶圆孔和样品瓶保护套内，该种方式便于替换样品瓶，实现该装置的可循环利用，升降器为电动升降器。

作为优选方案，固定转盘的中心设置有固定轴，固定转盘的一侧设置有j型转盘支架，j型转盘支架上设置有第二步进电机，第二步进电机的输出轴通过联轴器与固定轴连接，第二步进电机与集成控制器电连接。

在上述技术方案中，第二步进电机用于固定转盘旋转；固定转盘中的每个取样区域内都设置有数个样品通孔，也就是有数个样品瓶，当注样口将一个样品瓶注满时，第二步进电机输出轴通过联轴器带动固定转盘旋转，固定转盘旋转，因为样品转盘和转动轴之间是转动连接，所以样品转盘和样品瓶会随着固定转盘旋转，当下一个样品瓶位于注样口的正下方时，固定转盘停止旋转，等待注样口给该样品瓶注入水样，注满该样品瓶后，固定转盘旋转，使得下一个样品瓶位于注样口的正下方，如此循环，直到取样区域内的样品瓶全部注满。

作为优选方案，角度调节装置包括调节支架和固定支架，调节支架固定在注样管上，固定支架上设置有第三步进电机，第三步进电机的输出轴与调节支架固定连接，第三步进电机与集成控制器电连接。

在上述技术方案中，第三步进电机用于控制注样管的角度，即控制注样口是否对准样品通孔，在给样品瓶注样之前，先要抽取原位水体中的水对第一水管、双向蠕动泵、第二水管和注样器进行润洗，使得采样的结果更加的精确，此时注样口所对的位置偏离固定转盘，润洗完之后，在通过第三步进电机调节注样管，使得注样口对准样品通孔，注样口给样品瓶注样。

作为优选方案，第一步进电机输出轴上、第二步进电机输出轴上和第三步进电机输出轴上分别设置有第一角度传感器、第二角度传感器和第三角度传感器，第一角度传感器、第二角度传感器和第三角度传感器均与集成控制器电连接。

在上述技术方案中，样品转盘与样品转盘之间的夹角也是相等的，所以集成控制器通过第一角度传感器使得第一步进电机每次旋转的角度相等，固定转盘上每个取样区域内相邻取样通孔之间的夹角是相等的，所以集成控制器通过第二角度传感器控制第二步进电机每次旋转的角度相等，第三角度传感器用于控制第三步进电机的旋转角度，当润洗第一水管、双向蠕动泵、第二水管和注样器，第三步进电机旋转的角度使得注样口的位置与垂直面呈45度，此时注样口将润洗用水排在固定转盘外，当给样品瓶注样时，第三步进电机旋转的角度使得注样口与固定转盘平面垂直并且对准样品通孔，注样口恰好可以将水样注入样品瓶中，第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机的型号均为42hd0619-17s，第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器的型号均为wdj36-f。

作为优选方案，反冲洗水箱和第二水管之间设置有单向流水管，第二水管上设置有三通管，单向流水管、波纹软管通过三通管与第二水管连接。

在上述技术方案中，单向流水管用于双向蠕动泵从反冲洗水箱中抽取水清洗第二水管、双向蠕动泵和第一水管，单向流水管中水的流动方向只能是从反冲洗水箱到双向蠕动泵，防止双向蠕动泵从原位水体抽取水样时，将水样抽取到反冲洗水箱时，同时双向蠕动泵的设置使得该装置的结构更加紧凑，不需要在反冲洗水箱中另外设置泵来抽水清洗第二水管、双向蠕动泵和第一水管，从而节省了生产该装置的原材料，降低了该装置的生产成本。

作为优选方案，取样柱为不锈钢管，取样柱的一端设置有浮球，取样柱的另一端设置有压重环。

在上述技术方案中，取样柱为不锈钢实心管，采用不锈钢材质的原材料作为取样柱，能够降低该装置的生产成本，有利于进行大规模的生产，更易于向市场推广；浮球用于在原位水体的上方固定该装置的位置，浮球可以用锚固定住，这么做可以防止该装置受风浪的影响远离原来的位置，漂浮到其他的区域，压重环可以为圆环形压重环，将压重环固定在取样柱的底底部，可以使得取样柱保持平稳、稳定，防止取样柱晃动，影响该装置的取样结果，防止研究采样结果时产生较大的误差。

作为优选方案，该浮游生物样品自动采集装置还包括太阳能电板，太阳能电板和集成控制器电连接。

在上述技术方案中，该装置中设置有太阳能电板，太阳能电板通过集成控制器给该装置供电；在实际应用过程中，该装置可能需要长时间的工作，即需要长时间的供电，该装置又常常应用在野外、水边等，这些地方少有充电装置，但是光照非常的充足，所以在该装置上设置太阳能电板用于给该装置供电，不需要在该装置中设置庞大的蓄电池，使得该装置的结构更加轻便，紧凑，一个实验人员也可以轻松携带操作，太阳能电板为159型号太阳能电板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过该装置能够实现原位水体自动连续取样，并且能够采集不同深度的水样，不仅降低了人力成本，减少了实验人员的工作量，而且提升了采样效率。

2、通过该装置取样，可以减少不同人员采样时由于控制取样深度不当造成的误差，能够减少由于人员轮换取样主体造成的误差，实现更为精确的取样。

3、该装置通过双向蠕动泵抽取反冲洗箱中的水冲洗第二水管、双向蠕动泵、第一水管，从而减少在不同时间段造成的误差。

附图说明

图1为本发明一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的结构示意图；

图2为本发明一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的连接结构模块图；

图3为本发明一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的样品转盘装置的主视图；

图4为本发明一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的样品转盘装置的俯视图；

图5为本发明一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的转盘支架的结构示意图；

图6为本发明一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的角度调节装置的主视图；

图7为本发明一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的角度调节装置的侧视图；

图8为本发明一种不同水深浮游生物样品自动采集装置的图1中a处的结构方法示意图。

图中：1-取样柱、2-浮球、3-第一水管、4-双向蠕动泵、5-反冲洗水箱、6-单向流水管、7-三通管、8-转盘支架、9-固定转盘、10-样品转盘、11-样品通孔、12-注样管、13-样品瓶、14-样品瓶保护套、15-第二水管、16-波纹软管、17-固定支架、18-注样口、19-第三步进电机、20-调节支架、21-第三角度传感器、22-固定轴、23-第二步进电机、24-第二角度传感器、25-转轴、26-连杆、27-第一步进电机、28-第一角度传感器、29-升降器、30-压重环、31-取样通孔、32-集成控制器、33-太阳能电板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～8，本发明实施例中，一种不同水深浮游生物样品自动采集装置，该采集装置包括多个双向蠕动泵4、带有刻度的取样柱1、注样器、样品收集器、反冲洗箱和集成控制器32，双向蠕动泵4上分别设置有第一水管3和第二水管15，第一水管3与取样柱1连接，第二水管15分别和注样器、反冲洗水箱5连接，注样器设置在样品收集器的上方，双向蠕动泵4、注样器、样品收集器和集成控制器32电连接。

在上述技术方案中，通过集成控制器32控制双向蠕动泵4、注样器、样品收集器自动收集不同水深的浮游生物样品，从而不需要专门安排实验人员进行长时间的连续取样，减轻了实验人员的工作负担；双向蠕动泵4能够双向传输液体，双向蠕动泵4一方面用于从原位水体中抽取不同水深的水样，将抽取的水样通过第二水管15传输到注样器中，注样器将水样注入到样品收集器中，另一方面用于抽取反冲洗水箱5中的水，当一次采样结束后，双向蠕动泵4抽取反冲洗水箱5中的水冲洗第二水管15、双向蠕动泵4和第一水管3，防止第二水管15、双向蠕动泵4和第一水管3中含有之前采样的浮游生物残留，影响下一次采样的采样结果，防止研究采样结果时产生较大的误差；取样柱1上设置有刻度，不需要人为的去测量水深，能够更精确的测得取样的水深。

取样柱1为实心取样柱1，取样柱1上设置有多个取样通孔31，且每个取样通孔31均贯穿取样柱1，取样通孔31的一侧设置有过滤网，取样通孔31的另一侧与第一水管3连通，注样器包括波纹软管16和注样管12，注样管12为l型注样管12，注样管12包括注样口18，注样管12上设置有角度调节装置；样品收集器包括固定转盘9和样品转盘10装置，固定转盘9位于注样管12的下方，固定转盘9划分成多个取样区域，每个取样区域与每个取样通孔31相对应，每个取样区域内设置有数个样品通孔11，样品转盘10装置包括升降器29，升降器29上设置有第一步进电机27，第一步进电机27输出轴的周围设置有数个样品转盘10，样品转盘10和第一步进电机27输出轴之间设置有连杆26，连杆26上设置有转轴25，样品转盘10与转轴25转动连接，第一步进电机27输出轴与连杆26固定连接，样品转盘10均位于固定转盘9的下方，样品转盘10上设置有样品瓶13圆孔，样品瓶13圆孔内设置有样品瓶13，样品瓶13圆孔的下方设置有样品瓶保护套14，样品瓶13圆孔的位置与样品通孔11的位置相对应，升降器29、第一步进电机27与集成控制器32电连接。

在上述技术方案中，当双向蠕动泵4从原位水体中抽取水样时，水样从取样通孔31上设置有过滤网的一侧进入取样通孔31，然后从第一水管3到达双向蠕动泵4；将取样柱1设置为实心取样柱1，用于防止双向蠕动泵4中抽取的水样中混入其他水深的水样，影响设定的采样水深的采样结果，防止研究采样结果时产生较大的误差；过滤网用于过滤原位水体中的杂质，防止原位水体中的杂质堵塞取样通孔31、第一水管3等；注样器包括波纹软管16和注样管12，注样管12为普通的l型水管，波纹软管16为长条可以拉伸的水管，角度调节装置用来调节注样管12的角度，当注样管12的角度发生变化，注样口18所在的位置也发生变化，从而通过角度调节装置控制注样口18是否将双向蠕动泵4抽取的水样注入样品采集器中；波纹软管16用来与角度调节装置配合使用，使得注样管12的角度能够随着角度调节装置的调节发生变化；每个取样区域与每个取样通孔31相对应意思是说，位于同一个取样区域内的样品瓶13采集的是同一个取样通孔31处的水样，在固定转盘9上会有不同的标记来区分不同的取样区域，每个取样通孔31所对应的注样口18位于相应的取样区域的上方，当双向蠕动泵4采集水样时，注样管12只会将水样注入对应取样区域内的样品通孔11内的样品瓶13内，每个取样区域内的样品瓶13的数量和容量是相等的；样品转盘10装置用于更换样品装盘，当位于固定转盘9正下方的样品转盘10内的样品瓶13装满水样时，升降器29控制该样品转盘10下降，第一步进电机27的输出轴旋转一定的角度，使得另一个样品转盘10转到固定转盘9的正下方，升降器29再这个控制样品转盘10上升，样品瓶13进入样品通孔11内，等待下一次水样注入，在样品转盘10上设置有和固定转盘9上相同的标记来区分是否为同一个取样通孔31处的水样。

固定转盘9的中心设置有固定轴22，固定转盘9的一侧设置有j型转盘支架8，j型转盘支架8上设置有第二步进电机23，第二步进电机23的输出轴通过联轴器与固定轴22连接，第二步进电机23与集成控制器32电连接。

在上述技术方案中，第二步进电机23用于固定转盘9旋转；固定转盘9中的每个取样区域内都设置有数个样品通孔11，也就是有数个样品瓶13，当注样口18将一个样品瓶13注满时，第二步进电机23输出轴通过联轴器带动固定转盘9旋转，固定转盘9旋转，因为样品转盘10和转动轴之间是转动连接，所以样品转盘10和样品瓶13会随着固定转盘9旋转，当下一个样品瓶13位于注样口18的正下方时，固定转盘9停止旋转，等待注样口18给该样品瓶13注入水样，注满该样品瓶13后，固定转盘9旋转，使得下一个样品瓶13位于注样口18的正下方，如此循环，直到取样区域内的样品瓶13全部注满。

角度调节装置包括调节支架20和固定支架17，调节支架20固定在注样管12上，固定支架17上设置有第三步进电机19，第三步进电机19的输出轴与调节支架20固定连接，第三步进电机19与集成控制器32电连接。

在上述技术方案中，第三步进电机19用于控制注样管12的角度，即控制注样口18是否对准样品通孔11，在给样品瓶13注样之前，先要抽取原位水体中的水对第一水管3、双向蠕动泵4、第二水管15和注样器进行润洗，使得采样的结果更加的精确，此时注样口18所对的位置偏离固定转盘9，润洗完之后，在通过第三步进电机19调节注样管12，使得注样口18对准样品通孔11，注样口18给样品瓶13注样。

第一步进电机27输出轴上、第二步进电机23输出轴上和第三步进电机19输出轴上分别设置有第一角度传感器28、第二角度传感器24和第三角度传感器21，第一角度传感器28、第二角度传感器24和第三角度传感器21均与集成控制器32电连接。

在上述技术方案中，样品转盘10与样品转盘10之间的夹角也是相等的，所以集成控制器32通过第一角度传感器28使得第一步进电机27每次旋转的角度相等，固定转盘9上每个取样区域内相邻取样通孔31之间的夹角是相等的，所以集成控制器32通过第二角度传感器24控制第二步进电机23每次旋转的角度相等，第三角度传感器21用于控制第三步进电机19的旋转角度，当润洗第一水管3、双向蠕动泵4、第二水管15和注样器，第三步进电机19旋转的角度使得注样口18的位置与垂直面呈45度，此时注样口18将润洗用水排在固定转盘9外，当给样品瓶13注样时，第三步进电机19旋转的角度使得注样口18与固定转盘9平面垂直并且对准样品通孔11，注样口18恰好可以将水样注入样品瓶13中。

反冲洗水箱5和第二水管15之间设置有单向流水管6，第二水管15上设置有三通管7，单向流水管6、波纹软管16通过三通管7与第二水管15连接。

在上述技术方案中，单向流水管6用于双向蠕动泵4从反冲洗水箱5中抽取水清洗第二水管15、双向蠕动泵4和第一水管3，单向流水管6中水的流动方向只能是从反冲洗水箱5到双向蠕动泵4，防止双向蠕动泵4从原位水体抽取水样时，将水样抽取到反冲洗水箱5时，同时双向蠕动泵4的设置使得该装置的结构更加紧凑，不需要在反冲洗水箱5中另外设置泵来抽水清洗第二水管15、双向蠕动泵4和第一水管3，从而节省了生产该装置的原材料，降低了该装置的生产成本。

取样柱1为不锈钢管，取样柱1的一端设置有浮球2，取样柱1的另一端设置有压重环30。

在上述技术方案中，取样柱1为不锈钢实心管，采用不锈钢材质的原材料作为取样柱1，能够降低该装置的生产成本，有利于进行大规模的生产，更易于向市场推广；浮球2用于在原位水体的上方固定该装置的位置，浮球2可以用锚固定住，这么做可以防止该装置受风浪的影响远离原来的位置，漂浮到其他的区域，压重环30可以为圆环形压重环30，将压重环30固定在取样柱1的底底部，可以使得取样柱1保持平稳、稳定，防止取样柱1晃动，影响该装置的取样结果，防止研究采样结果时产生较大的误差。

一种不同水深浮游生物样品自动采集装置还包括太阳能电板33，太阳能电板33和集成控制器32电连接。

在上述技术方案中，一种不同水深浮游生物样品自动采集装置中设置有太阳能电板33，太阳能电板33通过集成控制器32给该装置供电；在实际应用过程中，该装置可能需要长时间的工作，即需要长时间的供电，该装置又常常应用在野外、水边等，这些地方少有充电装置，但是光照非常的充足，所以在该装置上设置太阳能电板33用于给该装置供电，不需要在该装置中设置庞大的蓄电池，使得该装置的结构更加轻便，紧凑，一个实验人员也可以轻松携带操作。

本发明的工作原理是：使用该装置取样时，先通过集成控制器32设置好比如可以设置润洗的时间为1分钟，润洗时，第三步进电机19工作使得注样口18的位置与垂直面呈45度，然后控制双向蠕动泵4抽取原位水体中的水样，水样从取样通孔31进入依次通过第一水管3、双向蠕动泵4、第二水管15和注样器，并且此时注样口18将润洗用的水样排在固定转盘9外，1分钟的润洗结束后，集成控制器32控制第三步进电机19工作控制使得注样口18与固定转盘9平面垂直，注样口18正对样品通孔11且恰好可以将水样注入样品瓶13中，当该样品瓶13被注满水样后，双向蠕动泵4停止工作，第二步进电机23工作使得固定转盘9旋转一定的角度，使得注样口18对准下一个样品瓶13，同时双向蠕动泵4从反冲洗水箱5中抽取纯水清洗第二水管15、双向蠕动泵4和第一水管3，清洗之后，等待对下一个样品瓶13采样，在对下一个样品瓶13采样之前，同样要进行润洗，使得第注样口18的位置与垂直面呈45度，在这一个样品瓶13被住满水样之后也要从反冲洗水箱5中抽取纯水进行清洗，如此循环直到该样品转盘10内的所有样品瓶13内的均注满样品，该样品装盘都注满样品之后，升降器29下降，第一步进电机27旋转一定的角度，使得另一个样品装盘位于固定转盘9的正下方，然后升降器29上升，样品瓶13进入样品通孔11，等待采样；实验人员仅需每隔一段时间取走样品转盘10内的样品瓶13，并且放入空的样品瓶13，该装置大大减轻了实验人员的工作负担。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。