一种便于水质分层同步采样的储水箱的制作方法

本发明属于水质监测技术领域，特别涉及一种便于水质分层同步采样的储水箱。

背景技术：

水质检测是对水体环境进行评价的主要途径，进行水质检测的前提是对待检测水体进行采样。现有的水样采集设备大多适用于在自然河流和湖泊上进行的水样采集活动，不能完全满足对封闭的储水箱进行水样采集的要求。此外，当前针对储水箱体、罐体，特别是大型储水箱的水样采集，需要人工攀爬至箱体顶部并分次对不同深度和位置的水体进行采样，高处作业操作不便且风险较大。

技术实现要素：

发明目的：为了进一步简化储水箱内水样的采集工作，实现对储水箱内不同深度水体的同步采样，本发明提供了一种便于水质分层同步采样的储水箱。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的一种便于水质分层同步采样的储水箱，包括储水箱体、动力及传动系统、智能控制系统、棘轮机构。

所述的储水箱体包括三个取水口、引水管、电动伸缩杆、封闭薄片、光线传感器和一个水位传感器，三个取水口均位于储水箱体底部，每个取水口上方均连接有引水管，引水管为直角弯折结构，引水管可分为竖直段和水平段，每根引水管的竖直段的顶端均有水平设置的封闭薄片，封闭薄片的下方设有电动伸缩杆，封闭薄片左端铰接在引水管的左侧边壁上，封闭薄片右端支撑在电动伸缩杆的顶部，光线传感器安装在位于取水口上方的引水管内壁上，水位传感器安装在储水箱体边壁内侧的底部。

所述的动力及传动系统包括固定平台、电动机、动力输入轴、传动轴a、传动轴b、传动轴c、锥齿轮a、锥齿轮b、锥齿轮c、差速器a、差速器b、支架a、锥齿轮d、锥齿轮e、锥齿轮f、锥齿轮g、支架b、锥齿轮h、锥齿轮i、锥齿轮j、锥齿轮k、直齿轮a、直齿轮b、直齿轮c、直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f和过水口，固定平台位于储水箱体的下方，固定平台底部固定于地面，电动机安装在固定平台顶部的左侧，电动机与动力输入轴左端连接，动力输入轴右端连接锥齿轮a，锥齿轮a与锥齿轮b相互啮合，锥齿轮b与锥齿轮c相互啮合，锥齿轮c的背面通过传动轴a与直齿轮a连接，差速器a通过支架a固定在锥齿轮b齿面的中央，差速器a由锥齿轮d、锥齿轮e、锥齿轮f和锥齿轮g组成，锥齿轮d的背面与锥齿轮b的齿面相对，沿逆时针方向设置的锥齿轮d、锥齿轮e、锥齿轮f和锥齿轮g依次啮合并围成一个正方形，差速器b通过支架b固定在锥齿轮b背面的中央，差速器b由锥齿轮h、锥齿轮i、锥齿轮j和锥齿轮k组成，锥齿轮h的背面与锥齿轮b的背面相对，沿逆时针方向设置的锥齿轮h、锥齿轮i、锥齿轮j和锥齿轮k依次啮合并围成一个正方形，传动轴b和传动轴c分别通过轴承座和轴承安装在固定平台顶部中央的左右两侧，直齿轮b和锥齿轮f固定在传动轴b的左右两端，锥齿轮j与直齿轮c固定在传动轴c的左右两端，直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f设置在储水箱底部的下表面，直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f规格相同且均设有过水口，规格相同的直齿轮a、直齿轮b、直齿轮c分别位于直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f的下方，直齿轮d与直齿轮a垂直啮合，直齿轮e与直齿轮b垂直啮合，直齿轮f与直齿轮c垂直啮合。

所述的智能控制器用于接收光线传感器传递的模拟信号以实现对电动伸缩杆工作状态的控制，智能控制器包括依次相连的信号接收器、a/d信号转换器、单片机和d/a信号转换器，信号接收器的输入端与光线传感器相连，d/a信号转换器的输出端与电动伸缩杆相连。

所述的棘轮机构共有两组，一组位于锥齿轮f与直齿轮b之间，另一组位于锥齿轮j与直齿轮c之间，每组棘轮机构均包括棘轮、棘爪定位座、方形孔、支架c、圆孔、止回棘爪和圆洞，两组棘轮机构中的棘轮分别安装在传动轴b和传动轴c上，棘爪定位座位于棘轮的上方，棘爪定位座通过支架c固定在固定平台顶部，方形孔垂直贯穿棘爪定位座的上下表面，棘爪定位座外表面设有与方形孔连通的圆孔，止回棘爪能够插入方形孔，止回棘爪的底部支撑在棘轮的顶部，止回棘爪表面设有圆洞。

在本发明中，所述的引水管共有三根，三根引水管的长度各不相同，三根引水管的顶端分别位于储水箱体的上层、中层和底层区域，实现对储水箱不同深度的水体的引流和采集。

进一步的，对应于储水箱体底层区域的引水管安装在位于直齿轮d正上方的取水口顶部，对应于储水箱体中层区域的引水管安装在位于直齿轮e正上方的取水口顶部，对应于储水箱体上层区域的引水管安装在位于直齿轮f正上方的取水口顶部。

在本发明中，所述的直齿轮a、直齿轮b和直齿轮c的齿是间断设置的，直齿轮a、直齿轮b、直齿轮c中含有齿的区段能够分别啮合直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f进行顺时针转动，当直齿轮a、直齿轮b、直齿轮c中没有齿的区段分别接触直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f时，无法带动直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f进行转动，导致直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f能够实现转动和静止两种状态。

在本发明中，所述的过水口设置在直齿轮d、直齿轮e、直齿轮f上，过水口与取水口的尺寸相同，保证过水口与取水口重合时，水流经由过水口和取水口向下方流动。

在本发明中，所述的方形孔的横截面的宽度大于止回棘爪的横截面的宽度，止回棘爪的横截面的对角线长度大于方形孔的横截面的宽度，止回棘爪插入方形孔后能够在方形孔内发生竖直方向上的自由滑动但不能发生左右运动和转动。

在本发明中，所述的棘轮的齿沿着棘轮四周依次连续排列，齿的截面为底部为凹面的直角三角形，该底部为凹面的直角三角形的高度在顺时针方向上逐渐降低，保证棘轮在进行顺时针转动时，一个棘轮的齿经过同一空间点时对应的齿的高度逐渐升高，原本支撑在齿的表面的止回棘爪在方形孔的约束下被垂直向上顶起，由于棘轮的顺时针转动，止回棘爪将逐级自由跌落至下一级的齿，不对棘轮的顺时针转动产生干扰。

作为优选，所述的封闭薄片和电动伸缩杆的四周均设置有止水材料。

作为优选，所述的光线传感器位于取水口上方且靠近取水口，保证光线感应效果。

作为优选，所述的锥齿轮b与锥齿轮c规格相同，保证直齿轮a、直齿轮b、直齿轮c的旋转角速度一致。

作为优选，所述的方形孔横截面宽度是止回棘爪横截面宽度的1.2倍。

作为优选，所述的圆孔的直径大于圆洞的直径。

有益效果：本发明的一种便于水质分层同步采样的储水箱，具有以下有益效果：

(1)本发明中的棘轮机构能够根据储水箱中的水位情况局部阻断动力及传动系统的动能传输过程，阻止直齿轮b和直齿轮c分别啮合直齿轮e和直齿轮f进行转动，进而控制对应的储水箱体区域的水样采集过程；

(2)本发明中的差速器a和差速器b能够在直齿轮b或直齿轮c的转动受到棘轮机构的限制时，保证锥齿轮b、锥齿轮c的正常转动，确保储水箱体内各个区域的水样采集过程互不影响。

(3)本发明能够实现对储水箱体内不同深度水体的同步采样，并根据储水箱中的水位情况控制储水箱体内各个区域的水样采集过程，避免对无水区域进行水样采集这一冗余操作，结构简单，设计巧妙，制作成本较低，实用性较好。

附图说明

图1是本发明的一种便于水质分层同步采样的储水箱的结构示意图；

图2是图1中引水管处于初始状态的结构示意图；

图3是图1中引水管处于引流状态的结构示意图；

图4是图1中动力及传动系统的结构示意图；

图5是图1中动力及传动系统的俯视图；

图6是图5中差速器a和差速器b的结构示意图；

图7是图1中智能控制系统的结构示意图；

图8是图1中棘轮机构布设情况示意图；

图中：1-储水箱体；11-取水口；12-引水管；13-电动伸缩杆；14-封闭薄片；15-光线传感器；16-水位传感器；2-动力及传动系统；21-固定平台；22-电动机；23-动力输入轴；241-传动轴a；242-传动轴b；243-传动轴c；243-传动轴c；251-锥齿轮a；252-锥齿轮b；253-锥齿轮c；26a-差速器a；26b-差速器b；260-支架a；261-锥齿轮d；262-锥齿轮e；263-锥齿轮f；264-锥齿轮g；265-支架b；266-锥齿轮h；267-锥齿轮i；268-锥齿轮j；269-锥齿轮k；271-直齿轮a；272-直齿轮b；273-直齿轮c；281-直齿轮d；282-直齿轮e；283-直齿轮f；29-过水口；3-智能控制系统；31-信号接收器；32-a/d信号转换器；33-单片机；34-d/a信号转换器；4-棘轮机构；41-棘轮；42-棘爪定位座；43-方形孔；44-支架c；45-圆孔；46-止回棘爪；47-圆洞。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1至图8所示，本发明的一种便于水质分层同步采样的储水箱包括储水箱体1、动力及传动系统2、智能控制系统3、棘轮机构4。

如图1至图3所示，储水箱体1包括三个取水口11、引水管12、电动伸缩杆13、封闭薄片14、光线传感器15和一个水位传感器16，三个取水口11均位于储水箱体1底部，每个取水口11上方均连接有引水管12，引水管12为直角弯折结构，引水管12可分为竖直段和水平段，每根引水管12的竖直段的顶端均有水平设置的封闭薄片14，封闭薄片14的下方设有电动伸缩杆13，封闭薄片14左端铰接在引水管12的左侧边壁上，封闭薄片14右端支撑在电动伸缩杆13的顶部，光线传感器15安装在位于取水口11上方的引水管12内壁上，水位传感器16安装在储水箱体1边壁内侧的底部。

具体的，引水管12共有三根，三根引水管12的长度各不相同，三根引水管12的顶端分别位于储水箱体1的上层、中层和底层区域，实现对储水箱体1不同深度的水体的引流和采集。

进一步的，对应于储水箱体1底层区域的引水管12安装在位于直齿轮d281正上方的取水口11顶部，对应于储水箱体1中层区域的引水管12安装在位于直齿轮e282正上方的取水口11顶部，对应于储水箱体1上层区域的引水管12安装在位于直齿轮f283正上方的取水口11顶部。

如图1和图4至图6所示，动力及传动系统2包括固定平台21、电动机22、动力输入轴23、传动轴a241、传动轴b242、传动轴c243、锥齿轮a251、锥齿轮b252、锥齿轮c253、差速器a26a、差速器b26b、支架a260、锥齿轮d261、锥齿轮e262、锥齿轮f263、锥齿轮g264、支架b265、锥齿轮h266、锥齿轮i267、锥齿轮j268、锥齿轮k269、直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273、直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283和过水口29，固定平台21位于储水箱体1的下方，固定平台21底部固定于地面，电动机22安装在固定平台21顶部的左侧，电动机22与动力输入轴23左端连接，动力输入轴23右端连接锥齿轮a251，锥齿轮a251与锥齿轮b252相互啮合，锥齿轮b252与锥齿轮c253相互啮合，锥齿轮c253的背面通过传动轴a241与直齿轮a271连接，差速器a26a通过支架a260固定在锥齿轮b252齿面的中央，差速器a26a由锥齿轮d261、锥齿轮e262、锥齿轮f263和锥齿轮g264组成，锥齿轮d261的背面与锥齿轮b252的齿面相对，沿逆时针方向设置的锥齿轮d261、锥齿轮e262、锥齿轮f263和锥齿轮g264依次啮合并围成一个正方形，差速器b26b通过支架b265固定在锥齿轮b252背面的中央，差速器b26b由锥齿轮h266、锥齿轮i267、锥齿轮j268和锥齿轮k269组成，锥齿轮h266的背面与锥齿轮b252的背面相对，沿逆时针方向设置的锥齿轮h266、锥齿轮i267、锥齿轮j268和锥齿轮k269依次啮合并围成一个正方形，传动轴b242和传动轴c243分别通过轴承座和轴承安装在固定平台21顶部中央的左右两侧，直齿轮b272和锥齿轮f263固定在传动轴b242的左右两端，锥齿轮j268与直齿轮c273固定在传动轴c243的左右两端，直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283设置在储水箱体1底部的下表面，直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283规格相同且均设有过水口29，过水口29与取水口11的尺寸相同，保证过水口29与取水口11重合时，水流能经由过水口29和取水口11向下方流动。规格相同的直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273分别位于直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283的下方，直齿轮d281与直齿轮a271垂直啮合，直齿轮e282与直齿轮b272垂直啮合，直齿轮f283与直齿轮c273垂直啮合。

具体的，直齿轮a271、直齿轮b272和直齿轮c273的齿是间断设置的，直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273中含有齿的区段能够分别啮合直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283进行顺时针转动，当直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273中没有齿的区段分别接触直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283时，无法带动直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283进行转动，导致直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283能够实现转动和静止两种状态。

如图1和图7所示，智能控制器3安装在储水箱体1的内侧边壁上，用于接收光线传感器15传递的模拟信号以实现对电动伸缩杆13工作状态的控制，智能控制器3包括依次相连的信号接收器31、a/d信号转换器32、单片机33和d/a信号转换器34，信号接收器31的输入端与光线传感器15相连，d/a信号转换器34的输出端与电动伸缩杆13相连。

如图1和图8所示，棘轮机构4共有两组，一组位于锥齿轮f263与直齿轮b272之间，另一组位于锥齿轮j268与直齿轮c273之间，每组棘轮机构4均包括棘轮41、棘爪定位座42、方形孔43、支架c44、圆孔45、止回棘爪46和圆洞47，两组棘轮机构4中的棘轮41分别安装在传动轴b242和传动轴c243上，棘爪定位座42位于棘轮41的上方，棘爪定位座42通过支架c44固定在固定平台21顶部，方形孔43垂直贯穿棘爪定位座42的上下表面，棘爪定位座42外表面设有与方形孔43连通的圆孔45，止回棘爪46能够插入方形孔43，止回棘爪46的底部支撑在棘轮41的顶部，止回棘爪46表面设有圆洞47。方形孔43横截面宽度是止回棘爪46横截面宽度的1.2倍，止回棘爪46插入方形孔43后能够在方形孔43内发生竖直方向上的自由滑动但不能发生左右运动和转动。

具体的，棘轮41的齿沿着棘轮41四周依次连续排列，齿的截面为底部为凹面的直角三角形，该底部为凹面的直角三角形的高度在顺时针方向上逐渐降低，保证棘轮41在进行顺时针转动时，一个棘轮41的齿经过同一空间点时对应的齿的高度逐渐升高，原本支撑在齿的表面的止回棘爪46在方形孔43的约束下被垂直向上顶起，由于棘轮41的顺时针转动，止回棘爪46将逐级自由跌落至下一级的齿，不对棘轮41的顺时针转动产生干扰。

在本实施例中，初始，储水箱体1内水位高于三根引水管12的高度，处于收缩状态的电动伸缩杆13支撑在封闭薄片14的下方，封闭薄片14覆盖在引水管12竖直段的顶端，储水箱体1内的水充满引水管12的水平段但无法进入引水管12的竖直段，插入方形孔43中的止回棘爪46的底部支撑在棘轮41的顶部，动力及传动系统2和棘轮机构4均处于静止状态，直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283分别封堵在三个取水口11的下方，取水口11与过水口29不重合，光线传感器15、电动机22和智能控制器3处于待机状态，水位传感器16对储水箱体1内水位情况进行实时监测。

在本实施例中，进行水样采集时，电动机22开启并带动锥齿轮a251进行顺时针转动，锥齿轮a251啮合锥齿轮b252进行顺时针转动，锥齿轮b252啮合锥齿轮c253驱动直齿轮a271进行顺时针转动；通过支架a260固定在锥齿轮b252齿面的中央的差速器a26a随锥齿轮b252同步进行顺时针转动，组成差速器a26a的锥齿轮d261、锥齿轮e262、锥齿轮f263和锥齿轮g264之间不发生相对运动，连接在锥齿轮f263背面的传动轴b242带动直齿轮b272随着差速器a26a同步进行顺时针转动；通过支架b265固定在锥齿轮b252背面的中央的差速器b26b随锥齿轮b252同步进行顺时针转动，组成差速器b26b的锥齿轮h266、锥齿轮i267、锥齿轮j268和锥齿轮k269之间不发生相对运动，连接在锥齿轮j268背面的传动轴c243带动直齿轮c273随着差速器b26b同步进行顺时针转动。

在本实施例中，同步进行顺时针转动的直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273分别啮合直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283在顺时针转动和静止两种状态之间切换，当某次直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273中含有齿的区段分别啮合直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283完成顺时针转动后，直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283上的过水口29与取水口11逐渐重合，随后与直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283接触的是直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273中没有齿的区段，直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283再次进入静止状态。

在本实施例中，当过水口29与取水口11逐渐重合后，光线经过水口29与取水口11进入到引水管12的竖直段，光线传感器15接收到光线后向智能控制器3发出模拟信号，智能控制器3控制处于收缩状态的电动伸缩杆13开始伸长，封闭薄片14的右端被伸长的电动伸缩杆13顶起，储水箱体1中位于上层、中层和底层区域的水分别进入对应的引水管12的竖直段中，并经过水口29与取水口11流入水样收集容器中，便于实验人员对储水箱体12内不同深度水体的水质情况进行深入分析。

在本实施例中，随着直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283与直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273中没有齿的区段的接触结束后，直齿轮a271、直齿轮b272、直齿轮c273中含有齿的区段再次分别啮合直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283进行顺时针转动，过水口29与取水口11逐渐错开，直齿轮d281、直齿轮e282、直齿轮f283再次分别封堵在三个取水口11的下方，此时，光线无法进入到引水管12的竖直段，光线传感器15无法接收到光线后向智能控制器3发出模拟信号，智能控制器3控制处于伸长状态的电动伸缩杆13开始回收，封闭薄片14的右端下落并再次覆盖在引水管12竖直段的顶端，随后关闭电动机22，整个装置恢复到初始状态，储水箱体1内不同深度水体的同步采样过程结束。

在本实施例中，在上述储水箱体1内不同深度水体的同步采样过程中，分别安装在传动轴b242和传动轴c243上的两个棘轮41均分别随着传动轴b242和传动轴c243做顺时针转动，原本支撑在棘轮41的齿的表面的止回棘爪46在方形孔43的约束下被垂直向上顶起，止回棘爪46将沿着顺时针方向逐级自由跌落至下一级的齿，不对棘轮41的顺时针转动产生干扰。

在本实施例中，在上述储水箱体1内不同深度水体的同步采样过程中，光线传感器15将能否接收到光线的信息通过模拟信号发送至智能控制器3，智能控制器3控制电动伸缩杆13执行相应伸长和回收操作的过程，均是经由信号接收器31接收，并由a/d信号转换器32将上述模拟信号转化为数字信号传输给单片机33，单片机33根据已建立的函数模型输出控制脉冲信号，输出结果通过d/a信号转换器54转化为模拟信号控制电动伸缩杆13执行相应伸长和回收操作。

在本实施例中，当水位传感器16监测到储水箱体1内的水位较低，低于储水箱体1上层区域的所在高度时，即储水箱体1上层区域无水时，连接在位于直齿轮f283正上方的取水口11上的引水管12的顶部高于储水箱体1内的水位，则在储水箱体1内水体的同步采样过程中，该引水管12无需对水样进行引流、采集；当储水箱体1内的水位低于储水箱体1中层区域的所在高度时，即储水箱体1上层和中层区域均无水时，分别连接在位于直齿轮e282和直齿轮f283正上方的两个取水口11上的两根引水管12的顶部均高于储水箱体1内的水位，则在储水箱体1内水体的同步采样过程中，这两根引水管12无需对水样进行引流、采集。本实施例以储水箱体1内的水位低于储水箱体1上层区域所在高度的工况为例进行介绍，该工况下，只需要将插销经圆孔45插入到位于锥齿轮j268与直齿轮c273之间的棘轮机构4中的圆洞47内，止回棘爪46的上下运动受到插销的限制，顺时针转动的棘轮41受到止回棘爪46的阻挡，导致传动轴c243的转动受到限制，无法带动连接在传动轴c243右端的直齿轮c273啮合直齿轮f283进行顺时针转动，直齿轮f283保持静止，位于直齿轮f283上的过水口29与上方的取水口11始终相互错开，光线无法进入分别该取水口11上方的引水管12的竖直段，光线传感器15无法接收到光线，智能控制器3不会控制该引水管12内的电动伸缩杆13伸长进行水样采集；此时，虽然连接在传动轴c243左端的锥齿轮j268的转动也受到限制，但锥齿轮i267和锥齿轮k269会沿着锥齿轮j268的齿发生相对转动，保证连接在锥齿轮b252背面的锥齿轮h266进行顺时针转动，即保持锥齿轮b252与锥齿轮h266进行同步的顺时针转动，传动轴c243转动受限不会对锥齿轮b252的顺时针转动产生影响，锥齿轮b252正常啮合锥齿轮c253驱动直齿轮a271进行顺时针转动，通过支架a260固定在锥齿轮b252齿面的中央的差速器a26a仍随锥齿轮b252同步进行顺时针转动，连接在锥齿轮f263背面的传动轴b242带动直齿轮b272随着差速器a26a同步进行顺时针转动，正常进行顺时针转动的直齿轮a271、直齿轮b272分别啮合直齿轮d281、直齿轮e282在顺时针转动和静止两种状态之间切换，保证对储水箱体1中层和底层区域水样的采集过程正常进行。同理，当储水箱体1内的水位低于储水箱体1中层区域所在高度时，可将插销经圆孔45插入到两组棘轮机构4中的圆洞47内，直齿轮e282和直齿轮f283的转动均会受到限制，仅直齿轮d281能够在转动和静止两种状态之间切换，保证对储水箱体1底层区域水样的采集过程正常进行。

本发明能够实现对储水箱体内不同深度水体的同步采样，并根据储水箱体中的水位情况控制储水箱体内各个区域的水样采集过程，保证储水箱体内各个区域的水样采集过程互不影响，避免对无水区域进行水样采集这一冗余操作，有效简化水样采集过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。