一种全自动水文研究取水装置的制作方法

1.本发明涉及环境监测技术领域，尤其是涉及一种全自动水文研究取水装置。


背景技术：

2.水样采集是水环境监测与综合整治的一项重要的基础性工作，采集的水样可在实验室条件下对水中的污染物做出定性、定量的检测分析，以反映水体水质的阶段性变化特征及其演变趋势，为水环境科学治理和水污染有效管控提供依据。近年来，流域中地表水的形成、时空分布、补给路径、循环规律及比例测算等方面的研究已成为热点课题，如何科学合理的实现快速便携的大范围取样并获取即时的水体理化检测数据已经成为各水文气象站网及科研机构的重要工作组成部分。


技术实现要素：

3.针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种全自动水文研究取水装置，快速方便地实现水样采集，简化水样采集的难度，降低人员成本。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种全自动水文研究取水装置，用于放置在水体上采集水样，其包括设备平台和环绕设备平台的充气浮圈，所述设备平台包括背向水体的第一平面和面向水体的第二平面；所述第一平面上设置有密封罩，所述密封罩内设置有主控与数据采集模块、电池模块、采样模块、进样模块和激光雷达探测器；所述第二平面设置有电机螺旋桨模块和传感器模块；
6.所述采样模块包括采样步进电机、采样杆、水泵和第一水管，所述采样杆为中空结构，所述采样杆包括螺纹丝杆部和光滑杆部，所述螺纹丝杆部与采样步进电机相连，所述光滑杆部穿过设备平台，所述采样步进电机驱动采样杆作靠近或远离水体的运动；所述第一水管连接采样杆和水泵的入口；
7.所述进样模块包括采样瓶座、进样针和第二水管，所述采样瓶座与第一平面相连，所述采样瓶座上设置有若干采样瓶，所述采样瓶座的两侧设置有相互平行的第一丝杆和第一滑杆，所述第一丝杠上设置有沿第一丝杆方向移动的第一步进电机，所述第一滑杆上设置有第一滑块，所述第一步进电机和第一滑块之间设置有相互平行的第二滑杆和第二丝杆，所述第二丝杆上设置有沿第二丝杆方向移动的第二步进电机，所述第二步进电机的一侧设置有进样步进电机，所述进样步进电机与进样针相连，所述进样步进电机驱动进样针作垂直于设备平台的往复运动；所述第二水管连接水泵的出口和进样针。
8.优选的是，所述激光雷达探测器至少有六个，所述激光雷达探测器环绕第一平面的边缘分布，所述激光雷达探测器的安装高度高于充气浮圈的顶面高度。
9.优选的是，所述设备平台上设置有密封圈和保护套，所述采样杆作靠近水体的运动时穿过密封圈并插入保护套中。
10.优选的是，所述采样瓶口设置有密封的瓶盖，所述瓶盖为橡胶瓶盖或硅胶瓶盖。
11.优选的是，所述采样瓶座上设置有排水口，所述排水口上设置有密封盖。
12.优选的是，所述传感器模块包括ph传感器、温度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、压力传感器、流速传感器中的至少一种。
13.优选的是，所述第二平面的中心设置有配重模块。
14.优选的是，所述电机螺旋桨模块具有至少4个，每个电机螺旋桨模块均设置有内置舵。
15.由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
16.本发明全自动水文研究取水装置包括设备平台和环绕设备平台的充气浮圈，设备平台包括背向水体的第一平面和面向水体的第二平面，第一平面上设置有密封罩，密封罩内设置有主控与数据采集模块、电池模块、采样模块、进样模块和激光雷达探测器，第二平面设置有电机螺旋桨模块和传感器模块，各个模块组合运作实现了自动取样的功能，极大地简化了水文研究采样工作的复杂度和难度，能够节省时间、减少人员成本、减少物资的损耗，大大减少采样人员在人工采样时可能遇到的问题和危险，同时提高了采样的精度。
附图说明
17.下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
18.附图1为本发明全自动水文研究取水装置的立体图；
19.附图2为本发明全自动水文研究取水装置的另一视角的立体图。
20.其中：1、设备平台；2、充气浮圈；3、密封罩；4、主控与数据采集模块；5、电池模块；8、激光雷达探测器；9、电机螺旋桨模块；10、传感器模块；11、采样步进电机；12、采样杆；121、螺纹丝杆部；122、光滑杆部；13、水泵；14、第一水管；15、采样瓶座；16、进样针；17、第二水管；18、采样瓶；19、第一丝杆；20、第一滑杆；21、第一步进电机；22、第一滑块；23、第二滑杆；24、第二丝杆；25、第二步进电机；26、密封圈；27、保护套；28、排水口；29、配重模块。
具体实施方式
21.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。
22.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
23.如附图1、附图2所示为本发明全自动水文研究取水装置，用于放置在水体上采集水样，其包括设备平台1和环绕设备平台1的充气浮圈2，设备平台1外围与充气浮圈2内侧相连且紧密密封，避免漏水。设备平台1包括背向水体的第一平面和面向水体的第二平面，第一平面上安装有密封罩3，将设备平台1上方完全密封，并安装有快速开启/关闭机关，可在有需要时快速地开启和关闭。第二平面安装有探入水中的电机螺旋桨模块9和传感器模块10。本实施例中密封罩3为透明材质。密封罩3内安装有主控与数据采集模块4、电池模块5、采样模块、进样模块和激光雷达探测器8。
24.采样模块包括采样步进电机11、采样杆12、水泵13和第一水管14。采样杆12为中空结构，采样杆12包括螺纹丝杆部121和光滑杆部122，螺纹丝杆部121与采样步进电机11相连，光滑杆部122穿过设备平台1，采样步进电机11驱动采样杆12作靠近或远离水体的运动，通过旋转实现采样杆12在垂直水面方向的上下移动，探入水体中进行采样或收回。本实施例中设备平台1上安装有密封圈26和保护套27，采样杆12作靠近水体的运动时穿过密封圈26并插入保护套27中，增强了装置的密封性，通过保护套27进行取水，避免采样杆12直接接触水体中的异物造成阻碍或损坏。第一水管14连接采样杆12和水泵13的入口。
25.进样模块包括采样瓶座15、进样针16和第二水管17，采样瓶座15与第一平面相连，采样瓶座15上整齐排列有若干采样瓶18。采样瓶座15的两侧安装有相互平行的第一丝杆19和第一滑杆20，第一丝杠19上连接有沿第一丝杆19方向移动的第一步进电机21，第一滑杆20上滑动连接有第一滑块22，第一步进电机21和第一滑块22之间连接有相互平行的第二滑杆23和第二丝杆24，在第一步进电机21的驱动下，第二滑杆23和第二丝杆24整体沿着第一丝杆19的方向移动，经过所有采样瓶18的上方；第二丝杆24上安装有沿第二丝杆24方向移动的第二步进电机25，第一丝杆19和第二丝杆24互相垂直。第二步进电机25的一侧连接有进样步进电机，进样步进电机与进样针16相连，第二水管17连接水泵13的出口和进样针16，进样步进电机驱动进样针16作垂直于设备平台1的往复运动，使进样针16能够将水样注入采样瓶18中。本实施例中第一水管14和第二水管17均为弹簧水管，使采样杆12可自由转动以及上下移动，进样针16在采样瓶座15上方横向纵向或上下自由移动。采样瓶18口安装有密封的瓶盖，该瓶盖为橡胶瓶盖或硅胶瓶盖，避免水样流出造成污染。采样瓶座15上还具有排水口28，排水口28上同样具有橡胶或硅胶材质的密封盖。前次采样残留水样经进样针16通过排水口28排出。进样针16底部为尖锐针头，可穿过排水口28和采样瓶18的橡胶或硅胶密封，水样由进样针16经水泵13加压注射入采样瓶18或排水孔28。
26.主控与数据采集模块4包含gps信号接收天线，并具备读取gps信号的功能，使本取水装置可根据输入的gps坐标进行采样，也可在采样时记录gps坐标点。主控与数据采集模块4控制采样步进电机11、水泵13、进样模块和电机螺旋桨模块9的动作，处理激光雷达探测器8的信号，记录传感器模块10产生的数据。电池模块5可进行充电和更换。
27.本实施例中激光雷达探测器8具有六个，环绕第一平面的边缘分布，通过激光雷达探测器支架固定于设备平台上，其安装高度高于充气浮圈2的顶面高度。激光雷达探测器8能够通过液体与固体对激光反射的不同，判断取水装置在水体中所处的位置，并能够识别水体中存在的障碍物，并配合电机螺旋桨模块9移动取水装置，确保取样位置处于水体中央并防止取水装置与障碍物相撞。
28.传感器模块包括ph传感器、温度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、压力传感器、流速传感器中的至少一种，检测所需类型的水体信息。第二平面的中心安装有配重模块29。电机螺旋桨模块9具有4个，每个电机螺旋桨模块9均安装有内置舵。通过螺旋桨的转动以及舵的摆动，本实施例取水装置可自由在采样水域的水面上水平移动。
29.使用时，输入采样点的gps坐标或采样的时间间隔，将取水装置放入水体的上游，利用水流和电机螺旋桨模块9移动到采样位置，并通过激光雷达探测器8产生的数据配合电机螺旋桨模块9，移动至水体的中央，并稳定在此位置，确保所采集的样品来自于水体中央。达到采样位置后，采样步进电机11启动，利用采样杆12上部的螺纹丝杆部121的转动，将采
样杆12垂直水面下移。采样杆12达到采样位置后，通过第一步进电机21与第二步进电机25将进样针16移动至排水口28上方，此时进样步进电机启动，将进样针16穿过排水口28的密封盖插入排水口28，水泵13启动，对采样杆12、第一水管14、第二水管17及进样针16进行冲洗，确保其中无上次取样的残留。同时，传感器模块10开始采集取样点的水文数据并进行记录。冲洗完成后，水泵13停止工作，进样针16回位被移动到对应的采样瓶18上方，进样针16再次下移，穿过采样瓶18的瓶盖，水泵13再次工作，将水样泵入采样瓶18内，进样完成后，进样针16回至初始位置。此时本次采样结束，取水装置自动移动到下一个取样位置并重复以上步骤，直至采样序列完成。
30.本发明全自动水文研究取水装置可独立完成水样采集、水样采集点信息收集等工作，极大地简化了水文研究采样工作的复杂度和难度，特别是针对地点偏僻、水域接近性差、采样点多的水域，能够极大地节省时间、减少人员成本、减少物资的损耗，大大减少采样人员在人工采样时可能遇到的问题和危险，同时提高了采样的精度。操作人员仅需在采样前将采样点的gps坐标或采样的时间间隔输入取水装置，将取水装置放入水体的上游，并在水体下游回收取水装置，读取数据并取出样品。如需继续采样，仅需更换已经使用的采样瓶18，并在有需要时更换电池模块5，即可继续进行使用。
31.以上所述仅为本发明的实施例，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。