專利名稱：浮動式自動水樣采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于水樣采集的裝置，尤其是能夠在野外條件下自動釆集不同地點不同深 度的水樣采集裝置。
背景技術(shù)：
由于工業(yè)化進程的步伐不斷加快，隨之而來的環(huán)境問題，特別是水污染問題日趨嚴重。 因此，水質(zhì)監(jiān)測就成為環(huán)境工作者的重要工作之一。水樣的采集是水質(zhì)監(jiān)測的必需步驟。
伴隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了岸基的自動連續(xù)采樣裝置，這類裝置通常在岸邊設立 自動控制及采樣設備，利用鋪設的導管或管道，從水體中自動抽取水樣到岸上。此類岸基采 樣裝置廣泛地應用于水文水質(zhì)監(jiān)測站中，用來對監(jiān)測斷面進行長期連續(xù)的自動采樣。然而， 上述的岸基采樣裝置在實踐中也暴露出如下的缺點整個裝置由于設備體積和電源供給的束 縛，沒有辦法靈活移動， 一旦裝置安裝完畢，其水樣采集范圍也就相應地確定；由于裝置的 投資較大，需要一定的維護和管理，同一水域可設立的裝置數(shù)量有限，這樣無疑會出現(xiàn)很多 的監(jiān)測盲區(qū)，科研及工作人員仍然要通過臨時的采樣工作來補充所需數(shù)據(jù)。
目前在國內(nèi)，對沒有設立長期連續(xù)監(jiān)測斷面的水域進行采樣時，我們大多采用人工采樣 的方法。即科研或工作人員通過水面運輸工具或水面建筑物，到達采樣地點，通過手動的定 深采樣器，來進行人工采樣。
對于在野外調(diào)研的環(huán)境工作者來說，人工采樣面臨的最大困難便是如何能夠到達取水區(qū) 域(通常是水域的中心)采集水樣?？蒲腥藛T大多在當?shù)貙ふ掖粊斫鉀Q這個問題。有些情 況下，所要采集水樣的地方很難找到合適的水上交通工具，或?qū)τ诓僮魅藛T來說具有一定的 危險性，此時人工采樣就具有一定的困難和潛在的危險性，這無疑不利于采樣工作效率的提 高。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上的實際情況，本發(fā)明作為一種簡單便攜，易于操作的設備，使科研工作者在岸 邊就能實現(xiàn)對不同位置、不同深度的水樣進行釆集。不僅解決了人工釆樣的問題，而且提高 了野外水樣采集的工作效率及安全系數(shù)，節(jié)省人力和物力，為科研人員和環(huán)境工作著帶來便 利。
本發(fā)明的浮動式自動水樣采集器由四個部分組成，分別為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)、水
樣采集系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。本發(fā)明通過自身的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)獲得浮力，由動力系統(tǒng)控制移動，
通過自動控制系統(tǒng)控制采樣的深度，通過水樣采集系統(tǒng)進行定深采樣。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
為浮動式自動水樣采集器的承載結(jié)構(gòu)，即設備的承載框架。采用了帶有氣浮墊的船式結(jié)構(gòu)設
3計，使其能夠漂浮在水面上。包括結(jié)構(gòu)支架3和2個以上充氣浮筒2，所述結(jié)構(gòu)支架3可折 疊。船體結(jié)構(gòu)設計采用鋁合金材料，重量較輕，中間可以對折，以便于在攜帶時減小體積； 氣浮墊是橡膠材質(zhì)的充氣浮筒，分為前后兩組排列在船體結(jié)構(gòu)底面的兩側(cè)，每組左右各兩個。 每個充氣浮筒都是獨立充氣，這樣保證在設備工作時，即使有一個或兩個充氣浮筒發(fā)生漏氣 的情況，其他充氣浮筒仍可以提供浮力保證設備的安全。
動力控制系統(tǒng)動力控制系統(tǒng)包括電池組8、舵機9、方向舵IO、接收器ll、螺旋槳12 和電動馬達及電子調(diào)速器13，通過直流電動馬達帶動螺旋槳12產(chǎn)生動力，通過裝有舵機9 的方向舵10改變移動方向，電池組8為動力控制系統(tǒng)提供電能，并為設備提供動力支持，使 其能夠達到目標地點。
水樣采集系統(tǒng)水樣采集系統(tǒng)是本發(fā)明的核心系統(tǒng)，分成前后兩個獨立的運行單元。每 個單元包括排空式定深采樣器1、絞盤和直流電機4等，通過控制電機的轉(zhuǎn)向來收放絞盤， 實現(xiàn)定深取樣。排空式定深采集器為有機玻璃的桶式結(jié)構(gòu)，頂面和底面各有可以向上開啟的 活動蓋子，當釆樣器在水中向下運行時，蓋子由于水流的推動而處于打開狀態(tài)，內(nèi)部的水體 被不斷地排空更新。而當采樣器向上運動時，同樣由于水流的作用，蓋子處于關(guān)閉狀態(tài)，內(nèi) 部的水體保持不變，這樣就實現(xiàn)了水樣的定深采集。
深度的控制是通過電機帶動絞盤收放吊線來實現(xiàn)的。本發(fā)明通過控制絞盤的轉(zhuǎn)數(shù)，來控 制吊線的收放長度，即控制了取樣器的取樣深度，本發(fā)明的水樣采集系統(tǒng)采樣深度范圍為 0. 5 10米。
自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)包括光電開關(guān)5、微動開關(guān)6、電池組7、接收器ll和集 成電路模塊14，為本發(fā)明的自動化運行提供支持。其中接收器接收遙控指令，集成電路通過 光電開關(guān)的配合，自動控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止；集成電路能夠設置每個采樣單元每一 次操作的采樣深度。自動控制電路采用單片機作為核心運算芯片，可以通過數(shù)據(jù)接口于電腦 相連進行編程和參數(shù)修改。自動控制電路用來控制水樣采集系統(tǒng)的自動定深取樣過程。
本發(fā)明與人工采樣相比，能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能-
1. 能夠接受岸上操作人員的指令到達指定地點采集水樣通過遙控操作使設備到達并在 指定地點保持穩(wěn)定，即使馬達推力、水流的推力、舵的轉(zhuǎn)向力平衡。
2. 能夠采集指定深度的水樣以直流電機為動力，將排空式取樣器通過直流電機及絞盤 放置到指定深度以采集該深度水樣。取樣深度范圍為0.5 10米，可以滿足絕大多數(shù)水域的 取樣深度要求。
3. 不同取樣地點、不同取樣深度的水樣可自動分開獨立存儲采集器依照先前的程序設
定并按指令進行不同深度的采集，水樣分別存儲在兩個排空式取樣器中。浮動式自動水樣采集器的主要創(chuàng)新及特色為實現(xiàn)野外實地水樣采集的自動化；能夠通 過簡單的操作過程實現(xiàn)定深取樣，所取水樣可靠度高；本發(fā)明的體積、重量較小，容易運輸 攜帶。
由于采用的是有機玻璃的采樣器材料設計，因此所采集的水樣從質(zhì)量和數(shù)量上達到PH 值、C0D、總氮、B0D、部分金屬離子、氯化物、比電導率、硬度的監(jiān)測要求。(參照國家標準 "水質(zhì)采樣技術(shù)指導"GB12998—91中的要求。)


圖1為本發(fā)明的外觀3D圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設計圖； 圖3為本發(fā)明的設計尺寸圖； 圖4為本發(fā)明的工作原理圖5為本發(fā)明的自動控制系統(tǒng)工作模式圖。
具體實施例方式
參見圖l、圖2，本發(fā)明包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)、水樣采集系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)四 個組成系統(tǒng)。各部分設計尺寸參見圖3。
參見圖l、圖2，上述的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用浮動式的船式平臺設計，包括橡膠充氣浮筒2和結(jié) 構(gòu)支架3。橡膠充氣浮筒2共有8個可獨立充氣的結(jié)構(gòu)單元，每個結(jié)構(gòu)單元充氣后的尺寸為 80cmX50cni。 8個結(jié)構(gòu)單元分為有前后兩組，每組又分為左右各兩個，為本發(fā)明提供足夠的 浮力支持。采用這種設計方法可以保證在單個充氣單元漏氣的情況下，仍能保證本發(fā)明所需 的浮力和平穩(wěn)性。結(jié)構(gòu)支架3由鋁合金材料制造，分為前后兩塊，分別于前后兩組橡膠充氣 浮筒2連接。在本發(fā)明運輸?shù)倪^程中，取下其它部件，即可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的前后對折，以節(jié) 省存儲和運輸?shù)目臻g。本發(fā)明的最大載重為25kg。
參見圖l、圖2，上述的動力控制系統(tǒng)包括電池組8、舵機9、方向舵IO、接收器ll、 螺旋槳12和電動馬達及電子調(diào)速器13。本發(fā)明利用電動馬達及電子調(diào)速器13和螺旋槳12 產(chǎn)生不同功率的推進力，前進方向由方向舵10和舵機9來進行控制，電池組8為動力系統(tǒng)提 供電能。接收器用來接收操作人員通過普通的模型遙控器發(fā)出的指令，以控制電機的轉(zhuǎn)向、 轉(zhuǎn)速和舵機的運行，實現(xiàn)對本發(fā)明前進、后退、變向和變速的組合操作。保證本發(fā)明能夠在 操作人員的遙控下移動到目標地點。
參見圖l、圖2，上述的水樣采集系統(tǒng)包括排空式采樣器1和電機及絞盤4。水樣采集系 統(tǒng)分為前后兩個獨立的工作單元，可分別獨立工作。每個單元中，電機旋轉(zhuǎn)帶動絞盤旋轉(zhuǎn)， 實現(xiàn)絞線的收放。排空式采樣器可實現(xiàn)在停留深度的定深采樣，單次最大水樣采集體積為2L。參見圖2、圖5，上述的自動控制系統(tǒng)包括光電開關(guān)5、微動開關(guān)6、電池組7、接收 器11和集成電路模塊14。接收器11用來接收操作人員通過普通的模型遙控器發(fā)出的采樣指 令。集成電路模塊14上的芯片用來修改、存儲和運行各種取樣模式的命令，控制采樣系統(tǒng)電 機及絞盤4的運轉(zhuǎn)。微動開關(guān)6可以防止采樣器回收錯誤，能夠在采樣器已經(jīng)到達原來位置， 但電機及絞盤仍繼續(xù)工作的情況下，強制停止其工作。
本發(fā)明的具體工作流程為參見圖4，依照操作人員的遙控指令，由動力系統(tǒng)推進本發(fā) 明到達指定地點進行采樣。參見圖5，當本發(fā)明到達指定地點后，接收器接收到開始采樣的 遙控指令后，直流電機帶動絞盤旋轉(zhuǎn)，同時排空式采樣器被下放，采樣過程開始。當下放深 度達到預定設置的采樣深度時，直流電機釆取停轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等操作，最終將取樣器拉回到初始 位置，完成一次采樣操作。所采集的水樣暫時保存在采樣器中，當本發(fā)明返回岸邊時由操作 人員回收、清洗后即可進行下一次采樣操作。圖5中的模式設置用來設置采樣深度，每個獨 立的工作單元可以分別設置不同的采樣深度。外部接口用來與計算機設備進行連接，方便修 改單片機中的程序和數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種在水面工作的水樣采集裝置，包括結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)、水樣采集系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)，其特征是通過自身的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)獲得浮力，由動力系統(tǒng)控制移動，通過自動控制系統(tǒng)控制采樣的深度，通過水樣采集系統(tǒng)進行定深采樣的裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的水樣采集裝置，其特征是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采用船式平臺設計，包括結(jié)構(gòu)支架(3)和2個以上充氣浮筒(2)，所述結(jié)構(gòu)支架(3)可折疊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣采集裝置，其特征是動力控制系統(tǒng)包括電池組(8)、舵機(9)、方向舵(10)、接收器(11)、螺旋槳(12)和電動馬達及電子調(diào)速器(13)，通 過直流電動馬達帶動螺旋槳(12)產(chǎn)生動力，通過裝有舵機(9)的方向舵(10)改變 移動方向，電池組(8)為動力控制系統(tǒng)提供電能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣采集裝置，其特征是自動控制系統(tǒng)包括光電開關(guān)(5)、微動開關(guān)(6)、電池組(7)、接收器(11)和集成電路模塊(14)，其中接收器(11) 接收遙控指令，集成電路模塊(14)通過光電開關(guān)(5)的配合，自動控制電機的正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)和停止；集成電路模塊(14)能夠設置每個采樣單元每一次操作的采樣深度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水樣采集裝置，其特征是水樣采集系統(tǒng)分為前后兩個獨立的工 作單元，每個單元由排空式采樣器、直流電機、絞盤和絞線構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水樣采集裝置，其特征是所述充氣浮筒均為獨立充氣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的水樣采集裝置，其特征是通過控制電機收放絞盤來實現(xiàn)定深取樣，取樣深度范圍為0.5 10米。
全文摘要
本發(fā)明是一種簡單便攜，易于操作的水樣采集裝置，使用者在岸邊就能實現(xiàn)對不同位置、不同深度的水樣進行采集?；诃h(huán)境科學研究和工作實踐的實際情況，本發(fā)明不僅解決了人工取樣的難題，而且提高了野外水樣采集的工作效率及安全系數(shù)，節(jié)省人力和物力，為科研人員和環(huán)境工作者帶來便利。浮動式自動水樣采集器由四個部分組成，分別為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)、水樣采集系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明能夠接受岸上操作人員的指令到達指定地點采集水樣，通過先前設定的采樣深度，在不同地點采集不同深度的水樣。不同取樣地、取樣深度的水樣可自動分開獨立存儲，并返回出發(fā)處，所采集的水樣總量能夠滿足常規(guī)的水質(zhì)監(jiān)測要求。
文檔編號G01N1/14GK101561367SQ20091014353
公開日2009年10月21日 申請日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者璐 劉, 巧 唐, 沈珍瑤, 牛軍峰, 亮 許, 韓兆興 申請人:北京師范大學