一种船载多点位多层水采样装置及采样方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种船载多点位多层水采样装置及采样方法，属于水环境水样采集技术领域，包括取水模块、配水模块、定位模块和控制部；配水模块包括分流模块、来水手阀组、样品瓶组、排水手阀组、逆止阀组和汇流模块；分流模块包括分流板，分流板的每个出水口处安装一个电磁阀；在每根进水管上安装有第一手阀；每个样品瓶的出水口与汇流模块连接；每根出水管上安装有第二手阀和逆止阀；取水模块包括主框架和动力卷轴；动力卷轴上绕制有取水管；取水管的出水端穿出主框架后通过自吸泵与分流板连接；取水管的进水端穿出主框架后与过滤配种块连接；取水管的进水端设置有水深检测模块；控制部分别与取水模块、配水模块和定位模块进行数据交互。据交互。据交互。

【技术实现步骤摘要】
一种船载多点位多层水采样装置及采样方法


[0001]本专利技术属于水环境水样采集
，具体涉及一种船载多点位多层水采样装置及采样方法。

技术介绍

[0002]水质分析作为水环境分析检测中的一项基础工作，其水体采样样品的准确性、有效性及代表性尤其重要。
[0003]为了保证水样的代表性，需在整片水质检测区布局多个采样点，并对不同层深水体进行取样工作。目前，水体采样工作主要以人工和固定测站为主，其中人工采样需要工作人员搭乘船只或者自身涉水，通过人工采样桶完成工作，其劳动强度大、危险系数高、工作效率低，而固定测站能够实现自动水质采样，但是仅能固定采集离岸较近水体，且站点固定，无法顾及整片水域。现今，随着导航及储能技术的发展，无人船搭载自动采样装置被越来越多用于水环境水样采集工作，其中有代表性的有CN201510926133.6、 CN201710877883.8、CN201710912132.5、CN201820472770.X、CN201820784362.8、 CN201922426270.X、CN202021583414.9等。CN201510926133.6中使用旋转机构切换样品瓶，采用水泵抽水通过单水管为样品瓶灌注水样，其能够实现自动表层水取样，但是由于供电问题无人船搭载的泵机功率一般较低，同时多点采样需要行进较远距离，单次航行往往耗时较长，采用无封口样品瓶，已采集水样有效性难以得到保证，同时，缺少取水口深度控制功能，仅能采集表层水样，水样的代表性有限；CN201710877883.8中，同CN201510926133.6一样采用旋转机构切换样品瓶，不同之处在于，设计了旋转的摆臂取水机构，能够采集浅层水样，但是该取水机构为刚性结构，如不采用伸缩机构，采集水样层深有限，如采用伸缩方式，增强取水深度的同时，必然增加装置的制作、操作及维护难度；CN201820472770.X中，同CN201510926133.6与CN201710877883.8一样采用旋转机构切换样品瓶，不同之处在于，采用转轮机构采集不同深度水样，然从说明书中，该机构收放取水软管，而取水软管另一端直接延伸至存水装置，一根完整软管一端入水一定长度，另一端必然需要同样长度软管补偿入滚轮机构，滚轮机构与储水机构间需留有较常软管余量，同时，未加传感器等装置，如再伴有较大水流，无法判断软管采水口是否已经抵达预定层深位置；CN201820784362.8中，同样采用转轮机构采集不同深度水样，更具其说明书附图结构及说明书内容，其并未解决或说明管路长度补偿问题，尽管加装了编码器，在伴有较大水流时，无法判断采水口是否已经抵达预定层深位置； CN201922426270.X与CN201820472770.X的采水及存水机构原理相同； CN202021583414.9，采用高架滑轮组的形式通过刚性伸缩节使管路垂直与水面，配合编码器能够获得较精确取水深度，但该结构体积大且复杂，并需要较强的连接结构固定，实际应用较为困难。
[0004]通过上述对水样采集方式方法分析，可以得出，目前的自动化水样采集装置可减少人工采样强度，增强采样密度，但是在方便实用、结构简单、取样深度、水样代表性和有效性上仍有提升给空间。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种船载多点位多层水采样装置及采样方法，针对现有自动化水样采集装置或结构复杂或取样深度有限或所取水样代表性和有效性受到影响等问题，可搭载于双体无人船及普通载人船只，实现多点、多层自动化水样采集工作。
[0006]本专利技术的第一目的是提供一种船载多点位多层水采样装置，包括取水模块(12)、配水模块(10)、定位模块、控制所述取水模块(12)和配水模块(10)工作状态的控制部；其中：
[0007]所述配水模块(10)包括分流模块(13)、来水手阀组(14)、样品瓶组(15)、排水手阀组(16)、逆止阀组(17)和汇流模块(18)；所述分流模块(13)包括空腔结构的分流板(1301)，所述分流板(1301)包括一个进水口和M+1个出水口，每个出水口处安装有一个电磁阀；所述样品瓶组(15)包括M个样品瓶；十号电磁阀(1311) 通过一根安装有逆止阀的侧管与汇流模块(18)连接；其余M个电磁阀，每个电磁阀通过一根进水管与一个样品瓶的进水口连接，在每根进水管上安装有第一手阀；每个样品瓶的出水口通过出水管与汇流模块(18)连接；在每根出水管上安装有第二手阀和逆止阀；M为大于1的自然数；
[0008]所述取水模块(12)包括密封结构的主框架(1216)、安装于主框架(1216)内的动力卷轴；在所述动力卷轴上绕制有取水管(1212)；所述取水管(1212)的出水端穿出主框架(1216)后通过自吸泵(11)与分流板(1301)的进水口连接；所述取水管(1212) 的进水端穿出主框架(1216)后与过滤配种块(1214)连接；
[0009]所述取水管(1212)的进水端设置有水深检测模块；
[0010]所述控制部分别与取水模块(12)、配水模块(10)和定位模块进行数据交互。
[0011]优选地，所述控制部包括核心控制板(8)，所述核心控制板(8)通过电磁阀组驱动模块(9)与电磁阀、逆止阀组(17)连接；所述核心控制板(8)通过RS
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232串行总线与HMI(1)及船载航控器(2)进行数据交互；所述核心控制板(8)包括：
[0012]控制管路冲洗时长的第一定时器；
[0013]控制采水时长的第二定时器；
[0014]统计已采集完水样数量的第一计数器；
[0015]统计采样点位已完成采水层数的第二计数器。
[0016]优选地，所述动力卷轴包括主转轴(1203)、带动主转轴(1203)动作的直流减速电机(1201)；所述直流减速电机(1201)的电机齿轮(1202)与主转轴(1203)上的第一齿轮(1205)、第二齿轮(1206)啮合；所述主框架(1216)内安装有导向轴(1209)，所述导向轴(1209)上安装有连接取水管(1212)的管路导向器(1211)；所述主框架 (1216)内安装有接线模块(1204)，所述接线模块(1204)包括电源模块和RS485通信模块，所述直流减速电机(1201)通过电机驱动模块(1217)与接线模块(1204)连接；所述RS485通信模块分别与导电滑环(1207)、电机驱动模块连接。
[0017]优选地，所述主转轴(1203)的端部安装有旋转接头(1208)，所述主转轴(1203) 的右端开设有轴心孔，所述主转轴(1203)的侧壁开设有与轴心孔连通的侧孔，所述侧孔位于主框架(1216)内，所述主转轴(1203)的右端安装有旋转接头(1208)，所述取水管(1212)的出水端依次穿过侧孔、轴心孔、旋转接头(1208)后通过自吸泵(11) 与分流板(1301)的进水
口连接。
[0018]优选地，所述控制部的工作分为三种模式：系统配置模式、全自动执行模式、半自动执行模式；其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船载多点位多层水采样装置，其特征在于，至少包括取水模块、配水模块、定位模块、控制所述取水模块和配水模块工作状态的控制部；其中：所述配水模块包括分流模块、来水手阀组、样品瓶组、排水手阀组、逆止阀组和汇流模块；所述分流模块包括空腔结构的分流板，所述分流板包括一个进水口和M+1个出水口，每个出水口处安装有一个电磁阀；所述样品瓶组包括M个样品瓶；十号电磁阀通过一根安装有逆止阀的侧管与汇流模块连接；其余M个电磁阀，每个电磁阀通过一根进水管与一个样品瓶的进水口连接，在每根进水管上安装有第一手阀；每个样品瓶的出水口通过出水管与汇流模块连接；在每根出水管上安装有第二手阀和逆止阀；M为大于1的自然数；所述取水模块包括密封结构的主框架、安装于主框架内的动力卷轴；在所述动力卷轴上绕制有取水管；所述取水管的出水端穿出主框架后通过自吸泵与分流板的进水口连接；所述取水管的进水端穿出主框架后与过滤配种块连接；所述取水管的进水端设置有水深检测模块；所述控制部分别与取水模块、配水模块和定位模块进行数据交互。2.根据权利要求1所述的船载多点位多层水采样装置，其特征在于，所述控制部包括核心控制板，所述核心控制板通过电磁阀组驱动模块与电磁阀、逆止阀组连接；所述核心控制板通过RS
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232串行总线与HMI及船载航控器进行数据交互；所述核心控制板包括：控制管路冲洗时长的第一定时器；控制采水时长的第二定时器；统计已采集完水样数量的第一计数器；统计采样点位已完成采水层数的第二计数器。3.根据权利要求1所述的船载多点位多层水采样装置，其特征在于，所述动力卷轴包括主转轴、带动主转轴动作的直流减速电机；所述直流减速电机的电机齿轮与主转轴上的第一齿轮、第二齿轮啮合；所述主框架内安装有导向轴，所述导向轴上安装有连接取水管的管路导向器；所述主框架内安装有接线模块，所述接线模块包括电源模块和RS485通信模块，所述直流减速电机通过电机驱动模块)与接线模块连接；所述RS485通信模块分别与导电滑环、电机驱动模块连接。4.根据权利要求3所述的船载多点位多层水采样装置，其特征在于，所述主转轴的端部安装有旋转接头，所述主转轴的右端开设有轴心孔，所述主转轴的侧壁开设有与轴心孔连通的侧孔，所述侧孔位于主框架内，所述主转轴的右端安装有旋转接头，所述取水管的出水端依次穿过侧孔、轴心孔、旋转接头后通过自吸泵与分流板的进水口连接。5.根据权利要求1所述的船载多点位多层水采样装置，其特征在于，所述控制部的工作分为三种模式：系统配置模式、全自动执行模式、半自动执行模式；其中：配置模式需要配置的参数包括执行模式参数、采水点位参数、采水层数和层深参数、采水时间参数、管路冲洗时间参数，其中，所述执行模式参数用于配置系统执行过程模式，为单选项，选项包括设置为全自动执行模式、设置为半自动执行模式；采水点位参数用于配置待采样水域各采样点坐标位置和采样顺序；采水层数和层深参数主要配置各采样点需要采几层水样及每层水样的水深；采水时间参数用于配置每次采集水样接通自吸泵电源的时间，通过该项参数间接配置单次采样的流量；管路冲洗时间参数用于配置每次冲洗管路接通自吸泵电源的时间。
6.根据权利要求5所述的船载多点位多层水采样装置，其特征在于，在三种模式下，系统工作前，通过扩充晶体管输出模块组、电磁阀组驱动模块、配水模块扩充单次航行样品采集频次。7.一种船载多点位多层水采样方法，其特征在于，首先将权利要求1
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6任一项所述的船载多点位多层水采样装置安装在无人船上；然后执行如下步骤：SA1：控制无人船启动，通过核心控制板向船载航控器发送第一采水点位的坐标位置数据及启航指令，无人船启航；SA2：无人船抵达预定采水点位，船载航控器发送抵达目的地指令及其采集地位置坐标数据至核心控制板；SA3：根据设定的层深参数，控制滤配种块入水深度，自动采集水样；SA4：采水完成，控制无人船启动，核心控制板根据设定的采水点位参数及第一计数器的数据，判断是否已完成本次采样工作，如第一计数器...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢津平，曹家印，郭林，刘海瑞，柴志勇，宋学山，何力劲，柳志会，延红艳，李东，
申请(专利权)人：中水北方勘测设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：