一种基于无人机平台的水质采样装置的制作方法

1.本实用新型属于水文取样技术领域，涉及一种基于无人机平台的水质采样装置。


背景技术：

2.在水质监测中，同一水体随着深度和位置的改变，水中的各种参数也会发生变化。为了对水体进行纵向研究，研究人员经常使用分层采水的方式。分层采水技术经常用于海洋、湖泊和河流等水体的样本采集。国际上大型分层采水设备已经趋于成熟，如德国hydro
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bios公司生产的多通道水样采集器mws。mws多通道水样采集器用于在水体中进行水样分层采集工作，用来在一次操作中完成12/24个不同深度水样的采集工作，该采样装置采用马达释放绳索的方式调节采样器在水中的深度，从而实现分层采水。该采集器需安装在采集点旁，结构复杂，且整体尺寸较大，只适合于长期定时采集。
3.又如丹麦kc
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denmark公司生产的rosette多通道采水器。rosette多通道采水器框架材质为aisi 316不锈钢，可搭载6、12或24个采水瓶。释放系统同样是由电机驱动，可以通过手动触发，也可以事先编好程序，但是由于设备过于庞大和沉重，不适合搭载在无人机平台上。国内的水质采样装置采水过程使用单个采水设备对水样进行采集，分层采水设备还存在很大的不足，自动分层采水还处于研究阶段，没有广泛的应用于实践，与国际水平还有一定的距离，很多专业的分层采水设备来源于进口。在无人机分层采水领域，一些无人机大公司还处于试验阶段，目前只能实现单次采水作业，常用的方式是无人机通过钢缆携带一只采样瓶，无人机飞行至指定地点后开始下放采样瓶，通过释放钢缆的长度来控制采样瓶在水中的深度，在重力的作用下采样瓶到达指定深度进行采水，采水结束后无人机收回钢缆回到岸上。在无人机分层采水方面还没有一个行之有效的解决方案。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型公开了一种基于无人机平台的水质采样装置，能够实现无人机分层采水。
5.为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种基于无人机平台的水质采样装置，包括无人机和连接在无人机下方的采水装置，所述采水装置包括采样箱、采样瓶、采样水杆、水泵、转向舵机、软管、控制器；所述采样瓶、水泵设置于采样箱中，采样瓶环绕水泵放置，采样水杆位于采样箱下方，采样水杆内具有采样水流动通道，流动通道与水泵进水口连接，各采样瓶口设置有电磁阀，水泵的出水口通过软管与各采样瓶口设置的电磁阀连接，转向舵机与采样水杆连接，控制采样水杆的转动角度，电磁阀和转向舵机均与控制器连接。
7.进一步的，所述水泵的出水口与分流接头的入水口相连接，分流接头的各分流出口通过软管连接至各采样瓶口设置的电磁阀。
8.进一步的，所述分流接头的其中一个分流出口还连接一废水管。
9.进一步的，所述采样水杆采用硬质水管，硬质水管固定在转向舵机的转动机械臂
上。
10.进一步的，还包括多个继电器，继电器与电磁阀一一对应，控制器通过继电器控制电磁阀通断。
11.进一步的，所述采水装置通过连接杆与无人机连接。
12.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
13.1.采用无人机、水泵与多个采样瓶相配合，能够实现多份水质采样，无人机作为载体具有很强的机动性，避免了人工采样的危险性，且具有高机动性、可靠性和精确度，可用于水质监测自动化设备技术领域。
14.2.将采样水杆固定在转向舵机转动机械臂上，可通过控制机械臂转动角度或是改变采样水杆的长度来控制采水深度，多重控制方式不仅增大了采水深度的精度，也增加了采水深度的范围。硬杆转向的方式能够保证采样精度。避免因水流、风等环境因素改变采样深度。
15.3.电磁阀控制和分瓶采样方式能够避免各样品之间互相污染。
附图说明
16.图1为本实用新型提供的基于无人机平台的水质采样装置整体结构示意图。
17.图2为采水装置整体结构示意图，其中采样瓶呈爆炸展示状态。
18.图3为本实用新型中电元件连接示意图。
19.附图标记说明：
20.无人机1，采样箱2，连接杆3，水泵4，采样瓶5，转向舵机6，采样水杆7，软管8，电磁阀9，控制器10。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。
22.本实用新型提供的基于无人机平台的水质采样装置，包括一个四旋翼无人机1和采水装置。无人机1与采水装置采用连接杆3连接。硬质pvc管采用硬质pvc管。无人机1选用dji经纬m600 pro，采用模块化设计，载重达6.0kg，续航时长在100分钟左右，同时搭载d
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rtk高精度定位导航系统以及zenmuse z30摄像头，是具有大负载、长续航、高精度的载体。采水装置包括采样箱2、采样瓶5、采样水杆7、水泵4、转向舵机6、橡胶软管8、控制器10。采样瓶5、水泵4设置于采样箱2中，水泵4设置在中心位置，采样瓶5环绕水泵4放置，水泵4通过橡胶软管8与各采样瓶5连通。采样水杆7位于采样箱2下方，与采样箱2底座连接。采样水杆7中空，其内形成采样水流动通道，流动通道连接水泵4进水口，水泵的出水口与一个分流接头的入水口(因是比较常见的结构，图中未示出)相连接，各采样瓶口设置有电磁阀9，分流接头的每个分流出口都通过橡胶软管连接至一个电磁阀，水泵抽得的样品由各橡胶软管8流入各采样瓶中，实现水质采样。在电磁水阀没有通电的情况下水不能流入采水瓶中，电磁水阀与电源接通时水才能通过电磁水阀流入采样瓶中。分流出口还可连接一未连接采样瓶的废水管，用于排水清洗。
23.转向舵机6与采样水杆7连接，控制采样水杆7的转动角度，随着采样水杆7角度变
化采水深度也发生改变，因此通过控制转向舵机可控制采样深度。同时也可以改变采样水杆7的长度来控制采水深度。采样水杆7可采用硬质水管，固定在舵机的转动机械臂上。控制器采用stm32f103控制芯片。电磁阀9和转向舵机6均与控制器10连接，控制器10通过控制电磁阀9开闭控制样品流入不同采样瓶5中以达到分层采水的目的。更为具体的说，还包括多个继电器，每个电磁水阀都由不同的继电器控制，控制器可通过继电器控制电磁阀通断。在采水时电磁阀打开，随后打开水泵开始向采样瓶中采水，采水结束后关闭水泵随后关闭水阀。
24.此外，控制器还可进一步连接无线通信芯片，通过无线通信芯片，可远程与控制器进行信号交互，从而控制水泵、电磁阀及转向舵机的运作。
25.本实用新型工作原理如下：
26.无人机到达指定地点后进入悬停模式，在收到开始采水指令后，转向舵机工作并旋转一定角度，到达指定角度后继电器工作，电磁阀通电，水泵吸水开始进行采样，采样结束后，舵机旋转到下一个角度，再次采样，直到所需采水深度完成。完成后进入下一定位点重复以上进行采水，直至所有工作完成返回回收点。在每次采样之前，水泵可将水吸取到未连接采样瓶的废水管中排出用于清洗进水口。
27.初始状态时硬质水管与水面水平，采水时随着硬质水管角度变化采水深度也发生改变，比如1米长的硬质水管，转动30度时的采水深度是50cm，同时也可以改变硬质水管的长度来控制采水深度，这种多重控制方式不仅增大了采水深度的精度，也增加了采水深度的范围。
28.本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。