一种用于水质监测分析的采样系统的制作方法

1.本发明属于水质监测采样领域。


背景技术：

2.对深水区域的水样本采样所得到的水质分析结果能更加准确的反应水域的污染物的整体情况；在现有的深水取样过程中，需要用费用高昂的深水潜水器下潜到足够的深度后，通过潜水器所携带的传感器监测到预定高度，然后由岸边人员远程控制取样，这样不仅整体上复杂，成本高昂，而且电磁波在水下传递信号的效率低下；因此有必要设计一种纯机械的不携带电器件的潜水器，而且这种潜水器具备自动取样和上浮的能力。


技术实现要素：

3.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种一种用于水质监测分析的采样系统，采用了无电纯机械式结构。
4.技术方案：为实现上述目的，本发明的一种用于水质监测分析的采样系统，包括采样单元、浮子单元和配重单元所构成的深水采样器；所述浮子单元包括膨胀形态、收缩形态和中等形态，还包括能对浮子单元充气的充气单元；
5.浮子单元在中等形态下，所述深水采样器在水中会自动下沉；当深水采样器到达指定深度时，浮子单元在水压的作用下向内坍缩成收缩形态；中等形态的浮子单元在水压的作用下向内坍缩成收缩形态的过程中会联动所述采样单元自动取样所在深度的水样本，与此同时，中等形态的浮子单元在水压的作用下向内坍缩成收缩形态的过程中还联动充气单元对浮子单元充气，从而使收缩形态的浮子单元快速转变为膨胀形态，浮子单元为膨胀形态时，深水采样器在水中自动上浮。
6.进一步的，所述采样单元包括竖向的活塞筒，所述活塞筒内活动设置有第一活塞，所述活塞筒的底端设置有底壁，所述底壁与第一活塞之间为采样柱腔，所述底壁上设置有抽液嘴，所述抽液嘴将采样柱腔与外界连通。
7.进一步的，所述充气单元包括圆柱形罐体，所述圆柱形罐体内为压缩空气仓；所述圆柱形罐体的下端罐底一体化同轴心连接所述活塞筒上端，所述罐底与第一活塞之间形成水压平衡仓，所述活塞筒的顶部侧壁上有压力平衡孔，所述压力平衡孔将外界与水压平衡仓连通。
8.进一步的，所述罐体的罐顶和罐底的轴心处分别设置有上密封环套和下密封环套；上密封环套和下密封环套内分别同轴心固定设置有上o形密封圈和下o形密封圈；还包括同轴心穿过上o形密封圈和下o形密封圈的联动管，联动管的外壁与上o形密封圈和下o形密封圈的内圈滑动密封配合；
9.第一活塞的上侧同轴心固定连接有拉管，拉管的上端与联动管下端之间的间距形成环形连通空隙，环形连通空隙内的若干连接柱将拉管的上端与联动管下端固定连接；第一活塞的轴心处同轴心贯通有中心孔，中心孔内同轴心固定设置有内o形密封圈；还包括同
轴心滑动密封穿过内o形密封圈的固定柱，固定柱的下端固定连接底壁，联动管内设置有第二活塞，第二活塞的外壁与联动管内壁滑动密封配合，固定柱的顶端固定连接第二活塞，且第二活塞在下o形密封圈所在高度处；将同轴心于第二活塞上侧的通道记为充气通道，充气通道上端连通浮子单元；将同轴心于第二活塞下侧的通道记为排水通道；拉管的下端外壁上镂空有排水孔，排水孔将排水通道下端与水压平衡仓连通。
10.进一步的，当第一活塞在活塞筒的下端所在高度时，所述环形连通空隙在水压平衡仓中，环形连通空隙在第二活塞下方，所述环形连通空隙将排水通道与水压平衡仓连通；
11.当第一活塞在活塞筒的上端所在高度时，所述环形连通空隙在压缩空气仓中，环形连通空隙在第二活塞上方，所述环形连通空隙将充气通道与压缩空气仓连通。
12.进一步的，中等形态的浮子单元包括同轴心的上环壁和下环壁，上环壁与下环壁之间同轴心设置有环状气囊壁，环状气囊壁的上端轮廓固定密封连接上环壁的下端轮廓，环状气囊壁的下端轮廓固定密封连接下环壁的上端轮廓；上环壁的顶部一体化设置有顶盖，下环壁的底部一体化设置有底盖，顶盖与底盖相对固定；上环壁、下环壁、环状气囊壁顶盖和底盖所形成的一体的内部为气囊仓，气囊仓内填充有正压气体，使环状气囊壁凸向外侧。
13.进一步的，所述配重单元包括同轴心于圆柱形罐体外的环形配重支架，所述环形配重与环形配重支架之间通过若干连接架固定连接；环形配重支架还通过若干连接架固定连接所述圆柱形罐体外壁；还包括若干呈圆周阵列的滚轮，各所述滚轮的轴线均为水平，呈圆周阵列分布的若干滚轮包围在上环壁的外周，且各所述滚轮均与所述上环壁的外表面滚动配合，凸向外侧的环状气囊壁阻止所述滚轮向下滚动；各所述滚轮均转动安装在滚轮支架上，各所述滚轮支架均固定在所述配重支架上。
14.进一步的，所述顶盖的顶部设置有提手。
15.有益效果：本发明的结构简单，是一种纯机械的，且不携带电器件的潜水器，而且这种潜水器具备自动取样和上浮的能力；避免了整体上复杂，成本高昂，而且电磁波在水下传递信号的效率低下的电动潜水器带来的弊端。
附图说明
16.附图1为本装置的整体结构示意图；
17.附图2为本装置的整体剖视图；
18.附图3为附图2的局部放大示意图；
19.附图4为附图3的基础上第一活塞从活塞筒的下端所在高度位移到活塞筒的上端所在高度；
20.附图5为配重单元整体示意图；
21.附图6为浮子单元中等状态和坍缩状态的示意图(坍缩状态为虚线)；
22.附图7为浮子单元膨胀状态的示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
24.本方案的概括结构如下：
25.一种用于水质监测分析的采样系统，包括采样单元、浮子单元和配重单元所构成的深水采样器88；浮子单元包括膨胀形态、收缩形态和中等形态，还包括能对浮子单元充气的充气单元；浮子单元在中等形态下，深水采样器88在水中会自动下沉；当深水采样器88到达指定深度时，浮子单元在水压的作用下向内坍缩成收缩形态；中等形态的浮子单元在水压的作用下向内坍缩成收缩形态的过程中会联动采样单元自动取样所在深度的水样本，与此同时，中等形态的浮子单元在水压的作用下向内坍缩成收缩形态的过程中还联动充气单元对浮子单元充气，从而使收缩形态的浮子单元快速转变为膨胀形态，浮子单元为膨胀形态时，深水采样器88在水中自动上浮，这是一种纯机械的，且不携带电器件的潜水器，而且这种潜水器具备自动取样和上浮的能力；避免了整体上复杂，成本高昂，而且电磁波在水下传递信号的效率低下的电动潜水器带来的弊端。
26.本方案的实施例的详细结构如下：
27.如附图1至7所示，采样单元包括竖向的活塞筒4，活塞筒4内活动设置有第一活塞10，活塞筒4的底端设置有底壁7，底壁7与第一活塞10之间为采样柱腔8，底壁7上设置有抽液嘴50，抽液嘴50将采样柱腔8与外界连通；为了避免已经取到的样本反流到外界，抽液嘴50内设置有导通方向朝上的单向阀；
28.如图2、3；述充气单元包括圆柱形罐体19，圆柱形罐体19内为压缩空气仓60，压缩空气仓60内预装有压缩空气；圆柱形罐体19的下端罐底1一体化同轴心连接活塞筒4上端，罐底1与第一活塞10之间形成水压平衡仓12，活塞筒4的顶部侧壁上呈圆周阵列分布有若干压力平衡孔2，压力平衡孔2将外界与水压平衡仓12连通。
29.罐体19的罐顶33和罐底1的轴心处分别一体化同轴心设置有上密封环套34和下密封环套16；上密封环套34和下密封环套16内分别同轴心固定设置有上o形密封圈35和下o形密封圈20；
30.还包括同轴心穿过上o形密封圈35和下o形密封圈20的联动管18，联动管18的外壁与上o形密封圈35和下o形密封圈20的内圈滑动密封配合；
31.第一活塞10的上侧同轴心固定连接有拉管11，拉管11的上端与联动管18下端之间的间距形成环形连通空隙13，环形连通空隙13内的若干连接柱3将拉管11的上端与联动管18下端固定连接；
32.第一活塞10的轴心处同轴心贯通有中心孔99，中心孔99内同轴心固定设置有内o形密封圈9；还包括同轴心滑动密封穿过内o形密封圈9的固定柱14，固定柱14的下端固定连接底壁7，联动管18内设置有第二活塞15，第二活塞15的外壁与联动管18内壁滑动密封配合，固定柱14的顶端固定连接第二活塞15，且第二活塞15在下o形密封圈20所在高度处；将同轴心于第二活塞15上侧的通道记为充气通道17，充气通道17上端连通浮子单元；将同轴心于第二活塞15下侧的通道记为排水通道5；拉管11的下端外壁上镂空有排水孔6，排水孔6将排水通道5下端与水压平衡仓12连通；排水孔6使排水通道5与水压平衡仓12始终连通，而水压平衡仓12始终与外部连通，使排水通道5和水压平衡仓12都是始终连通外界的，避免了排水通道5被密封而形成运动干涉的问题，保证了初始状态的第一活塞10上下侧的水压是一致的，使第一活塞10在后续过程中能顺利的上下位移；
33.如图3；当第一活塞10在活塞筒4的下端所在高度时，环形连通空隙13在水压平衡仓12中，环形连通空隙13在第二活塞15下方，环形连通空隙13将排水通道5与水压平衡仓12
连通；
34.如图4，当第一活塞10在活塞筒4的上端所在高度时，环形连通空隙13在压缩空气仓60中，环形连通空隙13在第二活塞15上方，环形连通空隙13将充气通道17与压缩空气仓60连通，从而对浮子单元充气。
35.中等形态的浮子单元包括同轴心的上环壁26和下环壁29，上环壁26与下环壁29之间同轴心设置有环状气囊壁28，环状气囊壁28为弹性乳胶材质，环状气囊壁28的上端轮廓固定密封连接上环壁26的下端轮廓，环状气囊壁28的下端轮廓固定密封连接下环壁29的上端轮廓；上环壁26的顶部一体化设置有顶盖25，下环壁29的底部一体化设置有底盖31，顶盖25与底盖31之间通过若干支架32相对固定；
36.上环壁26、下环壁29、环状气囊壁28顶盖25和底盖31所形成的一体的内部为气囊仓24，气囊仓24内填充有正压气体，使环状气囊壁28凸向外侧；
37.当上环壁26、下环壁29、环状气囊壁28、顶盖25和底盖31所形成的一体处于足够深的水下时，环状气囊壁28的外部水压大于气囊仓24气压，从而使凸向外侧环状气囊壁28向内侧凹陷，形成坍缩气囊壁28.1，使浮子单元进入收缩形态；如图6；
38.联动管18的上端同轴心固定连接底盖31，且充气通道17的上端连通气囊仓24；
39.如图7；当气囊仓24受到充气通道17充气时，气囊仓24内部增压，使环状气囊壁28进一步的向外胀大成环形充气气囊28.2，使浮子单元进入膨胀形态，如图7。
40.配重单元包括同轴心于圆柱形罐体19外的环形配重支架38，环形配重支架38的下方同轴心设置有密度大于水的环形配重23，环形配重23与环形配重支架38之间通过若干连接架22固定连接；环形配重支架38还通过若干连接架71固定连接圆柱形罐体19外壁；
41.还包括若干呈圆周阵列的滚轮27，各滚轮27的轴线均为水平，呈圆周阵列分布的若干滚轮27包围在上环壁26的外周，且各滚轮27均与上环壁26的外表面滚动配合，凸向外侧的环状气囊壁28阻止滚轮27向下滚动；各滚轮27均转动安装在滚轮支架39上，各滚轮支架39均固定在配重支架38上；另外顶盖25的顶部设置有提手40，底盖31的外圈设置有限位外缘30，起到限位作用，详见工作过程。
42.如图1、2、3；深水采样器88还没有投入水中时，气囊仓24内预先填充有正压气体，使环状气囊壁28凸向外侧，使浮子单元处于中等形态的状态，这时凸向外侧的环状气囊壁28阻止滚轮27向下滚动；第一活塞10在活塞筒4的下端所在高度，此时环形连通空隙13在水压平衡仓12中，环形连通空隙13在第二活塞15下方，环形连通空隙13将排水通道5与水压平衡仓12连通；压缩空气仓60为密闭状态；且这时深水采样器88的整体密度高于水的密度；
43.深水采样器88投入水中时，由于深水采样器88的整体密度高于水的密度，深水采样器88自动下沉；上环壁26、下环壁29、环状气囊壁28、顶盖25和底盖31所形成的一体有上浮的趋势，但是由于这时环状气囊壁28的凸向外侧的，各滚轮27无法相对向下越过凸向外侧的环状气囊壁28，因上环壁26、下环壁29、环状气囊壁28、顶盖25和底盖31所形成的一体会跟着各滚轮27一同下沉；
44.当深水采样器88在水中下沉到足够的预定深度时，环状气囊壁28的外部水压大于气囊仓24气压，从而使凸向外侧环状气囊壁28向内侧凹陷，形成坍缩气囊壁28.1，使浮子单元进入收缩形态；这时由于凸向外侧环状气囊壁28已经向内侧凹陷成了坍缩气囊壁28.1，这时坍缩气囊壁28.1无法对滚轮27形成阻碍，因此上环壁26、下环壁29、环状气囊壁28、顶
盖25和底盖31所形成的一体相对于环形配重23上浮，而各滚轮27随环形配重23进行下沉，直至各滚轮27相对下降到与下环壁29外壁滚动配合，并被限位外缘30；此时第一活塞10也跟着底盖31向上位移至在活塞筒4的上端所在高度，第一活塞10向上位移的过程中，采样柱腔8体积逐渐变大，抽液嘴50将所在深度的水样本抽入到采样柱腔8内，从而完成了采样过程；如图4；
45.这时环形连通空隙13也上升到了压缩空气仓60中，使环形连通空隙13到达第二活塞15上方，这时环形连通空隙13将充气通道17与压缩空气仓60连通，压缩空气仓60内的压缩空气通过充气通道17迅速注入到气囊仓24内，使气囊仓24内迅速升压到超过所在深度的水压，从而使坍缩气囊壁28.1迅速向外胀大成比初始状态的环状气囊壁28更大的环形充气气囊28.2，如图7，使浮子单元进入膨胀形态；这时由于环状气囊壁28膨胀成了更大的环形充气气囊28.2，深水采样器88整体密度开始小于水的密度，从而自动上浮到水面。
46.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。