一种水质监测用无人机水样采集装置

1.本发明涉及水质采样设备技术领域，具体涉及一种水质监测用无人机水样采集装置。


背景技术：

2.目前对于水质监测中的水样采集一般是通过人工进行采集和无人机采集两种，人工采集不仅受到环境限制，操作难度较大，且工作量大，操作危险，无人机进行水样采集更加方便；而现有的无人机进行不同深度的水样进行采集，大多是采用竖直的升降式采集器，竖直的采集器大多需要占据无人机下方较大的空间，容易影响无人机的飞行，且不方便水样的搬运，同时采集了水样后大多需要将水样进行多次转移容易受到污染，且一般是采集一个水样进行分取监测，当水样在转移的过程中被污染，则整个水样都无法使用，得重新取样，工作量大。


技术实现要素：

3.为解决现有技术存在的难以采集同一位置不同深度水样及一次采集一个水样容易受污染的问题，本发明提供了一种水质监测用无人机水样采集装置。
4.本发明的技术方案为：本发明提供了一种水质监测用无人机水样采集装置，包括水上飞机，水上飞机的腹部固定安装底部及前侧均开口的箱体，箱体内一侧转动安装与水上飞机机身垂直的第一转轴，第一转轴外周可拆卸安装转动辊，转动辊的外周卷有数个呈链条状的采样盒，位于末端的采样盒与转动辊外周铰接连接，数个采样盒之间依次通过连接组件连接，相邻的采样盒之间通过连接组件既能够使得相邻的两个采样盒向转动辊一侧偏转，同时采样盒还能够沿转动辊轴线两延伸方向偏转，采样盒内均设有两个沿其轴线前后对称的空腔，采样盒末端均设有与对应的空腔内部相通的弹性阀门组件，弹性阀门组件以连接组件为中心对称分布，初始时，弹性阀门组件将对应的采样盒密封封堵；箱体内设有驱动转动辊转动的第二动力装置，箱体内另一侧转动安装三根呈前后均布的第二转轴，第二转轴与转动辊沿水上飞机的机身呈前后分布，转轴外周均固定安装线辊，线辊外周均缠绕数圈拉绳，拉绳的一端均固定连接对应的线辊，三根拉绳的另一端按照第二转轴的沿转动辊轴线分布的顺序依次通过可拆卸的连接固定结构连接位于首端的采样盒的前侧、中部、后侧，箱体内对应每一根第二转轴均设有驱动其转动的第一动力装置，位于前后两侧的拉绳分别单独拉动使相邻的两采样盒夹角偏转至一定角度时打开对应侧的弹性阀门组件。
5.进一步的，所述的连接组件包括开设在两相邻的采样盒相邻一侧的横向截面为等腰梯形结构的第一凹槽，第一凹槽靠近采样盒中部一端的长度小于其外端的长度，第一凹槽内均铰接安装连接块，连接块的铰接安装处均安装扭簧，连接块能沿铰接点沿转动辊轴线方向偏转，相邻的两采样盒对应的连接块之间通过连接轴销轴连接，相邻的两连接块销轴连接处均安装扭簧，且相邻的两采样盒能够沿其销轴连接处向转动辊一侧偏转。
6.进一步的，所述的弹性阀门组件包括分别与采样盒的两个空腔内部相通的锥形的第一通孔，第一通孔靠近采样盒中部一侧的内径大于外侧的内径，第一通孔内分别设有锥形的孔塞，空腔内均固定安装连接杆，连接杆与对应的孔塞内侧之间固定安装弹簧，孔塞外侧均固定安装活动端朝外的第一弹性伸缩杆，第一弹性伸缩杆的弹力小于弹簧的弹力，弹簧正常伸长状态下孔塞将对应的第一通孔密封封堵，采样盒末端中部均固定安装限位块，限位块分别位于对应的第一弹性伸缩杆远离转动辊的一侧。
7.进一步的，所述的箱体内顶面开设数个呈前后均布的第二凹槽，第二凹槽内均固定安装活动端朝下的第二弹性伸缩杆，第二弹性伸缩杆均位于转动辊正上方，第二弹性伸缩杆的活动端均同时固定安装凹面朝向的弧形板，弧形板位于采样盒外周，第二弹性伸缩杆始终处于压缩状态。
8.更进一步的，所述的采样盒采用透明材质。
9.更进一步的，所述的连接固定结构包括拉绳的另一端均固定安装自锁挂钩，位于首端的采样盒首端中部及两侧分别固定安装圆环，拉绳对应的自锁挂钩分别按照第二转轴沿转动辊的轴线分布顺序钩接连接对应的圆环。
10.本发明所达到的有益效果为：本发明采用采样盒盘绕于转动辊外周的方式对采样盒进行收放，相比于传统竖直的升降式采样器来说，采集了水样后的采样盒收纳于箱体内部，方便无人机的移动与降落；同时本发明采用带有浮筒的水上飞机作为无人机主体，能够通过浮筒在水面上进行移动，再通过三根拉绳按照转轴的前后方向与位于首端的采样盒的首端均布可拆卸连接的方式，易于整个转动辊与其外周盘绕的收集了水样的采样盒进行拆卸，方便水样的搬运与转移，能够有效的减少水样的转移次数，降低受污染的风险；通过中间第二转轴的转动拉动中间的拉绳，在限位块的配合下使得位于水中的采样盒处于竖直状态，再通过两侧的拉绳的收卷拉动采样盒进行偏转，改变水中的采样盒与水的接触面积，从而在拉绳的作用下，使得位于箱体下部的采样盒相当于船只的桅杆，从而调整水上飞机在水面移动的方向，使得水上飞机准确的移动至采集水样的位置；且通过第二转轴与拉绳的配合，以及在采样盒与前侧相邻的采样盒相对的一侧采用具有第一弹性伸缩杆与弹簧两端弹性行程的弹性阀门组件，在拉绳使得第一弹性伸缩杆压缩的过程中对水上飞机的移动方向进行调整，当需要进行水样采集时，继续收集拉绳，拉动采样盒沿连接块的铰接处继续偏转，使得弹簧被压缩，从而使得孔塞打开，水经过第一通孔进入空腔内，从而进行水样收集，且在整个采样过程中，通过位于两侧的拉绳使得采样盒分别向两侧进行偏转，从而每个采样盒两个空腔均收集水样，使得采集的水样具有对比，且更具代表性，同时不用担心只有一个水样被污染后得重复取样的问题。
附图说明
11.图1是本发明整体结构示意图。
12.图2是图1中箱体的内部结构图。
13.图3是图2中a向视图的放大图。
14.图4是图2中b向视图的放大图。
15.图5是图2中ⅰ局部的放大图。
16.图6是图3中ⅱ局部的放大图。
17.图7是本发明的使用状态图图中，1、水上飞机；2、箱体；3、转动辊；4、采样盒；5、连接块；6、第一凹槽；7、第二转轴；8、线辊；9、拉绳；10、空腔；11、第一通孔；12、孔塞；13、第一弹性伸缩杆；14、连接杆；15、弹簧；16、第二凹槽；17、第二弹性伸缩杆；18、弧形板；19、第一转轴；20、圆环；21、自锁挂钩。
具体实施方式
18.为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.需要说明的是，当组件被称为“装设于”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“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。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
23.如图1所示，本发明提供了一种水质监测用无人机水样采集装置，包括无人的水上飞机1，采用能够在水面上进行移动的水上飞机1作为主体，因为水上飞机1的浮筒能够漂浮在水面，然后水上飞机1能够通过浮筒在水面进行移动；水上飞机1腹部安装有底部和前侧均开口的箱体2，箱体2的前侧开设箱体2内转动安装与水上飞机1机身垂直的第一转轴19，第一转轴19的外周可拆卸安装转动辊3，转动辊3的外周盘绕数个呈链条状分布的块状的采样盒4，位于末端的采样盒4铰接连接转动辊3外周，如图2中所示，在第一转轴19外周采用可拆卸安装的转动辊3，是为了在采样后可以将转动辊3以及盘绕在其外周的采样盒4整体取下，从而方便水样的转移与搬运，减少从取样到检测过程中水样的取出次数，降低水样被污染的风险；采样盒4与相邻的采样盒4靠近的一侧均开设截面为等腰梯形的第一凹槽6，且第一凹槽6开口处长度均大于靠近采样盒4中部一侧的长度，且第一凹槽6内均铰接安装连接块5，连接块5能够沿第一转轴19轴线两延伸方向偏转，俯视图如图3中所示，箱体2内设有驱动第一转轴19转动的第二动力装置，采用第一凹槽6内铰接安装连接块5的方式，是为了采样盒4收卷在转动辊3的外周时，采样盒4靠近转动辊3的一侧与转动辊3外周更加贴合，同时
采用等腰梯形结构的第一凹槽6是为了限制连接块5沿第一转轴19轴线方向的偏转角度，使得连接块5最大的偏转角度为连接块5与第一凹槽6的对应侧壁贴紧；且连接块5与第一凹槽6铰接处均安装扭簧，从而连接块5初始均位于与采样盒4垂直的状态，使得相邻的两个采样盒4之间在扭簧的作用下处于外侧齐平的状态；相邻的两采样盒4相邻一侧的两连接块5之间均通过与第一转周19平行的连接轴进行销轴连接，且销轴连接处均安装扭簧，相邻的两采样盒4之间采用连接块5销轴连接的设计是为了相邻的两采样盒4能够沿销轴翻转从而盘绕在转动辊3外周，且在销轴连接处安装扭簧是为了初始状态时采样盒4均在扭簧的作用下盘绕在转动辊3外周，同时采用连接块5分别对应的采样盒4的第一凹槽铰接连接是为了相邻的两采样盒4之间能够实现沿转动辊3轴线两延伸方向的偏转。
24.采样盒4的末端均固定安装限位块22，限位块22均位于对应的连接块5远离转动辊3的一侧，采用限位块22是为了限制相邻的两连接块5向远离转动辊3一侧翻转的角度。
25.箱体2内顶面开设数个沿转动辊3径向的均布的第二凹槽16，第二凹槽16内均固定安装活动端朝下的第二弹性伸缩杆17，第二弹性伸缩杆17的下端均同时固定连接凹面朝下的弧形板18，如图5所示，弧形板18与转动辊3同轴，第二弹性伸缩杆17始终处于压缩状态，这样设计是为了通过第二弹性伸缩杆17始终向下推顶弧形板18，从而使得弧形板18凹面始终与下方的采样盒4外周接触配合，当第一转轴19转动带动转动辊3转动收卷采样盒4时，弧形板18推顶下方开始收卷至转动辊3外周的采样盒4，使得采样盒4及连接块5沿连接轴转动，从而使得采样盒4贴合于转动辊3外周，且在采样盒4的收卷过程中，弧形板18能够随第二弹性伸缩杆17向上移动，从而确保采样盒4完全收卷于转动辊3外周，当然此处的第二弹性伸缩杆17也可以是弹簧或者其他的结构，功能相同即可。
26.箱体2内靠近水上飞机1机头一侧转动安装有三根呈前后均布的第二转轴7，第二转轴7的外周均固定安装线辊8，如图4所示，三根第二转轴7均与转动辊3平行，线辊8的外周均缠绕有数圈拉绳9，拉绳9的一端均固定连接对应的线辊8，拉绳9的另一端均可拆卸连接位于首端的采样盒4尾端外侧，且拉绳9分别按照第二转轴7的前后顺序依次对应连接首端的采样盒4的前侧、中部及后侧，同时箱体2内部安装有对应每一根第二转轴7的第一动力装置，第一动力装置能够分别驱动对应的第二转轴7转动，通过第一动力装置分别驱动三根第二转轴7转动，从而使得缠绕在线辊8外周的拉伸9进行释放与收紧。
27.拉绳9的另一端均固定安装自锁挂钩20，位于首端的采样盒4的首端中部及两侧均固定安装圆环21，三根拉绳9分别根据三根第二转轴7沿第一转轴19的轴线分布顺序依次钩接连接前侧、中部及后侧的圆环21，采用拉绳9与圆环21一一对应可拆卸连接的方式，是为了在将采样后的转动辊3及盘绕在转动辊3外周的采样盒4取下时更加方便，当然拉绳9与位于首端的采样盒4的可拆卸连接方式也可以为卡接连接等，功能相同即可。
28.采样盒4内设有两个呈前后对称分布的装水样的空腔10，同一个采样盒4采用两个位于连接块5两侧的空腔10，对同一深度采集两个空腔10容量的水样；如图3所示，采样盒4末端对应每个空腔10均开设锥形的第一通孔11，第一通孔11靠近空腔10内部一端的直径大于外端的直径，第一通孔11内均设有将其密封封堵的锥形的孔塞12，孔塞12的外端均固定安装活动端朝外的第一弹性伸缩杆13，采样盒4末端的两根第一弹性伸缩杆13的轴线分别与第一凹槽6的轴线共平面，且两根第一弹性伸缩杆13沿对应的第一凹槽6的轴线呈前后对称分布，如图6所示，使用第一弹性伸缩杆13是为了在进行使用时，拉绳9拉动采样盒4沿连
接块5的铰接点进行偏转调整水上飞机1的移动方向时，第一弹性伸缩杆13作为采样盒4偏转的第一行程，从而能够确保孔塞12处于封闭状态，每个采样盒4的两个第一弹性伸缩杆13分别位于第一凹槽6的前后两侧，空腔10内均固定安装连接杆14，连接杆14与对应的孔塞12内端之间均固定安装弹簧15，弹簧15的弹力大于第一弹性伸缩杆13的弹力，这样设计是为了在调整水上飞机1移动的方向的过程中，在弹簧15的弹力作用下，第一通孔11处于封闭状态，在向空腔10内注水进行水样采集时，拉绳9收紧需要先克服第一弹性伸缩杆13的弹力，再推动弹簧15压缩才将第一通孔11打开，从而使得拉绳9收紧分为两个阶段，先收紧对应第一弹性伸缩杆13的收缩对水上飞机1的移动方向进行调节，第二个阶段是使得弹簧15压缩从而使第一通孔11打开进行水样采集；初始状态时，所有的采样盒4均缠绕在转动辊3外周，且所有的第一通孔11均被对应的孔塞12密封封堵，初始状态时，所有的采样盒4均收卷在转动辊3外周，所有的拉绳9均收紧，当水上飞机1漂浮在水面上方进行移动时，转动转动辊3使同时通过第一动力装置分别驱动三根第二转轴7同时将对应的拉绳9进行释放，从而使得外周的采样盒4逐渐向水面释放，如图1中所示，当水上飞机1需要在水面进行减速时，先通过第一动力装置驱动位于中间的第二转轴7转动使得中间的拉绳9缓慢收紧，由于采样盒4的末端均固定安装限位块22，限位块22使得采样盒4在中间的拉绳9的收紧过程中，限位块22的外端与相邻的采样盒4的对应侧推顶，使得采样盒4级连接块5无法再继续沿连接轴向远离转动辊3的一侧进行偏转，从而将位于转动辊3下部的数个采样盒4拉成近似竖直的状态，且此时的所有的第一弹性伸缩杆13均处于收缩状态，且所有的孔塞12将对应的第一通孔11密封封堵，如图7所示，此时采样盒4位于水面下方，水上飞机1在水面上移动的过程中，采样盒4相当与船只装了帆布的桅杆，实现水上飞机1的减速制动，当需要使得水上飞机1进行转向时，此时图1中水上飞机1的前进方向为前侧，当需要向水上飞机1的左侧进行转动，就缓慢的转动左侧的第二转轴7，使得左侧的拉绳9逐渐被收紧，拉绳9拉紧拉动所有的采样盒4均沿连接块5的铰接处向左侧进行偏转，此时采样盒4右侧与水面的接触面大，在拉绳9的拉动下使得采样盒4左侧的第一弹性伸缩杆13被压缩，且此时所有的孔塞12均将对应的从而缓慢的调整水上飞机1在水面上移动的方向。
29.采样盒4可以采用透明材料制成，透明的采样盒能够直接的观察空腔内部水样的颜色，最先对水样的物理性质进行分析。
30.当水上飞机1移动至指定的取样点采集不同深度的水样时，采样盒4处于如图7中状态，先通过第一动力装置驱动位于前侧的第二转轴7转动，从而拉动前侧的拉绳9快速收紧，拉绳9收紧的过程中拉动位于首端的采样盒4沿连接块5与第一凹槽6的铰接处向转动辊3轴线前侧偏转，拉绳9继续收紧，由于第一凹槽6为截面为等腰梯形结构，拉绳9拉动连接块5偏转至与第一凹槽6前侧内壁贴紧，同时第一弹性伸缩杆13完全被压缩，前侧相邻的采样盒4在拉绳9的作用下推顶第一弹性伸缩杆13向空腔10内侧移动，将弹簧15压缩从而使得孔塞12将第一通孔11打开，水经过第一通孔11进入采样盒4内部，采样盒4收集水样后，将前侧的拉绳9逐渐释放，使得孔塞12在弹簧15的弹力作用下逐渐将第一通孔11密封封堵，完成前侧的空腔10对水样的收集；然后再快速收紧后侧的拉绳9，重复上述操作，使得采样盒4后侧的第一通孔11打开，从而使得采样盒4两侧的空腔10均收集对应深度的水样，同一深度采用两个空腔10进行水样收集，使得水样更具代表性，同时能够进行对比实验，确保对水质监测的准确度，采集完水样之后，第二动力装置驱动第一转轴19转动，第一转轴19的转动带动转
动辊3随之转动，在弧形板18的推顶下使得装有水样的采样盒4盘绕在转动辊3外周，从而水上飞机1完成水样的采集，当需要将水样取出时，将转动辊3及盘绕在其外周的采样盒4全部拆卸，从而将装有水样的转动辊3及采样盒4整体搬运，再将采样盒4逐一打开取出水样进行检测，能够减少水样的取出转移环节，减少受污染的风险，且在可以同时配置多套转动辊3与采样盒4，从而能够进行连续的采样操作。
31.以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。