一种环境水样中高效样品制备装置

技术领域

本发明涉及取样装置技术领域，具体涉及一种环境水样中高效样品制备装置。

背景技术

在居民的日常生活中，不可避免地会产生较多的生活污水，生活污水所含的污染物主要是有机物和大量病原微生物，因此需要及时的对其进行处理，从而避免细菌和病原体以生活污水中有机物为营养而大量繁殖，为了提供针对性处理，可分区域建立不同的污水处理站，另外为了持续监测生活污水的成分，可采用取样装置分别取样检测。

如公开号为CN110954371B的专利申请，公开了一种生活污水取样装置，其包括底板、可替井盖、下沉抽吸头、卷扬机和分样暂存组件，所述卷扬机固定在可替井盖上，且所述卷扬机的卷筒上缠绕有进液软管，所述进液软管的一端固定连通有下沉抽吸头，所述可替井盖的中部开设有通孔，所述进液软管远离下沉抽吸头的一端与泵体的进液端相连通，所述泵体的出液端固定连通有出液钢管，所述出液钢管采用可转接头与分样暂存组件相连通，所述分样暂存组件能够绕着圆周方向依次存放污水样品，本装置设置有可替井盖以及卷扬机，使得下沉抽吸头能稳定下沉并与下水道中的生活污水相接触，便于抽取下水道中的污水，为了提高取样的可靠性与均匀性，可开启搅拌电机带动搅拌叶进行搅拌。

现有的取样设备是采用直接抽取的方式进行取样，在针对靠近下层水域，特别是靠近污水沉淀层的污水进行取样时，直接抽水会导致大量的沉淀物随水流一同被抽取，从而导致取水样品中沉淀物的量大于正常值，而采用过滤的方式则会导致沉淀物含量偏低，从而使检测结果出现较大误差。

发明内容

本发明的目的是提供取样精确度高的样品制备装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种环境水样中高效样品制备装置，包括架体，架体上放置有若干个储存瓶，还包括：

取样组件，取样组件包括两端设有开口的容器，容器的两端均设置有电控封堵件；

驱动机构，其用于驱使取样组件沿自身长度方向移动。

上述样品制备装置，封堵件包括虹膜阀以及用于驱动虹膜阀启闭的驱动件。

上述样品制备装置，虹膜阀包括安装环，安装环上转动连接有齿环，且安装环的内侧通过转轴转动连接有若干个虹膜片，若干个虹膜片以安装环的轴线为中心圆周阵列分布，转轴上均套装有第一齿轮，第一齿轮与齿环的内侧啮合，安装环的外侧还转动连接有第二齿轮，第二齿轮与齿环的外侧啮合。

上述样品制备装置，还包括抽水组件，抽水组件用于将容器内的水抽取至储存瓶中。

上述样品制备装置，容器为呈圆筒状的橡胶套，橡胶套的两端分别与两虹膜阀的安装环固定连接，两安装环之间通过连接件固定连接。

上述样品制备装置，驱动件包括驱动电机和驱动杆，驱动杆的侧壁固定有限位导条，且驱动杆的两端分别由一组第二齿轮中部穿过。

上述样品制备装置，橡胶套的一端由一组安装环的内侧穿过并与安装环连接，且橡胶套的另一端由另一组安装环内侧穿过并与另一组安装环连接。

上述样品制备装置，各个虹膜片与橡胶套接触的侧面均连接有橡胶垫。

上述样品制备装置，安装环上均设置有用于限制橡胶套的限位件。

上述样品制备装置，限位件包括限位环，限位环与安装环螺纹连接。

在上述技术方案中，本发明提供的样品制备装置，通过将取样容器设置成两端开口的管体，并在管体的两端设置封堵件，进行取样时，保持两封堵件处于打开状态，在管体受驱动向水体的取样深度下移时，管道内部始终灌满水，当达到取样深度时，直接关闭封堵件即可将待取样深度的水截取在管体内，避免直接抽取导致过多的沉淀物一同被取样，使得样品的结果更加接近实际结果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的正面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的图1的局部放大示意图；

图3为本发明实施例提供的取样组件的局部剖视图。

图4为本发明实施例提供的安装环的内部结构示意图。

图5为本发明实施例提供的图3中A处放大示意图；

图6为本发明实施例提供的压环未受挤压时限位环的剖视图；

图7为本发明实施例提供的压环受挤压状态时限位环的剖视图。

附图标记说明：

1、架体；11、储存瓶；12、第一电动推杆；13、小车；2、取样组件；21、封堵件；211、安装环；212、齿环；213、转轴；214、虹膜片；215、第一齿轮；216、第二齿轮；22、橡胶套；221、出水口；23、弹性伸缩杆；24、驱动电机；25、驱动杆；251、限位导条；26、限位环；261、压环；262、连接环；27、第二电动推杆；3、抽水组件；31、离心泵；32、管道。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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以及简化描述，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、以特定的方位构造以及操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定以及限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图7所示，本发明实施例提供的一种环境水样中高效样品制备装置，包括架体1，架体1上放置有若干个储存瓶11，还包括：

取样组件2，取样组件2包括两端设有开口的容器，容器的两端均设置有电控封堵件21；

驱动机构，其用于驱使取样组件2沿自身长度方向移动。

具体的，常规的取样方式通常是直接将取样罐放置到水域的待取样深度，再通过直接抽取的方式将此深度的水抽进取样罐内部，由于水是直接被抽取到取样罐中的，如此就会导致水中过多的沉淀物被抽进取样罐中，尤其是针对一些沉淀物较多且取样深度靠近沉淀层的水进行取样，而采用在进水口处设置过滤网的方式，则会导致沉淀物被过滤，使得取样的样本中含有沉淀物较少，从而导致检测结果与实际结果出现较大偏差；本实施例中，架体1为该制备装置的主体结构，其用于安装取样组件2和驱动机构，架体1上设置储存柜，如图1所示，可选的，储存柜中设置放置架，放置架用于放置储存瓶11，架体1上还设置有取样组件2以及用于驱使取样组件2沿自身长度方向移动的驱动机构，取样组件2包括两端设有开口的容器，容器的两端均设置有电控封堵件21，可选的，容器呈圆筒状的管体，封堵件21为现有的电控阀，而驱动机构则采用现有的直线驱动机构如第一电动推杆12，第一电动推杆12竖直固定于架体1上，管体竖直固定于第一电动推杆12的输出端，第一电动推杆12伸长时，能够驱动管体沿着自身的轴向进行升降，具体实施时，可将架体1安装于小车13或者其它的移动设备如机械臂上等等，以便于对该制备装置的移动，优选的，取样组件2由小车13一侧伸出，如图1所示，以便于对管体进行竖直升降；

进行取样时，首先，通过小车13将架体1移动至需要取样的位置，此时需保持两电控阀处于打开状态，接着，通过第一电动推杆12驱动管体竖直下降至水中待取样的深度，由于两电控阀处于打开状态，且管体是沿着自身轴向下降的，在管体下降的过程中对于水的扰动较小，并且在管体下降过程中其内部始终是灌满水的，当管体下降到取样深度时，控制两电控阀关闭，此时，待取样深度的水会被截取部分储存在管体中，再通过第一电动推杆12驱使管体上升即完成取样。

本实施例提出的样品制备装置，通过将取样容器设置成两端开口的管体，并在管体的两端设置封堵件21，进行取样时，保持两封堵件21处于打开状态，在管体受驱动向水体的取样深度下移时，管道32内部始终灌满水，当达到取样深度时，直接关闭封堵件21即可将待取样深度的水截取在管体内，避免直接抽取导致过多的沉淀物一同被取样，使得样品的结果更加接近实际结果。

进一步地，封堵件21包括虹膜阀以及用于驱动虹膜阀启闭的驱动件。

更进一步地，虹膜阀包括安装环211，安装环211上转动连接有齿环212，且安装环211的内侧通过转轴213转动连接有若干个虹膜片214(每个转轴213上连接一个虹膜片214)，若干个虹膜片214以安装环211的轴线为中心圆周阵列分布，转轴213上均套装有第一齿轮215，第一齿轮215与齿环212的内侧啮合，安装环211的外侧还转动连接有第二齿轮216，第二齿轮216与齿环212的外侧啮合。

具体的，由于电控阀门内供水流过的孔径相对于其本体来说较小，在随管道32同步下移时，对水流的扰动较大，从而改变取样深度沉淀物的分布情况，导致取样结果偏离实际数值；本实施例中，采用虹膜阀作为封堵件21，并设置用于驱动虹膜阀启闭的驱动件，如图4所示，其中，虹膜阀包括安装环211，安装环211上转动连接有齿环212和虹膜片214，齿环212包括设置于其内侧内齿和设置于其外侧的外齿，虹膜片214通过转轴213与安装环211转动连接，且虹膜片214和转轴213均处于齿环212的内侧，安装环211的内部开设有用于容纳齿环212和虹膜片214的空腔，此外，转轴213上均套装有第一齿轮215，各第一齿轮215均与齿环212的内齿啮合，以使得齿环212转动时能够通过对应的第一齿轮215带动各个虹膜片214转动，实现虹膜阀的开启和关闭，并且安装环211上处于齿环212外侧的位置转动连接有第二齿轮216，第二齿轮216与齿环212的外齿啮合，驱动件的输出端直接与第二齿轮216传动连接，可选的，驱动件为安装于安装环211上的电机，电机的输出轴与第二齿轮216同轴连接，由于第一齿轮215和虹膜片214均设置于安装环211的空腔内，而第二齿轮216需要与齿环212的外齿啮合，因而安装环211的侧壁开设有开口，开口直接连通至安装环211内部的空腔内，第二齿轮216由开口处伸入至安装环211的内侧与齿环212的外齿啮合，如此设置，增加了封堵件21打开时其内部孔洞的直径，从而进一步减小管体下降时对水的扰动。

在本发明提出的另一个实施例中，还包括抽水组件3，抽水组件3用于将容器内的水抽取至储存瓶11中。

具体的，在对同一水体，如污水处理厂的沉淀池进行取样时，往往需要对不同深度的水进行取样，而采用上述方式进行取样时，需多次将管体提升至水面以上，在单次取样行程内，由于需要关闭封堵件21将截取在管体内的移出到水面以上，再通过储存瓶11进行储存，再重新将封堵件21打开，并将管体重新下降至另一取样深度，如此反复操作对水的扰动较大，且操作较为繁琐；本实施例中，通过设置抽水组件3，可选的，抽水组件3为固接于一组安装环211上的微型潜水泵(图中未示出)，潜水泵的出水端连接第一水管，第一水管的另一端固定于架体1上，以便于潜水泵抽水时，通过储存瓶11接取此部分水储存，容器上开设有出水口221，潜水泵的进水端通过第二水管与出水口221连通连通，同时，使管体能够沿自身轴向收缩，由于管体仅留有一个出水口221，在通过出水口221将管体内的水向外抽取时，会导致管体内部气压逐渐降低，从而使得潜水泵的抽水难度逐渐增加，甚至无法将管体内的水样抽出，因而将管体设置成可沿自身轴向收缩，可选的，管体采用弹性波纹管，当潜水泵抽取管体内部水样时，弹性波纹管沿自身轴向形变缩小管体内部空间，从而延缓管体内部气压的减小趋势，从而便于潜水泵抽取管体内的水样；

进行连续取样时，先按照上述方式截取待取样深度的水储存于管体中，当关闭虹膜阀之后，通过设置的潜水泵直接抽取管体内被截取的水源，由于管体保持密封状态，为便于潜水泵将截取的水抽离管体，将管体设置成弹性的变形管如橡胶管或者弹性波纹管，在抽水时通过管体的形变适应其内部水或者空气量的减少，从而防止容器受到其外部的水压影响发生干瘪，完成水样抽取后，关闭抽水组并打开虹膜阀，恢复管体至初始状态，并通过第一电动推杆12调整管体至下一取样深度，重复上述操作即可。

进一步地，容器为呈圆筒状的橡胶套22，橡胶套22的两端分别与两虹膜阀的安装环211固定连接，两安装环211之间通过连接件固定连接。

具体的，在上述实施例中，采用弹性波纹管作为容器，以使得容器具有变形功能，通过容器自身形变配合抽水组件3将管体内的水抽取到储存瓶11中储存，由于波纹管其内壁凹凸不平，如此就会使沉淀物易粘附到波纹管内壁难以清理，对后续采样的造成影响，并且波纹管的形变量有限，导致管体内被截取的水会剩余很大一部分无法被抽取；本实施例中，采用橡胶套22作为容器的本体，两虹膜阀的安装环211分别与橡胶套22的两端连接，并设置连接件直接将两安装环211连接，可选的，连接件为弹性伸缩杆23，弹性伸缩杆23的两端分别与两安装环211固定连接，需要说明的是，由于橡胶套22不具有支撑性，本实施例中，第一电动推杆12的输出端与一个所述安装环211连接，如图1和图2所示，图中第一电动推杆12的输出端与处于上方的安装环211的上端面固定连接，以便于第一电动推杆12伸长时能够驱使安装环211以及橡胶套22沿自身轴向向下移动。

本实施例中，采用橡胶套22作为容器用于储水，首先，橡胶套22的初始状态呈圆筒状，进行取样的过程中其内壁不易黏附沉淀物，其次橡胶套22较为柔软，当抽水组件3抽取橡胶套22内部时，橡胶套22能够发生较大的形变，从而使得橡胶套22内部不会剩余大量的水无法被抽取。

在本发明提出的又一个实施例中，驱动件包括驱动电机24和驱动杆25，驱动杆25的侧壁固定有限位导条251，且驱动杆25的两端分别由一组第二齿轮216中部穿过。驱动杆25是沿各个第二齿轮216轴向贯穿设置的，并通过第二齿轮216上开设的导槽与驱动杆25外壁连接的导条的配合，通过导条251带动第二齿轮216转动，实现驱动，由于驱动杆25是直接贯穿两组第二齿轮216的，当23伸缩时，25的长度不变，而两组第二齿轮216直接在25的外壁滑动(并不会影响驱动杆带动两个第二齿轮216转动)

具体的，为便于描述，在进行取样时，处于上方的安装环211为第一环，处于下方的安装环211为第二环，驱动电机24固接于第一环的上端面，且第一环上设置有保护驱动电机24的密封罩，驱动杆25竖直布置，且驱动杆25的上端沿第一环对应的第二齿轮216的轴向贯穿至其上方并与驱动电机24的输出轴固定连接，驱动杆25的下端沿第二环上的第二齿轮216轴向贯穿至其下方，优选的，驱动杆25的下端安装有挡块；两安装环211上的第二齿轮216的轴线重合，且两组第二齿轮216的中部均开设有配合限位导条251的导槽，导槽沿所在第二齿轮216的轴向贯穿开设，如此设置，使得驱动电机24能够同时驱动两第二齿轮216转动，实现同步驱动两虹膜阀开启和关闭，并且由于限位导条251与导槽的配合，驱动杆25的设置不会影响第一环和第二环相互靠近，从而使得抽水组件3进行抽水时，第一环和第二环能够相互靠近以适应橡胶套22的形变。

进一步地，橡胶套22的一端由一组安装环211的内侧穿过并与安装环211连接，且橡胶套22的另一端由另一组安装环211内侧穿过并与另一组安装环211连接。橡胶套是从虹膜阀内侧穿过的，虹膜阀在由打开状态向关闭状态切换过程中，会挤压橡胶套的两端收缩，当虹膜阀趋于关闭状态时，虹膜片挤压橡胶套收拢至最小状态，类似于扎紧袋口的操作。

具体的，在上述实施例中，两虹膜阀开启或者关闭过程中，其虹膜片214直接与水接触，如此就导致水中的附着物易被虹膜片214夹住或者黏附在虹膜片214上，从而对下一次采取的水样造成污染；本实施例中，通过将橡胶套22的两端分别由对应的虹膜阀内侧穿过，并分别固定于第一环的上端面和第二环的下端面，如此设置，在虹膜阀关闭时，虹膜片214挤压橡胶套22形变，对橡胶套22的两端开口进行封闭，进行取样时黏附在虹膜片214上的沉淀物不会对橡胶套22内部的水造成污染，此外，在上述实施例中，由于取样时虹膜阀需要将橡胶套22的两端完全封闭以形成密闭空间，这就需要虹膜片214的设计具有足够的精度，而本实施例直接将橡胶套22的两端由虹膜阀内侧穿过，在虹膜阀由开启状态切换为关闭状态的过程中，虹膜片214受驱动发生转动，并由橡胶套22外侧将其向中部挤压使橡胶套22收拢，当虹膜阀由打开状态切换至趋于关闭的状态时，虹膜片214挤压橡胶套22收拢至最小状态，实现橡胶套22两端的密封，其原理类似于扎紧袋口，由于虹膜片214是通过挤压的方式实现对橡胶套22的密封，这就使得虹膜片214本身在设计时无需考虑密封问题，降低了虹膜片214的设计难度。

更进一步地，各个虹膜片214与橡胶套22接触的侧面均连接有橡胶垫。

具体的，由于在上述实施例中，橡胶套22需要发生较大的形变，以实现对其两端开口的密封，这就导致虹膜片214需要对橡胶套22施加较大的挤压力，为避免橡胶套22受到损伤；本实施例中，通过在虹膜片214上与橡胶套22接触的侧面设置橡胶垫，当虹膜片214挤压橡胶套22使其两端收拢并完全封闭时，橡胶垫直接与橡胶套22表面接触，对橡胶套22具有一定的保护作用，从而防止橡胶套22受损。

再进一步地，安装环211上均设置有用于限制橡胶套22的限位件。

又进一步地，限位件包括限位环26，限位环26与安装环211螺纹连接。

具体的，由于在对不同的水体进行取样时，由于水体间的pH值等差异过大，如污水处理厂中不同处理工序中的水样，其pH值、重金属和有机物含量的不同，因此在进行取样时，需要对橡胶套22进行清洗，从而避免不同处理池中的pH值、重金属和有机物相互干涉，导致取得样品的检测结果偏差过大，而在具体的取样过程中，携带较多的纯净水用于对橡胶套22进行清洗较为不便；本实施例中，通过限位件将橡胶套22可拆卸安装于第一环和第二环上，限位件包括限位环26，其与第一环或第二环螺纹连接，如图3所示，限位环26与第一环的上端面接触，将橡胶套22的上端压紧在第一环的上端面，另一限位环26与第二环的下端面接触，将橡胶套22的下端压紧在第二环的下端面，如此就能够通过旋下限位环26将橡胶套22拆卸，在进行取样时，可通过更换橡胶套22的方式，避免携带过多的纯净水。

在本发明提出的再一个实施例中，限位环26上设置有压环261，安装环211上均开设有配合压环261的环形槽。

具体的，由于上述虹膜阀在关闭时，需要挤压橡胶套22两端发生较大的形变，而受到弹性伸缩杆23的限制，虹膜片214挤压橡胶套22由原始状态变为两端部密封的状态时，橡胶套22的端部会受到拉力，原始状态也即上述实施例中所述的圆筒状，而上述实施例中，仅采用限位环26将橡胶套22的两端分别压在第一环和第二环上，为避免橡胶套22的两端由第一环和第二环上脱离，本实施例中，限位环26上固接有压环261，如图5所示，第一环和第二环上均开设有环形槽，环形槽分别开设于第一环的上端面和第二环的下端面，如此设置，在对橡胶套22两端部进行固定时，压环261能够将橡胶套22的端部压紧在对应的环形槽中。

进一步地，橡胶套22的上端和下端均呈喇叭口。

具体的，为进一步便于橡胶套22安装时，限位环26通过压环261对橡胶套22进行固定，本实施例中，将橡胶套22的上端和下端均设置成喇叭口，如此设置，在橡胶套22安装时可直接将橡胶套22的端部铺在第一环或第二环的表面，在限位环26与第一环或者第二环螺接的过程中，无需手动将橡胶套22的端部撑开，更加地便于橡胶套22的更换。

更进一步地，抽水组件3为固接于架体1上的离心泵31，离心泵31的进水端通过管道32与橡胶套22上开设的出水口221连接，两安装环211之间安装有用于驱使两安装环211相互靠近的第二电动推杆27。

具体的，在上述实施例中，为使该样品制备装置具有连续取样的功能，在一个所述安装环211上安装有潜水泵，由于潜水泵是直接浸泡在污水中，完成取样后需要进行清洗，本实施例中，采用离心泵31作为抽水组件3，离心泵31安装于架体1上，并在两安装环211之间设置第二电动推杆27用以驱使两安装环211相互靠近，第二电动推杆27固定于第一环上，且其输出端固接于第二环上，在取样的过程中，当虹膜阀关闭将待抽取的水样截取在橡胶套22内，设置于两安装环211之间的第二电动推杆27缩短，拉动第二环向第一环靠近，利用两虹膜阀对橡胶套22的挤压，使其内部被截取的水进入到管道32内，从而满足离心泵31使用时需要向水管中灌满水的需求，以便于离心泵31启动后能够将橡胶套22中的水抽取到储存瓶11中。

在本发明提出的又一个实施例中，压环261呈中空布置的圆台状，且压环261直径小的圆台面与限位环26连接，压环261为橡胶材质。

具体的，上述实施例中，橡胶套22无法处于绷紧状态，导致橡胶套22在下潜过程中受到水的阻力作用会发生摆动，从而对水的扰动过大，为避免橡胶套22在向待取样深度下潜过程中对于水的扰动过大，本实施例中，压环261呈中空圆台状，其直径小的圆台面与限位环26连接，并且压环261为具有形变能力的橡胶材质，如图6和图7所示，在限位环26安装时，压环261直径大的圆台面将橡胶套22的一端压在第一环或者第二环上，在限位环26转动的过程中，由于压环261为橡胶材质，随着限位环26逐渐向第一环或者第二环靠近，压环261受到挤压并由图6所示状态形变至图7所示状态，在此过程中，压环261预先与橡胶套22接触的位置直径变大并拉扯橡胶套22发生形变，将橡胶套22的端部向限位环26的外侧拉动，从而使橡胶套22能够绷紧，并且，在压环261形变的过程中其与橡胶套22的接触面积会逐渐增大，进一步提升了对橡胶套22的固定效果，需要说明的是，本实施例中安装环211上开设的环形槽需要与变形后的压环261适配，以达到对橡胶套22最佳的限制效果。

进一步地，压环261通过连接环262与限位环26转动连接。

具体的，为避免压环261跟随限位环26同步转动时，压环261对橡胶套22施加的扭力对橡胶套22造成损伤，本实施例中，压环261上直径较小的圆台面固接于连接环262上，连接环262与限位环26转动连接，通过连接环262将压环261与限位环26连接，使得压环261不会跟随限位环26转动，从而避免橡胶套22因受扭力而受到损伤。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。