一种水资源多点取样器

技术领域

本发明属于水资源采样监测设备技术领域，具体涉及一种水资源多点取样器。

背景技术

水资源多点取样为我们提供了一种全面、准确、灵活的水质评估方式，从而能更好地保护和管理水资源。水资源多点取样是在水体的不同深度、不同时期、不同位置进行多点多次取样的一种方法。其必要性主要体现在以下几个方面：1. 等量取样的局限性：单一位置或表面取样，往往不能全面准确地反映整个水体的水质情况，因为水体中的有害物质分布可能会因为多种因素（如温度、湖泊流动、季节变化等）在水体中不均匀分布。2. 准确评估水体健康：通过在各个深度、不同时间和不同位置的多点取样，可以更精确地评估整个水体的健康状况，更好地掌握各区域的水质状况，为进一步的候选策略和措施提供依据。3.定位污染源：如果水体遭受了污染，多点取样能够辅助我们定位污染源和污染情况，提供污染治理的依据。4. 持续监测：通过多点取样方式，确保在时间和空间上的连续性，可长期监测整体水质变化趋势，及时发现并解决水质问题。5. 适应不同水体特性：每个水体的特性都有一定的区别，难以用统一的方法进行管理。多点取样可以依据实际情况即水体的具体特性，例如大小、深度、流速等因素定制取样方案，表现出更高的灵活性。

现有的水资源多点取样技术主要包括手动取样和机械自动取样两种方式。手动取样：这是最传统的方法，主要依靠人力进行采样。但此方法工作效率低，劳动强度大，且在某些环境条件下可能存在一定的风险，如水深较大、位置偏僻或者环境恶劣等都会增加采样的难度和风险。机械自动取样：这种方式主要依靠机械设备进行自动采样，可以有效提高工作效率。然而，对于水体的深度、流态、污染浓度等不同情况，通用自动采样设备可能无法满足精确监测的要求，如深度自适应、定位精度、取样量的控制等都可能存在一定的难度。总的来说，现有的水资源多点取样技术仍面临许多挑战。

因此，根据特定需求和环境条件研发更高效、便捷、精确的水资源多点采样技术迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和问题，本发明提供一种水资源多点取样器，用以提高水质采样效率，准确控制采样深度，并简化采样启动操作，保证采样完整性与代表性，适用于各类型水体，满足多元化采样需求。

本发明解决其技术问题的方案是：采用一种水资源多点取样器，包括吊装机构、吊钩、导轮和采样筒，在吊装机构的吊钩下方，吊装有导轮，还包括浮体、沉架、分离驱动机构、启动板、主绳和辅绳，导轮包括主辅两个独立的沟槽，主沟槽内套装有主绳，辅沟槽内套装有辅绳；主绳的一端固定连接浮体，另一端固定连接沉架，辅绳的一端通过分离驱动机构连接浮体，另一端连接启动板，所述分离驱动机构用于控制辅绳伸缩；所述浮体的重量为G1，沉架、启动板和各满载采样筒的重量为G2，满足G1＞G2，所述浮体受到水的浮力为F，满足F＞G1；所述采样筒包括下部的外筒和内筒，内外筒套装在一起，且在两者之间安装有弹簧，外筒底部设置进水口，内筒顶部设置排气口，内筒顶部安装有卡台，自然状态下外筒和内筒处于收缩状态，使得进水口和排气口分别被封闭；所述外筒筒体套装于沉架上对应的穿孔座内，所述卡台连接于启动板上对应的穿孔内，所述分离驱动机构用于驱动启动板向上移动，进而带动所有采样筒的卡台向上移动。

优选地，所述浮体包括环形囊体、上环形载板和/或下环形载板，环形载板的中心为贯穿孔，用于套装相应的主绳和辅绳，各环形载板和环形囊体固定在一起。

优选地，还在浮体上侧设置有驱动板，浮体上侧的环形载板向上垂直固定有上导杆，驱动板上设置有导向孔，驱动板的各导向孔匹配套装于上导杆外侧，且在上导杆的末端固定有挡台。

优选地，在沉架上侧垂直固定有下导杆，在启动板上设置有相应的导向孔，启动板的各导向孔匹配套装于相应的下导杆外侧。

优选地，采样筒的内筒匹配套装于其外筒内壁，内筒上部延伸有颈管，颈管的直径小于内筒的直径，颈管从外筒顶部中心侧穿孔引出，颈管的侧壁设置有排气口，颈管的顶部通过螺柱连接有旋钮卡台；螺柱匹配贯穿启动板上的穿孔后安装旋钮卡台，从而，颈管的上端与启动板固定在一起。

优选地，在吊钩的下方固定连接有吊载板，在吊载板的底部周边固定安装多个导轮，各导轮分别包括主辅两个独立的沟槽，主沟槽内套装有主绳，辅沟槽内套装有辅绳，各主绳的一端固定连接浮体，另一端固定连接沉架；各辅绳的一端固定连接驱动板，另一端连接启动板；所述驱动板位于浮体上侧，启动板位于沉架上侧。

优选地，在所述驱动板与浮体之间设置有分离驱动机构，进而能够带动所有辅绳收缩。

优选地，分离驱动机构采用电推杆、电磁锁销驱动机构。

优选地，分离驱动机构是位于导轮内的电磁驱动机构，导轮包括外轮和内轮，两者中部分别设置有中心孔且通过贯穿安装中心轴串联在一起，电磁驱动机构设置于外轮和内轮之间，用于驱动两者相对转动。

优选地，在采样筒外壁设置环台，将采样筒分别匹配套装于沉架底板上相应的穿孔座后，环台位于穿孔座下方，卡台位于穿孔座上方，在启动板内设置联动锁机构，联动锁机构包括多对锁杆，将每对锁杆的第一杆通过连杆固定为一体，将每对锁杆的第二杆通过另一连杆固定为一体，通过螺杆螺套组件或电磁机构来控制每对锁杆收缩移动来对多个卡台锁定。

基于上述水资源多点取样器的设计方案，以下是其有益效果：

1. 多点采样：由于设计中使用了多个采样筒，这使得取样器有能力同时在多个水体深度进行样品采集，大大提高了采样效率。

2. 准确控制采样深度：通过控制吊钩的移动，与浮体和沉架的负重关系，可以精确定位采样深度，这为获取具有代表性的样品提供了可能。

3. 启动采样的操作简便：通过分离驱动机构和启动板的设计，可以方便的进行采样启动和采样器的打开和关闭，操作简便，适应性强。

4. 采样效果好：设计中考虑了采样筒的内外筒设计以及进水口和排气口的设计，使得在采样过程中，水样能快速流入，同时空气能被排出，保证了采样的完整性和代表性。

5. 满足多种水体样品采集需求：上述设计使得这种取样器可以适用于各种类型的水体，如湖泊、河流、海洋等，满足了多元化的采样需求。

附图说明

图1是本发明一种水资源多点取样器的立体结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1中浮体、主绳和沉架移动状态示意图；

图4是图1中分离驱动机构、辅绳和启动板移动状态示意图；

图5是采样筒的外管结构示意图；

图6是图5中采样筒内部结构示意图；

图7是一种导轮的结构示意图；

图8是另一种水资源多点取样器的立体结构示意图；

图9是图8中取样器的驱动板、辅绳和启动板运动状态示意图。

图中标号：1、吊钩；2、浮体；3、沉架；4、导轮；5、主绳；6、采样筒；7、旋钮卡台；8、启动板；9、驱动板；10、辅绳；11、下导杆；12、上导杆；13、分离驱动机构；14、吊载板；15、内轨道；16、滑块；17、锁杆；18、卡台；19、固定块；20、螺套；21、螺杆；22、手轮； 41、外轮；42、内轮；43、外芯盘；44、内芯盘；45、中心轴；46、中心孔；47、滑柱；48、弧形孔；49、电磁体；61、外筒；62、内筒；63、筒盖；64、弹簧；65、颈管；66、进水口；67、排气口；68、滤罩；69、外塞；71、螺柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：一种如图1和图2所示的水资源多点取样器，主要包括吊钩1、导轮4、浮体2、沉架3、分离驱动机构13、启动板8、采样筒6，主绳5和辅绳10。

在吊装机构的吊钩1下方，吊装有导轮4，导轮4包括主辅两个独立的沟槽，主沟槽内套装有主绳5，辅沟槽内套装有辅绳10。主绳5的一端固定连接浮体2，另一端固定连接沉架3；辅绳10的一端通过分离驱动机构13连接浮体2，另一端连接启动板8。所述分离驱动机构13被控制器控制能够伸缩移动，可以采用电推杆、电磁锁销等驱动机构，实现辅绳的伸缩移动。

所述采样筒6包括下部的外筒61和内筒62，内外筒套装在一起，且在两者之间安装有弹簧64。外筒61底部设置进水口66，内筒62顶部设置排气口67。内筒62顶部安装有卡台，自然状态下外筒61和内筒62处于收缩状态，使得进水口66和排气口67分别被封闭。所述外筒体套装于沉架3上对应的穿孔座内，所述卡台连接于启动板8上对应的穿孔内。在分离驱动机构13驱动启动板8向上移动时，能够带动所有采样筒6的卡台向上移动。

所述浮体2的重量为G1，沉架3、启动板8和各满载采样筒6的重量为G2，满足G1＞G2；所述浮体2受到水的浮力为F，满足F＞G1。基于上述配重和浮力关系，如图3所示，位于吊钩1下方的主绳5的两端分别固定连接浮体2和沉架3，浮体2较重且位于沉架3上侧，此时浮体2和沉架3贴合在一起（启动板8位于浮体2和沉架3之间）。当吊装机构控制吊钩1向下移动h1高度，且当浮体2接触水面后，在浮力作用下，浮体2漂浮于水面之上。此时继续控制吊钩1向下一定h2高度，沉架3会继续向水下移动h2深度。从而，控制吊钩1的高度能够控制沉架3位于水中的深度。

如图4所示，在沉架3进入水下合适深度后，通过控制器控制分离驱动机构13动作，能够控制启动板8向上移动，进而带动所有采样筒6打开采样，以及控制分离驱动机构13向下移动，带动所有采样筒6闭合。

所述浮体2包括上环形载板和下环形载板，载板中心为贯穿孔用于套装相应的主绳5和辅绳10，位于载板之间固定有环形囊体，各环形载板和环形囊体固定在一起。

在沉架3上侧垂直固定有下导杆11，在启动板8上设置有相应的导向孔，启动板8的各导向孔匹配套装于相应的下导杆11外侧。

如图5和图6所示，采样筒6的内筒62匹配套装于其外筒61内壁，内筒62上部延伸有颈管65，颈管65的直径小于内筒62的直径，颈管65从外筒61顶部中心侧穿孔引出，颈管65的侧壁设置有排气口67，颈管65的顶部通过螺柱连有旋钮卡台7。

螺柱匹配贯穿启动板8上的穿孔（该穿孔直径小于颈管65直径）后安装旋钮卡台7（旋钮卡台7的直径大于启动板8穿孔的直径），从而，颈管65的上端与启动板8固定在一起。如图4或图9所示，当启动板8向上移动时，能够带动各采样筒6的颈管65向上移动，从而使得内管的底部脱离进水口66位置，不再对进水口66封堵，且同时排气口67从外筒61顶部引出处于开放状态，此时在水压作用下，采样水从进水口66进入外筒61和内筒62腔内，排气口67排出空气。

启动板8向上启动的动力，来自于分离驱动机构13的驱动力。当该分离驱动机构13动作时，使得启动板8使得辅绳10收缩，从而辅绳10的下端被向上拉动，用于提升启动板8，进而带动所有采样筒6开始采样。采样结束后，辅绳10伸展，启动板8下落，内筒下落至外筒底部，封堵进水口。如图6所示，在外筒底部安装有筒盖63，进水口设置在该筒盖侧壁，在进水口66出安装有滤罩68，在滤罩68端口安装有外塞69（出水面后安装该部件，避免误操作导致样品溢流），需要倒出样品时，将筒盖63取下。

上述水资源多点取样器的实施过程：

1. 将取样器调整至初始状态：在吊装机构的吊钩1下方挂装有导轮4，导轮4包括主沟槽和辅沟槽，主沟槽内装有主绳5，辅沟槽内装有辅绳10。主绳5的一端固定连接浮体2，另一端固定连接沉架3；辅绳10的一端通过分离驱动机构13连接浮体2，另一端连接启动板8。

2. 下放取样器：吊装机构控制吊钩1向下移动一定的高度h1，当浮体2接触到水面后，浮体2在浮力的作用下漂浮在水面上。此后，继续控制吊钩1向下移动一定的高度h2，使得沉架3继续向水下进行下移，这样就可以根据控制吊钩1的高度来控制沉架3在水中的深度。

3. 采集样本：当沉架3进入到水中后，需要取样的合适深度后，就可以通过控制器控制分离驱动机构13进行动作，控制启动板8向上移动，这样就可以带动所有的采样筒6打开开始采样。在完成采样后，可以控制分离驱动机构13向下移动，带动所有采样筒6闭合。

4. 取回样本：最后，通过控制吊装机构，将含有水样的取样器从水中提出，进行后续的样品处理和分析。

实施例2：图8所示的水资源多点取样器，包括吊钩1、导轮4、浮体2、沉架3、驱动板9、启动板8、采样筒6，主绳5和辅绳10。与实施例1相比，本实施例在浮体2上侧设置有横向的驱动板9，如图8所示。将浮体2上侧载板向上垂直固定有上导杆12，驱动板9上设置有导向孔，驱动板9的各导向孔匹配套装于上导杆12外侧，且在上导杆12的末端固定有挡台。

与实施例1相比，本实施在吊钩1的下方固定连接有吊载板14，在吊载板14的底部周边固定安装多个导轮4。各导轮4分别包括主辅两个独立的沟槽，主沟槽内套装有主绳5，辅沟槽内套装有辅绳10。各主绳5的一端固定连接浮体2，另一端固定连接沉架3；各辅绳10的一端固定连接驱动板9，另一端连接启动板8。所述驱动板9位于浮体2上侧，启动板8位于沉架3上侧。

所述浮体2和驱动板9的重量之和为G1，沉架3、启动板8和各满载采样筒6的重量为G2，满足G1＞G2；所述浮体2受到水的浮力为F，满足F＞G1。

与实施例1相比，本实施例的分离驱动机构13的位置不同。在所述驱动板9与浮体2之间设置有分离驱动机构13，进而能够带动所有辅绳10收缩。例如图9中，分离驱动机构13可以使连接于驱动板9与浮体2之间的电推杆。另外，分离驱动机构13还可以是位于导轮4内的电磁驱动机构，如图7所示，导轮4包括外轮41和内轮42，两者中部分别设置有中心孔46且通过贯穿安装中心轴45串联在一起。中心轴45含有内腔，其内侧贯穿安装有螺杆21，螺杆21的两端分别安装有垫片和丝母，螺杆21两端分别安装有轴座的轴孔内，螺杆21的两外端分别通过垫片和丝母与轴座固定在一起。外轮41的内壁设置有外芯盘43，内轮42的内壁设置有内芯盘44，外芯盘43的周边设置有弧形孔48，内芯盘44的周边固定有滑柱47，当内外芯盘对接后，所述各滑柱47分别套装于相应的弧形孔48内。在内外轮之间分别固定有电磁体49，内外轮电磁体49被控制器控制，控制器通过改变其中一个电磁体49的电流方向来改变磁性方向，进而驱动内轮42相对于外轮41小幅度转动。主绳5缠绕于外沟槽中，辅绳10缠绕于内沟槽中。内轮42相对于外轮41转动时，能够驱动启动板8向上移动。

本实施例中的采样筒6与实施例1中采样筒基本相同，但针对实施例1中在颈管65顶部通过螺柱71安装旋钮卡台7，本实施例则是在颈管65顶部直接锚固卡台18，在卡台18下方形成环形凹槽。在采样筒6外壁设置环台，将采样筒6分别匹配套装于沉架3底板上相应的穿孔座后，环台位于穿孔座下方，卡台18位于穿孔座上方，在启动板8内设置联动锁机构，例如本实施将启动板8设置为框架式，在其左右两侧内壁安装有内轨道15，两侧内轨道15分别安装有多对滑块16，左右对应的滑块16之间连接有锁杆17。相邻的一对锁杆17中部套固有固定块19，固定块19上部设置有螺套20，每对螺套20的螺纹方向相反，在各螺套20内沿横向安装有螺杆21，螺杆21的末端通过轴座固定于启动板8边缘，螺杆21的末端安装有手轮22。转动手轮22能够带动每对螺套20向内收缩或向外扩展，进而带动每对锁杆17向内收缩或向外扩展。当各采样筒6分别套装于沉架3的穿孔座后，各采样筒6顶部的卡台18位于每对锁杆17之间，控制手轮22转动后将每对锁杆17向内收缩进而夹持所有卡台18，从而能够快速对所有采样筒6的卡台18锁定，或释放。或者，将每对锁杆17的第一杆通过连杆固定为一体，将每对锁杆17的第二杆通过另一连杆固定为一体，螺杆21仅用于其中一对螺套20向内或向外移动，控制手轮22转动后将每对锁杆17向内收缩进而夹持所有卡台18，从而能够快速对所有采样筒6的卡台18锁定，或释放。锁杆17上固定有弧形卡件以利于匹配相应的环形凹槽。当启动板8被辅绳10牵引向上移动时，能够带动所有卡台18向上移动。

本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。