一种地表水采样装置的取样器

技术领域

本发明涉及一种地表水采样装置的取样器。

背景技术

水资源是人类社会存在的基础要素，水环境监测为合理利用水资源、防范环境风险，稳妥处置突发水环境污染事件，提高执法管理的水平提供了基础性的技术支撑。对地表水体进行采样是水环境监测工作的起点。

近年来随着无人机的快速发展，基于无人机的地表水采样成为可能。与传统人工采样相比，无人机可以适应复杂的环境，能够深入人员无法到达的湖泊或是河流进行采样分析，有助于保证最后检测结果的全面性；与静态监测网络相比，无人机可以进行灵活的水样采集，加强重点区域巡检力度。然而需要注意的是，目前基于无人机的地表水体采样所使用的取样器结构复杂且只有顶部设置有进水孔，采水效率不高。

现有的一种基于无人机的地表水采样装置，例如公开号为CN104340364B的中国专利公开的一种农用多旋翼无人机，包括卷扬机构和取样器（即上述专利中的取样探头），取样器是在顶部设有底部进水口，需要靠自重完全沉入水中才能实现取样，自身需要具备较大重量，因此对于载重能力和续航时间有限的无人机来说，有效载荷会受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种地表水采样装置的取样器，以解决现有取样器自重较大导致有效载荷受限的问题。

为了解决上述问题，本发明中一种地表水采样装置的取样器的技术方案为：

一种地表水采样装置的取样器，

包括取水容器、密封体和密封体提拉件；

取水容器，具有用于盛装水样的取样腔，取样腔的底面上设有底部进水口，顶部设有排气口或顶部进水口；

取水容器的顶部和底部均设有提拉件穿孔，顶部的提拉件穿孔和底部的提拉件穿孔上下对应，所述密封体提拉件从提拉件穿孔中可活动地通过；

所述密封体提拉件的下端与密封体连接，所述密封体提拉件的上端用于与下放提升装置连接；

所述密封体用于与密封体提拉件连接的一侧设有密封配合部，所述密封配合部用于在密封体被向上提拉时与所述底部进水口密封配合以封堵所述底部进水口。

本发明的有益效果：底部设置底部进水口，水样可以从底部底部进水口进入取水容器内，从而不需要依靠较重的配重使整个取样器没入水中，因此不需要自身具备较重的重量，有利于提升有效载荷；同时所述密封体用于与密封体提拉件连接的一侧设有密封配合部，密封体提拉件拉动密封体时，密封体能够与底部进水口配合，实现密封体对设置在导向部上的底部进水口的密封，保证取水完成后储存水样，装置结构简单，便于制造，成本低。

作为优选的技术方案，取水容器的底部为锥形结构，锥形结构的顶部直径大于底部直径，所述底部进水口设置在锥形结构的小端。

有益效果：取样器底部采用锥形结构，能够使取样器的底部进水口更多地进入水中，有利于水样进入取样器内，同时，可以减小所需密封体的体积和重量。

作为优选的技术方案，取水容器位于锥形结构上端的部分为圆柱结构，取水容器的高度为圆柱结构直径的2倍到2.6倍。

有益效果：取水容器的高度为圆柱结构直径的2倍到2.6倍，这样的尺寸比例可以更好地实现取水容器在水中的自动扶正功能，即锥形结构在下，圆柱结构在上，有利于提高注水速度，不会出现一般轻质取水容器横着漂浮在水面上的情况；而且自回正后能够便于注水后的提起，避免提起时注入的水大量外泄。

作为优选的技术方案，所述取水容器由塑料制成。

有益效果：采用塑料重量轻，更有利于提高有效载荷，并且塑料成本低，有利于减少制作成本。

作为优选的技术方案，取水容器包括容器主体和容器连接座，容器主体上设有下端开口，所述容器连接座可拆连接在容器主体的下端开口处，所述底部进水口设置在容器连接座的底面上。

有益效果：容器连接座可以和取水容器分离，用户可以根据需求对容器主体进行替换。

作为优选的技术方案，所述容器主体的下端开口处设有外螺纹，容器连接座内设有用于与外螺纹适配的内螺纹，所述内螺纹沿轴线分为至少两段，相邻两段内螺纹中上部的一段内螺纹的直径大于下部的一段内螺纹的直径。

有益效果：容器连接座内设置不同规格的内螺纹，可以实现对不同口径的容器主体进行配合，满足用户的不同需求。

作为优选的技术方案，所述取水容器的底面上设有凹陷，凹陷为内壁为球面结构，所述底部进水口设置在凹陷的内壁上；

所述密封体为密封球，所述密封球的密封配合部由弹性材质形成。

有益效果：凹陷能够对密封球起到导向作用，使密封球更准确地对取水容器的底部进水口进行密封，而密封球的凸起部分为弹性材料，有利于保证取水容器底部的密封性。

作为优选的技术方案，所述密封球具有中空内腔，中空内腔供相应的配重放入和取出；所述密封体提拉件穿出取水容器顶部的部分设有挡止结构，挡止结构用于与取水容器的顶面挡止配合以在配重的作用下下压所述取水容器。

有益效果：对于不同的取水环境可以改变密封球负重，在某些场景能更好的采样，如有风的场景，有配重会避免抛投时采样器与无人机的位置偏差过大，避免出现采样点不准确的问题，也能够避免有风时取样器取水需要的绳子较长、导致取样时间较长的问题；另外，在水体比较浅、取水容器难于完全浸没在水里的场景，有配重可以避免因为取水容器入水不足而无法垂直于水面、导致取水容器倾斜甚至横躺的姿态进而造成提升时水样泄漏过快的问题，也能保证取水容器的锥形底部不会漂浮在水面。

作为优选的技术方案，所述密封体提拉件为钢丝绳，密封体提拉件的上端与相应的卷扬绳之间通过连接环连接，所述挡止结构由连接环形成。

有益效果：钢丝绳能够避免出现缠绕，并且能够保证连接强度，同时，密封体提拉件与卷扬绳之间设置连接环能够方便地实现密封体提拉件与卷扬绳的转接，并能够形成挡止结构，结构简单。

作为优选的技术方案，所述过水通道为多孔结构，多孔结构形成过滤口。

有益效果：过水通道采用多孔结构能够形成过滤口，从而过滤水样中的杂物，有利于提高取样的准确性。

附图说明

图1为本发明中一种地表水采样装置的取样器的一个实施例的整体示意图；

图2为无人机固定支架的结构示意图；

图3为下放提升装置抛投状态时的示意图；

图4为下放提升装置绕线状态时的示意图；

图5为轮体二的放大图；

图6为容器主体的示意图；

图7为容器连接座的剖视图；

图8为容器主体上盖板的示意图；

图9为容器连接座的俯视图；

图10为密封球的结构示意图。

附图中，1-无人机固定架；2-下放提升装置；3-连接环；4-容器主体；5-容器连接座；6-密封球；101-纵向固定杆；102-横向固定杆；103-安装孔一；104-安装孔二；105-长孔；106-安装孔三；201-固定支架一；202-固定支架二；203-轮体一；204-轮体二；205-电磁驱动装置；206-驱动电机；207-伸缩主轴；208-驱动转轴；209-紧固螺丝；210-卷扬绳；401-上盖板；402-安装孔；403-容器颈；404-提拉件穿孔；405-顶部进水孔；406-扎带；500-滤片；501-转接螺纹一；502-转接螺纹二；503-进水孔；504-导向孔；601-密封体提拉件；602-上半球；603-下半球。

具体实施方式

本发明中一种地表水采样装置的取样器的一个实施例如图1至图10所示，包括无人机固定架1、下放提升装置2、连接环3及取样器。

取样器包括容器主体4、容器连接座5和密封球6，容器主体4的具体结构如图6所示，容器主体4的上部为圆柱形下部为倒圆锥形。容器主体4的几何尺寸应保证容器主体4的高度和圆柱部分直径比例在2到2.6之间，以更好地实现取水容器的自扶正功能。容器主体4的倒圆锥形末端是容器颈403，用于连接容器连接座5；容器主体4的顶端设有开口，开口处设有上盖板401。如图8所示，上盖板401中心设有提拉件穿孔404，连接环3直径大于提拉件穿孔404直径，形成挡止结构；提拉件穿孔404的四周还有若干顶部进水孔405，上盖板401的边缘有若干根扎带406，穿过容器主体4的顶端的安装孔402，将上盖板401固定在容器主体4的顶部。

容器连接座5的具体结构如图7所示，容器连接座5供容器主体4底端的容器颈403连接，容器连接座5的中心设有轴向通孔，轴向通孔为台阶孔，包括位于上部的大径段和位于下部的小径段。大径段的内壁上设有内螺纹，形成转接螺纹一501；小径段的上半部分的内壁上设有内螺纹，形成转接螺纹二502，转接螺纹一501和转接螺纹二502分别用来连接容器颈403尺寸不同的容器主体4。小径段的下部开口形成底部进水口，取样时供水样进入取样器内。如图9所示，小径段的轴向中部固定有滤片500，滤片500的中心设有导向孔504，导向孔504形成提拉件穿孔，供提拉件601穿过。导向孔504的四周还有若干底部进水孔503，底部进水孔503能够供水样进入并能够过滤掉较大的异物。

密封球6的结构如图10所示，密封球6的外壳采用弹性材料，例如橡胶、硅胶等，密封球6由上半球602和下半球603构成，上半球602上端固定有转接环，转接环连接有密封体提拉件601，为了避免转接环与导向孔504干涉，转接环的直径应小于导向孔504的直径。当然，其他实施例中，也可以不设置转接环，使密封体提拉件601直接与密封球连接。上述密封体提拉件601为钢丝绳，钢丝绳的上端穿过提拉件穿孔404和连接环3连接；下半球603和上半球602闭合时形成空腔，内部可以放置物体用来配重，保证使用时密封球6沉入水中，不阻挡水样流入容器主体4。使用时，上半球602的顶部形成密封凸起，密封体提拉件601拉动密封球6使上半球602的顶部与容器连接座5底部结合形成密封，封堵底部进水口，起到阀门的作用。

无人机固定架如图2所示，无人机固定架包括两根横向固定杆102和两根纵向固定杆101，两根横向固定杆102设置在两根纵向固定杆101的两端。所有固定杆的两端均设有沿固定杆轴线方向伸长的长孔105。两根横向固定杆102靠近长孔105位置还分别设置有两个安装孔三106，螺钉穿过两根横向固定杆102上的四个安装孔三106和两根纵向固定杆101上的四个长孔105将两根纵向固定杆101固定在两根横向固定杆102之间；两根纵向固定杆101中部分别设有安装孔一103和安装孔二104，用于连接采样装置的固定支架一201和固定支架二202。在安装无人机固定架时，长孔可以用来调节安装余量，用来适配不同大小的无人机。

下放提升装置2如图3至图5所示，包括固定支架一201、固定支架二202、轮体一203、轮体二204、电磁驱动装置205、驱动电机206、伸缩主轴207、驱动转轴208、紧固螺丝209和卷扬绳210。

固定支架一201上端固定在纵向固定杆101的安装孔一103上，固定支架二202上端固定在纵向固定杆101的安装孔二104上，固定支架一201右端上安装有电磁驱动装置205，电磁驱动装置205为电磁铁，构成伸缩驱动装置。伸缩主轴207固定在电磁驱动装置205上的铁芯上，跟随铁芯伸缩以驱动伸缩主轴207左右运动。伸缩主轴207右端转动装配有轮体一203。

固定支架二202左端设有驱动电机206，驱动电机206包括驱动转轴208，轮体二204固定在驱动转轴208上，驱动电机206转动带动驱动转轴208使轮体二204转动。图5为轮体二204的放大图，轮体二204的倾斜槽壁上安装有一个紧固螺丝209，用于安装卷扬绳210。

连接环3设置在下放提升装置2和取样器之间，用于连接卷扬绳210和密封体提拉件601。本实施例中密封体提拉件601为钢丝绳。

在使用时，使用者首先通过无人机固定架1将取样装置固定在无人机上。采样工作开始时采样人员通过远程控制器进行遥控，控制无人机飞行，在无人机到达目标区域后，悬停在水面上方，远程控制器发出采样指令，控制下放提升装置2中的电磁驱动装置205接通电源，伸缩主轴207随之收缩，将轮体一203和轮体二204分离，形成放线间隔x，原本缠绕在轮体一203和轮体二204形成的绕线槽上的卷扬绳210开始滑落，以此实现取样器的快速抛投。待完成抛投后，控制电磁驱动装置205断电，伸缩主轴207处于伸出状态，轮体一203和轮体二204重新闭合构成绕线槽，如图4所示。当取样器开始取样时，密封球6带动连接环3下沉，连接环3所形成的挡止结构带动取水容器4下降进行取水，水样从取样器的进水孔503进入容器主体4，当水注满后，由于容器主体4的结构特性使得重心发生变化，容器主体4的位置调整为圆柱段在上，倒圆锥段在下的自扶正状态。采样完成后，采样人员利用远程控制器控制驱动电机206转动，带动卷扬绳210缠绕在绕线槽上，卷扬绳210带动密封球6上升，密封球6上半球602与容器连接座5底面的球形凹槽结合后形成密封配合，保证水样存储在容器主体4中。当容器主体4的顶端露出水面时，控制驱动电机206停止转动，无人机携带水样返回，完成一次水样采集。

在本实施例中，密封体设置为密封球6，在其他实施例中，也可以将密封体设置为其他形状，如圆锥形，圆锥形密封体的圆锥面覆盖弹性材料，也可以实现密封。

在本实施例中，密封体外壳采用弹性材料，在其他实施例中，密封体也可以采用刚性材料，如不锈钢，此时可以在不锈钢密封体的上表面安装弹性材料，或者在取水容器底部设置密封环，也可以实现密封体与容器连接座5的密封。

在本实施例中，密封球6上半球602与容器连接座5底面的球形凹槽结合后形成密封效果，保证水样存储在容器主体4中。在其他实施例中，也可以将容器连接座5底面设置为凸起形式，密封球6上半球602设置与容器连接座5底面配合的密封凹陷，也可以实现密封效果。

在本实施例中，卷扬绳210同过连接环3和密封体提拉件601与密封体连接，密封体提拉件601为钢丝绳，在其他实施例中，可以将连接环3和密封体设置为杆件结构，卷扬绳通过杆件结构与密封体连接；或者，将密封体提拉件601也设置为卷扬绳的形式。

在本实施例中，容器主体4使用材料为塑料，在其他实施例中，也可以使用其他材料，例如较轻薄的金属材质。

在本实施例中，取样腔的顶部设有顶部进水口，可以实现更快的注水速度，在其他实施例中，也可以仅设置底部进水口，取样腔的顶部设置排气口即可。另外，在其他实施中，顶部进水口和排气口都可以设置到取样腔顶部的侧面上。