[发明专利]一种用于水质自动采样的无人船装置及采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测领域，特别是涉及一种用于水质自动采样的无人船装置及采样方法。

背景技术

在水环境监测领域，要取得真实、准确且完整的水质监测数据，首先需要获得有代表性的水质样品。针对河流、湖泊、水库、近岸海域等地表水体进行水样采集时，不仅需要采集岸边采样点的水质样本，还需要采集远离岸边采样点的水质样品。通常水质样品人工采集过程中需要采样人员乘坐船只去采样点完成采集。人工操作离水面较近且受气候、水流等条件影响，危险系数大；需要消耗人员工时，存在船舶使用和燃料动力等费用，人力物力消耗大；操作复杂，单次采样时间长，不同采样点之间耗时长，影响水样分析时效性；人员操作中因习惯差异会导致样品采集质量的差异，不利于水质分析和对比；当采样点处于狭小或水深不够等特殊地形时，普通船只和人员难以到达并完成采样。

将无人船应用于水质自动采样能够大大降低工作人员危险系数、减少成本、提升水质采样效率和检测时效性、避免人工操作对采样质量的影响，而且其具有机动性强、续航能力强、结构紧凑的优点，能够到达特殊地形处的采样点。水质采样取水方式一般有采样桶直接取水和泵管抽吸取水两类，采样桶直接取水时水样容易溅出，不适合搭载在无人船上，只能采集表层水样，且无法实现多个采样点取水，工作效率较低。

泵管抽吸取水时需要考虑多个采样瓶取水的需求，便于搭载于无人船上，而且需要根据应用要求灵活定义采样瓶数量和采样深度，便于应用扩展。而现有无人船采用泵管抽吸取水方式时，现有设计的采样瓶数量无法灵活扩展，也无法控制每次水样采集的深度，难以满足不同应用场合的要求。而且大面积水域的水质样品采集应用中，如果采样点数量多、距离远，需要较长时间续航进行采样。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种能够快速自动依次抵达各个指定取水点、采样瓶数量可灵活配置、系统简洁并能实现自动高质量水质采样的无人船装置及采样方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于水质自动采样的无人船装置，包括无人船主体、设置在所述无人船主体舱体内的能源与控制单元以及自动水质采样单元，所述自动水质采样单元包括采样瓶、安装采样瓶的支撑本体机构、设置在所述无人船主体外侧的采样泵、与所述采样泵相连的采样软管以及控制采样软管旋转的摆臂取水机构，所述摆臂取水机构包括嵌套在所述采样软管末段外侧的空心管以及与所述空心管的近采样泵一端相连接的第一步进电机。

优选地，所述支撑本体机构包括设置在底部的底盘、设置在上部的旋转导向盖、贯穿连接所述底盘与旋转导向盖的空心轴状轴承安装座，所述采样瓶设置在所述底盘与旋转导向盖中间，所述底盘、旋转导向盖、空心轴状轴承安装座之间通过设置在上部的支架连接，所述空心轴状轴承安装座中部安装有第一轴承、上部安装有旋转导向轴、顶部安装有第二轴承，所述支架上设置有第二步进电机，所述旋转导向盖上设有与所述采样瓶连通的凹槽导流机构。

优选地，所述采样瓶采用具有松紧性的织带固定、塑料卡扣固定或者不锈钢抱箍固定，所述采样瓶的瓶口形状为漏斗状，且在采样瓶瓶口的细口端设置遮挡板；所述采样瓶呈中心对称排布或者阵列型布置。

优选地，所述凹槽导流机构包括设置在所述旋转导向盖上的导流槽、贯穿旋转导向盖设置在导流槽末端下侧的漏斗形导流孔；在水质采样时，水质样本沿导流槽经导流孔进入采样瓶。

优选地，在所述第二步进电机带动下，所述旋转导向轴旋转到采样瓶的位置，并且水质样本依次经过采样泵、采样软管、凹槽导流机构导入到采样瓶。

优选地，所述采样软管依次穿过空心轴状轴承安装座、第一轴承到达旋转导向轴上部，并且所述采样软管延伸至所述导流槽内；旋转导向轴带动所述底盘或旋转导向盖旋转，并改变采样瓶与导流孔的相对位置。

优选地，所述采样软管的末端设置有过滤头，材质为不锈钢或铸铁材质，形状为圆柱形、锥形、球形或六面体形。

优选地，所述空心轴状轴承安装座的安装圆孔与第一轴承的外圈基轴制配合。

优选地，所述旋转导向轴采用可旋转式回转体定位分流结构，所述旋转导向轴中间为空心轴，下端与第一轴承内圈基孔制配合，上端与第二轴承内圈基孔制配合。

本发明的另一目的在于提供一种无人船装置的水质自动采样方法，所述水质自动采样方法包括如下步骤：

A、通过程序或远程指令控制无人船装置航行到达采样点，航行状态下摆臂取水机构处于水平状态；

B、无人船装置到达采样点后，第一步进电机带动空心管旋转，使采样软管下端及过滤头浸没于水中，并根据样品采集深度的要求调节空心管的角度；