空氣動力采樣船及其采樣方法
【專利摘要】本發明公開了空氣動力采樣船及其采樣方法，包括船體，船體上設有無線接收發射裝置、微控制器、GPS裝置、三軸加速度傳感器、采樣裝置、2個空氣螺旋槳、電機和電源，GPS裝置、三軸加速度傳感器、采樣裝置、電機分別由微控制器控制，配設遙控器通過無線接收發射裝置與微控制器進行信息交互。與現有技術相比，本發明的有益效果是：自動化設備代替人工親自進行采樣工作，減小了采樣船的體積，節省人力、物力和財力，同時也擴大了應用范圍；不會擾亂水下生態，減少了水體污染，采樣結果更加原始；還解決了船體在淺水區被水草纏住的問題。
【專利說明】
空氣動力采樣船及其采樣方法
技術領域
[0001]本發明屬于環保測量設備技術領域，涉及空氣動力采樣船及其采樣方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會發展，環境問題越來越受到人們的重視，水質環境更是與人們的健康生活密切相關。因此，定期對水體進行采樣檢測是水質安全的保障。傳統的水質采樣大多是工作人員親自乘船采樣，耗費人力，且對船體要求大。目前已有的專利已經實現了采樣船的自動化采樣，但仍然使用的是水下螺旋槳，螺旋槳直接與水體接觸，破壞了水下的生態，使得提取的水質不再原生態，同時機油不可避免的污染了水質。如果在淺灘或是水草密集的地方很有可能被困住，從而影響了工作的正常進行。改進過的專利雖然實現了空氣動力采樣，但技術較為復雜，難以應用到實際生活。
【發明內容】
[0003]本發明需要解決的問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種能夠在不擾亂水下環境的情況下對水體進行多次采樣的空氣動力采樣船及其采樣方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
空氣動力采樣船及其采樣方法，包括船體，船體上設有無線接收發射裝置、微控制器、GPS裝置、三軸加速度傳感器、采樣裝置、2個空氣螺旋槳、電機和電源，GPS裝置、三軸加速度傳感器、采樣裝置、電機分別由微控制器控制，配設遙控器通過無線接收發射裝置與微控制器進行信息交互，空氣螺旋槳分別設于船體的兩側，分別由2個電機驅動，船體的艙內設有采樣存儲倉，采樣存儲倉內設有存儲罐，采樣裝置包括采樣栗，采樣管，伸縮控制器，金屬波紋管和套管，金屬波紋管的一端置于套管內，通過伸縮控制裝置控制伸入或提出水下，金屬波紋管的另一端與采樣栗連接，采樣栗與采樣管連接，采樣管的出水口對準存儲罐。
[0005]伸縮控制裝置包括齒輪、金屬波紋管上設置的鋸齒、用于收納金屬波紋管的容器和引水管，引水管一端與金屬波紋管相連，另一端與采樣栗連接，齒輪與金屬波紋管上的鋸齒的相契合，齒輪通過步進電機驅動轉動。
[0006]采樣存儲倉包括傳送帶，傳送帶由步進電機驅動，存儲罐依次擺放在傳送帶，采樣栗采集到一定量樣本停止本次采樣后，傳送帶移動一個存儲罐的距離。
[0007]2個空氣螺旋槳分別由2個直流電機驅動，2個直流電機驅動同時正轉，船體前進；同時反轉，船體后退;前進時，左側轉速大于右側，采樣船右轉;右正轉速大于左側，采樣船左轉。
[0008]電源采用太陽能電池板，設有多種輸出接口。
[0009]金屬波紋管的入水端設有過濾裝置。
[0010]船體的前端和后端均設有超聲波避障裝置，超聲波避障裝置檢測到障礙物時，超聲波避障裝置將信號傳送給微控制器控制，微控制器通過無線接收發射裝置將報警信號發給遙控器，船體根據微控制器內約預設的程序或操作者對遙控器的控制自動繞行或手動繞行。
[0011 ]采樣裝置設于船頭或船尾。
[0012]空氣動力采樣船的采樣方法，包括以下步驟:
第一步、將空氣動力采樣船放入采樣水域，采樣人員通過遙控器遠程操控其前進、后退及轉向，并通過遙控器觀察船體的運行路線；
第二步、到達指定地點時，采樣人員發出指令，采樣栗開始工作，按照遙控器設定的采樣深度，金屬波紋管下潛到相應的深度后，采樣人員發出采樣指令，開始自動采樣；
第三步、此時第一個存儲罐正對采樣管的出水口，當第一次采樣結束，采樣栗停止工作，微控制器自動給驅動傳送帶的電機發出指令，使其向前移動一個采樣罐的距離；
第四步、若對同一地點不同深度進行采集，通過遙控器再次設定采樣深度即可；
第五步、采樣結束后，伸縮控制器提出金屬波紋管，繼續去下一個采樣點進行采樣或返航。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果是:自動化設備代替人工親自進行采樣工作，減小了采樣船的體積，節省人力、物力和財力，同時也擴大了應用范圍；另外，采用空氣動力螺旋槳，避免了傳統螺旋槳與水體接觸的問題，不會擾亂水下生態，減少了水體污染，采樣結果更加原始;此外，利用空氣動力技術的采樣船，還解決了船體在淺水區被水草纏住的問題;采用傳送帶式的存儲倉，采取的樣本依次擺放在傳送帶上，不會造成混淆，實現了多次采樣；電源采用太陽蓄能電池，下水之前已經充電完畢，整個采樣過程中邊放電，邊充電，不會出現電源電量不足，采樣船無法返回的情況。
【附圖說明】
[0014]圖1是空氣動力采樣船及其采樣方法的工作原理圖；
圖2是空氣動力采樣船及其采樣方法的結構示意圖；
圖3是伸縮控制裝置的結構示意圖。
[0015]其中，1-船體，2-空氣螺旋槳，4-套管，5-金屬波紋管，6-伸縮控制裝置，7_采樣栗，8-采樣管，9-超聲波避障裝置，12-采樣裝置，13-采樣存儲倉，14-遙控器，15-齒輪，16-鋸齒，17-容器，18-引水管。
【具體實施方式】
[0016]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0017]如圖1-3所示，空氣動力采樣船及其采樣方法，包括船體I，船體I上設有無線接收發射裝置、微控制器、GPS裝置、三軸加速度傳感器、采樣裝置12、2個空氣螺旋槳2、電機和電源，GPS裝置、三軸加速度傳感器、采樣裝置12、電機分別由微控制器控制，配設遙控器14通過無線接收發射裝置與微控制器進行信息交互，空氣螺旋槳2分別設于船體I的兩側，分別由2個電機驅動，船體I的艙內設有采樣存儲倉13，采樣存儲倉13內設有存儲罐，采樣裝置12包括采樣栗7，采樣管8，伸縮控制器，金屬波紋管5和套管4，金屬波紋管5的一端置于套管4內，通過伸縮控制裝置6控制伸入或提出水下，金屬波紋管5的另一端與采樣栗7連接，采樣栗7與采樣管8連接，采樣管8的出水口對準存儲罐。
[0018]伸縮控制裝置6包括齒輪15、金屬波紋管5上設置的鋸齒16、用于收納金屬波紋管5的容器17和引水管18，引水管18—端與金屬波紋管5相連，另一端與采樣栗7連接，齒輪15與金屬波紋管5上的鋸齒16的相契合，齒輪15通過步進電機驅動轉動。
[0019]采樣存儲倉13包括傳送帶，傳送帶由步進電機驅動，存儲罐依次擺放在傳送帶，采樣栗7采集到一定量樣本停止本次采樣后，傳送帶移動一個存儲罐的距離，即下次采取新的樣本時，用過的存儲罐已經被移走，空存儲罐到達出水口位置，實現多次取樣。
[0020]2個空氣螺旋槳2分別由2個直流電機驅動，2個直流電機驅動同時正轉，船體I前進；同時反轉，船體I后退;前進時，左側轉速大于右側，采樣船右轉；右正轉速大于左側，采樣船左轉。
[0021]電源采用太陽能電池板，設有多種輸出接口。
[0022]金屬波紋管5的入水端設有過濾裝置。
[0023]船體I的前端和后端均設有超聲波避障裝置9，超聲波避障裝置9檢測到障礙物時，超聲波避障裝置9將信號傳送給微控制器控制，微控制器通過無線接收發射裝置將報警信號發給遙控器14，船體I根據微控制器內約預設的程序或操作者對遙控器14的控制自動繞行或手動繞行。
[0024]采樣裝置12設于船頭或船尾。
[0025]空氣動力采樣船的采樣方法，包括以下步驟:
第一步、將空氣動力采樣船放入采樣水域，采樣人員通過遙控器遠程操控其前進、后退及轉向，并通過遙控器觀察船體的運行路線；
第二步、到達指定地點時，采樣人員發出指令，采樣栗開始工作，按照遙控器設定的采樣深度，金屬波紋管下潛到相應的深度后，采樣人員發出采樣指令，開始自動采樣；
第三步、此時第一個存儲罐正對采樣管的出水口，當第一次采樣結束，采樣栗停止工作，微控制器自動給驅動傳送帶的電機發出指令，使其向前移動一個采樣罐的距離；
第四步、若對同一地點不同深度進行采集，通過遙控器再次設定采樣深度即可；
第五步、采樣結束后，伸縮控制器提出金屬波紋管，繼續去下一個采樣點進行采樣或返航。
[0026]該空氣動力采樣船及其采樣方法的工作原理是:
在岸邊放下空氣動力采樣船及其采樣方法后，采樣人員即可通過遙控器14遠程操控其運行；因為船體I上裝有GPS定位裝置以及三軸加速模塊，所以可以通過遙控器14直觀的看到船體I的運行路線;采樣人員發出指令，控制電機驅動空氣螺旋槳2正轉，船體I前進;可通過控制左右電機的速度，使船體I轉向；在行駛的過程中，若超聲波避障裝置9檢測到船體I前方有障礙物，會在遙控器14上發出警告，操作人員可選擇自動繞行或是手動繞行。當到達指定地點時，采樣人員發出指令使采樣栗7開始工作。通過給出設定的采樣深度，采樣水管下潛到相應的深度后，采樣人員發出采樣指令，即可實現自動采樣。此時第一個存儲罐正對采樣管8的出水口，當第一次采樣結束，即采樣栗7停止工作，微控制器會自動給傳送帶的步進電機發出一個指令，使其向前移動一個采樣罐的距離。若對同一地點不同深度進行采集，可通過遙控器14再次設定采樣深度即可。采樣結束后，提出金屬波紋管5，繼續去下一個采樣點進行采樣，提出的金屬波紋管5會被收到一個收納盒中。整個采樣過程中，太陽能電池板一直在充電，避免了電量不足無法返回的情況。
[0027]與現有技術相比，本發明的有益效果是:自動化設備代替人工親自進行采樣工作，減小了采樣船的體積，節省人力、物力和財力，同時也擴大了應用范圍；另外，采用空氣動力螺旋槳，避免了傳統螺旋槳與水體接觸的問題，不會擾亂水下生態，減少了水體污染，采樣結果更加原始;此外，利用空氣動力技術的采樣船，還解決了船體在淺水區被水草纏住的問題;采用傳送帶式的存儲倉，采取的樣本依次擺放在傳送帶上，不會造成混淆，實現了多次采樣；電源采用太陽蓄能電池，下水之前已經充電完畢，整個采樣過程中邊放電，邊充電，不會出現電源電量不足，采樣船無法返回的情況。
[0028]以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【主權項】
1.空氣動力采樣船，包括船體，其特征在于:船體上設有無線接收發射裝置、微控制器、GPS裝置、三軸加速度傳感器、采樣裝置、2個空氣螺旋槳、電機和電源，GPS裝置、三軸加速度傳感器、采樣裝置、電機分別由微控制器控制，配設遙控器通過無線接收發射裝置與微控制器進行信息交互，空氣螺旋槳分別設于船體的兩側，分別由2個電機驅動，船體的艙內設有采樣存儲倉，采樣存儲倉內設有存儲罐，采樣裝置包括采樣栗，采樣管，伸縮控制器，金屬波紋管和套管，金屬波紋管的一端置于套管內，通過伸縮控制裝置控制伸入或提出水下，金屬波紋管的另一端與采樣栗連接，采樣栗與采樣管連接，采樣管的出水口對準存儲罐。2.根據權利要求1所述的空氣動力采樣船，其特征在于:伸縮控制裝置包括齒輪、金屬波紋管上設置的鋸齒、用于收納金屬波紋管的容器和引水管，引水管一端與金屬波紋管相連，另一端與采樣栗連接，齒輪與金屬波紋管上的鋸齒的相契合，齒輪通過步進電機驅動轉動。3.根據權利要求1所述的空氣動力采樣船，其特征在于:采樣存儲倉包括傳送帶，傳送帶由步進電機驅動，存儲罐依次擺放在傳送帶，采樣栗采集到一定量樣本停止本次采樣后，傳送帶移動一個存儲罐的距離。4.根據權利要求1所述的空氣動力采樣船，其特征在于:2個空氣螺旋槳分別由2個直流電機驅動，2個直流電機驅動同時正轉，船體前進；同時反轉，船體后退;前進時，左側轉速大于右側，采樣船右轉;右正轉速大于左側，采樣船左轉。5.根據權利要求1所述的空氣動力采樣船，其特征在于:電源采用太陽能電池板，設有多種輸出接口。6.根據權利要求1所述的空氣動力采樣船，其特征在于:金屬波紋管的入水端設有過濾目.ο7.根據權利要求1所述的空氣動力采樣船，其特征在于:船體的前端和后端均設有超聲波避障裝置，超聲波避障裝置檢測到障礙物時，超聲波避障裝置將信號傳送給微控制器控制，微控制器通過無線接收發射裝置將報警信號發給遙控器，船體根據微控制器內約預設的程序或操作者對遙控器的控制自動繞行或手動繞行。8.根據權利要求1所述的空氣動力采樣船，其特征在于:采樣裝置設于船頭或船尾。9.根據權利要求1所述的空氣動力采樣船的采樣方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步、將空氣動力采樣船放入采樣水域，采樣人員通過遙控器遠程操控其前進、后退及轉向，并通過遙控器觀察船體的運行路線； 第二步、到達指定地點時，采樣人員發出指令，采樣栗開始工作，按照遙控器設定的采樣深度，金屬波紋管下潛到相應的深度后，采樣人員發出采樣指令，開始自動采樣； 第三步、此時第一個存儲罐正對采樣管的出水口，當第一次采樣結束，采樣栗停止工作，微控制器自動給驅動傳送帶的電機發出指令，使其向前移動一個采樣罐的距離； 第四步、若對同一地點不同深度進行采集，通過遙控器再次設定采樣深度即可； 第五步、采樣結束后，伸縮控制器提出金屬波紋管，繼續去下一個采樣點進行采樣或返航。
【文檔編號】G01N1/14GK105910850SQ201610258863
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】張自嘉, 崔恩隆, 錢琛, 鄧云霏, 高明達
【申請人】南京信息工程大學