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专利名称 | 抛投式定深定量取液装置 |
申请号 | CN202011199713.7 | 申请日期 | 2020-10-30 |
法律状态 | 授权 | 申报国家 | 中国 |
公开/公告日 | 2021-02-23 | 公开/公告号 | CN112393952A |
优先权 | 暂无 | 优先权号 | 暂无 |
主分类号 | G01N1/14 | IPC分类号 | G01N1/14;B63B22/00查看分类表>
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申请人 | 南华大学 | 申请人地址 | 湖南省衡阳市蒸湘区常胜西路***
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权利人 | 南华大学 | 当前权利人 | 南华大学 |
发明人 | 史克油;刘永;黄倩文;张晓文;谢宇鹏;于守富;陈逸凡;李向阳;张志军;章求才;吴小军;彭国文;李密;吴晓燕;周轶珉;陈昊;张晶晶;贺卫国;文虹 |
代理机构 | 武汉卓越志诚知识产权代理事务所(特殊普通合伙) | 代理人 | 戴宝松 |
摘要
本发明提供了一种抛投式定深定量取液装置,其包括用于配合抓取装置抓取和抛投的浮子、设置于所述浮子下方并与所述浮子活动连接的取液舱、设置于所述取液舱尾部的缓冲配重舱以及套设在所述浮子外周的外框架。该抛投式定深定量取液装置,采用缓冲配重舱、活塞结构和外框架三者固定连接的一体化整体结构的设计,实现抛投式定深定量取液装置高效稳定的样品取液过程。相较于传统人工采样,本装置单次采样成本低,样品实时性强;同时,该抛投式结构设计,只需投下取液装置,间隔一定时间再去抛投点夹取取液装置即可,过程简单,对抓取装置的性能要求不高,可实施性较强。
1.一种抛投式定深定量取液装置,其特征在于:所述抛投式定深定量取液装置(20)包括用于配合抓取装置抓取和抛投的浮子(21)、设置于所述浮子(21)下方并与所述浮子(21)活动连接的取液舱(22)、设置于所述取液舱(22)尾部的缓冲配重舱(23)以及套设在所述浮子(21)外周的外框架(24);所述缓冲配重舱(23)为不平衡结构设计,其包括左右相对设置的配重区(231)和缓冲气舱(232);所述外框架(24)与所述缓冲配重舱(23)固定连接;所述外框架(24)的顶部设置有与所述浮子(21)平齐且便于抓取装置抓取和抛投的圆框(241);
所述外框架(24)还包括设置于所述浮子(21)和所述取液舱(22)之间并固定安装在所述外框架(24)上的控量层架(242);所述浮子(21)为凹陷球形结构,其包括设置于其顶部并与抓取装置中的对接头匹配的收线旋转头(211)、设置于所述收线旋转头(211)下方并与抓取装置配合的抓槽(212)、设置于所述浮子(21)底部的控高线盒(213)以及设置于所述控高线盒(213)并与所述取液舱(22)连接的控高线(214);
所述取液舱(22)包括设置于其顶部并用于连接所述浮子(21)的“M”型结构的吊架(221)、与所述吊架(221)固定连接的取液舱主体(223)以及设置于所述吊架(221)下方并与所述取液舱主体(223)管道连接的进液口(222);
所述吊架(221)用来连接控高线(214);
所述取液舱(22)还包括与所述取液舱主体(223)滑动连接的活塞胶头(224)和与所述活塞胶头(224)固定连接的活塞杆(225);
所述活塞杆(225)与所述缓冲配重舱(23)固定连接;
所述进液口(222)内设置有凸状橡胶薄瓣,实现所述进液口(222)在进液和出液状态下可打开,在其他状态下闭合;
采用缓冲配重舱的不平衡设计能够校正抛投式定深定量取液装置(20)的入水姿态,基于取液舱(22)头部较重,取液舱(22)会先头部下沉;缓冲配重舱(23)由于缓冲气舱(232)的存在,会在取液舱(22)头部下沉后才沉入水中,取液舱(22)底部发生倾斜动作,让水充满未收集水时的取液舱主体(223)底部,排空取液舱主体(223)底部的空气;
随后,控高线盒(213)内的控高线(214)不断释放,直到达到定深的取液高度处后,取液舱(22)停止下沉;随后,缓冲配重舱(23)由于受到的重力大于活塞胶头(224)提供的摩擦阻力,带动活塞杆(225)继续下沉,以使活塞胶头(224)向取液舱主体(223)尾部滑动,进行液体样品的抽取;
待取液舱(22)与控量层架(242)接触时,由于缓冲配重舱(23)与外框架(24)是固定连接的一个整体结构,致使缓冲配重舱(23)不再下沉,完成定量的取液过程。
2.根据权利要求1所述的抛投式定深定量取液装置,其特征在于:所述活塞杆(225)为内部中空结构,其包括一端垂直穿设所述活塞胶头(224)中心通孔的活塞空心通路(2251)、沿着所述活塞空心通路(2251)的另一端垂直弯折延伸的取液通路(2252)以及套设于所述取液通路(2252)端部的封盖(2253)。
3.根据权利要求2所述的抛投式定深定量取液装置,其特征在于:所述取液舱(22)还包括设置于其底部的支架(226),所述支架(226)上设置有供所述活塞空心通路(2251)穿套的支架通孔(2261)。
4.根据权利要求2所述的抛投式定深定量取液装置,其特征在于:所述活塞空心通路(2251)的一端设置有凸状橡胶薄瓣。
抛投式定深定量取液装置
技术领域
[0001] 本发明涉及环境监测技术领域,尤其涉及一种抛投式定深定量取液装置。
背景技术
[0002] 水质的检测通常需要在不同水域、不同水深处进行定量取样。目前,常规的采样方法是携带定位设备乘坐水上交通工具进行人工采样,采样工具一般为便携式蠕动泵,采样过程繁琐,极大耗费人力物力。无人机采样具有工作效率高、实时性强、节约采样成本等优点,在水样采集中的应用越来越受到重视。目前利用无人机进行水样采集是一个较热门的研究,但是多数研究偏向于无人机长时间悬停抽取采样,忽略水面上方空气密度波动较大和风浪等因素对无人机长时间悬停水面采样发生侧翻的可能性考虑不足,采样深度的稳定性也会受到那些因素的影响;设备结构复杂,对无人机性能要求较高。
[0003] 申请号为CN201920467605.X的实用新型专利公开了一种适用于开放水域的取水装置。该装置包括无人机、与无人机匹配的无线电遥控器、安装于无人机底部的装配式取水装置;所述装配式取水装置包括从上往下依次设置的盖子、若干储水腔体、进水腔体、若干配重块,所述进水腔体内设有底层板、带有限位杆的浮块、限位板,所述底层板中部设有与浮块相匹配的进水口,所述限位板上还设有若干过水孔,所述浮块置于进水口处,其顶部的限位杆可在限位板的通孔内上下移动。
[0004] 但是,上述悬停抽取式的采样装置存在如下缺陷:在进行采样作业时无人机需要保持在某一固定高度以确保样品采集高度的准确性,但随着样品的积累,无人机的负重会逐渐增加,无人机因此需要不断调整自生的平衡能力, 对无人机控制调节性能要求较高;
且液体流动性较强,水面有风浪时储液箱内未满的液体会加剧无人机的晃动,且无人机在水面风浪较大的情况下不易长时间悬停。同时,无人机还需要携带防水电磁设备,增加了无人机负重,且增加了无人机防护及维护成本。而无人机抛投式取样装置只需投下取样器,间隔一段时间再去抛投点夹取取样器即可,过程简单,对无人机性能要求不高,可实施性较强。
[0005] 同时,现有的取液装置在不进行人工操作采样的时候,很难达到定深且定量的取液效果;另外,现有技术中,大都采用垂直取液方式,操作时取液舱中容易存在气泡,由此存在影响水质取样样品准确度的技术缺陷。
[0006] 有鉴于此,有必要设计一种改进的抛投式定深定量取液装置,以解决上述问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于抛投式定深定量取液装置。
[0008] 为实现上述发明目的,本发明提供了一种抛投式定深定量取液装置,其包括用于配合抓取装置抓取和抛投的浮子、设置于所述浮子下方并与所述浮子活动连接的取液舱、设置于所述取液舱尾部的缓冲配重舱以及套设在所述浮子外周并用于配合抓取装置抓取和抛投的外框架。
[0009] 作为本发明的进一步改性,所述取液舱包括设置于其顶部并用于连接所述浮子的“M”型结构的吊架、与所述吊架固定连接的取液舱主体以及设置于所述吊架下方并与所述取液舱主体管道连接的进液口。
[0010] 作为本发明的进一步改性,所述取液舱还包括与所述取液舱主体滑动连接的活塞胶头和与所述活塞胶头固定连接的活塞杆。
[0011] 作为本发明的进一步改性,所述活塞杆为内部中空结构,其包括一端垂直穿设所述活塞胶头中心通孔的活塞空心通路、沿着所述活塞空心通路的另一端垂直弯折延伸的取液通路以及套设于所述取液通路端部的封盖。
[0012] 作为本发明的进一步改性,所述取液舱还包括设置于其底部的支架,所述支架上设置有供所述活塞空心通路穿套的支架通孔。
[0013] 作为本发明的进一步改性,所述活塞杆与所述缓冲配重舱固定连接。
[0014] 作为本发明的进一步改性,所述缓冲配重舱为不平衡结构设计,其包括左右相对设置的配重区和缓冲气舱。
[0015] 作为本发明的进一步改性,所述外框架与所述缓冲配重舱固定连接;所述外框架的顶部设置有与所述浮子平齐且便于抓取装置抓取和抛投的圆框。
[0016] 作为本发明的进一步改性,所述外框架还包括设置于所述浮子和所述取液舱之间并固定安装在所述外框架上的控量层架。
[0017] 作为本发明的进一步改性,所述活塞空心通路的一端设置有凸状橡胶薄瓣;所述进液口内也设置有凸状橡胶薄瓣。
[0018] 本发明的有益效果是:
[0019] 1、本发明提供的抛投式定深定量取液装置,采用缓冲配重舱、活塞结构 (包括活塞胶头和活塞杆)和外框架固定连接的一体化整体结构的设计,实现抛投式定深定量取液装置高效稳定的样品取液过程。其取样工作原理为:为了校正取液器入水姿态,采用缓冲配重舱的不平衡设计,取液舱入水时,底部需要倾斜,让水充满未收集水时的取液舱主体底部(尾部),排空取液舱主体底部空气;缓冲气舱表面有孔结构的设计,是为了让取液舱底部先浮着,然后待注满水后再整个往下沉;
[0020] 也即,该抛投式定深定量取液装置被抛投入水时会发生倾斜,首先,基于取液舱头部较重,取液舱尾部的活塞杆与缓冲配重舱固定连接,取液舱会先头部下沉;然后,缓冲配重舱由于缓冲气舱的存在,会在取液舱头部下沉后才沉入水中;取液舱与缓冲配重舱的配重区一块下沉时,由于初速度一致,受到重力一致,故下沉速度一致。然后,在到达预定取液高度(定深)处后,取液舱停止下沉,达到定深取样的功能。而缓冲配重舱由于受到的重力大于活塞胶头提供的摩擦阻力,带动活塞杆继续下沉,以使活塞胶头向取液舱尾部滑动,进行液体样品的抽取;待取液舱与固定设置于外框架上的控量层架接触时,由于缓冲配重舱与外框架是固定连接的一个整体结构,致使缓冲配重舱不再下沉,完成定量的取液过程。
[0021] 由此,上述结构相互配合协同,实现了抛投式定深定量取液装置高效稳定地定深定量取液过程。
[0022] 2、本发明提供的抛投式定深定量取液装置,相较于传统人工采样,本装置单次采样成本低,样品实时性强;相较于长时间悬停抽取采样的无人机抓取采用装置,本装置对无人机平衡能力、续航能力、负重能力等性能要求较低,且结构简单,装置制造成本低,所取样品代表性高。
[0023] 3、本发明提供的抛投式定深定量取液装置,其采用的是抛投式结构设计,无需无人机长时间在水面停留因此无需较强续航能力;无人机等抓取装置没有各种复杂昂贵的电子传感器以及蠕动泵等负重,且取较深区域水样时没有加长吸水管的负担,所以能够减轻负重,降低装置制造成本。同时,该抛投式结构设计,只需投下取液装置,过一段时间再去抛投点夹取取液装置即可,过程简单,对无人机性能要求不高,可实施性较强。
附图说明
[0024] 图1为本发明提供的抛投式定深定量取液装置的结构示意图。
[0025] 图2为本发明提供的抛投式定深定量取液装置的支架的俯视图。
[0026] 附图标记
[0027] 20‑抛投式定深定量取液装置;21‑浮子;211‑收线旋转头;2111‑永磁铁; 212‑抓槽;213‑控高线盒;214‑控高线;22‑取液舱;221‑吊架;222‑进液口; 223‑取液舱主体;224‑活塞胶头;225‑活塞杆;2251‑活塞空心通路;2252‑ 取液通路;2253‑封盖;226‑支架;2261‑支架通孔;23‑缓冲配重舱;231‑配重区;232‑缓冲气舱;24‑外框架;241‑圆框;242‑控量层架。
具体实施方式
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面具体实施例对本发明进行详细描述。
[0029] 在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0030] 另外,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0031] 请参阅图1所示,所述抛投式定深定量取液装置20包括与抓取装置配合的浮子21、设置于所述浮子21下方并与所述浮子21活动连接的取液舱22、设置于所述取液舱22尾部的缓冲配重舱23以及套设在所述浮子21外周的外框架24。
[0032] 在本实施方式中,所述浮子21为凹陷球形结构,其包括设置于其顶部并与抓取装置中的对接头匹配的收线旋转头211、设置于所述收线旋转头211 下方并与抓取装置配合的抓槽212、设置于所述浮子21底部的控高线盒213 以及设置于所述控高线盒213并与所述取液舱22连接的控高线214。
[0033] 上述结构设计的工作原理在于:浮子21的凹陷球形设计,便于取液工作时,抓槽
212露出水面;浮子21顶部的收线旋转头211在旋转时,可收起浮子21下方控高线盒213内的控高线214;在收线旋转头211上镶嵌连接有永磁铁2111,其结构设计是为了便于收线旋转头211和抓取装置的对接头对接。同时,浮子21的抓槽212为环形凹槽设计,能够方便抓取装置投放时,浮子21的快速脱落,也有利于抓取装置抓取作业时对浮子21的快速抓取。另外,浮子21底部设有控高线盒213,用来控制所述抛投式定深定量取液装置20的取液高度,且控高线盒213放线时阻力较小,可忽略不计。
[0034] 请参阅图1和图2所示,所述取液舱22包括设置于其顶部并用于连接所述控高线盒
213内部控高线214的“M”型结构的吊架221、与所述吊架 221固定连接的取液舱主体223、设置于所述吊架221下方并与所述取液舱主体223管道连接的进液口222、与所述取液舱主体
223滑动连接的活塞胶头 224、与所述活塞胶头224固定连接的活塞杆225以及设置于所述取液舱22 底部的支架226。
[0035] 在本实施方式中,所述活塞杆225为内部中空的管道结构,其包括一端垂直穿设所述活塞胶头224中心通孔的活塞空心通路2251、沿着所述活塞空心通路2251的另一端垂直弯折延伸的取液通路2252以及套设于所述取液通路2252端部的封盖2253。所述活塞杆225与所述缓冲配重舱23固定连接。
[0036] 所述活塞空心通路2251的一端设置有凸状橡胶薄瓣(图中未标记);所述进液口
222内也设置有凸状橡胶薄瓣(图中未标记)。同时,所述支架 226上设置有供所述活塞空心通路2251穿套的支架通孔2261(如图2所示)。
[0037] 上述结构设计的工作原理在于:取液舱22整体类似活塞结构,设置于其顶部的吊架221,用来连接控高线214,此吊架221的“M”型结构设计,使得其在相同强度材质下可吊起更重的物体。设置于所述吊架221下方的进液口222内设置有凸状橡胶薄瓣,实现所述进液口222在集液和取液状态下可打开,在其他状态下闭合的功能,能够阻止取液舱22内液体与外界液体交流,保证取液样品的准确度。
[0038] 取液舱22内的活塞结构(活塞胶头224和活塞杆225)与设置于所述取液舱22底部(尾部)的缓冲配重舱23固定连接,即,活塞胶头224、活塞杆225和缓冲配重舱23之间为一个整体结构的一体化设计;其中,活塞杆 225为内部空心的管道结构,取液时直接打开活塞杆
225底部取液通路2252 上的封盖2253抽取即可实现取液,且在活塞空心通路2251顶部也设置有凸状橡胶薄瓣,如此设置,使得取液时打开底部封盖2253后,液体不会因为重力而自动流出,能够有效阻止取液时打开底部封盖2253会导致液体随即流出的技术缺陷。另外,取液舱22底部的支架226上设置有供所述活塞空心通路 2251穿套的支架通孔2261,活塞空心通路2251穿套在该支架通孔2261中,起到限位固定的作用,即,支架通孔2261的结构设计,能够保证在取液或者水中取样过程中,活塞杆225不会发生倾斜或者偏移移动,保证取液过程顺利进行。
[0039] 请参阅图1所示,所述缓冲配重舱23为不平衡结构设计,其包括左右相对设置的配重区231和缓冲气舱232。本发明采用缓冲配重舱的不平衡设计的目的是为了校正抛投式定深定量取液装置20的入水姿态,其校正过程为:取液舱22被抛投入水时,取液舱22底部需要先发生倾斜动作,让水充满未收集水时的取液舱主体223底部(尾部),排空取液舱主体223底部的空气;且缓冲气舱232表面有孔结构的设计,是为了让取液舱22底部先浮着,然后待取液舱主体223注满水后再整个往下沉。
[0040] 上述结构设计的工作原理在于:该缓冲配重舱23的不平衡缓慢下沉结构设计,一边的配重区231上配有重块,且重于缓冲气舱232,在液体或者水体环境中能够在重力作用下拉动活塞杆225,使得活塞胶头224在活塞杆 225的拉动下发生滑动;另一边是表面分布有少量小孔结构的缓冲气舱232,能够保证缓冲配重舱23在落水后比取液舱22后下沉;该不平衡设计是为了防止所述抛投式定深定量取液装置20落水后不发生倾斜,用以校正抛投式定深定量取液装置20的入水姿态。
[0041] 请参阅图1所示,所述外框架24包括设置于其顶部并与所述浮子21平齐且便于抓取装置抓取的圆框241、设置于所述浮子21和所述取液舱22之间并固定安装在所述外框架
24上用于控制取液量的控量层架242以及用于支地的脚架(图中未标记)。所述外框架24与所述缓冲配重舱23固定连接。
[0042] 本发明中,在抛投式定深定量取液装置20进行取样作业时,抓取装置抓取外框架
24顶部的圆框241,将所述抛投式定深定量取液装置20抛投到指定水域。所述抛投式定深定量取液装置20落水后,由于缓冲作用,浮子 21从外框架24内浮出脱离,并一直浮在水面,便于抓取装置的定位抓取回收;由于缓冲配重舱23的不平衡设计,该抛投式定深定量取液装置20入水后会发生倾斜,取液舱22内底部的支架226为镂空设计,且由于取液舱22 头部较重,活塞杆225与缓冲配重舱23固定连接,取液舱22会先头部下沉;缓冲配重舱23由于缓冲气舱232的存在,会在取液舱22头部下沉后才沉入水中;取液舱22与缓冲配重舱23的配重区
231一块下沉时,由于初速度一致,受到重力一致,故下沉速度一致,由此校正抛投式定深定量取液装置20 的入水姿态,排空取液舱主体223底部的空气,防止气泡产生。
[0043] 在这个过程中,控高线盒213内的控高线214不断释放,直到达到预设的最大长度,即,定深的取液高度处后,取液舱22停止下沉,达到定深取样的功能。而缓冲配重舱23由于受到的重力大于活塞胶头224提供的摩擦阻力,带动活塞杆225继续下沉,以使活塞胶头224向取液舱主体223尾部滑动,进行液体样品的抽取;待取液舱22与控量层架242接触时,由于缓冲配重舱 23与外框架24是固定连接的一个整体结构,致使缓冲配重舱23不再下沉,完成定量的取液过程。由此,上述过程相互配合协同,实现了抛投式定深定量取液装置20高效稳定地定深定量取液过程。
[0044] 取液完毕后,抓取装置到抛投式定深定量取液装置20的上方,调整其与抛投式定深定量取液装置20的距离和位置,浮子21顶部收线旋转头211 主动与抓取装置上的对接头对接,随即抓取装置的机械爪收爪抓取固定浮子 21,对接头进行转动,驱动所述收线旋转头211旋转收线(即,控高线盒213 内部的控高线214)。待收线完毕,浮子21又滑入外框架24中,外框架24 顶部的圆框241会与浮子21顶部保持持平,然后,抓取装置的机械爪勾住圆框
241,抓取完毕,回到预定场地,实现样品的采集过程。由于活塞胶头224 的摩擦力大于取液舱22的重力,故放下后取液舱22舱内液体不会溢出,因此,取液需打开封盖2253进行抽取。
[0045] 需要注意的是,本领域技术人员应该理解,所述抓取装置的载体可以是无人机,也可以是其他类型的载体,通过设置于载体上的抓取装置,均能够对抛投式定深定量取液装置20进行稳定地抛投和抓取过程,实现定深定量的取样功能。
[0046] 综上所述,本发明提供了一种抛投式定深定量取液装置,其包括用于配合抓取装置抓取和抛投的浮子、设置于所述浮子下方并与所述浮子活动连接的取液舱、设置于所述取液舱尾部的缓冲配重舱以及套设在所述浮子外周并用于配合抓取装置抓取和抛投的外框架。该抛投式定深定量取液装置,采用缓冲配重舱、活塞结构和外框架三者固定连接的一体化整体结构的设计,实现抛投式定深定量取液装置高效稳定的样品取液过程。相较于传统人工采样,本装置单次采样成本低,样品实时性强;同时,该抛投式结构设计,只需投下取液装置,间隔一定时间再去抛投点夹取取液装置即可,过程简单,对抓取装置的性能要求不高,可实施性较强。
[0047] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
法律信息
- 2022-10-21
- 2021-03-12
实质审查的生效
IPC(主分类): G01N 1/14
专利申请号: 202011199713.7
申请日: 2020.10.30
- 2021-02-23
引用专利(该专利引用了哪些专利)
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被引用专利(该专利被哪些专利引用)
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