CN105424412A - 一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下航行器技术领域，公开了一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置。该水下水样采集装置包括用于安装在自主水下航行器上的总支架，所述总支架上相对于所述自主水下航行器对称设置有多个水样采集单元，所述水样采集单元包括竖直设置的两端开通的采集管，所述采集管的上端设置有用于排出管内空气的单向阀，所述采集管的下端设置有用于控制进出水的电磁阀，所述电磁阀的控制端电连接有继电器。该装置解决了传统人工采集水样的方法以及在恶劣条件下的水下采样问题；而且该装置结构简单、使用方便。
Description
技术领域
本发明属于水下航行器技术领域，特别涉及一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置。
背景技术
自主水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle，AUV)是一种无需人工操控自主航行于水下的航行体，它能够完成水下勘探、侦测甚至是军事上的进攻防守等任务。AUV可搭载姿态传感器、摄像头、声纳等各类传感器，具有导航算法，可在水下自主航行，避障，实时规划最优路径。AUV具有活动范围大、潜水深度深、可进入复杂结构中、不需要庞大水面支持等优点，还具有成本和维护费用低、可重复利用、投放回收方便、续航能力长等特点。在海洋开发日益重要的今天，各国大力开展AUV技术研究，使其在军事、地质勘探、环境监测、科学实验、水下探测等方面能有更具体的应用。
水质监测是大家非常关心的问题，水质的好坏直接影响了所有人的身体健康。但是现有的水质监测的方法仍采用比较传统的方式，在船上采用绳子吊放容器入水采样，耗时较大，且在水流速度比较大的情况下难以精确控制水质的准确采样深度，影响采样的准确性。很难满足社会供水***水源、港口河道、渔业养殖等区域的采样要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，该装置解决了传统人工采集水样的方法以及在恶劣条件下的水下采样问题；而且该装置结构简单、使用方便。
为达到以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
方案一：
一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：包括用于安装在自主水下航行器上的总支架，所述总支架上相对于该自主水下航行器的相对两侧端对称设置有多个水样采集单元，所述水样采集单元包括竖直设置的两端开通的采集管，所述采集管的上端密封设置有用于排出管内空气的单向阀，所述采集管的下端密封设置有用于控制进出水的电磁阀，所述电磁阀的控制端电连接有用于控制其的开关的继电器。
上述技术方案的特点和进一步改进：
进一步的，所述水下水样采集装置还包括用于测量水深的水深测量传感器，用于根据水深控制继电器通断的单片机，所述水深测量传感器的I/Ο输出端电连接单片机的I/Ο输入端，所述单片机的I/Ο输出端电连接所述继电器的控制端。
进一步的，所述总支架包括用于横搭于自主水下航行器上的横向支板，所述横向支板的两端对应对称设置有两个连接板和多个水样采集单元支架；
进一步的，所述水样采集单元支架包括两个相对设置的竖向侧板，所述竖向侧板之间横向连接有两个端部固定板，所述端部固定板的中部设置有供采集管贯穿的通孔，所述采集管的两端面设置为台阶面，所述采集管的两端台阶面卡设在两个端部固定板之间，所述端部固定板的两侧部折弯与竖向侧板贴合，并通过螺钉固定。
进一步的，所述竖向侧板上垂直设置有多个与端部固定板的两侧折弯部固定的固定孔，所述固定孔设置为腰圆孔。
进一步的，所述采集管的上端通过PPR直管密封连接所述单向阀。
进一步的，所述采集管的下端密封连接有PPR弯管的一端，所述PPR弯管的另一端密封连接有铜质直通管，所述铜质直通管上设置所述电磁阀。
进一步的，所述PPR弯管的弯曲角度为90°。
方案二：
一种水下水样采集器，其特征在于：包括上述水下水样采集装置，所述水下水样采集装置安装在自主水下航行器上，所述自主水下航行器包含总框架，所述总框架上设置有浮体和设备舱；所述浮体的上部设置有垂直推进器，其侧部设置有水平推进器；所述总框架的前部设置有前视摄像头，其下部设置有下视摄像头，所述总框架上还设置有声学探测器。
本发明的基于自主水下航行器的水下水样采集装置，可控性强、可在恶劣条件下作业，最多可携带多个水样采集单元，结构紧凑，可作为单独模块直接挂载在开架式水下航行器上；本装置可通过预先设置自主航行到规定位置，在此过程中能适应复杂水文情况可自主识别并规避水中障碍物，可一次性实施多水域多深度的精确水质采样。在社会供水***水源、港口河道、渔业养殖等领域内实现高精度水样采集，并可节省大量人力物力。
附图说明
图1为本发明的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置的结构示意图；
图2为图1中所示的总支架以及水样采集单元的结构示意图；
图3为图1中所示的水样采集单元的结构示意图；
图4为图3的侧视示意图；
图中：1、总支架；2、浮体；3、水平推进器；4、垂直推进器；5、声学探测器；6、前视摄像头；7、下视摄像头；8、总框架；9、设备舱；10、横向支板；11、连接板；12、水样采集单元；13、端部固定板；14、竖向侧板；15、采集管；16、单向阀；17、电磁阀；18、PPR直管；19、PPR弯管；20、固定孔；21、铜质直通管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1、图2、图3、图4，为本发明的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置的结构示意图；该水下水样采集装置包括用于安装在自主水下航行器上的总支架，总支架1上相对于该自主水下航行器的相对两侧端对称设置有多个水样采集单元12，水样采集单元12相对于自主水下航行器前后、左右均对称；水样采集单元12包括竖直设置的两端开通的采集管15，采集管15的上端密封设置有用于排出管内空气的单向阀16，采集管15的下端密封设置有用于控制进出水的电磁阀17，电磁阀17的控制端电连接有用于控制其的开关继电器。
水下水样采集装置还包括用于测量水深的水深测量传感器，用于根据水深控制继电器通断的单片机，水深测量传感器的I/Ο输出端电连接单片机的I/Ο输入端，单片机的I/Ο输出端电连接继电器的控制端。
到达需要采水的深度后，单片机控制继电器将电磁阀17打开，由于水下压差的作用，水通过电磁阀17流入采集管15内部，同时采集管15内的空气通过单向阀16排出，水充满采集管15后在控制电磁阀17关闭。
总支架1包括用于横搭于自主水下航行器上的横向支板10，横向支板10的两端对应对称设置有两个连接板11和多个水样采集单元支架。
水样采集单元支架包括两个相对设置的竖向侧板14，竖向侧板14之间横向连接有两个端部固定板13，端部固定板13的中部设置有供采集管15贯穿的通孔，采集管15的两端面设置为台阶面，采集管15的两端台阶面卡设在两个端部固定板13之间，通过两个端部固定板13将采集管15固定在两个竖向侧板14之间；端部固定板13的两侧部折弯与竖向侧板14贴合，并通过螺钉固定。
竖向侧板14上垂直设置有多个与端部固定板13的两侧折弯部固定的固定孔20，垂直设置有多个固定孔20以适合于长度相差较大的不同长度的采集管15；固定孔20设置为腰圆孔，以适合于长度相差较小的不同长度的采集管15，通过螺钉在固定孔20内的滑动调节，本实施例中的采集管15容量约250ml，在实际应用中可以根据需要调节采集管15的容量。
采集管15的上端通过PPR直管18密封连接单向阀16，防止外界水的回流。采集管15的下端密封连接有PPR弯管19的一端，PPR弯管19的另一端密封连接有铜质直通管21，铜质直通管21上设置电磁阀17。PPR弯管的弯曲角度为90°，使电磁阀17水平设置在铜质直通管21上，保证流入采集管15的水为同一层的水。
总支架1和总框架8均采用铝合金材质制成，质量轻、强度高。
水下水样采集器包括上述水下水样采集装置，水下水样采集装置安装在自主水下航行器上，自主水下航行器包含总框架8，总框架8上设置有浮体2和设备舱9；浮体2的上部设置有垂直推进器4，其侧部设置有水平推进器3，通过垂直推进器4控制航行器上浮下潜，通过水平推进器3提供前进和转弯的动力；总框架8的前部设置有前视摄像头6，其下部设置有下视摄像头7，总框架8上还设置有声学探测器5。声学、视觉和激光探测装置，提供深度和水中图像信息，配合自动控制***能实现航行器定深潜航、循迹航行、识别目标和规避障碍等功能。
该装置的工作过程：首先将每个水样采集单元12进行编号，并存贮在单片机中，而且在单片机中设计每个水样采集单元12的采水的水深，达到需要采水的深度后，AUV的四个垂向推进器工作使自主水下航行器稳定在一个特定的高度，单片机对相对应深度的水样采集单元12发出采集水样的指令，继电器打开，电磁阀17开始工作，电磁阀17打开阀门，此时水进入采集管15将采集管15中的空气从单向阀16排出，直至水充满整个采集管15。单片机设定电磁阀17额定的打开时间，采样完成后，单片机发出关闭采集水样指令，关闭电磁阀17，一次水样采集完成。通过设定AUV的航行轨迹，可以在水下任意位置进行水样采集。
本发明的基于自主水下航行器的水下水样采集装置，可控性强、可在恶劣条件下作业，最多可携带多个水样采集单元12，结构紧凑，可作为单独模块直接挂载在开架式水下航行器上；本装置可通过预先设置自主航行到规定位置，在此过程中能适应复杂水文情况可自主识别并规避水中障碍物，可一次性实施多水域多深度的精确水质采样。在社会供水***水源、港口河道、渔业养殖等领域内实现高精度水样采集，并可节省大量人力物力。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
Claims (9)
1.一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：包括用于安装在自主水下航行器上的总支架(1)，所述总支架(1)上相对于该自主水下航行器的相对两侧端对称设置有多个水样采集单元(12)，所述水样采集单元(12)包括竖直设置的两端开通的采集管(15)，所述采集管(15)的上端密封设置有用于排出管内空气的单向阀(16)，所述采集管(15)的下端密封设置有用于控制进出水的电磁阀(17)，所述电磁阀(17)的控制端电连接有用于控制其的开关的继电器。
2.如权利要求1所述的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：所述水下水样采集装置还包括用于测量水深的水深测量传感器，用于根据水深控制继电器通断的单片机，所述水深测量传感器的I/Ο输出端电连接单片机的I/Ο输入端，所述单片机的I/Ο输出端电连接所述继电器的控制端。
3.如权利要求1所述的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：所述总支架(1)包括用于横搭于自主水下航行器上的横向支板(10)，所述横向支板(10)的两端对应对称设置有两个连接板(11)和多个水样采集单元支架。
4.如权利要求3所述的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：所述水样采集单元支架包括两个相对设置的竖向侧板(14)，所述竖向侧板(14)之间横向连接有两个端部固定板(13)，所述端部固定板(13)的中部设置有供采集管(15)贯穿的通孔，所述采集管(15)的两端面设置为台阶面，所述采集管(15)的两端台阶面卡设在两个端部固定板(13)之间，所述端部固定板(13)的两侧部折弯与竖向侧板(14)贴合，并通过螺钉固定。
5.如权利要求4所述的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：所述竖向侧板(14)上垂直设置有多个与端部固定板(13)的两侧折弯部固定的固定孔(20)，所述固定孔(20)设置为腰圆孔。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：所述采集管(15)的上端通过PPR直管(18)密封连接所述单向阀(16)。
7.如权利要求1-5任一项所述的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：所述采集管(15)的下端密封连接有PPR弯管(19)的一端，所述PPR弯管(19)的另一端密封连接有铜质直通管(21)，所述铜质直通管(21)上设置所述电磁阀(17)。
8.如权利要求7所述的一种基于自主水下航行器的水下水样采集装置，其特征在于：所述PPR弯管(19)的弯曲角度为90°。
9.一种水下水样采集器，其特征在于：包括权利要求1～权利要求8所述的水下水样采集装置，所述水下水样采集装置安装在自主水下航行器上，所述自主水下航行器包含总框架(8)，所述总框架(8)上设置有浮体(2)和设备舱(9)；所述总框架(8)上设置有垂直推进器(4)和水平推进器(3)；所述总框架(8)的前部设置有前视摄像头(6)，其下部设置有下视摄像头(7)，所述总框架(8)上还设置有声学探测器(5)。
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