一种多通道自动采水装置论文和设计

全文摘要

一种多通道自动采水装置，属于水样采集技术领域，包括样品存储罐组、抽气系统、流路系统、电源系统和控制系统；样品存储罐组包含多个样品存储罐，样品存储罐用于存储采集的海水样品；样品存储罐通过气体管路与抽气系统相连，样品存储罐通过流体管路与流路系统相连；电源系统通过电源线与抽气系统、控制系统相连；控制系统通过信号线与电源系统相连；抽气系统用于在控制系统的控制下抽取样品存储罐中的空气，从而使样品存储罐内产生低压环境；流路系统用于在外部大气压的作用下采集海水样品，并将海水样品分配至不同通道的样品存储罐中；电源系统用于向整个采水装置提供电力能源。本实用新型结构合理，运行稳定，高效便捷，维护简便。

主设计要求

1.一种多通道自动采水装置，其特征在于：包括样品存储罐组、抽气系统、流路系统、电源系统和控制系统；所述样品存储罐组包含多个样品存储罐，样品存储罐用于存储采集的海水样品；样品存储罐通过气体管路与抽气系统相连，样品存储罐通过流体管路与流路系统相连；电源系统通过电源线与抽气系统、控制系统相连；控制系统通过信号线与电源系统相连；抽气系统用于在控制系统的控制下抽取样品存储罐中的空气，从而使样品存储罐内产生低压环境；流路系统用于在外部大气压的作用下采集海水样品，并将海水样品分配至不同通道的样品存储罐中；电源系统用于向整个采水装置提供电力能源。

设计方案

2.如权利要求1所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述抽气系统包括气压表和真空泵组；真空泵组包含多个真空泵，真空泵数量与样品存储罐数量一致，每个真空泵用于独立抽取对应样品存储罐中的空气；气压表一端通过气体管路与样品存储罐相连，气压表另一端通过气体管路与对应的真空泵相连。

3.如权利要求1所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述流路系统包括采样头、过滤器、缆绳和流体管路，采样头通过流体管路与过滤器相连，过滤器通过流体管路与样品存储罐进样口相连；采样头、过滤器、流体管路固定于缆绳之上，根据设定的深度潜入海面采集海水样品。

4.如权利要求1所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述控制系统包括控制器和输入模块，输入模块通过信号线与控制器建立通信连接；控制器通过信号线控制真空泵电源通断进而控制每一路流体管路的采样过程，输入模块用于接受用户独立控制每一路流体管路的指令过程。

5.如权利要求1所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述电源系统包括电池、电源管理模块和直流电压转换器；电源管理模块通过电源线与电池、直流电压转换器相连；直流电压转换器用于将电池输出电压转换为匹配真空泵工作的电压。

6.如权利要求5所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述电池为锂电池组或者铅酸电池组。

7.如权利要求1所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述样品存储罐顶部设置有进样口和抽气口，抽气口与抽气系统相连，进样口与流路系统相连。

8.如权利要求7所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述样品存储罐包括罐体和罐盖，罐盖装配于罐体顶部，进样口和抽气口并列设置于罐盖的顶部。

9.如权利要求7所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述进样口和抽气口均设有反向截流结构。

10.如权利要求1所述的一种多通道自动采水装置，其特征在于：所述样品存储罐为采用聚甲基丙烯酸甲酯制成的样品存储罐。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于水样采集技术领域，尤其涉及一种多通道自动采水装置。

背景技术

海洋约占地球面积的71％，是地球上最大的碳库，在调节地球气候变化的工程中扮演着极其重要的角色。海洋生物中，除了人们日常见到的鱼、虾、贝、藻，还有数量极大的微型生物。这些微小的生物时时刻刻影响着海洋的生态系统，进而影响着全球的气候变化。

海洋微型生物的检测和研究需要真正走到海洋环境中进行现场观测才可以获取可靠的检测数据，这也是海洋微型生物研究的困难所在。目前现场科考活动中，对表层海水样品的采集主要采用人工拖放采水器或者布放潜水泵采集的方式，人工拖放采水器方式中大部分采水瓶容量为12L，采水过程需要大量的人力，无法满足大体积采水的要求；潜水泵采集方式利用潜水泵进行采水，潜水泵内部叶轮高速旋转形成的剪切力容易造成海水中生物样品的损伤，不利于科学研究用途。这些客观条件都极大地制约了我们对海洋的认识。科研单位往往耗费了大量的人力和物力参加了众多航次调查却无法真正在现场获取微型生物真实可靠的检测样品。

因此，亟需研制一套现场快速无污染采水装置，以实现对大体积表层海水样品的采集。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种多通道自动采水装置，结构合理，运行稳定，高效便捷，维护简便，具有高度集成化和自动化的多通道自动采水装置。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多通道自动采水装置，包括样品存储罐组、抽气系统、流路系统、电源系统和控制系统；所述样品存储罐组包含多个样品存储罐，样品存储罐用于存储采集的海水样品；样品存储罐通过气体管路与抽气系统相连，样品存储罐通过流体管路与流路系统相连；电源系统通过电源线与抽气系统、控制系统相连；控制系统通过信号线与电源系统相连；抽气系统用于在控制系统的控制下抽取样品存储罐中的空气，从而使样品存储罐内产生低压环境；流路系统用于在外部大气压的作用下采集海水样品，并将海水样品分配至不同通道的样品存储罐中；电源系统用于向整个采水装置提供电力能源。

所述抽气系统包括气压表和真空泵组；真空泵组包含多个真空泵，真空泵数量与样品存储罐数量一致，每个真空泵用于独立抽取对应样品存储罐中的空气；气压表一端通过气体管路与样品存储罐相连，气压表另一端通过气体管路与对应的真空泵相连。

所述流路系统包括采样头、过滤器、缆绳和流体管路，采样头通过流体管路与过滤器相连，过滤器通过流体管路与样品存储罐进样口相连；采样头、过滤器、流体管路固定于缆绳之上，根据设定的深度潜入海面采集海水样品。

所述控制系统包括控制器和输入模块，输入模块通过信号线与控制器建立通信连接；控制器通过信号线控制真空泵电源通断进而控制每一路流体管路的采样过程，输入模块用于接受用户独立控制每一路流体管路的指令过程。

所述电源系统包括电池、电源管理模块和直流电压转换器；电源管理模块通过电源线与电池、直流电压转换器相连；直流电压转换器用于将电池输出电压转换为匹配真空泵工作的电压。所述电池可为锂电池组或者铅酸电池组。

所述样品存储罐包括罐体和罐盖，罐盖装配于罐体顶部，进样口和抽气口并列设置于罐盖的顶部。抽气口与抽气系统相连，进样口与流路系统相连。进样口和抽气口均设有反向截流结构。

样品存储罐顶部设置有进样口和抽气口，其中,抽气口与抽气系统相连，抽气系统通过抽气口将样品存储罐中的空气排出进而在样品存储罐内部造成低压真空环境，进样口与流路系统相连，在外部空气大气压的作用下，海水样品通过进样口进入样品存储罐中从而实现海水样品的采集。

相对于现有技术，本实用新型技术方案取得的有益效果是：

本实用新型结构合理简单，运行稳定，功能丰富，维护简易，具备高度的集成化和自动化，可在科考现场进行多个独立通道海水样品的自动采样，实现大体积海水样品的快速、无污染采集，有利于在待研究海域快速地展开现场调查，保证对研究海域采样的可靠性、准确性和方便性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为样品存储罐的结构示意图；

图3为抽气系统的结构示意图；

图4为流路系统的结构示意图；

图5为电源系统的结构示意图；

图6为控制系统的结构示意图。

附图标注：样品存储罐组1，抽气系统2，流路系统3，电源系统4，控制系统5，罐体6，罐盖7，进样口8，抽气口9，气压表10，接头11，气体管路12，真空泵组13，采样头14，过滤器15，缆绳16，流体管路17，电池18，电源管理模块19，直流电压转换器20，控制器21，输入模块22。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型包括样品存储罐组1、抽气系统2、流路系统3、电源系统4和控制系统5。

所述样品存储罐组1包含多个样品存储罐，样品存储罐用于存储采集的海水样品。本实施例中，样品存储罐采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质制成，机械强度较高，具有较好的耐热、耐寒、耐腐蚀性，绝缘性能良好。

如图2所示,所述样品存储罐包括罐体6和罐盖7，罐盖7装配于罐体6顶部，具体地，罐盖7通过螺纹结构固定于罐体6上，罐盖7顶部通过螺纹结构并列设置有进样口8和抽气口9；样品存储罐具有高度的气密性。

其中，抽气口9与抽气系统2通过气体管路相连，抽气系统2通过抽气口9将样品存储罐中的空气排出进而在样品存储罐内部造成低压真空环境；进样口8与流路系统3通过流体管路相连，在外部空气大气压的作用下，海水样品通过进样口8进入样品存储罐中从而实现海水样品的采集。

进样口8设有反向截流结构，防止海水样品逆向吸出。抽气口9具有反向截流结构，防止样品存储罐中的空气逆向回流，保证样品存储罐内部的真空度。

电源系统4通过电源线与抽气系统2、控制系统5相连；控制系统5通过信号线与电源系统4相连；抽气系统2用于在控制系统5的控制下抽取样品存储罐中的空气，从而使样品存储罐内产生低压环境；流路系统3用于在外部大气压的作用下采集海水样品，并将海水样品分配至不同通道的样品存储罐中；电源系统4用于向整个采水装置提供电力能源；控制系统5用于控制抽气系统2进而调节多通道海水样品的采集、分配与存储。

如图3所示，所述抽气系统2包括气压表10和真空泵组13；真空泵组13包含多个真空泵，真空泵数量与样品存储罐数量一致，每个真空泵用于独立抽取对应样品存储罐中的空气。气压表10一端通过接头11、气体管路12与样品存储罐的抽气口9相连，气压表10另一端通过接头11、气体管路12与真空泵组13中对应的真空泵相连。

气压表10用于指示气体管路12中的气压状态；接头11用于连接气压表10、气体管路12与真空泵，接头11采用316L不锈钢材质制作，具备高机械强度、耐腐蚀等特性；气体管路12为聚氨酯(PU)材质，气体管路12的接口和管径为工业标准，易于更换，具备耐压防爆、耐磨耐折的特点；真空泵是抽气系统2的主要动力结构，真空泵具有较高的流量速度和真空度，真空泵采用直流供电工作。

如图4所示,所述流路系统3包括采样头14、过滤器15、缆绳16和流体管路17，采样头14通过流体管路17与过滤器15相连，过滤器15通过流体管路17与样品存储罐的进样口8相连；采样头14、过滤器15、流体管路17固定于缆绳16之上，根据设定的深度潜入海面采集海水样品。过滤器15可以滤除水体中大颗粒杂质；流体管路17材质为不沾污材质，流体管路17接口的管径为工业标准，易于更换，具备耐腐蚀的特点。

所述采样头14由配重块、压力传感器和阀门组成。配重块提供配重；压力传感器可以实时监测采样头14所处的深度，当采样头14到达指定水深时，压力传感器触犯阀门开启流路接口。不同的采样头14可以设定不同的采水深度，采样头14通过流体管路将海水样品存储至对应的样品存储罐中。阀门的腔体材质采用聚四氟乙烯(PTFE)制作而成，具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点。

如图5所示，所述电源系统4包括电池18、电源管理模块19和直流电压转换器20；电源管理模块19通过电源线与电池18、直流电压转换器20相连；直流电压转换器20用于将电池18输出电压转换为匹配真空泵工作的电压。所述电池18可为锂电池组或者铅酸电池组，电池具备大容量特性，具有较高的充、放电效率；电源管理模块19在装置接入市电状态下对电池进行充电管理，在市电掉电状态下，电源管理模块19自动切换为电池放电模式，电池为系统提供电能供应；直流电压转换器20用于将电池18输出电压转换为匹配真空泵工作的电压，具有较高的转换效率。

如图6所示，所述控制系统5包括控制器21和输入模块22，输入模块22通过信号线与控制器21建立通信连接；控制器21通过信号线控制真空泵电源通断进而控制每一路流体管路的采样过程，输入模块22用于接受用户独立控制每一路流体管路的指令过程。

控制器21是控制系统5的核心，运行控制软件，负责人机接口输入指令的响应，根据控制流程启动、关停抽气系统2，以完成不同通道的海水样品的采集。输入模块22是人机交互的接口，用于获取用户的操作命令。

本实施例中，控制器21采用集成化控制器(NI公司的CompactRIO)作为系统控制的核心，控制器具有坚固的硬件结构、高度模块化、具有船级社认证适合海上应用。

本实用新型集成样品存储罐、抽气系统、流路系统、电源系统和控制系统，以自动化控制技术为核心，结合多通道并行工作机制形成的一套完整采样系统，适用于海洋科学考察现场工作，可用于对表层海水的大体积采样。

本实用新型结构合理简单，运行稳定，功能完善，将真空采水技术与多通道并行工作机制结合，极大地提高了海水采样的效率，保证了海水样品采集的清洁、高效、便捷。

设计图

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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