一种抽屉式便携坡面径流采样器及其采样方法
【专利摘要】本发明涉及一种抽屉式便携坡面径流采样器及其采样方法，该采样器由蓄水装置和采集装置组成，所述蓄水装置包括水槽和搅拌器，所述水槽进水口安装有流量传感器；所述采集装置包括箱座和箱盖，所述箱盖内的电动丝杆导轨上安装有滑动配合的分配管阀门组，所述箱座内设有内置多排采样瓶的抽屉，所述分配管阀门组的一排注水管口对准抽屉内的任一排采样瓶口；所述水槽经导管连接至蠕动泵，所述蠕动泵经导管连接至分配管阀门组，所述流量传感器、搅拌器的搅拌电机、电动丝杆导轨的驱动电机、分配管阀门组以及蠕动泵的驱动电机均电性连接至控制装置。本发明达到节省人力、采集方便、实时监测的效果，保证水样采集的可靠性和准确性，便于正确判断水质状况。
【专利说明】一种抽屉式便携坡面径流采样器及其采样方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种抽屉式便携坡面径流采样器及其采样方法，属于坡面径流采样【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，中国大多数地区对于坡面径流的采样主要采取手动的人工采样，工作条件较差，效率低下，并且误差较大，不能实现实时记录坡面径流的水量大小、速度快慢等信息。虽然目前国内外某些公司已经推出了部分水质采样器，但现有水质采样器不能满足坡面径流的采样要求，并且普遍存在笨重不易携带、制造成本高、采样模式单一和采样瓶内置而不方便提取与放置等缺点。大部分采样器采用蠕动泵连接旋转头进行给水，它们存在一些密封性问题和腐蚀性问题。另外，现有采集器只有采集部分，功能单一，不适合智能采样。
【发明内容】
[0003]为了克服现有水质采样器的弊端，本发明的目的在于提供一种方便携带、全自动、采样模式可根据实际流量大小自动调整的抽屉式便携坡面径流采样器及其采样方法，以达到节省人力、采集方便、实时监测的效果，保证水样采集的可靠性和准确性，便于正确判断水质状况。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案一是:一种抽屉式便携坡面径流采样器，由蓄水装置和采集装置组成，所述蓄水装置包括安装在支撑框架上的水槽和安装在水槽内的搅拌器，所述支撑框架上还安装有驱动水槽旋转倾倒的倾倒电机，所述水槽的进水口安装有流量传感器，所述水槽内还安装有水位传感器；所述采集装置包括箱座和位于箱座正上方的箱盖，所述箱盖内安装有电动丝杆导轨，所述电动丝杆导轨上安装有垂直交叉且滑动配合的分配管阀门组，所述箱座内设有内置多排采样瓶的抽屉，所述分配管阀门组的一排注水管口对准抽屉内的任一排采样瓶口 ；所述水槽的出水口经外置输水导管连接至蠕动泵的进口，所述蠕动泵的出口经内置输水导管连接至分配管阀门组的进口，所述流量传感器、水位传感器、倾倒电机、搅拌器的搅拌电机、电动丝杆导轨的驱动电机、分配管阀门组的电磁阀以及蠕动泵的驱动电机均电性连接至控制装置。
[0005]进一步的，所述倾倒电机、搅拌电机以及蠕动泵的驱动电机均配有由控制装置控制通断的动力源，所述动力源为电池或外接电源。
[0006]进一步的，所述控制装置是设置于控制箱内的单片机，所述控制箱设置于箱盖内。
[0007]进一步的，所述控制装置电性连接有输入输出接口、存储记忆卡、无线通讯�？�、开关调速�？�、电源�？橐约跋允灸？�。
[0008]进一步的，所述蠕动泵安装在箱盖上。
[0009]进一步的，所述箱盖与箱座上下可拆连接，所述支撑框架与箱座左右可拆连接。
[0010]进一步的，所述箱座上设有位于抽屉上方的导流板，所述导流板上分布有多个分别通向相应采样瓶的漏斗孔。[0011]进一步的，所述箱座底侧设有万向轮，所述箱座前侧设有抽拉杆。
[0012]进一步的，所述抽屉前后侧均设置有把手。
[0013]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案二是:一种坡面径流采样方法，采用如上所述的抽屉式便携坡面径流采样器，并按以下步骤进行:
(1)当坡面上的雨水流下来后，用一根引流导管引入水槽中，流量传感器检测出雨水流量，并发送流量信号给控制装置；
(2)当雨水进入水槽后，控制装置启动搅拌器，搅拌电机驱动叶轮，使得含有泥沙的雨水得到均匀搅拌，为后续蠕动泵抽取分布均匀的雨水做准备；
(3)当水槽中的水达到设定量时，控制装置启动蠕动泵，蠕动泵通过外置输水导管吸取水槽中的水，通过内置输水导管把采集来的水送入分配管阀门组，吸到装满一个采样瓶的水量后就停止吸水，启动倾倒电机，把剩余的雨水倒掉，避免剩余雨水影响下一个采样瓶的采样精度；
(4)控制装置通过电动丝杆导轨将分配管阀门组移动到第一排采样瓶口的上方，等待注水；控制装置依次一个一个地开启分配管阀门组的电磁阀，对各个采样瓶依次进行注水；待上一排注水结束后，电动丝杆导轨将分配管阀门组移动到下一排采样瓶口的上方，再次进行注水；以此类推，直至抽屉的所有采样瓶采集完毕后，将抽屉抽拉出来，将采样瓶全部取出，换上空采样瓶，继续采样。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下显著优点:该抽屉式便携坡面径流采样器通过流量传感器和水位传感器可实现雨水流量检测和水槽内水位检测的功能,通过搅拌器和倾倒电机可实现雨水中泥沙均匀分布和倾倒剩余积水的功能，通过由抽屉、箱座和箱盖组成的抽屉式便捷装置实现方便搬运、箱座分离便于采样瓶的取出与放置的功能，克服了人工采样的地域和时间限制，可移动到所需采样的地点进行全天候全自动采样，通用性强；并且达到节省人力、采集方便、获取水样方便、保证采集水样准确性的目的；整个设备结构紧凑，配合紧密，密封性好，有助于雨量检测和水土保持研究工作的进行。
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例的主视示意图。
[0017]图2为本发明实施例的立体示意图。
[0018]图3为蓄水装置的结构示意图。
[0019]图4为箱座组装后的结构示意图。
[0020]图5为箱盖组装后的结构示意图。
[0021]图中:1_水槽,2-支撑框架,3-外置输水导管,4-螺动泵,5-内置输水导管,6-箱盖,7-电动丝杆导轨，71-电动丝杆导轨的驱动电机，8-分配管阀门组，9-导流板，10-抽屉，101-把手，11-箱座，12-采样瓶，13-控制箱，14-叶轮。
【具体实施方式】
[0022]如图1飞所示，一种抽屉式便携坡面径流采样器，由蓄水装置和采集装置组成，所述蓄水装置包括安装在支撑框架2上的水槽I和安装在水槽I内的搅拌器，所述支撑框架2上还安装有驱动水槽I旋转倾倒的倾倒电机，所述水槽I的进水口安装有流量传感器，所述水槽I内还安装有水位传感器；所述采集装置包括箱座11和位于箱座11正上方的箱盖6，所述箱盖6内安装有电动丝杆导轨7，所述电动丝杆导轨7上安装有垂直交叉且滑动配合的分配管阀门组8，所述箱座11内设有内置多排采样瓶12的抽屉10，所述分配管阀门组8的一排注水管口对准抽屉10内的任一排采样瓶12 口 ；所述水槽I的出水口经外置输水导管3连接至蠕动泵4的进口，所述蠕动泵4的出口经内置输水导管5连接至分配管阀门组8的进口，所述流量传感器、水位传感器、倾倒电机、搅拌器的搅拌电机、电动丝杆导轨7的驱动电机71、分配管阀门组8的电磁阀以及蠕动泵4的驱动电机均电性连接至控制装置。
[0023]在本实施例中，为了防止生锈与腐蚀，所述支撑框架2采用不锈钢等材料制成。为了防止进水，所述蠕动泵4的驱动电机外部密封，所述蠕动泵4通过螺丝固定安装在箱盖6上，需要时可以拆卸。所述水槽I呈半圆柱形，所述搅拌器是由搅拌电机和叶轮14组成。以收集24瓶水为例，所述抽屉10内以4X6阵列方式放置24个采样瓶12，六排四列的长方形，可使设备结构紧凑，便于携带。所述分配管阀门组8由螺母、分配管和电磁阀组成，所述分配管上部通过螺母与电动丝杆导轨7的丝杆组成了滚珠丝杠螺母副，所述分配管下部具有一排四个开口朝向的注水管，各个注水管分别配有独立控制的电磁阀，由控制装置分别控制其开启与关断以实现对不同采样瓶12的水样采集；其由电动丝杆导轨7驱动前后移动，可以精确地将阀门口移动到所需采样的采样瓶12上方，所述电动丝杆导轨7由驱动电机71、丝杆和两根对称导轨组成。
[0024]在本实施例中，所述倾倒电机、搅拌电机以及蠕动泵4的驱动电机均配有由控制装置控制通断的动力源，所述动力源为电池或外接电源，使用广泛，工作稳定，例如蓄电池等固定电池，蓄电池可在户外结合太阳能板使用。所述控制装置是设置于控制箱13内的单片机，当然还可以是PLC等控制器；所述单片机控制蠕动泵4以实现定时(或定量)采集，所述单片机在蠕动泵4抽水前控制电动丝杆导轨7将分配管阀门组8的各个注水管口精确送至相应的每个采样瓶12上方，然后开始抽水。所述控制箱13设置于箱盖6的中部，所述控制箱13用密封盖密封，内部可装有24V车载电池，并配有USB接口，用于接入其它可用的移动电源。
[0025]在本实施例中，所述控制装置电性连接有输入输出接口、存储记忆卡、无线通讯模块、开关调速�？�、电源�？橐约跋允灸？椋鏦iFi无线发射器、启停开关、调速旋钮、夕卜接电源插头、显示屏、程序输入端口，可以实现采样速度调节、外接电源、内置电池电量显示、工作模式显示和工作模式程序的更改。通过控制箱13就能实现对整套设备的实时记录，同时也可以根据需要决定是否要利用WiFi技术实现无线传输，或利用存储记忆卡来记录数据，用于采样瓶12全部采集结束后取出分析数据。
[0026]在本实施例中，为了方便检查箱盖6中主要设备，所述箱盖6与箱座11上下可拆连接，二者可以分离；所述支撑框架2与箱座11左右可拆连接，例如用螺丝结合和固定，需要时可以拆分使用。为了便于整个装置的移动与携带，所述箱座11底侧可设有万向轮，所述箱座11前侧可设有抽拉杆。为了防止水流溅出，所述箱座11上设有位于抽屉10上方的导流板9，所述导流板9可以拆分，所述导流板9上分布有多个分别通向相应采样瓶12的漏斗孔，有利于水流的导入，所述漏斗孔的具体个数可以根据实际需要设定。为了方便搬运，所述抽屉10前后侧均设置有把手101，通过前侧的把手101可以将抽屉10抽拉至完全与箱座11分离，后侧的把手101内置在抽屉10内壁上，需要用时直接掰起来即可用，既便于采样瓶12的取出与放置，也方便抽屉10的搬运。
[0027]如图1飞所示，一种坡面径流采样方法，采用如上所述的抽屉式便携坡面径流采样器，并按以下步骤进行:
(1)当山体等坡面上的雨水流下来后，用一根引流导管把雨水引入水槽I中，雨水在流入水槽I前先经过流量传感器的检测，流量传感器检测出雨水流量，并发送流量信号给控制装置，为后续控制装置自动启动哪种采样模式做准备；
(2)当雨水进入水槽I后，控制装置启动搅拌器，搅拌电机驱动叶轮14，使得含有泥沙的雨水得到均匀搅拌，为后续蠕动泵4抽取分布均匀的雨水做准备；
(3)当水槽I中的水达到设定量(由水位传感器检测)时，控制装置启动蠕动泵4，蠕动泵4通过外置输水导管3吸取水槽I中的水，通过内置输水导管5把采集来的水送入分配管阀门组8，吸到装满一个采样瓶12的水量后就停止吸水，启动倾倒电机，把剩余的雨水倒掉，避免剩余雨水影响下一个采样瓶12的采样精度；
(4)控制装置通过电动丝杆导轨7将分配管阀门组8移动到第一排采样瓶12口的上方，等待注水；控制装置依次一个一个地开启分配管阀门组8的电磁阀，对各个采样瓶12依次进行注水；待上一排注水结束后，电动丝杆导轨7将分配管阀门组8移动到下一排采样瓶12 口的上方，再次进行注水；以此类推，直至抽屉10的所有采样瓶12采集完毕后，可在不打开整个采样器的情况下将抽屉10抽拉出来，将采样瓶12全部取出，换上空采样瓶12，继续采样。
[0028]本发明可以实现智能自动选择采样模式，它利用流量传感器记录坡面径流的大�。远≡衲闹植裳Ｊ剑绨词辈裳�、按流量采样等采样模式；可以确定收集方式，是一次收集完一瓶，还是分多次收集完一瓶。
[0029]另外，本发明的采集装置底部可传感器等检测设备，用于实时检测一些所需的相关数据，并且可以将所记录到的数据实时记录保存在内置的记忆卡里，同时还可以通过无线通讯�？槭迪质凳蔽尴叽�。例如，可以在箱座11底部安装重力传感器，用于检测一瓶水样含有的质量，此质量可用于后面计算出此瓶水中含有的泥沙量，替代目前必须拿回实验室用天平等仪器来检测重量的步骤，方便了计算雨水中泥沙的含量。
[0030]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种抽屉式便携坡面径流采样器，由蓄水装置和采集装置组成，其特征在于:所述蓄水装置包括安装在支撑框架上的水槽和安装在水槽内的搅拌器，所述支撑框架上还安装有驱动水槽旋转倾倒的倾倒电机，所述水槽的进水口安装有流量传感器，所述水槽内还安装有水位传感器；所述采集装置包括箱座和位于箱座正上方的箱盖，所述箱盖内安装有电动丝杆导轨，所述电动丝杆导轨上安装有垂直交叉且滑动配合的分配管阀门组，所述箱座内设有内置多排采样瓶的抽屉，所述分配管阀门组的一排注水管口对准抽屉内的任一排采样瓶口 ；所述水槽的出水口经外置输水导管连接至蠕动泵的进口，所述蠕动泵的出口经内置输水导管连接至分配管阀门组的进口，所述流量传感器、水位传感器、倾倒电机、搅拌器的搅拌电机、电动丝杆导轨的驱动电机、分配管阀门组的电磁阀以及蠕动泵的驱动电机均电性连接至控制装置。
2.根据权利要求1所述的抽屉式便携坡面径流采样器，其特征在于:所述倾倒电机、搅拌电机以及蠕动泵的驱动电机均配有由控制装置控制通断的动力源，所述动力源为电池或外接电源。
3.根据权利要求1所述的抽屉式便携坡面径流采样器，其特征在于:所述控制装置是设置于控制箱内的单片机，所述控制箱设置于箱盖内。
4.根据权利要求1或8所述的抽屉式便携坡面径流采样器，其特征在于:所述控制装置电性连接有输入输出接口、存储记忆卡、无线通讯模块、开关调速�？�、电源模块以及显示�？�。
5.根据权利要求1所述的抽屉式便携坡面径流采样器，其特征在于:所述蠕动泵安装在箱盖上。
6.根据权利要求1所述的抽屉式便携坡面径流采样器，其特征在于:所述箱盖与箱座上下可拆连接，所述支撑框架与箱座左右可拆连接。
7.根据权利要求1所述的抽屉式便携坡面径流采样器，其特征在于:所述箱座上设有位于抽屉上方的导流板，所述导流板上分布有多个分别通向相应采样瓶的漏斗孔。
8.根据权利要求1所述的抽屉式便携坡面径流采样器，其特征在于:所述箱座底侧设有万向轮，所述箱座前侧设有抽拉杆。
9.根据权利要求1所述的抽屉式便携坡面径流采样器，其特征在于:所述抽屉前后侧均设置有把手。
10.一种坡面径流采样方法，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的抽屉式便携坡面径流采样器，并按以下步骤进行: (1)当坡面上的雨水流下来后，用一根引流导管引入水槽中，流量传感器检测出雨水流量，并发送流量信号给控制装置； (2)当雨水进入水槽后，控制装置启动搅拌器，搅拌电机驱动叶轮，使得含有泥沙的雨水得到均匀搅拌，为后续蠕动泵抽取分布均匀的雨水做准备； (3)当水槽中的水达 到设定量时，控制装置启动蠕动泵，蠕动泵通过外置输水导管吸取水槽中的水，通过内置输水导管把采集来的水送入分配管阀门组，吸到装满一个采样瓶的水量后就停止吸水，启动倾倒电机，把剩余的雨水倒掉，避免剩余雨水影响下一个采样瓶的采样精度； (4)控制装置通过电动丝杆导轨将分配管阀门组移动到第一排采样瓶口的上方，等待注水；控制装置依次一个一个地开启分配管阀门组的电磁阀，对各个采样瓶依次进行注水；待上一排注水结束后，电动丝杆导轨将分配管阀门组移动到下一排采样瓶口的上方，再次进行注水；以此类推，直至抽屉的所有采样瓶采集完毕后，将抽屉抽拉出来，将采样瓶全部取出，换上空 采样瓶，继续采样。
【文档编号】G01N1/14GK103983479SQ201410237262
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】叶大鹏, 徐新生, 方兵, 林金石, 林康, 张忠建, 许超迪 申请人:福建农林大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
