岩溶区野外基于无人机远程水样采集装置

摘要

本发明公开了一种岩溶区野外基于无人机远程水样采集装置，包括无人机以及通过绳索与无人机连接的取样筒，所述取样筒包括底端封闭、顶端不完全封闭的筒体，其中，筒体底端封闭部分为底板，筒体顶端的封闭部分为固接于筒体上的盖板，未封闭部分为开口，在筒体顶端未封闭部分的内壁上沿周向设置有挡块；在底板上开设有进水口、单向阀和实现单向阀与进水口之间液体密封的密封装置，在盖板上开设有溢出孔，盖板的下表面上设置有半开单向阀和使所述半开单向阀闭合的闭合装置。本发明所述装置能够实现取样筒的自动封闭，有效减少甚至避免了水样在飞行中的泼洒丢失，即便遇到障碍也可以很好的避免取样筒内水样的泼洒损失。

说明书

技术领域

本发明涉及水样采集装置，具体涉及一种岩溶区野外基于无人机远程水样采集装置。

背景技术

岩溶区受地质条件复杂影响交通差异大，在岩溶区开展野外地质调查工作受复杂的交通影响较大，往往近在眼前的取样点，却需要翻山越岭或过河跨桥才能到达直线距离仅几百米的取样点获取水样，不仅采样人员的劳动强度增大，也大大降低了工作效率。部分取样地点还需砍树开路，更是增加了野外作业安全风险。

为克服上述困难同时提高岩溶区交通不便地点水样采样工作效率，研究基于无人机远程水样采集系统及装置就显得尤为重要。公告号为CN211292116U的实用新型专利，公开了一种便于远程采集水样设备,包括用于远程飞行无人机、设于无人机下侧的连接支架、设于连接支架上的收放驱动组、一端连接于收放驱动组动力输出端上的连接绳索、上端与连接绳索另一端相连接的水样采集装置，及设于水样采集装置下侧的配重块。该申请通过连接支架将收放驱动组连接于无人机下侧，且通过连接绳索将设有配重块的水样采集装置连接在一起，当操控无人机实现远程飞行且飞至水样采集目的地时，则可通过下降无人机，随之再通过收放驱动组转动松放连接绳索，以使下放具有配重块的水样采集装置垂直入潜水下取水，从而完成水样采集工作且再飞离取样水面，不仅大幅度降低采样员的劳动强度，也提高了采样效率。但是，该申请所述技术方案中水样采集装置需要完全没入水中才能进行取样，即便取水杯体采用透明塑料制作，也难以分辨水样是否充满杯体；而且水样采集装置的进水孔无法自动封闭，在采样完成后返程过程中如遇到障碍则有可能无法获得水样或无法获得足量的水样。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够使采集水样的部件的进水口自动封闭的岩溶区野外基于无人机远程水样采集装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

岩溶区野外基于无人机远程水样采集装置，包括无人机以及通过绳索与无人机连接的取样筒，其中：

所述取样筒包括底端封闭、顶端不完全封闭的筒体，其中，筒体底端封闭部分为底板，筒体顶端的封闭部分为固接于筒体上的盖板，未封闭部分为开口，在筒体顶端未封闭部分的内壁上沿周向设置有挡块；

所述底板上开设有进水口，在底板上还设置有单向阀和实现单向阀与进水口之间液体密封的密封装置，所述单向阀由固定于底板上的第一转轴及铰装于所述第一转轴上的第一阀板和第二阀板构成；所述的密封装置包括开设于进水口外周的环形凹槽以及设置于所述环形凹槽内的密封圈，其中第一阀板和第二阀板在呈180°展开时它们的边缘挤压于所述的密封圈上；

所述盖板上开设有溢出孔，盖板的下表面上设置有半开单向阀和使所述半开单向阀闭合的闭合装置，其中，半开单向阀由固定于盖板下表面的第二转轴和铰装于所述第二转轴上的第三阀板构成；所述闭合装置包括连接绳、固定于第三阀板上表面的第一连接环、固定于盖板下表面的第三转轴和铰装于所述第三转轴上的V型支架，其中V型支架的两个端头分别固定有浮球和第二连接环，所述固定浮球的一端邻近于第三阀板，在浮球受筒体内水的浮力作用而上升的过程中能够与第三阀板的下表面相接触；所述连接绳的一端固定于第一连接环上，另一端穿过盖板上的溢出孔固定于第二连接环上。

进一步的，在无人机上还设有摄像头。

更进一步的，所述取样筒还包括用于支撑筒体的支架。

上述技术方案中，所述筒体的形状可根据需要设计，优选设计成截面呈倒梯形结构或矩形结构。

上述技术方案中，所述第一阀板、第二阀板和第三阀板的制作材料优选为金属或塑料，更优选为不锈钢。

更进一步的，在第一阀板和第二阀板的上表面固定有一大小能够覆盖于所述第一阀板和第二阀板上的塑料薄膜。

与现有技术相比，本发明采用特殊结构设计的取样筒，当取样筒下端口进入水面，受浮力作用，单向阀打开，同时筒体上端的半开单向阀受重力影响保持开口状态，此时水自动进入取样筒实现水的自动采集；随着水体不断进入到取样筒，筒体内水面逐渐升高，当水面接触到V型支架端头处的浮球时，浮球受浮力作用上浮带动V型支架旋转，进而带动V型支架另一端的牵引绳，牵引绳拉动第三阀板向上限运动直至被挡块限位，由此实现顶部半开单向阀的闭合(即实现顶部未封闭部分的闭合)；上端半开单向阀闭合后，筒内气体将从盖板上的溢出孔慢慢溢出，当取样筒全部浸入水体后，盖板上溢出孔内溢出气泡逐渐消失，此时控制无人机提升取样筒，与此同时筒体内水体受重力作用使取样筒下端的单向阀闭合，由此，取样筒实现了自动封闭，有效减少甚至避免了水样在飞行中的泼洒丢失，即便遇到障碍也可以很好的避免取样筒内水样的泼洒损失。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的结构示意图。

图2为图1所示实施方式中取样筒的结构示意图。

图中标号为：

1取样筒，2无人机，3摄像头，4绳索，5支撑架，6密封圈，7第一阀板，8第一转轴，9筒体，10挡块，11第三阀板，12第一连接环，13第二转轴，14连接绳，15溢出孔，16盖板，17第三转轴，18V型支架，19第二连接环，20浮球，21第二阀板，22底板，23进水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容。

如图1和图2所示，本发明所述的岩溶区野外基于无人机远程水样采集装置，包括无人机2以及通过绳索4与无人机2连接的取样筒1，其中：

在无人机2上还设有摄像头3，通过摄像头3观察取样筒1进入水样采集点并进行相应的飞行高度控制，待取样筒1脱离采样点水体，即控制无人机2返程。

所述取样筒1包括底端封闭、顶端不完全封闭的筒体9以及用于支撑所述筒体9的支撑架5，其中，筒体9底端封闭部分为底板22，筒体9顶端的封闭部分为固接于筒体9上的盖板16，未封闭部分为开口，在筒体9顶端未封闭部分的内壁上沿周向设置有挡块10。所述筒体9和支撑架5可以采用金属或塑料材质制作，筒体9的形状可根据需要设计，优选设计成截面呈倒梯形结构或矩形结构，在图1所示的实施方式中筒体9的形状为截面呈倒梯形的结构。

通过在底板22上开设通孔形成进水口23，在底板22上还设置有单向阀和实现单向阀与进水口23之间能够实现液体密封的密封装置，所述单向阀由固定于底板22上的第一转轴8及铰装于所述第一转轴8上的第一阀板7和第二阀板21构成；所述的密封装置包括开设于进水口23外周的环形凹槽以及设置于所述环形凹槽内的密封圈6，其中第一阀板7和第二阀板21在呈180°展开时它们的边缘挤压于所述的密封圈6上。

所述盖板16上开设有溢出孔15，盖板16的下表面上设置有半开单向阀和使所述半开单向阀闭合的闭合装置，其中，半开单向阀由固定于盖板16下表面的第二转轴13和铰装于所述第二转轴13上的第三阀板11构成；所述闭合装置包括连接绳14、固定于第三阀板11上表面的第一连接环12、固定于盖板16下表面的第三转轴17和铰装于所述第三转轴17上的V型支架18，其中V型支架18的两个端头分别固定有浮球20和第二连接环19，所述固定浮球20的一端邻近于第三阀板11，在浮球20受筒体9内水的浮力作用而上升的过程中能够与第三阀板11的下表面相接触；所述连接绳14的一端固定于第一连接环12上，另一端穿过盖板16上的溢出孔15固定于第二连接环19上。

所述第一阀板7、第二阀板21、第三阀板11、V型支架18、第一连接环12和第二连接环19的制作材料可以是金属或塑料，优选为不锈钢。

为了进一步提高筒体9底部的液体密封性，还可以在第一阀板7和第二阀板21的上表面设置一大小能够覆盖于所述第一阀板7和第二阀板21上的塑料薄膜，具体可以通过胶粘等方式将塑料薄膜固定于在第一阀板7和第二阀板21的上表面。

本发明所述岩溶区野外基于无人机远程水样采集装置的工作原理：

当无人机2飞行至水样采集目的地时，下降无人机2使取样筒1慢慢靠近取样水面，当取样筒1下端口进入水面，受浮力作用，单向阀打开，同时筒体9上端的半开单向阀受重力影响保持开口状态，此时水自动进入取样筒1实现水的自动采集；随着水体不断进入到取样筒1，筒体9内水面逐渐升高，当水面接触到V型支架18端头处的浮球20时，浮球20受浮力作用上浮带动V型支架18旋转，进而带动V型支架18另一端的牵引绳，牵引绳拉动第三阀板11向上限运动直至被挡块10限位，由此实现顶部半开单向阀的闭合(即实现顶部未封闭部分的闭合)。如此在采样完成后返程过程中即便遇到障碍也可以很好的避免取样筒1内水样的损失。上端半开单向阀闭合后，筒内气体将从盖板16上的溢出孔15慢慢溢出，当取样筒1全部浸入水体后，盖板16上溢出孔15内溢出气泡逐渐消失，此时控制无人机2提升取样筒1，与此同时筒体9内水体受重力作用使取样筒1下端的单向阀闭合，由此，取样筒1实现了自动封闭，有效减少甚至避免了水样在飞行中的泼洒丢失，即便遇到障碍也可以很好的避免取样筒1内水样的泼洒损失。整个采样过程中通过安装于无人机2上的摄像头3观察取样筒1进入水样采集点并进行相应的飞行高度控制，待取样筒1脱离采样点水体，即可控制无人机2返程，直至降落至出发点，完成远程采样工作。