本发明专利技术公开了一种用于海洋和河口海岸环境的自动连续分层原位采水器，具有无线通讯，水深测量等功能，可以根据设置条件自动和自主采集不同水层的原位水样。该采水器主要包括水深测量单元、采水单元、水样分配和存储单元、密封抗压箱体四个部分，所述安装板的底部固定连接有第一步进电机，所述第一步进电机的输出端固定连接有固定杆，所述固定杆的底部固定连接有取水管，所述密封抗压箱体的内壁上设有与取水管对应的进水孔；所述密封抗压箱体靠近进水孔一端的内壁上固定连接有第一隔板，所述第一隔板的顶部固定连接有取水水泵、三通阀、第二步进电机、电池、驱动电路和显示屏，所述第二步进电机的输出端贯穿第一隔板的顶部并固定套接有第一齿轮。接有第一齿轮。接有第一齿轮。
【技术实现步骤摘要】
一种用于海洋和河口海岸环境的自动连续分层原位采水器
[0001]本专利技术是一种用于海洋和河口海岸环境的自动连续分层原位采水器，是一种适用于海洋、河口海岸和江河湖泊的现场原位水样采集设备，具有无线通讯，水深测量等功能，可以根据设置条件自动和自主采集不同水层的原位水样，可以广泛应用于近岸海域和河口海岸泥沙研究、生态环境质量现状监测等科学研究领域。
[0002]
技术介绍
及存在问题
[0003]泥沙输运在海洋和河口海岸演变中起着关键作用，而水体中悬沙量和泥沙粒度观测是泥沙研究的重要基础，是水利、环境、河口海岸与海洋相关研究领域最为基础的数据需求之一，连续、高质量的悬沙浓度(suspended sedimentconcentration,SSC)测量已成为当前开展河流、湖泊、河口和近海区域泥沙输运与沉积过程、水质和水生系统修复等研究以及涉水工程设计、管理的重要基础需求之一。
[0004]目前，悬沙含量的观测一般包括传统现场采集水样法、光学后向散射浊度计(Optical Backscatter Sensors，简称OBS)和超声波后向散射浊度计(Acousticbackscatter，简称ABS)。
[0005]传统现场采集水样法是利用人工直接在研究水域采集现场水样，带回实验室进行分析，得到含沙量结果。其优点是测量结果准确，可同时获得含沙量和悬沙粒径数据，缺点则是采样过程繁琐、费时费时、人工成本较高，且观测连续性不好，尤其是遇到恶劣海况时无法进行现场测量。
[0006]光学后向散射浊度计(OBS)是一种光学测量仪器，通过接收红外辐射光的散射量监测悬浮物质，建立水体浊度与悬沙含量的相关关系，利用浊度值转换得到悬沙量。其优点是操作方法简单、低成本和高时频测量，缺点是OBS测量得到的是水体浊度值，需要通过率定才能得到真实的悬沙量数据，而率定过程受到悬沙粒径、盐度和悬沙浓度等因素的影响，特别是悬沙粒径的影响非常大，实验发现具有不同增益的OBS类传感器对1～500μm粒径泥沙的灵敏度变幅可达200倍，而在极端天气情况下，因泥沙特性变化导致的悬沙含量观测值误差可能高达70％，当浊度相同时，粒径增大2.3～13.1倍，含沙量计算结果会增大2.3～6.2倍；第二、OBS测量量程有限，当悬沙含量超过一定浓度时，光学信号急剧衰减而无法有效观测；第三、OBS无法测量悬沙粒径分布。
[0007]与光后向散射原理相似，基于超声波后向散射(Acoustic Backscatter，简称ABS)原理的悬沙浓度测量，主要通过超声换能器主动向水体发射声脉冲并接收水体中悬浮颗粒反射和散射脉冲声波的方式实现。其优点为可高时频、非接触式远端测量悬沙含量和粒径剖面，缺点是声学信号反演SSC和传感器率定作业过于复杂，使得声学传感器的应用存在一定局限性；同时，泥沙成分和密度的差异对声学测量SSC影响显著，简单假定为均一的石英矿物可导致明显的测量误差，且单频超声散射性能同样与声波波长和颗粒尺寸相关，超声后向散射强度的灵敏度亦受悬浮泥沙粒径影响，极端天气情况下因泥沙粒径变化剧烈导致的观测误差较大；与OBS类似，超声波后向散射(Acoustic Backscatter，简称ABS)方法同样具有量程有限的缺点。
[0008]上述分析表明：光学和声学观测手段虽然具有高时频、低成本的优点，但观测结果受悬沙粒径影响较大，因信号易受高浓度悬沙影响衰减而导致观测量程有限，光学观测方法不能获得悬沙粒径分布。而传统的现场采样方法除了采样过程繁琐、人工成本较高和观测连续性差之外，其观测精度远高于光学和声学观测方法，且可以同时获得悬沙量和粒径分布。目前国内具有长期(至少3天以上)、分层和自动采样功能的采水器极少，抑或是样品采集数量有限，一般不超过12个，抑或不具备自动分层采样功能，抑或不具备依据复杂环境智能判断是否采集水样的自主功能，而目前能够应用于潮滩复杂环境(水深较浅，时而淹没、时而露滩，海况复杂，浪大流急)的原位水样采集器几乎没有实际应用案例。
技术实现思路
[0009]本专利技术是一种用于海洋和河口海岸环境的自动连续分层原位采水器，充分吸收了传统现场观测方法的高精度性和数据完备性(经实验室分析可同时获取悬沙含量和粒径分布)，以及光学和声学观测方法的高时频、连续性优势，可以全天候、全天时自动采样，大幅减少人工观测成本，是一种适用于海洋、河口海岸和江河湖泊的现场原位水样采集设备，具有无线通讯、水深测量等功能，可以广泛应用于近岸海域和河口海岸泥沙研究、生态环境质量现状监测等科学研究领域，尤其是在恶劣天气如台风寒潮期间、大风大浪天气条件下的自动化采样，获取恶劣海况条件下悬沙量和粒度的逐时变化过程，使得恶劣天气下的原位水沙观测成为可能，弥补目前泥沙研究中原位水样连续观测的空白和光学声学设备观测的缺陷。同时，由于采用了优化的采样瓶和取水口分离的取水方式，采水器可以采集超浅水深，如3cm水深处的水样，这也是以往人工采样方式不可能做到的。
[0010]技术实施方案
[0011]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术实施方案：
[0012]一种用于海洋和河口海岸环境的自动连续分层原位采水器，包括水深测量单元、采水单元、水样分配和存储单元、密封抗压箱体四个部分，水深传感器和采水口均布置在固定杆上，所述安装板的底部固定连接有第一步进电机，所述第一步进电机的输出端固定取水管，所述密封抗压箱体的内壁上设有与取水管对应的进水孔，所述取水管靠近密封抗压箱体的一端螺纹连接有三通阀。
[0013]所述密封抗压箱体靠近进水孔一端的内壁上固定连接有第一隔板，所述第一隔板的顶部固定连接有水泵、三通阀、第二步进电机、电池、电路板和显示器，所述第二步进电机的输出端贯穿第一隔板的顶部并固定套接有第一齿轮，所述第一隔板的底部转动连接有旋转臂，所述旋转臂上固定套接有与第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述旋转臂的底部转动连接有第二隔板。
[0014]所述旋转臂的一侧通过固定架固定连接有伺服电机，所述伺服电机的输出端固定套接有凸轮，所述旋转臂与伺服电机的外壁通过伸缩杆连接，所述固定架的顶部固定连接有滑套，所述滑套内滑动插设有取水头，所述第二隔板上设有与取水头对应的多个通孔，所述密封抗压箱体的底部设有与通孔对应的多个采水瓶，所述取水管远离固定杆的一端贯穿进水孔和第一隔板并向下延伸，所述取水管延伸的一端与三通阀，所述三通阀的出水端与水泵的进水端相连通，所述水泵的出水端与取水头之间通过软管连通。
[0015]优选地，所述三通阀的的一端螺纹连接有流量计。
[0016]优选地，所述电池的输出端与电路板的输入端连接，所述电路板的输出端分别与水泵、第一步进电机、第二步进电机、伺服电机和显示器的输入端连接。
[0017]优选地，所述第一隔板、旋转臂和固定架上分别设有与软管对应的第一软管路径、第二软管路径和第三软管路径。
[0018]优选地，所述取水头的进水端固定插设有软管接头。
[0019]优选地，所述通孔靠近采水瓶的一侧固定插设有软管接口。
[0020]优选地本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于海洋和河口海岸环境的自动连续分层原位采水器，包括安装板(1)和密封抗压箱体(2)，其结构特征在于：所述安装板(1)的底部固定连接有第一步进电机(3)，所述第一步进电机(3)的输出端固定连接有固定杆(4)，所述固定杆(4)的底部固定连接有取水管(5)，所述密封抗压箱体(2)的内壁上设有与取水管(5)对应的进水孔(6)，所述取水管(5)靠近密封抗压箱体(2)的一端螺纹连接有三通阀(37)，所述密封抗压箱体(2)靠近三通阀(37)的一侧固定连接有水深传感器(36)；所述密封抗压箱体(2)靠近进水孔(6)一端的内壁上固定连接有第一隔板(7)，所述第一隔板(7)的顶部固定连接有取水水泵(8)、三通阀(9)、第二步进电机(10)、电池(11)、驱动电路(12)和显示屏(13)，所述第二步进电机(10)的输出端贯穿第一隔板(7)的顶部并固定套接有第一齿轮(14)，所述第一隔板(7)的底部转动连接有旋转臂(15)，所述旋转臂(15)上固定套接有与第一齿轮(14)相啮合的第二齿轮(16)，所述旋转臂(15)的底部转动连接有第二隔板(17)；所述旋转臂(15)的一侧通过固定架(18)滑动连接有伺服电机(19)，所述伺服电机(19)的输出端固定套接有凸轮(20)，所述旋转臂(15)与伺服电机(19)的外壁通过直流微型伸缩推杆(35)连接，所述固定架(18)的顶部固定连接有滑套(21)，所述滑套(21)内滑动插设有取水头(22)，所述第二隔板(17)上设有与取水头(22)对应的多个通孔(23)，所述密封抗压箱体(2)的底部设有与通孔(23)对应的多个采水瓶(24)，所述取水管(5)远离固定杆(4)的一端贯穿进水孔(6)和第一隔板(7)并向下延伸，所述取水管(5)延伸的一端与三通阀(9)，所述三通阀(9)的出水端与水泵(8)的进水端相连通，所述水泵(8)的出水端与取水头(22)之间通过软管(25)连通。2.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：任剑波，赵旭，吴春辉，
申请(专利权)人：浙江问水环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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