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一種抽屜式便攜坡面徑流采樣器及其采樣方法
【專利摘要】本發明涉及一種抽屜式便攜坡面徑流采樣器及其采樣方法，該采樣器由蓄水裝置和采集裝置組成，所述蓄水裝置包括水槽和攪拌器，所述水槽進水口安裝有流量傳感器；所述采集裝置包括箱座和箱蓋，所述箱蓋內的電動絲桿導軌上安裝有滑動配合的分配管閥門組，所述箱座內設有內置多排采樣瓶的抽屜，所述分配管閥門組的一排注水管口對準抽屜內的任一排采樣瓶口；所述水槽經導管連接至蠕動泵，所述蠕動泵經導管連接至分配管閥門組，所述流量傳感器、攪拌器的攪拌電機、電動絲桿導軌的驅動電機、分配管閥門組以及蠕動泵的驅動電機均電性連接至控制裝置。本發明達到節省人力、采集方便、實時監測的效果，保證水樣采集的可靠性和準確性，便于正確判斷水質狀況。
【專利說明】一種抽屜式便攜坡面徑流采樣器及其采樣方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種抽屜式便攜坡面徑流采樣器及其采樣方法，屬于坡面徑流采樣【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，中國大多數地區對于坡面徑流的采樣主要采取手動的人工采樣，工作條件較差，效率低下，并且誤差較大，不能實現實時記錄坡面徑流的水量大小、速度快慢等信息。雖然目前國內外某些公司已經推出了部分水質采樣器，但現有水質采樣器不能滿足坡面徑流的采樣要求，并且普遍存在笨重不易攜帶、制造成本高、采樣模式單一和采樣瓶內置而不方便提取與放置等缺點。大部分采樣器采用蠕動泵連接旋轉頭進行給水，它們存在一些密封性問題和腐蝕性問題。另外，現有采集器只有采集部分，功能單一，不適合智能采樣。

【發明內容】

[0003]為了克服現有水質采樣器的弊端，本發明的目的在于提供一種方便攜帶、全自動、采樣模式可根據實際流量大小自動調整的抽屜式便攜坡面徑流采樣器及其采樣方法，以達到節省人力、采集方便、實時監測的效果，保證水樣采集的可靠性和準確性，便于正確判斷水質狀況。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案一是:一種抽屜式便攜坡面徑流采樣器，由蓄水裝置和采集裝置組成，所述蓄水裝置包括安裝在支撐框架上的水槽和安裝在水槽內的攪拌器，所述支撐框架上還安裝有驅動水槽旋轉傾倒的傾倒電機，所述水槽的進水口安裝有流量傳感器，所述水槽內還安裝有水位傳感器；所述采集裝置包括箱座和位于箱座正上方的箱蓋，所述箱蓋內安裝有電動絲桿導軌，所述電動絲桿導軌上安裝有垂直交叉且滑動配合的分配管閥門組，所述箱座內設有內置多排采樣瓶的抽屜，所述分配管閥門組的一排注水管口對準抽屜內的任一排采樣瓶口 ；所述水槽的出水口經外置輸水導管連接至蠕動泵的進口，所述蠕動泵的出口經內置輸水導管連接至分配管閥門組的進口，所述流量傳感器、水位傳感器、傾倒電機、攪拌器的攪拌電機、電動絲桿導軌的驅動電機、分配管閥門組的電磁閥以及蠕動泵的驅動電機均電性連接至控制裝置。
[0005]進一步的，所述傾倒電機、攪拌電機以及蠕動泵的驅動電機均配有由控制裝置控制通斷的動力源，所述動力源為電池或外接電源。
[0006]進一步的，所述控制裝置是設置于控制箱內的單片機，所述控制箱設置于箱蓋內。
[0007]進一步的，所述控制裝置電性連接有輸入輸出接口、存儲記憶卡、無線通訊模塊、開關調速模塊、電源模塊以及顯示模塊。
[0008]進一步的，所述蠕動泵安裝在箱蓋上。
[0009]進一步的，所述箱蓋與箱座上下可拆連接，所述支撐框架與箱座左右可拆連接。
[0010]進一步的，所述箱座上設有位于抽屜上方的導流板，所述導流板上分布有多個分別通向相應采樣瓶的漏斗孔。[0011]進一步的，所述箱座底側設有萬向輪，所述箱座前側設有抽拉桿。
[0012]進一步的，所述抽屜前后側均設置有把手。
[0013]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案二是:一種坡面徑流采樣方法，采用如上所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，并按以下步驟進行:
(1)當坡面上的雨水流下來后，用一根引流導管引入水槽中，流量傳感器檢測出雨水流量，并發送流量信號給控制裝置；
(2)當雨水進入水槽后，控制裝置啟動攪拌器，攪拌電機驅動葉輪，使得含有泥沙的雨水得到均勻攪拌，為后續蠕動泵抽取分布均勻的雨水做準備；
(3)當水槽中的水達到設定量時，控制裝置啟動蠕動泵，蠕動泵通過外置輸水導管吸取水槽中的水，通過內置輸水導管把采集來的水送入分配管閥門組，吸到裝滿一個采樣瓶的水量后就停止吸水，啟動傾倒電機，把剩余的雨水倒掉，避免剩余雨水影響下一個采樣瓶的采樣精度；
(4)控制裝置通過電動絲桿導軌將分配管閥門組移動到第一排采樣瓶口的上方，等待注水；控制裝置依次一個一個地開啟分配管閥門組的電磁閥，對各個采樣瓶依次進行注水；待上一排注水結束后，電動絲桿導軌將分配管閥門組移動到下一排采樣瓶口的上方，再次進行注水；以此類推，直至抽屜的所有采樣瓶采集完畢后，將抽屜抽拉出來，將采樣瓶全部取出，換上空采樣瓶，繼續采樣。
[0014]與現有技術相比，本發明具有以下顯著優點:該抽屜式便攜坡面徑流采樣器通過流量傳感器和水位傳感器可實現雨水流量檢測和水槽內水位檢測的功能,通過攪拌器和傾倒電機可實現雨水中泥沙均勻分布和傾倒剩余積水的功能，通過由抽屜、箱座和箱蓋組成的抽屜式便捷裝置實現方便搬運、箱座分離便于采樣瓶的取出與放置的功能，克服了人工采樣的地域和時間限制，可移動到所需采樣的地點進行全天候全自動采樣，通用性強；并且達到節省人力、采集方便、獲取水樣方便、保證采集水樣準確性的目的；整個設備結構緊湊，配合緊密，密封性好，有助于雨量檢測和水土保持研究工作的進行。
[0015]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明實施例的主視示意圖。
[0017]圖2為本發明實施例的立體示意圖。
[0018]圖3為蓄水裝置的結構示意圖。
[0019]圖4為箱座組裝后的結構示意圖。
[0020]圖5為箱蓋組裝后的結構示意圖。
[0021]圖中:1_水槽,2-支撐框架,3-外置輸水導管,4-螺動泵,5-內置輸水導管,6-箱蓋,7-電動絲桿導軌，71-電動絲桿導軌的驅動電機，8-分配管閥門組，9-導流板，10-抽屜，101-把手，11-箱座，12-采樣瓶，13-控制箱，14-葉輪。
【具體實施方式】
[0022]如圖1飛所示，一種抽屜式便攜坡面徑流采樣器，由蓄水裝置和采集裝置組成，所述蓄水裝置包括安裝在支撐框架2上的水槽I和安裝在水槽I內的攪拌器，所述支撐框架2上還安裝有驅動水槽I旋轉傾倒的傾倒電機，所述水槽I的進水口安裝有流量傳感器，所述水槽I內還安裝有水位傳感器；所述采集裝置包括箱座11和位于箱座11正上方的箱蓋6，所述箱蓋6內安裝有電動絲桿導軌7，所述電動絲桿導軌7上安裝有垂直交叉且滑動配合的分配管閥門組8，所述箱座11內設有內置多排采樣瓶12的抽屜10，所述分配管閥門組8的一排注水管口對準抽屜10內的任一排采樣瓶12 口 ；所述水槽I的出水口經外置輸水導管3連接至蠕動泵4的進口，所述蠕動泵4的出口經內置輸水導管5連接至分配管閥門組8的進口，所述流量傳感器、水位傳感器、傾倒電機、攪拌器的攪拌電機、電動絲桿導軌7的驅動電機71、分配管閥門組8的電磁閥以及蠕動泵4的驅動電機均電性連接至控制裝置。
[0023]在本實施例中，為了防止生銹與腐蝕，所述支撐框架2采用不銹鋼等材料制成。為了防止進水，所述蠕動泵4的驅動電機外部密封，所述蠕動泵4通過螺絲固定安裝在箱蓋6上，需要時可以拆卸。所述水槽I呈半圓柱形，所述攪拌器是由攪拌電機和葉輪14組成。以收集24瓶水為例，所述抽屜10內以4X6陣列方式放置24個采樣瓶12，六排四列的長方形，可使設備結構緊湊，便于攜帶。所述分配管閥門組8由螺母、分配管和電磁閥組成，所述分配管上部通過螺母與電動絲桿導軌7的絲桿組成了滾珠絲杠螺母副，所述分配管下部具有一排四個開口朝向的注水管，各個注水管分別配有獨立控制的電磁閥，由控制裝置分別控制其開啟與關斷以實現對不同采樣瓶12的水樣采集；其由電動絲桿導軌7驅動前后移動，可以精確地將閥門口移動到所需采樣的采樣瓶12上方，所述電動絲桿導軌7由驅動電機71、絲桿和兩根對稱導軌組成。
[0024]在本實施例中，所述傾倒電機、攪拌電機以及蠕動泵4的驅動電機均配有由控制裝置控制通斷的動力源，所述動力源為電池或外接電源，使用廣泛，工作穩定，例如蓄電池等固定電池，蓄電池可在戶外結合太陽能板使用。所述控制裝置是設置于控制箱13內的單片機，當然還可以是PLC等控制器；所述單片機控制蠕動泵4以實現定時(或定量)采集，所述單片機在蠕動泵4抽水前控制電動絲桿導軌7將分配管閥門組8的各個注水管口精確送至相應的每個采樣瓶12上方，然后開始抽水。所述控制箱13設置于箱蓋6的中部，所述控制箱13用密封蓋密封，內部可裝有24V車載電池，并配有USB接口，用于接入其它可用的移動電源。
[0025]在本實施例中，所述控制裝置電性連接有輸入輸出接口、存儲記憶卡、無線通訊模塊、開關調速模塊、電源模塊以及顯示模塊，例如WiFi無線發射器、啟停開關、調速旋鈕、夕卜接電源插頭、顯示屏、程序輸入端口，可以實現采樣速度調節、外接電源、內置電池電量顯示、工作模式顯示和工作模式程序的更改。通過控制箱13就能實現對整套設備的實時記錄，同時也可以根據需要決定是否要利用WiFi技術實現無線傳輸，或利用存儲記憶卡來記錄數據，用于采樣瓶12全部采集結束后取出分析數據。
[0026]在本實施例中，為了方便檢查箱蓋6中主要設備，所述箱蓋6與箱座11上下可拆連接，二者可以分離；所述支撐框架2與箱座11左右可拆連接，例如用螺絲結合和固定，需要時可以拆分使用。為了便于整個裝置的移動與攜帶，所述箱座11底側可設有萬向輪，所述箱座11前側可設有抽拉桿。為了防止水流濺出，所述箱座11上設有位于抽屜10上方的導流板9，所述導流板9可以拆分，所述導流板9上分布有多個分別通向相應采樣瓶12的漏斗孔，有利于水流的導入，所述漏斗孔的具體個數可以根據實際需要設定。為了方便搬運，所述抽屜10前后側均設置有把手101，通過前側的把手101可以將抽屜10抽拉至完全與箱座11分離，后側的把手101內置在抽屜10內壁上，需要用時直接掰起來即可用，既便于采樣瓶12的取出與放置，也方便抽屜10的搬運。
[0027]如圖1飛所示，一種坡面徑流采樣方法，采用如上所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，并按以下步驟進行:
(1)當山體等坡面上的雨水流下來后，用一根引流導管把雨水引入水槽I中，雨水在流入水槽I前先經過流量傳感器的檢測，流量傳感器檢測出雨水流量，并發送流量信號給控制裝置，為后續控制裝置自動啟動哪種采樣模式做準備；
(2)當雨水進入水槽I后，控制裝置啟動攪拌器，攪拌電機驅動葉輪14，使得含有泥沙的雨水得到均勻攪拌，為后續蠕動泵4抽取分布均勻的雨水做準備；
(3)當水槽I中的水達到設定量(由水位傳感器檢測)時，控制裝置啟動蠕動泵4，蠕動泵4通過外置輸水導管3吸取水槽I中的水，通過內置輸水導管5把采集來的水送入分配管閥門組8，吸到裝滿一個采樣瓶12的水量后就停止吸水，啟動傾倒電機，把剩余的雨水倒掉，避免剩余雨水影響下一個采樣瓶12的采樣精度；
(4)控制裝置通過電動絲桿導軌7將分配管閥門組8移動到第一排采樣瓶12口的上方，等待注水；控制裝置依次一個一個地開啟分配管閥門組8的電磁閥，對各個采樣瓶12依次進行注水；待上一排注水結束后，電動絲桿導軌7將分配管閥門組8移動到下一排采樣瓶12 口的上方，再次進行注水；以此類推，直至抽屜10的所有采樣瓶12采集完畢后，可在不打開整個采樣器的情況下將抽屜10抽拉出來，將采樣瓶12全部取出，換上空采樣瓶12，繼續采樣。
[0028]本發明可以實現智能自動選擇采樣模式，它利用流量傳感器記錄坡面徑流的大小，自動選擇哪種采樣模式，例如按時采樣、按流量采樣等采樣模式；可以確定收集方式，是一次收集完一瓶，還是分多次收集完一瓶。
[0029]另外，本發明的采集裝置底部可傳感器等檢測設備，用于實時檢測一些所需的相關數據，并且可以將所記錄到的數據實時記錄保存在內置的記憶卡里，同時還可以通過無線通訊模塊實現實時無線傳輸。例如，可以在箱座11底部安裝重力傳感器，用于檢測一瓶水樣含有的質量，此質量可用于后面計算出此瓶水中含有的泥沙量，替代目前必須拿回實驗室用天平等儀器來檢測重量的步驟，方便了計算雨水中泥沙的含量。
[0030]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種抽屜式便攜坡面徑流采樣器，由蓄水裝置和采集裝置組成，其特征在于:所述蓄水裝置包括安裝在支撐框架上的水槽和安裝在水槽內的攪拌器，所述支撐框架上還安裝有驅動水槽旋轉傾倒的傾倒電機，所述水槽的進水口安裝有流量傳感器，所述水槽內還安裝有水位傳感器；所述采集裝置包括箱座和位于箱座正上方的箱蓋，所述箱蓋內安裝有電動絲桿導軌，所述電動絲桿導軌上安裝有垂直交叉且滑動配合的分配管閥門組，所述箱座內設有內置多排采樣瓶的抽屜，所述分配管閥門組的一排注水管口對準抽屜內的任一排采樣瓶口 ；所述水槽的出水口經外置輸水導管連接至蠕動泵的進口，所述蠕動泵的出口經內置輸水導管連接至分配管閥門組的進口，所述流量傳感器、水位傳感器、傾倒電機、攪拌器的攪拌電機、電動絲桿導軌的驅動電機、分配管閥門組的電磁閥以及蠕動泵的驅動電機均電性連接至控制裝置。
2.根據權利要求1所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，其特征在于:所述傾倒電機、攪拌電機以及蠕動泵的驅動電機均配有由控制裝置控制通斷的動力源，所述動力源為電池或外接電源。
3.根據權利要求1所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，其特征在于:所述控制裝置是設置于控制箱內的單片機，所述控制箱設置于箱蓋內。
4.根據權利要求1或8所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，其特征在于:所述控制裝置電性連接有輸入輸出接口、存儲記憶卡、無線通訊模塊、開關調速模塊、電源模塊以及顯示模塊。
5.根據權利要求1所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，其特征在于:所述蠕動泵安裝在箱蓋上。
6.根據權利要求1所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，其特征在于:所述箱蓋與箱座上下可拆連接，所述支撐框架與箱座左右可拆連接。
7.根據權利要求1所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，其特征在于:所述箱座上設有位于抽屜上方的導流板，所述導流板上分布有多個分別通向相應采樣瓶的漏斗孔。
8.根據權利要求1所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，其特征在于:所述箱座底側設有萬向輪，所述箱座前側設有抽拉桿。
9.根據權利要求1所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，其特征在于:所述抽屜前后側均設置有把手。
10.一種坡面徑流采樣方法，其特征在于，采用如權利要求1至9任一項所述的抽屜式便攜坡面徑流采樣器，并按以下步驟進行: (1)當坡面上的雨水流下來后，用一根引流導管引入水槽中，流量傳感器檢測出雨水流量，并發送流量信號給控制裝置； (2)當雨水進入水槽后，控制裝置啟動攪拌器，攪拌電機驅動葉輪，使得含有泥沙的雨水得到均勻攪拌，為后續蠕動泵抽取分布均勻的雨水做準備； (3)當水槽中的水達 到設定量時，控制裝置啟動蠕動泵，蠕動泵通過外置輸水導管吸取水槽中的水，通過內置輸水導管把采集來的水送入分配管閥門組，吸到裝滿一個采樣瓶的水量后就停止吸水，啟動傾倒電機，把剩余的雨水倒掉，避免剩余雨水影響下一個采樣瓶的采樣精度； (4)控制裝置通過電動絲桿導軌將分配管閥門組移動到第一排采樣瓶口的上方，等待注水；控制裝置依次一個一個地開啟分配管閥門組的電磁閥，對各個采樣瓶依次進行注水；待上一排注水結束后，電動絲桿導軌將分配管閥門組移動到下一排采樣瓶口的上方，再次進行注水；以此類推，直至抽屜的所有采樣瓶采集完畢后，將抽屜抽拉出來，將采樣瓶全部取出，換上空 采樣瓶，繼續采樣。
【文檔編號】G01N1/14GK103983479SQ201410237262
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】葉大鵬, 徐新生, 方兵, 林金石, 林康, 張忠建, 許超迪 申請人:福建農林大學