專利名稱：遙控多層采水裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種采水裝置，尤其涉及一種可一次進行多層采水的遙控多層采水裝置。
背景技術：
在海洋、港口水質調查和水文參數(shù)監(jiān)測中，通常先用采水器從海洋、港口水域中采集一定數(shù)量的水樣本，然后在船上或陸地的實驗室中采用一定的儀器設備進行分析，從而對海洋、港口的水質做出評價。
水文參數(shù)的監(jiān)測對于了解和研究航道淤積、河口變遷、各類海洋和港口的工程建設有重大意義。其中，主要的是要摸清水中懸浮泥沙的運動規(guī)律，也就是需要監(jiān)測江河(如深水港，深水航道)每層橫斷面的水中泥沙含量及泥沙遷移情況。水中泥沙含量按國內標準是采用六點法測量，即從水面到水底分六個層面測量。假定水的總深度為H，則采水器要放在被測水深的1H、0.8H、0.6H、0.4H、0.2H及水面0H進行采水及分析各層的含沙量，并且在江河水流橫斷面上需要布置幾條垂線進行同步測量，而每次每條垂線都需要測量六點。
目前國內外所使用的采水器械，多為將水平管狀采水器掛裝在鋼絲繩上并裝上為下一層采水動作需要的擊錘，各層采水器掛裝完并投放到要求水深后，投下?lián)翦N，關閉管狀采水器兩端的開口，逐層完成采水，起吊時須自表及深逐層解下各層采水器和擊錘，這種擊錘式關閉的采水器主要有以下缺點1.一層一層的裝掛、采水和解下采水器的操作消耗時間長、勞動強度大、工作效率低。因而六點采水的時間間隔大，數(shù)分鐘或更長(當水深很大時)，這就不能保證六點采水數(shù)據(jù)的同步性，從而導致最終分析結果有較大的誤差；2.采水器的深度通常用鋼絲繩的長度確定，水流引起的鋼絲繩傾斜是無法控制的，造成大的深度誤差；3.在水深和水流較大的情況下，由于擊錘下落過程中受到的阻力增大，往往沒有足夠的力量關閉水下采水器器口，從而采集不到水樣。
為解決這一問題，出現(xiàn)了電控組合采水器，一種是有線電控組合采水器，即不采用擊錘而是使用電磁釋放機構來關閉采水器的開口，因此在采水時除了掛采水器的鋼纜外，還同時投放控制電磁釋放結構的電纜。這種方法解決了上述的問題3，但是每個采水器都需配備一條電纜線，使用不方便，還常易發(fā)生鋼纜和電纜絞在一起的事故。因此在水文操作中，電纜和鋼纜共用的方式不受水利工作者的歡迎。
另一種方法是采用鎧裝電纜，即將電纜在鋼纜殼體內，將鋼纜和電纜合在一起，這就要解決鎧裝電纜中導線的連接點問題，應有特制的絞車，不僅成本高，而接點處長期可靠的電接觸也較難保證。
還有一種以掛采水器的鋼纜及水作為介質進行通訊的無線遙控的電控組合采水器，但是無線電波在水中特別是含有鹽份的水中衰減很大，因此控制距離很近，即使在含鹽量較少的水中也不超過水深15米，無法滿足水質測量的深度要求。
發(fā)明內容
本實用新型為解決上述技術問題而提供一種控制靈活、測量精確并提高采水效率、降低工作強度的遙控多層采水裝置。
本實用新型為解決上述技術問題而采用的技術方案是提供一種遙控多層采水裝置，其包括一通過鋼纜掛在船上絞車上可深入水體內的機架以及設于該機架內的多個采水器，所述多個采水器分別采用電磁閥控制開合，其特點是還包括水上控制器，設于船上合適位置，根據(jù)操作發(fā)出控制指令編碼，處理并顯示水下受控的信息及測量的信息；水上信號調制解調單元，與所述水上控制器連接，將所述指令編碼調制為超聲載波信號或編碼電信號輸出，同時/或者獲取來自水下的超聲載波信號或編碼電信號并解調輸出；水下信號調制解調單元，獲取來自水上的超聲載波信號或編碼電信號并解調輸出，同時/或者將來自水下的信息編碼調制為超聲載波信號或編碼電信號輸出；深度傳感器，設于所述機架內，測量水深；
水下控制器，設于所述機架內，與所述采水器的電磁閥、水下信號調制解調單元以及所述深度傳感器連接；所述水下控制器獲取水深信息并傳輸給水上控制器，控制所述電磁閥關閉對應的采水器。
所述的遙控多層采水裝置水上和水下間可以采用無線超聲通訊，因此還包括用于收發(fā)超聲信號的至少一個水上水聲換能器和至少一個水下水聲換能器。所述至少一個水上水聲換能器設于水面附近，與所述水上信號調制解調單元連接，發(fā)射攜帶所述指令編碼的超聲載波信號，并接收返回的超聲載波信號送至所述水上信號調制解調單元。所述至少一個水下水聲換能器設于所述機架內，與所述水下信號調制解調單元連接，接收攜帶所述指令編碼的超聲載波信號，并返回包含水深信息的超聲載波信號。
所述的遙控多層采水裝置較佳地包括布置成廣角水聲換能器陣的多個水上水聲換能器，以及多個布置成廣角水聲換能器陣的多個水下水聲換能器，以保證通訊的可靠性。
所述的遙控多層采水裝置水上和水下間也可采用現(xiàn)有的有線電纜，有線電纜可單獨設置，并與鋼纜一起深入水下，也可設于鋼纜內，組成鎧裝電纜，通過有線電纜傳輸編碼電信號實現(xiàn)水上信號與水下信號水下的通信。
所述的遙控多層采水裝置可采取自動采水和人工控制采水的方式在自動方式下，所述水下控制器根據(jù)獲取的水深信息，自動在多個預設深度分別控制所述多個電磁閥關閉采水器；在人工控制方式下，工作人員在所需的深度輸入操作指令，所述水上控制器根據(jù)人工操作發(fā)出指令編碼，所述水下控制器根據(jù)所述水上控制器的指令編碼，控制某一電磁閥關閉對應的采水器。
各采水器設有編號，以便在人工操作時能夠直接輸入編號進行關閉采水器操作。同時該遙控多層采水裝置較佳地能夠顯示哪些采水器已經關閉，因此該遙控多層采水裝置還包括設于各采水器口部的霍爾器件，與水下控制器連接，在某一采水器口部關閉時，與其對應的霍爾器件輸出一電壓信號，所述水下控制器將所述霍爾元件編號發(fā)射給所述水上控制器。
所述水上信號調制解調單元和所述水下信號調制解調單元采用頻移鍵控調制或相移鍵控調制，并且水上信號調制解調單元和水下信號調制解調單元采用不同的載波頻率進行信號調制。其中所述水上信號調制解調單元對第一頻率的載波信號進行調制，所述水下信號調制解調單元對第二頻率的載波信號進行調制，以防止回波干擾。
本實用新型還可包括流速流向儀，通過匹配的接口與水下控制器連接，以將流速流向數(shù)據(jù)傳輸給水下控制器處理和顯示。
本實用新型通過采用以上技術，具有以下優(yōu)點1、多頻無線遙控，采用自動和手動兩種控制模式，可靈活控制六個采水器采集不同深度的水樣，縮短了采樣時間，降低了采水工作強度；2、超聲發(fā)射和接收采用不同頻率，防止回波干擾；3、廣角超聲換能器，聲束指向性達半空間接收/發(fā)射，擴大遙控信號發(fā)射和接收的范圍，確保采水器在水深和水流很大的情況下可靠地工作；4、采用深度傳感器確定采水器的深度，避免了鋼纜受水流影響發(fā)生傾斜而引入僅通過測量電纜放下水的長度來確定水深的測量誤差；5、也可以采用一條有線電纜或鎧裝電纜實現(xiàn)自動和手動兩種控制模式、采水器深度自動測量。
以下結合
本實用新型具體實施方式
，其中圖1是本實用新型遙控多層采水裝置一個實施例的原理框圖；圖2是圖1所示實施例的采水器示意圖；圖3是圖1所示實施例的水上控制器原理框圖；圖4是圖1所示實施例的水下控制器原理框圖；圖5是圖1所示實施例的水聲換能器布陣示意圖；圖6是本實用新型遙控多層采水裝置另一個實施例的原理框圖；圖7是圖6所示實施例的水上控制器原理框圖；圖8是圖6所示實施例的水下控制器原理框圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型遙控多層采水裝置的一個實施例包括一通過鋼纜11掛在絞車10上的機架20，以及設于該機架內的六個采水器30。請參閱圖2，在現(xiàn)有技術中，該六個采水器30是管狀容器，其兩端開口，并帶有可開閉的蓋子32，采水器30可采用電磁閥控制蓋子的閉合。在本實施例中采用六個采水器30以便在六個水深點采水，每個采水器30都有自己的編號。在本實施例中，各采水器30口部還設有霍爾器件31以識別各采水器30的編號及電磁閥33控制蓋子32的關閉情況，例如霍爾器件31可檢測到與其對應的采水器30的蓋子32的口部關閉，并發(fā)送一電壓信號給水下控制器23。
該遙控多層采水裝置設有電子控制部分，其主要包括設于船上的水上控制器12、至少一個水上水聲換能器13、鍵盤14、顯示裝置15、信號調制解調單元16，以及設于水下機架內的至少一個水下水聲換能器21、深度傳感器22、、水下控制器23、信號調制解調單元24。
請參閱圖3，水上控制器12可由MCU等處理器件構成，它與上述的至少一個水上水聲換能器13以及鍵盤14、顯示裝置15、信號調制解調單元16連接。水上控制器12根據(jù)鍵盤14的操作信號發(fā)出控制指令編碼，并通過信號調制解調單元16對頻率為f1的超聲波信號進行相移鍵控調制(PSK)或頻移鍵控調制(FSK)，經過與信號調制解調單元16連接的功率放大器18將調制的超聲波載波信號放大，以驅動水上水聲換能器13向水下發(fā)射超聲載波信號。水上水聲換能器13也接受水下水聲換能器21發(fā)射的超聲波載波信號，通過相位調制解調單元16，在水上控制器12上顯示出水下控制器23傳輸?shù)男畔ⅰ?br>
請參閱圖4，水下控制器23可由MCU等處理器件構成，它與各采水器30的電磁閥、霍爾器件31、深度傳感器22、水下水聲換能器21、信號調制解調單元24連接。水下控制器23還可通過專用的接口連接一流速流向儀26以同時檢測水的流速和流向。水下水聲換能器21接收到水上水聲換能器13發(fā)射的帶指令編碼的超聲波信號f1后，經信號調制解調單元24解調出某個編號的采水器30需要進行采水的指令編碼，經水下控制器23解碼處理后驅動對應的采水器的電磁閥，關閉該采水器的器口。并且當接收到與該采水器對應的霍爾器件31的電壓信號時可確認該采水器已關閉，然后將已關閉的采水器編號信息通過水下水聲換能器21發(fā)給水上水聲換能器13接收并由水上控制器12處理。
水下控制器23并可獲取水深信息、流速和流向信息，經信號調制單元24進行相移鍵控調制(PSK)或頻移鍵控調制(FSK)，然后經由與信號調制解調單元24的功率放大器27將調制的超聲波載波信號放大，以驅動水下水聲換能器21向水上發(fā)射頻率為f2超聲載波信號。由于超聲波的發(fā)射和接收采用不同頻率，避免了回波干擾。
水上水聲換能器13將接收到的信號f2送往信號調制解調單元24解調出攜帶了經相位調制或頻率調制的被關閉采水器編號和深度傳感器22測得的數(shù)據(jù)，經水上控制器12處理后顯示和保存采水器的編號、采水點的深度數(shù)據(jù)和流速、流向數(shù)據(jù)。
以上的水上水聲換能器13和水下水聲換能器21發(fā)射的超聲波是有一定角度的，例如水上水聲換能器13在θ1角度的范圍內發(fā)出頻率為f1的超聲波，在θ2角度的范圍水下水聲換能器21接收。水下水聲換能器21在θ2角度的范圍內發(fā)出頻率為f2的超聲波，被水上水聲換能器13接收。由此，水上水聲換能器13和水下水聲換能器21實現(xiàn)了水中聲控應答。但是一般單一的超聲換能器的收發(fā)角度不超過90°，而在深至100m的水下收發(fā)換能器隨水流的影響難以確定在固定的的位置，與水上的超聲換能器難以對準，因此水上和水下都需要采用廣角的收發(fā)換能器。在一個實施例中，水上水聲換能器13和水下水聲換能器21均可采用多個超聲換能器按不同角度位置排列成半球形面，并且多個收、發(fā)換能器都集成在一個布陣內，以實現(xiàn)廣角的超聲收發(fā)效果，布陣示意圖請參閱圖5。
圖6另一個實施例中的遙控多層采水裝置與圖1所示實施例大部分相同，唯一的差別在于圖5所示的實施例中，不采用超聲收發(fā)換能器來實現(xiàn)無線通訊，而是利用鎧裝電纜17來進行有線通訊。請同時參閱圖7和圖8，與圖1所示實施例不同的是，水上的信號調制解調單元16和水下的信號調制解調單元24通過鎧裝電纜17連接，水上控制器的指令編碼信息、水下控制器的采水器的編號、采水點的深度數(shù)據(jù)和流速、流向數(shù)據(jù)等以相位調制或頻率調制的編碼電信號形式通過鎧裝電纜傳輸，實現(xiàn)水上信號與水下信號水下的通信。
在其他實施例中，還可采用單獨的有線電纜與鋼纜一起深入水下，數(shù)據(jù)和信息通過有線電纜傳輸，實現(xiàn)水上信號與水下信號水下的通信。
在本實施例中，還包括一大容量的可充電電池，設于水下機架20內，對機架內的水下控制器23、電磁閥、深度傳感器22、流速流向儀26等設備供電。
權利要求1.一種遙控多層采水裝置，用于從船只上深入水下采水，其包括一通過鋼纜掛在船上絞車上可深入水體內的機架以及設于該機架內的多個采水器，所述多個采水器分別采用電磁閥控制閉合，其特征在于，還包括水上控制器，設于船上合適位置，根據(jù)操作發(fā)出控制指令編碼；水上信號調制解調單元，與所述水上控制器連接，將所述指令編碼調制為超聲載波信號或編碼電信號輸出，同時/或者獲取來自水下的超聲載波信號或編碼電信號并解調輸出；水下信號調制解調單元，獲取來自水上的超聲載波信號或編碼電信號并解調輸出，同時/或者將來自水下的信息編碼調制為超聲載波信號或編碼電信號輸出；深度傳感器，設于所述機架內，測量水深；水下控制器，設于所述機架內，與所述采水器的電磁閥、水下信號調制解調單元、深度傳感器連接；所述水下控制器獲取水深信息傳輸給水上控制器，并控制所述電磁閥關閉對應的采水器。
2.如權利要求1所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，還包括至少一個水上水聲換能器，設于水面附近，與所述水上信號調制解調單元連接，發(fā)射攜帶所述指令編碼的超聲載波信號，并接收返回的超聲載波信號送至所述水上信號調制解調單元；至少一個水下水聲換能器，設于所述機架內，與所述水下信號調制解調單元連接，接收攜帶所述指令編碼的超聲載波信號，并返回包含水深信息的超聲載波信號。
3.如權利要求1所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，還包括一有線電纜，所述有線電纜單獨設置或者設于所述鋼纜內組成鎧裝電纜，所述水上信號調制解調單元與所述水下信號調制解調單元通過所述有線電纜連接，經所述有線電纜傳輸編碼電信號。
4.如權利要求1所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，所述水下控制器根據(jù)獲取的水深信息，自動在多個預設深度分別控制所述多個電磁閥關閉采水器。
5.如權利要求1所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，所述水下控制器根據(jù)所述水上控制器的指令編碼，控制某一電磁閥關閉對應的采水器。
6.如權利要求1所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，所述水上信號調制解調單元和所述水下信號調制解調單元采用相移鍵控調制或頻移鍵控調制。
7.如權利要求1或6所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，所述水上信號調制解調單元對第一頻率的載波信號進行調制，所述水下信號調制解調單元對第二頻率的載波信號進行調制。
8.如權利要求1所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，包括多個水上水聲換能器，所述多個水上水聲換能器和多個水下水聲換能器布置成廣角水聲換能器陣。
9.如權利要求1所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，還包括設于各采水器口部的霍爾器件，與水下控制器連接，在某一采水器口部關閉時，與其對應的霍爾器件輸出一電壓信號，所述水下控制器將所述霍爾元件編號發(fā)射給所述水上控制器。
10.如權利要求1所述的遙控多層采水裝置，其特征在于，還包括流速流向儀，所述流速流向儀與所述水下控制器通過接口連接；所述水下控制器獲取流速流向數(shù)據(jù)并發(fā)送給水上控制器。
專利摘要一種遙控多層采水裝置，用于從船只上深入水下采水，其包括一通過鋼纜掛在船上絞車上的機架以及設于機架內的多個采水器，采水器采用電磁閥控制閉合，還包括設于船上的水上控制器，根據(jù)操作發(fā)出控制指令編碼；水上信號調制解調單元，與水上控制器連接，將指令編碼調制為超聲載波信號輸出，獲取來自水下的超聲載波信號并解調輸出；以及設于機架內的水下信號調制解調單元，獲取來自水上的超聲載波信號并解調輸出，將來自水下的信息編碼調制為超聲載波信號輸出；深度傳感器，測量水深；水下控制器，與采水器的電磁閥、水下信號調制解調單元、深度傳感器以及可通過備用接口與流速流向儀連接，獲取水下信息并傳輸給水上控制器，控制電磁閥關閉采水器。
文檔編號G01B17/00GK2898810SQ200620039018
公開日2007年5月9日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權日2006年1月18日
發(fā)明者張叔英, 何序新 申請人:上海浩順科技有限公司
專業(yè)數(shù)控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
