本發(fā)明涉及水樣定深采集，具體涉及一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)及采樣方法。

背景技術(shù)：

1、水質(zhì)采樣調(diào)查，是準(zhǔn)確反應(yīng)水質(zhì)狀況的重要手段，為水環(huán)境監(jiān)測(cè)、水環(huán)境保護(hù)、水環(huán)境治理提供了重要的科學(xué)依據(jù)。水質(zhì)采樣調(diào)查多采用岸邊取水和乘船取水方式。岸邊取水，采樣結(jié)果無(wú)法反應(yīng)整個(gè)斷面的水質(zhì)情況，無(wú)法對(duì)研究區(qū)水域進(jìn)行完整、全面的表述；乘船采樣可能受到風(fēng)浪影響，人員的工作環(huán)境存在危險(xiǎn)。

2、公告號(hào)為cn111397967b的專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的湖庫(kù)水樣定點(diǎn)分層采集技術(shù)，該水樣采集技術(shù)利用無(wú)人機(jī)將水樣采集瓶將吊放至水面以下，并通過(guò)水泵抽吸在水樣采集瓶?jī)?nèi)形成負(fù)壓，從而完成定深水樣的采集。但由于無(wú)人機(jī)電池容量限制，搭載抽吸泵的方式會(huì)增加電量消耗，進(jìn)而降低獲得的樣品體積；同時(shí)，上述水樣采集技術(shù)也未考慮水流對(duì)水樣采集瓶采樣深度的影響，導(dǎo)致水樣采集深度誤差較大。

3、因此，如何提高無(wú)人機(jī)定深水樣采集技術(shù)的實(shí)用性，就成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題而提供一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，包括：

3、多旋翼無(wú)人機(jī)，所述多旋翼無(wú)人機(jī)的底部安裝有放線輪；

4、水樣采集筒，所述水樣采集筒的兩端安裝有能夠自動(dòng)打開(kāi)和閉合的蓋板；

5、連接繩，所述連接繩的頂端纏繞于放線輪上，所述連接繩的底端與水樣采集筒的連接架固定連接；

6、位置檢測(cè)單元，所述位置檢測(cè)單元固定安裝在放線輪的正下方并套設(shè)在連接繩上，且所述位置檢測(cè)單元能夠檢測(cè)連接繩的角度信息和放線長(zhǎng)度信息；

7、水面檢測(cè)單元，所述水面檢測(cè)單元安裝在水樣采集筒底部，且所述水面檢測(cè)單元能夠檢測(cè)水面位置信息；

8、控制單元，所述控制單元與水面檢測(cè)單元電信號(hào)連接，且所述控制單元能夠根據(jù)水面信息控制蓋板自動(dòng)打開(kāi)，所述控制單元與位置檢測(cè)單元電信號(hào)連接，且所述控制單元能夠根據(jù)角度信息和放線長(zhǎng)度信息計(jì)算水樣采集筒的位置信息并控制放線輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。

9、優(yōu)選的，所述水樣采集筒包括筒體、蓋板、導(dǎo)氣管、頂蓋組件和驅(qū)動(dòng)組件，所述筒體的兩端開(kāi)口，兩個(gè)所述蓋板一一對(duì)應(yīng)安裝于筒體的兩端，且所述蓋板通過(guò)扭簧與筒體連接；所述頂蓋組件設(shè)置在筒體的內(nèi)腔中，且所述頂蓋組件與筒體內(nèi)壁固定連接，所述筒體一側(cè)的筒壁成型有容置腔，所述導(dǎo)氣管的一端與頂蓋組件連通，所述導(dǎo)氣管的另一端與容置腔連通，所述驅(qū)動(dòng)組件安裝在容置腔中，且所述驅(qū)動(dòng)組件能夠?qū)⑷葜们粌?nèi)的空氣壓入頂蓋組件并使頂蓋組件豎向頂升蓋板。

10、優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)組件包括永磁鐵、第一復(fù)位彈簧和電磁鐵，所述電磁鐵固定安裝在容置腔底部，所述永磁鐵位于電磁鐵上方并與容置腔密封滑動(dòng)連接，所述第一復(fù)位彈簧連接在永磁鐵和電磁鐵之間，且所述電磁鐵與控制單元電信號(hào)連接。

11、優(yōu)選的，所述頂蓋組件包括固定塊、第二復(fù)位彈簧和頂桿，所述固定塊上成型有一端開(kāi)口的豎向滑槽，所述頂桿的一端密封滑動(dòng)連接在豎向滑槽中，所述第二復(fù)位彈簧固定連接在固定塊和頂桿之間。

12、優(yōu)選的，所述筒體一側(cè)安裝有取水組件，所述取水組件包括取水管、驅(qū)動(dòng)塊和封堵板，所述取水管的一端貫穿筒體，所述封堵板設(shè)置在取水管內(nèi)部，且所述封堵板的底端通過(guò)扭簧與取水管內(nèi)壁連接，所述驅(qū)動(dòng)塊與封堵板的一側(cè)固定連接，且所述驅(qū)動(dòng)塊具有一驅(qū)動(dòng)斜面，所述驅(qū)動(dòng)斜面的下方設(shè)有升降推桿，所述升降推桿的底端軸向延伸至容置腔。

13、優(yōu)選的，所述筒體內(nèi)腔的兩端均設(shè)有過(guò)濾組件，所述過(guò)濾組件包括過(guò)濾盤、連接彈簧和支撐板，所述過(guò)濾盤水平設(shè)置在筒體內(nèi)腔中，多個(gè)所述支撐板圓周均布于筒體內(nèi)壁上，且所述連接彈簧固定連接在支撐板和過(guò)濾盤之間。

14、優(yōu)選的，所述頂蓋組件還包括一連接導(dǎo)向桿，所述連接導(dǎo)向桿的一端與頂桿固定連接，另一端軸向延伸貫穿所述固定塊并與過(guò)濾盤抵接。

15、優(yōu)選的，位于底部的所述蓋板內(nèi)部開(kāi)設(shè)有水平滑槽，所述水平滑槽的內(nèi)部密封滑動(dòng)連接有滑塊，所述蓋板的側(cè)壁開(kāi)設(shè)有與水平滑槽連通的出氣孔，所述滑塊遠(yuǎn)離出氣孔的一側(cè)與水平滑槽的內(nèi)壁之間固定連接有彈性繩。

16、優(yōu)選的，所述筒體的內(nèi)壁兩端均固定連接有第一密封圈，所述第一密封圈的上開(kāi)設(shè)有環(huán)形槽，所述蓋板上固定連接有與環(huán)形槽卡接的第二密封圈。

17、本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集方法，使用的是上述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，所述采集方法包括如下步驟：

18、s1：控制所述多旋翼無(wú)人機(jī)將水樣采集筒吊運(yùn)至水樣采集區(qū)域上方；

19、s2：通過(guò)控制所述放線輪轉(zhuǎn)動(dòng)下放水樣采集筒；

20、s3：通過(guò)所述水面檢測(cè)單元檢測(cè)水樣采集筒下放至水樣采集區(qū)域水面的水面位置信息，自動(dòng)打開(kāi)水樣采集筒兩端的蓋板，并通過(guò)位置檢測(cè)單元獲取連接繩的角度信息a和放線長(zhǎng)度信息l1；

21、s4：通過(guò)所述實(shí)時(shí)角度信息b和實(shí)時(shí)放線長(zhǎng)度信息l2計(jì)算出水樣采集筒的實(shí)時(shí)位置信息h3，并判斷所述實(shí)時(shí)位置信息h3與預(yù)設(shè)采樣水深信息是否相同；若是，則控制水樣采集筒兩端的蓋板關(guān)閉，并控制所述放線輪上拉水樣采集筒；若否，則繼續(xù)下放所述水樣采集筒；

22、其中，h3＝l2×cosb-l1×cosa。

23、本發(fā)明的有益效果：

24、本發(fā)明利用余弦函數(shù)，通過(guò)連接繩將水樣采集筒懸掛于多旋翼無(wú)人機(jī)的下方，并在多旋翼無(wú)人機(jī)的下方固定安裝有位置檢測(cè)單元，該位置檢測(cè)單元套設(shè)在連接繩上并能夠檢測(cè)連接繩的實(shí)時(shí)角度信息和實(shí)時(shí)放線長(zhǎng)度信息，配合安裝在水樣采集筒底部的水面檢測(cè)單元，可通過(guò)對(duì)水樣采集筒的兩次位置計(jì)算，準(zhǔn)確得到水樣采集筒的采樣深度，進(jìn)而保證采用精確度。

技術(shù)特征：

1.一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，所述水樣采集筒(200)包括筒體(210)、蓋板(220)、導(dǎo)氣管(230)、頂蓋組件(240)和驅(qū)動(dòng)組件(250)，所述筒體(210)的兩端開(kāi)口，兩個(gè)所述蓋板(220)一一對(duì)應(yīng)安裝于筒體(210)的兩端，且所述蓋板(220)通過(guò)扭簧與筒體(210)連接；所述頂蓋組件(240)設(shè)置在筒體(210)的內(nèi)腔中，且所述頂蓋組件(240)與筒體(210)內(nèi)壁固定連接，所述筒體(210)一側(cè)的筒壁成型有容置腔(211)，所述導(dǎo)氣管(230)的一端與頂蓋組件(240)連通，所述導(dǎo)氣管(230)的另一端與容置腔(211)連通，所述驅(qū)動(dòng)組件(250)安裝在容置腔(211)中，且所述驅(qū)動(dòng)組件(250)能夠?qū)⑷葜们?211)內(nèi)的空氣壓入頂蓋組件(240)并使頂蓋組件(240)豎向頂升蓋板(220)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)組件(250)包括永磁鐵(251)、第一復(fù)位彈簧(252)和電磁鐵(253)，所述電磁鐵(253)固定安裝在容置腔(211)底部，所述永磁鐵(251)位于電磁鐵(253)上方并與容置腔(211)密封滑動(dòng)連接，所述第一復(fù)位彈簧(252)連接在永磁鐵(251)和電磁鐵(253)之間，且所述電磁鐵(253)與控制單元電信號(hào)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，所述頂蓋組件(240)包括固定塊(241)、第二復(fù)位彈簧(242)和頂桿(243)，所述固定塊(241)上成型有一端開(kāi)口的豎向滑槽(244)，所述頂桿(243)的一端密封滑動(dòng)連接在豎向滑槽(244)中，所述第二復(fù)位彈簧(242)固定連接在固定塊(241)和頂桿(243)之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，所述筒體(210)一側(cè)安裝有取水組件(260)，所述取水組件(260)包括取水管(261)、驅(qū)動(dòng)塊(262)和封堵板(263)，所述取水管(261)的一端貫穿筒體(210)，所述封堵板(263)設(shè)置在取水管(261)內(nèi)部，且所述封堵板(263)的底端通過(guò)扭簧與取水管(261)內(nèi)壁連接，所述驅(qū)動(dòng)塊(262)與封堵板(263)的一側(cè)固定連接，且所述驅(qū)動(dòng)塊(262)具有一驅(qū)動(dòng)斜面，所述驅(qū)動(dòng)斜面的下方設(shè)有升降推桿(264)，所述升降推桿(264)的底端軸向延伸至容置腔(211)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，所述筒體(210)內(nèi)腔的兩端均設(shè)有過(guò)濾組件(270)，所述過(guò)濾組件(270)包括過(guò)濾盤(271)、連接彈簧(272)和支撐板(273)，所述過(guò)濾盤(271)水平設(shè)置在筒體(210)內(nèi)腔中，多個(gè)所述支撐板(273)圓周均布于筒體(210)內(nèi)壁上，且所述連接彈簧(272)固定連接在支撐板(273)和過(guò)濾盤(271)之間。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，所述頂蓋組件(240)還包括一連接導(dǎo)向桿(245)，所述連接導(dǎo)向桿(245)的一端與頂桿(243)固定連接，另一端軸向延伸貫穿所述固定塊(241)并與過(guò)濾盤(271)抵接。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，位于底部的所述蓋板(220)內(nèi)部開(kāi)設(shè)有水平滑槽(221)，所述水平滑槽(221)的內(nèi)部密封滑動(dòng)連接有滑塊(222)，所述蓋板(220)的側(cè)壁開(kāi)設(shè)有與水平滑槽(221)連通的出氣孔(223)，所述滑塊(222)遠(yuǎn)離出氣孔(223)的一側(cè)與水平滑槽(221)的內(nèi)壁之間固定連接有彈性繩(224)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，所述筒體(210)的內(nèi)壁兩端均固定連接有第一密封圈(212)，所述第一密封圈(212)的上開(kāi)設(shè)有環(huán)形槽，所述蓋板(220)上固定連接有與環(huán)形槽卡接的第二密封圈(225)。

10.一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集方法，使用的是權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)，其特征在于，所述采集方法包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了水樣定深采集技術(shù)領(lǐng)域的一種基于多旋翼無(wú)人機(jī)的定深水樣采集系統(tǒng)及采樣方法，包括多旋翼無(wú)人機(jī)、水樣采集筒、連接繩、位置檢測(cè)單元、水面檢測(cè)單元和控制單元，連接繩連接在多旋翼無(wú)人機(jī)和水樣采集筒之間，位置檢測(cè)單元固定安裝在放線輪的正下方并套設(shè)在連接繩上，用于檢測(cè)連接繩的角度信息和放線長(zhǎng)度信息，水面檢測(cè)單元安裝在水樣采集筒底部，用于檢測(cè)水面位置信息；控制單元與水面檢測(cè)單元和位置檢測(cè)單元分別電信號(hào)連接，控制單元能夠根據(jù)角度信息和放線長(zhǎng)度信息計(jì)算水樣采集筒的位置信息并控制水樣采集筒的升降。本發(fā)明利用余弦函數(shù)，可通過(guò)對(duì)水樣采集筒的兩次位置計(jì)算，準(zhǔn)確得到水樣采集筒的采樣深度，進(jìn)而保證采用精確度。

技術(shù)研發(fā)人員：趙海陽(yáng),魏小島,郭亞麗,次瀚林,檀雅琴
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10