一种深层水质采样装置的设计

杨逸飞　徐永同　李旭晟

【摘  要】目前市面上主要存在的水质采样装置容易受水流的影响，无法获得特定深度的水样，并且必须由人工携带并操作。这些缺点为深层水质采样带来了困难。为了克服这些不足，本文设计了一种稳定且实用性高的深层水质采样装置，以实现对水环境的立体采样。该装置能够通过压力传感器获得特定深度的水样，同时，为了降低水流对线缆的影响，装置采用对称分布的螺旋桨推进器产生推力使水下运载装置到达采样位置。整个装置由上位机、母船以及水下部分组成，形如水面无人艇与水下有缆机器人结合，通讯可靠，精度高，具有很强的实用性。

【关键词】水质采样;上位机;压力传感器;采样瓶

1引言

众所周知，我国人均淡水资源缺乏。随着我国现代工业的发展，环境污染问题日益严重，本就稀缺的淡水资源更加紧张。为了更加有效得利用水资源，人们对水体进行采样，分析不同深度水体的温度、水质等信息。目前，水质采样装置主要有两种：传统机械采样和电子自控采。然而，对深层水体进行采样的设备仍然十分缺乏。因此，为了适应深水复杂多变的环境完成采样任务，设计一种深层水质采样装置，开展其受力分析，并且展望了其应用前景。

2深层水质采样装置方案设计

2.1母船

图1为母船的示意图。母船以双体船为基础，进行改进，适合本装置，母船具有很好的稳定性以及较大的储存浮力，以应对水下装置带来的影响，一方面水下装置受到水流作用，会随之摆动，若母船稳定性不够，容易产生侧翻，故稳定性要求较高;另一方面，为了实现采样设备正常工作，推进器会推动整个水下装置具有向下运动的趋势，同时还需要不断调整采水设备的姿态，母船若储备浮力不足，则会沉入水底。

2.2水下运载装置

考虑到水质采样的可比性与完整性，装备四个水质采样瓶，由电磁铁控制，这样一来，无论是大水量水质采样，还是梯度深度水质采样，均可满足要求，并且四个采样瓶对称分布，增加了水下装置的稳定性。

压力传感器是工程实践中最常用的传感器，可以通过測得水下压强进而得到水下深。将数据反馈到上位机，方便观察者进行观察。

动力装置为四个螺旋桨推进器，对称分布在水下运载装置的四周，推进器使其能够向下运动，保持姿态，降低水流对线缆的作用。

此外，根据要求，可在水下运载装置上加装摄像头，这样，观察者可以观察到水下情况。

2.4相关技术参数

3应用前景

3.1定深

本装置装备有压力传感器，可以进行梯度深度采样，获得特定深度的水样。

3.2水底勘察

本装置的水下运载装置可以装备摄像头，从而观察到水底的地势、水中生物等。

3.3水样采集

本装置最主要的应用便是采集水样，进行水样成分分析，以达到对水体相关参数的立体采样。通过对结果的分析，达到对淡水资源的合理利用以及对污水的有效治理的目的。

并且本装置具有以下优势：

a.压力传感器与采样装置顶推进行结合。既解决了水下准确获得深度的问题，又能够避免采样装置被水流冲走造成难以深层下潜的问题，还可以提高线缆的使用率。

b.水面无人艇与水下有缆机器人的结合。两者完美结合，能够实现较远距离水下作业，并且可以解决水下运载装置与上位机的通信的问题。

c.拓展性强。使用开源硬件，可实现二次开发，丰富功能，如在水下运载装置中添加摄像头，如此操作者可通过上位机观察到水下场景。

4结束语

水库的水质问题关乎人们的健康，对水质进行监测的第一步就是获得水。因此，水质采样很重要。现有的采样装置存在许多缺点，为了完善这些缺点，本文设计了一种深层水质采样装置，可以感测水深进行梯度深度水质采样、水底勘察等。由于其结构与设计上的优越性，可以广泛用于水质采样，对水域进行监测与管理。

参考文献：

[1]余娅丽，王毅，邹添丞，等.新型便携式多深度水质采样器设计[J].西北水电，2013，（02）：8-10

[2]顾凯.压力传感器的数据采集与分析系统[J].工业计量，2010，（04）：33-34.

[3]于晨磊.无线水质采样器控制系统及水声通信模块研究[C].大连理工大学，2018.

基金项目：

国家级大学生创新创业训练项目（201910217021）

作者简介：

杨逸飞（1999-），女，汉，2017级本科生，船舶与海洋工程专业。

（作者单位：哈尔滨工程大学）