悬浮物采集装置及悬浮物采样系统

1.本发明涉及水体环境检测领域，尤其是涉及悬浮物采集装置及悬浮物采样系统。


背景技术：

2.为了采集水体中的悬浮颗粒物，可以使用悬浮物采集装置对悬浮物进行采集。但是相关技术中的悬浮采集装置，设置有多个采样筒进行采样，各采样筒均需设置有单向阀来保证海水的单向流动，但单向阀的设置使得采用筒被用于水深较深的场景时，需要更换工作压力对应的单向阀以适应水体深处的压力，适用性差。且相关技术中利用漂浮架的上下漂浮来实现采样筒在水体内的运动，采集稳定性差，因此，有必要针对该问题进行研究解决。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种悬浮物采集装置，能够提高悬浮物采集装置的水体流通量，并提高在不同水体深度下的适用性和采集稳定性。
4.本发明还提出一种具有上述悬浮物采集装置的悬浮物采样系统。
5.根据本发明实施例的悬浮物采集装置，包括：
6.滤膜，用于吸附悬浮物；
7.主体，具有第一孔和开口，所述开口设置于所述主体的外表面，所述主体具有设定的高度，所述主体包括多个拼接件，各所述拼接件沿所述主体的高度方向依次堆叠，或者，各所述拼接件沿所述主体的周向依次排布；两相邻所述拼接件之间夹持有所述滤膜，所述拼接件与所述滤膜接触的一侧设置有第一槽，所述第一槽的一端连通所述第一孔，所述第一槽的另一端连接于所述开口；
8.泵，与所述第一孔连通，所述泵用于从所述第一孔处进行水体的抽吸。
9.根据本发明实施例的悬浮物采集装置，至少具有如下有益效果：当泵从第一孔处进行抽吸时，水体从开口流入第一槽，并最终沿第一孔流出至泵处，在水体流动的过程中，水体与滤膜接触，滤膜将水体内的悬浮物吸附在膜上，从而实现对悬浮物的采集。本发明的悬浮物采集装置利用泵对水体进行抽吸，相比于相关技术中利用单向阀控制水体的流动方向，水体进入主体时无需克服单向阀的阻力，因此水体的流通量更大。且本发明的悬浮物采集装置无需考虑单向阀在不同深度的水体压力下的工作压力，提高了悬浮物采集装置在不同水深下的适用性。相比于利用漂浮架随海面的运动来使得采样筒相对于水体运动的方式，本发明实施例利用泵进行抽吸，悬浮物采集装置的采集更加可控，提高了采集稳定性。
10.根据本发明的一些实施例，各所述拼接件沿所述主体的高度方向依次堆叠，所述拼接件设置有多条所述第一槽，各所述第一槽沿所述主体的周向依次排布。
11.根据本发明的一些实施例，各所述拼接件沿所述主体的周向依次排布，所述拼接件设置有多条所述第一槽，各所述第一槽沿所述主体的高度方向依次排布。
12.根据本发明的一些实施例，所述拼接件还设置有多个第二槽，所述第二槽连通相邻的所述第一槽，且各所述第二槽沿所述主体的周向的外表面靠近所述第一孔的方向排列。
13.根据本发明的一些实施例，所述泵设置于所述主体在高度方向上的一侧，在所述主体的高度方向上，沿远离所述泵的方向，各所述第一槽的容积依次增大。
14.根据本发明的一些实施例，所述悬浮物采集装置还包括壳体，所述壳体设置有容置腔和连通所述容置腔的第一通孔和第二通孔，所述主体设置于所述容置腔内，所述第一通孔与所述第一孔相对设置，所述第二通孔设置于所述壳体的周向的外表面。
15.根据本发明的一些实施例，所述壳体的内表面还设置有多个限位柱，各所述限位柱间隔设置，所述主体还设置有多个第二孔，各所述限位柱一一插设于各所述第二孔内。
16.根据本发明的一些实施例，所述拼接件还设置有多个第二槽，所述第二槽连通相邻的所述第一槽，且各所述第二槽沿所述主体的周向的外表面靠近所述第一孔的方向排列。
17.根据本发明实施例的悬浮物采样系统，包括：
18.上述实施例所述的悬浮物采集装置；
19.配重块，连接于所述悬浮物采集装置；
20.浮力装置，连接于所述悬浮物采集装置，或者所述浮力装置连接于所述悬浮物采集装置的外表面。
21.根据本发明实施例的悬浮物采样系统，至少具有如下有益效果：通过应用本发明实施例的悬浮物采集装置，能够提高悬浮物采集系统中水体的流通量，从而实现高通量采样。并且可以应用于不同水深的环境下，提高悬浮物采集系统的适用性。且本发明实施例的悬浮物采集装置通过泵来对水体进行抽吸，使得悬浮物采集系统的采集动作更加可控，能够实现在水体内的长期和定点采样。
22.根据本发明的一些实施例，所述浮力装置包括固定架和多个浮子，所述固定架包括相互连接的第一连接部和第二连接部，所述浮子固定于所述第一连接部，所述第二连接部与所述悬浮物采集装置固定连接，各所述浮子沿所述主体的周向环绕于所述悬浮物采集装置。
23.据本发明的一些实施例，还包括环境传感器，所述环境传感器至少包括温度计、盐度计或溶氧计中的一种，所述环境传感器固定于所述悬浮物采集装置。
24.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
26.图1为本发明实施例的悬浮物采集装置的示意图；
27.图2为本发明第一方面实施例的悬浮物采集装置的剖视图；
28.图3为图2中的拼接件的示意图；
29.图4为本发明第二方面实施例的悬浮物采集装置的剖视图；
30.图5为图4中的拼接件的示意图；
31.图6为本发明实施例的悬浮物采样系统的示意图；
32.图7为图6中的浮力装置的示意图。
33.附图标记：
34.悬浮物采集装置100、泵110、壳体120、第一通孔121、第二通孔122、容置腔123、限位柱124、锚链130；
35.主体200、开口205、第一孔210、第二孔220、穿设孔225、滤膜230、拼接件240、第一槽250、第一开口251、第二开口252、第二槽260、第三孔270、拼接面280；
36.配重块300；
37.浮力装置400、浮子410、固定架420、第一连接部430、第二连接部440；
38.环境传感器500。
具体实施方式
39.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
42.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
43.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
44.下面参照说明书附图描述本发明实施例的悬浮物采集装置及悬浮物采样系统。
45.参照图1至图5，根据本发明实施例的悬浮物采集装置100，包括滤膜230、主体200及泵110。滤膜230用于吸附悬浮物，以实现悬浮物采集装置100对悬浮物的采集。主体200具有第一孔210和开口205，主体200具有设定的高度方向，主体200包括多个拼接件240，各拼接件240沿主体200的高度方向依次堆叠，或者，各拼接件240沿主体200的周向依次排布。两相邻拼接件240之间夹持有滤膜230，拼接件240与滤膜230接触的一侧设置有第一槽250，第一槽250的一端连通第一孔210，第一槽250的另一端连接于开口205。泵110与第一孔210连通，并用于从第一孔210处进行水体的抽吸。当泵110从第一孔210的孔口处进行抽吸时，水
体从开口205流入第一槽250，并最终沿第一孔210流出至泵110处，在水体流动的过程中，水体与滤膜230接触，滤膜230将水体内的悬浮物吸附在膜上，从而实现对悬浮物的采集。
46.相比于相关技术中利用单向阀控制水体的流动方向，本发明的悬浮物采集装置100利用泵110对水体进行抽吸，水体进入主体200时无需克服单向阀的阻力，水体的流通量更大。且本发明的悬浮物采集装置100无需考虑单向阀在不同深度的水体压力下的工作压力，提高了悬浮物采集装置100在不同水深下的适用性。相比于利用漂浮架随海面的运动来使得采样筒相对于水体运动的方式，本发明实施例利用泵110进行抽吸，悬浮物采集装置100的采集更加可控，提高了采集稳定性。
47.具体的，能够通过将各拼接件240排列在壳体120，并通过封闭壳体120实现各拼接件240之间的相对固定，此时，壳体120的尺寸与主体200的尺寸应是适配的，壳体120内也可以设置有垫片或弹性件对主体200进行包裹和预紧。或者，各拼接件240之间，也能够通过扣件、夹具或者防水粘胶实现相对位置的固定，只要确保第一孔210和第一槽250的连通即可。
48.在一些实施例的悬浮物采集装置100中，各拼接件240沿主体200的高度方向依次堆叠，且各拼接件240上分别设置有第三孔270，各通孔互相连通，从而限定出第一孔210。第一槽250具有第一开口251和第二开口252，第一开口251设置于第三孔270的孔壁，第二开口252设置于拼接件240在主体200的周向上的外表面，第二开口252限定出主体200的开口205，从而使得第一槽250连通第一孔210与开口205，使得水体从主体200的周向的外表面流入，并随后流入第一孔210被泵110抽吸。
49.可以理解的是，位于主体200上远离泵110的端部的拼接件240上的第三孔270，可以设置为通孔也可以设置为沉孔。在一些实施例的悬浮物采集装置100中，各拼接件240排列在壳体120，端部的拼接件240与壳体120的底面之间能够通过隔件隔出一定距离，以便在端部的拼接件240远离泵110的一端也设置有滤膜230，从而将端部的拼接件240上的第三孔270设置为通孔，进而使得部分水体沿主体200远离泵110的一端的端部流动，从而利用位于端部的滤膜230进行悬浮物采集。或者，端部的拼接件240与壳体120的底面贴合，并将端部的拼接件240的第三孔270设置为沉孔，以使得水流仅从主体200周向上的第一槽250流入第一孔210，减少主体200在壳体120内所受到的高度方向上的力。
50.拼接件240能够设置为圆柱状，第一槽250设置于拼接件240轴向的端面上，其中，拼接件240轴向的两相对端面上均可以设置有第一槽250，从而增加水体的流通量。各拼接件240沿轴向堆叠，相邻拼接件240的第一槽250可以使两两相对的，也可以是交错设置的，具体设置由第一槽250的大小和对水体的流道大小的需求决定。
51.在一些实施例的悬浮物采集装置100中，各拼接件240沿主体200的周向依次排布，参照图5，在拼接件240垂直于主体200的高度方向的侧面上设置有拼接面280，当各拼接件240沿主体200的周向排布完成后，各拼接件240的拼接面280共同限定出第一孔210。其中，拼接件240能够设置为三角柱状的，拼接面280设置于三角柱状的尖端侧，拼接件240上背离拼接面280的大面的一侧，则作为主体200周向的外表面的一侧。第一槽设置于拼接件240连接尖端侧和大面侧的侧面，第一槽250具有第一开口251和第二开口252，第一开口251设置于拼接面280，第二开口252设置于拼接件240背离拼接面280一侧的表面，第二开口252限定出主体200的开口205，从而使得各拼接件240排列完成后，通过第一槽250连通第一孔210与开口205。各拼接件240在排布时，各拼接件240的连接尖端侧和大面侧的侧面两两相贴，当
各拼接件240沿排列方向围绕一周后，即拼成圆柱状的主体200。
52.可以理解的是，拼接件240的形状也可以设置为其他形状的，且各拼接件240的形状可以是相同的也可以是不同的，但最终，各拼接件240在沿周向排布完成后，应限定出第一孔210并拼合成完整的主体。拼接面280的形状也是不受限制的，能够设置为平面、内凹于拼接件240的曲面或者外凸于拼接件240的曲面，具体形状由第一孔的形状要求决定。
53.具体的，滤膜230能够选择为本领域常规的0.45μm的滤膜230，也可以根据目标悬浮物使用不同规格的滤膜230。泵110为本领域常规的真空泵110，泵110能够通过无线信号进行操控。可以理解的是，当悬浮物采集装置100应用于水深较深的环境时，可以在泵110上设置有定时组件，从而使得泵110在特定的时间内开启或关闭，从而实现对水体的抽吸。主体200的材料，能够选择为金属材料，通过金属加工的常规工艺进行拼接件240的制造。或者，主体200的材料能够选择为塑料或橡胶材料，通过注塑或者3d打印进行拼接件240的制造。主体200的具体形状不作限制，可以选择为圆柱形或者矩形的，具体形状由拼接件240的形状和拼接方式决定。
54.进一步的，参照图3，在各拼接件240沿主体200的高度方向依次堆叠的基础上，拼接件240设置有多条第一槽250，各第一槽250沿主体200的周向依次排布。通过设置多条第一槽250，能够提高水流在主体200内的流通量，使得单位时间内滤膜230能够接触到更多的悬浮物，并提高滤膜230与水流的有效接触面积，提高滤膜230的利用率，进而提高悬浮物采集装置100的采集效率。
55.其中，各相邻的所述第一槽250之间等距分布，能够使得水体在主体200内流动时，主体200在周向上所受到的力更加均匀，从而减小主体200所可能受到的偏转力，使得主体200悬浮在水体内时相对稳定。且能够将第三孔270设置于拼接件240的中部，以使各第三孔270限定出第一孔210后，第一孔210位于主体200的中部，从而使得泵110在进行水体的抽吸时，主体200在周向上所受到的水体流动所带来的力较为均匀，减小主体200的晃动。
56.在主体200内，越靠近泵110的位置吸力越大，当各第一槽250的容积相同时，则靠近泵110的一侧的水流通量更大，滤膜230采集效果较好，远离泵110的一侧，则水流通量较小，滤膜230采集效果较差，没能充分利用到各滤膜230进行悬浮物的采集。为了解决上述问题，作为上述方案的进一步改进，泵110设置于主体200在高度方向上的一侧，在主体200的高度方向上，沿远离泵110的方向，各拼接件240的第一槽250的容积依次增大。由于靠近泵110的一侧的第一槽250的容积较小，因此水体流动的阻力大，而远离泵110的一侧的第一槽250的容积相对较大，水体的流动阻力小。通过控制各拼接件240的第一槽250的容积，从而平衡泵110的吸力与水体流动的阻力的关系，使得主体200上各位置的水体流通量相对均匀，提高了远离泵110的一侧的滤膜230的利用率。
57.同理，参照图5，在各拼接件240沿主体200的周向依次排布的基础上，拼接件240设置有多条第一槽250，各第一槽250沿主体200的高度方向依次排布。通过设置多条第一槽250，能够提高水流在主体200内的流通量，使得单位时间内滤膜230能够接触到更多的悬浮物，并提高滤膜230与水流的有效接触面积，提高滤膜230的利用率，进而提高悬浮物采集装置100的采集效率。
58.且为了提高远离泵110的一侧的滤膜230的利用率，在主体200的高度方向上，沿远离泵110的方向，拼接件240的各第一槽250的容积依次增大。由于靠近泵110的一侧的第一
槽250的容积较小，因此水体流动的阻力大，而远离泵110的一侧的第一槽250的容积相对较大，水体的流动阻力小。通过控制各拼接件240的第一槽250的容积，从而平衡泵110的吸力与水体流动的阻力的关系，使得主体200上各位置的水体流通量相对均匀，从而提高远离泵110的一侧的滤膜230的利用率。
59.参照图3和图5，在拼接件240设置有多条第一槽250的基础上，拼接件240还设置有第二槽260，第二槽260连通相邻的第一槽250，且各第二槽260沿主体200的周向的外表面靠近第一孔210的方向排列。第二槽260的设置，使得其中一个第一槽250发生堵塞或者由于悬浮物的收集导致渗透膜的渗透性下降时，水体能够通过第二槽260流向相邻的第一槽250，从而绕过第一槽250发生堵塞的区域，并通过靠近第一孔210一侧的其他第二槽260，从相邻的第一槽250流回原先发生堵塞的第一槽250，以提高原先发生堵塞的第一槽250处的滤膜230的利用率。
60.为了方便主体200内的拼接件240的相对固定并对主体200进行保护，悬浮物采集装置100还包括壳体120，壳体120设置有容置腔123和连通容置腔123的第一通孔121和第二通孔122，主体200设置于容置腔123内，第一通孔121与第一孔210连通，以实现泵110从第一孔210处的抽吸。第二通孔122设置于壳体120的周向的外表面，第二通孔122为水体的流入提供通道，使得水体从第二通孔122进入壳体120后，沿第一槽250流入第一孔210内，最终被泵110抽吸并排出，第二通孔122还能够起到阻隔大体积杂质的作用，减小第一槽250道的槽口被堵塞的可能性。
61.具体的，泵110连通于第一孔210时，应当确保泵110与主体200之间的气密性，从而确保水体是从第一孔210处进行抽吸的，而不是从壳体120内的缝隙对水体进行抽吸。泵110与主体200之间的气密性，可以通过将泵头穿过第一通孔121与第一孔210的孔口直接连接。或者，泵110头连接与壳体120并位于第一通孔121的孔口处，并对第一孔210与第一通孔121在主体200的高度方向上的缝隙填充，从而确保泵110与主体200之间具有一定的气密性。
62.壳体120的材料能够选择为混凝土或者钢材，从而确保壳体120的强度。第二通孔122的孔径可以设置在2mm至10mm之间，例如2mm、4mm、6mm、8mm或10mm，或2mm至10mm之间的任意其他数值，通过将第二通孔122的孔径设置在该区间内，能够有效地对水体中的大颗粒悬浮物和杂物进行阻隔，对进入壳体120内的水体进行初过滤，减少进入壳体120内的杂质。
63.作为上述方案的改进，参照图2，壳体120的内表面还设置有多个限位柱124，各限位柱124间隔设置，主体200还设置有多个第二孔220，各限位柱124一一插设于各第二孔220内。通过将各限位柱124一一插设于各第二孔220内，能够通过多个限位柱124对主体200在壳体120内进行旋转的运动进行限制，从而提高悬浮物采集装置100的工作稳定性。
64.本发明实施例还提供了一种悬浮物采集系统，包括上述实施例中的悬浮物采集装置100，还包括配重块300和浮力装置400。配重块300连接于悬浮物采集装置100，配重块300用于使得悬浮物采集装置100能够在水体内进行下沉。浮力装置400连接于悬浮物采集装置100，浮力装置400为悬浮物采集装置100提供足够的浮力，使得悬浮物采集装置100能够维持在水体的一定深度上。通过应用本发明实施例的悬浮物采集装置100，能够提高悬浮物采集系统中水体的流通量，从而实现高通量采样。并且可以应用于不同水深的环境下，提高悬浮物采集系统的适用性。且本发明实施例的悬浮物采集装置100通过泵110来对水体进行抽吸，使得悬浮物采集系统的采集动作更加可控，能够实现在水体内的长期和定点采样。
65.具体的，悬浮物采集装置100与配重块300之间能够通过锚链130进行连接，以确保结构强度。悬浮物采集装置100靠近水面的一端与水体外的回收装置亦通过锚链130进行连接，确保结构强度的同时，方便回收。其中，浮力装置400能够直接连接在主体200上。在设置有壳体120的实施例中，也能够直接连接在壳体120上。亦或者，浮力装置400能够连接于锚链130上，从而单独于悬浮物采集装置100设置。
66.可以理解的是，悬浮物采集系统能够包括多个悬浮物采集装置100和多个浮力装置400，悬浮物采集装置100与浮力装置400可以是一一对应，也可以一个悬浮物采集装置100对应设置有多个浮力装置400。且各悬浮物采集装置100沿水体的深度方向排列，从而实现在水体中的多点采样。其中，各悬浮物采集装置100能够通过锚链130进行连接，以确保悬浮物采集系统的结构强度，并利于回收各悬浮物采集装置100。位于水体最浅处的悬浮物采集装置100与水体外的回收装置连接。其中，位于水体最深处的悬浮物采集装置100与配重块300直接连接，相邻的悬浮物采集装置100互相连接。
67.进一步的，浮力装置400包括固定架420和多个浮子410，固定架420包括相互连接的第一连接部430和第二连接部440，浮子410固定于第一连接部430，第二连接部440与悬浮物采集装置100固定连接，各浮子410沿主体200的周向环绕于悬浮物采集装置100。通过将浮子410沿主体200的周向环绕于悬浮物采集装置100，能够使得悬浮物采集装置100所受到的浮力均匀，确保悬浮物采集装置100位于设定的高度上并稳定悬浮。且由于浮子410具有多个，当一个浮子410损坏时，其他浮子410依然能够提供浮力。且由于浮子410通常为充气的气罐或者浮球，装配较为麻烦，先将浮子410装配于固定架420上，相比于将浮子410直接装配于悬浮物采集装置100上，操作空间更大，难度更低，因此，固定架420能够降低浮子410的装配难度。
68.在对水体的研究中，除了悬浮物本身外，水体的环境条件也是需要考虑的。为此，本发明的实施例还提供了一种具有环境传感器500的悬浮物采集系统，环境传感器500至少包括温度计、盐度计或溶氧计中的一种，环境传感器500固定于悬浮物采集装置100。通过环境传感器500对水体的、温度、盐度或者溶氧度等参数进行检测，能够记录悬浮物取样过程中水体环境的信息演化，有助于科学地分析水体及悬浮物的取样结果。
69.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。