Радиоуправляемая самоходная и плавающая портативная установка для экологического, эпидемиологического и микробиологического мониторинга объектов водной среды

Полезная модель относится к эпидемиологии, микробиологии и экологии, и может использоваться для проведения мониторинга объектов водной среды для оценки их зараженности и загрязненности. Технический результат изобретения - повышение эффективности мониторинга открытых водоемов, достигается тем, что установка представляет собой поликомандное радиоуправляемое на расстоянии до 1,5 км портативное самоходное устройство в виде катамарана, способное к маневренному перемещению по грунту и воде за счет гибких гусениц с резиновыми грунто-зацепами и гребного винта с рулем, соответственно, что обеспечивает его вход и выход из воды с преодолением наклона до 30° и возможностью забора проб воды в емкость объемом 1 л с помощью центробежного насоса, а также за счет миниперистальтического насоса с селективным концентрированием микроорганизмов на поверхности сорбентов в магнитной ловушке на плавающей платформе с подъемником для ее размещения на воде и последующего подъема. При этом энергоснабжение осуществляется от комплекта из 2-х 6-ти вольтовых перезаряжаемых аккумуляторных батарей, а светодиоды обеспечивают контроль их заряда, направление движения и выполняемых функций.

Полезная модель относится к техническим устройствам и может быть применена в эпидемиологии, микробиологии и экологии при мониторинге объектов водной среды для оценки их зараженности и загрязненности. В настоящее время в рамках решения отдельных задач Федеральной целевой программы «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009-2013 гг.)» возникает необходимость повышения эффективности разработки технических средств для обеспечения проведения эпидемиологического, микробиологического и экологического мониторинга объектов водной среды.

Известны приемы традиционного эпидемиологического надзора водных объектов внешней среды, предусматривающие забор проб в стерильную посуду с герметичными пробками с последующей их доставкой в течение строго ограниченного времени (двух часов) в лабораторию для анализа (Специфическая индикация патогенных биологичеких агентов. Практическое руководство. / Ред. Г.Г. Онищенко. М: ЗАО «МП Гигиена», 2006. 288 с).

В последние годы разработаны рациональные подходы и технические устройства, позволяющие селективно концентрировать микроорганизмы из воды на поверхности сорбентов, магносорбентов и магноиммуносорбентов (МИС) в магнитном поле за счет принудительной подачи жидкости из береговой зоны водоема с последующим переносом частиц сорбентов в емкость для хранения, транспортировки и идентификации пробы на наличие возбудителя инфекции (Патент РФ 2153173. Опубл. 20.07.2000 г. Бюл. 20).

Однако и эти подходы не обеспечивают надежной системы контроля и обнаружения источников инфекции. В стоячих и проточных водоемах пробу берут в количестве 1 л (согласно вышеуказанному практическому руководству), и в ней не всегда будет достаточное количество микроорганизмов для последующего обнаружения возбудителя инфекции. Вышеуказанные рациональные подходы и устройства для селективного концентрирования микроорганизмов на поверхности МИС ограничены возможностью их применения в пределах береговой зоны.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является плавающая установка для микробиологического мониторинга открытых водоемов, содержащая приспособление для селективного отбора микроорганизмов с помощью МИС, в которой используется три съемные ловушки с магнитными пробками, каждая из которых накапливает определенный вид возбудителя инфекционных болезней. Кроме них в установке-прототипе используется дополнительная магнитная ловушка, представляющая собой стеклянную трубку, помещенную в замкнутом магнитном поле. При этом возможна раздельная регулировки скорости водного потока на кассете с 3-мя ловушками и ловушки с замкнутым магнитным полем за счет дополнительного отвода воды от тройника слива при помощи зажима. Регулировка водного потока через ловушки осуществляется непосредственно на самом устройстве с помощью электронного стабилизатора оборотов насоса. Питание установки осуществляется от автономных аккумуляторных батарей со светодиодными индикаторами заряда, находящихся на плавающей платформе (Патент РФ 64784. Опубл. 10.07.2007 г. Бюл. 19).

Недостаток данной установки заключается в том, что для отбора проб воды на исследование необходимо буксирующее средство, а ее размещение на воде у берега и последующее извлечение из воды, по крайней мере, требует дополнительного оснащения персонала. Кроме того, не предусмотрена возможность отбора проб воды в емкости, съемные магнитные ловушки не модифицированы для повышения эффективности сорбции микроорганизмов, например за счет изменения формулы поверхности ловушки, а также габариты и масса заправленной установки создают затруднения при ее эксплуатации.

Целью полезной модели является повышение эффективности эпидемиологического, микробиологического и экологического мониторинга открытых водоемов за счет обеспечения возможности радиоуправления перемещения модели по воде, грунту и снабжения плавающей установки функциональными узлами, обеспечивающими отбор пробы воды в емкость, а также возможность селективного и одновременного накопления микроорганизмов с использованием МИС для выявления нескольких инфекций.

Поставленная цель достигается тем, что полезная модель представляет собой портативную радиоуправляемую плавающую установку (катамаран) самоходно передвигающуюся по грунту на эластичных гибких гусеницах с фиксированными на них резиновыми грунтозацепами и за счет гребного винта по воде, с расположенной на нем емкостью, заполнение которой автоматически отключает центробежный насос, а микроперистальтический насос обеспечивает расход вода через магнитную ловушку плавающего катамарана для селективного накопления на сорбентах определенного вида антигенов или возбудителей инфекционных заболеваний.

Отличительными признаками заявляемой установки, являются:

1. Плавающая основа установки выполнена в виде портативного, минимизированного по размерам, катамарана водоизмещением 15 дм ³ с соотношением ширины к длине, как 3:4.

2. Использование 8-ми командного блока радиопередатчика команд (РПК) IMAX-TH9X с антенной для него IMAX-TM001 (управляемого оператором) и приемника радиокоманд (ПРК) - IMAX-R8A для передачи команд на расстоянии до 1,5 км.

3. Использование 6 рулевых машинок, электродвигателей, электромеханических преобразователей выполняемых радиокоманд для обеспечения движения и заявляемых функций.

4. Обеспечение маневренного перемещения «впередназад», «влевовправо» установки по грунту берега стоячего или проточного водоемов с возможностью преодоления неровностей и рельефа наклонных поверхностей ландшафта местности (до 30°).

5. Использование двух латерально расположенных эластичных гусениц, с закрепленными на них резиновыми грунтозацепами выполненных на основе гибкого зубчатого ремня с пропиленным углублением по центру для фиксации на шести роликах с выступом по окружности, а оси их вращения фиксированы между двумя алюминиевыми пластинами с ребрами жесткости.

6. Использование заднего ведущего ролика, выполненного в виде зубчатой ведущей шестерни с боков ограниченной дисками, препятствующими смещению эластичных гибких гусениц с фиксированными на них резиновыми грунтозацепами.

7. Использование четырех промежуточных опорных и переднего роликов, выполненных из специально обработанной многослойной фанеры.

8. Установка между пластинами гусениц поплавков для увеличения плавучести.

9. Использование межосевого дифференциала с дисковыми тормозами на полуосях привода гусениц и двух рулевых машинок, обеспечивающих торможение полуосей для перемещения установки «влевовправо» по грунту.

10. Обеспечение маневренного перемещения «впередназад», влевовправо» установки по воде стоячего или проточного водоемов за счет гребного винта и двух рулевых машинок, обеспечивающих поворот руля в воде, наличие которого не препятствует движению установки по грунту.

11. Обеспечение дистанционного включения побудителя расхода жидкости - центробежного насоса, производящего заполнение однолитровой емкости водой, обратное движение которой автоматически отключает насос.

12. Обеспечение дистанционного включения побудителя расхода жидкости - миниперистальтического насоса, для прохождения потока воды через плавающую магнитную ловушку.

13. Использование элеватора для подъема и опускания на поверхность воды магнитной ловушки с заборным насадком для отбора воды в емкость.

14. Использование комплекта из 2-х 6 В заряжаемых аккумуляторных батарей для энергообеспечения блока приемника радиокомад ПРК, трансмиссии и проведения отбора проб обеспечивает ресурсы для движения по грунту, в воде, а также повышает эффективность функциональной эксплуатации установки.

15. Использование на борту установки впереди, сзади и по сторонам, соответственно, зеленых, красных и желтых элементов светодиодной подсветки для контроля заряда аккумуляторов, движения по грунту, воде и выполнения функций отбора проб.

Изображение и эскизы заявляемой установки - катамарана с плавающей платформой для магнитной ловушки, блоков радиопередатчика команд (РПК) и приемника радиоуправления (ПРК) и схема управления функциональными электродвигателями, соответственно, представлены на фото 1 (общий вид установки) фиг.1 (вид установки сверху), фиг.2 (вид установки сбоку), фиг.3 (схема соединения электронных блоков и функциональных электродвигателей).

Для размещения и крепления функциональных узлов используется плавающая платформа 1 в виде катамарана с наружными размерами 650×480×250 мм с объемом водоизмещения обоих поплавков 15 дм. Плавающая основа поплавков 2 изготовлена из пластин пенопласта, которые оклеены бумагой и двукратно покрыты слоем масляной краски. На каждом из поплавков катамарана установлены цилиндрические кронштейны 3 с фиксирующими винтами 4 для взаимного соединения поплавков между собой с помощью алюминиевых трубок 5, на которых фиксирована прямоугольная платформа палубы 6 размером 500×180×6 мм с функциональными узлами. Для защиты функциональных электромеханических и электронных узлов от попадания воды и атмосферных осадков на каркасе 7 из стальной проволоки установлена защитная крышка 8, изготовленная из водоотталкивающей ткани. На платформе палубы крепятся: кронштейн 9 для крепления двух съемных последовательно соединенных аккумуляторных батарей (Ventura, 6 В, емкостью 4,5 А/ч) 10, 2 рулевые машинки SD3770B 11, обеспечивающие раздельное торможение дисков гусениц 12 и повороты руля 13, электродвигатель для привода гусениц 550РМ-60819 12 В мощностью до 500 Вт 14, электродвигатель 120 Вт на 12 В 15 для движения по воде, включаемый через рулевую машинку SD3770B 16, для гребного винта 17 и гибкий привод 18, центробежный электрический насос 2110-5208009-08ЭНЦ 2,5-12 В мощностью 10 Вт 19 и рулевая машинка SD3770B 20 для обеспечения его включения, рулевая машинка SD3770B 21 для включения двигателя 22 микроперистальтического насоса, рулевая машинка SD3770B 23 в виде элеватора для подъема и опускания из воды и в воду плавающей платформе 24 с модифицированной магнитной ловушкой. Под палубой устройства установлена съемная пластмассовая 1 л емкость 25 с клапанным и электромеханическим устройством 26 для отключения электрического двигателя принудительным потоком воды в силиконовой трубке 27 после заполнения емкости. На палубе установки расположен в гидроизолирующей камере 28 блок ПРК 29 и тумблер для его включения 30, а также тумблер отключения комплекта из 2-х 6 В аккумуляторных батарей 31.

С наружной стороны поплавков катамарана укреплены эластичные гусеницы 32, каждая из которых смонтирована на двух несущих алюминиевых пластинах 33 и эластичного зубчатого ремня 34, шириной 25 мм, натянутого на шести роликах 35, фиксированных между пластинами, один из которых в виде шестерни 36, ограниченной с боков дисками 37, является ведущим. Концевые ролики установлены на подшипниках качения, четыре промежуточных обеспечивают опорную функцию, а поплавки 38 в гусеницах увеличивают плавучесть. Для контроля движения по грунту, воде и выполнения функций отбора проб на борту установки впереди, сзади и по сторонам, соответственно, установлены элементы разноцветной светодиодной подсветки: зеленые 39, красные 40, желтые 41.

Радиоуправление обеспечивается блоком радиопередатчика команд (РПК) и приемника радиокоманд (ПРК) и их антеннами. Схема подключения ПРК адаптирована авторами для обеспечения функций 12 вольтовых электродвигателей за счет электронных блоков рулевых машинок. Схема питания РПК, ПРК, рулевых машинок и функциональных электродвигателей представлена на фиг.4.

Способ применения установки.

Каналы подключения рулевых машинок и электродвигателя 550РМ-60819 настраивают по инструкции эксплуатации цифровой пропорциональной системы iVAX-9x со встроенной памятью. В том числе, допустимо подсоединение АКБ, коммутатора и сервоприводов к приемнику и управления рулевыми машинками во время изменения настроек с анализом устройств на режимы программирования.

Работа радиоуправляемого самоходного портативного электромеханического устройства с плавающей платформой для магнитной ловушки проверяется на земле. Обязательно проверяется состояние включающих тумблеров и переключающих рукояток блока РПК и надежность его соединения с антенной. Тумблеры обязательно должны быть выключены, а рукоятки следует поставить в нейтральное положение.

Все тумблеры радиопередатчика команд переводят в положение «от себя», а рукоятки ставят в нейтральное положение для предотвращения случайного пуска электродвигателей или рулевых машинок. Тумблеры включения энергопитания на установке также должны быть выключены.

Обязательно проверяют мультиметром заряженность АКБ и источника питания передатчика - IMAX-TH9X.

ПРК 29, получающий сигналы от РПК, предварительно автоматически настраиваются со звуковым воспроизведением подтверждающего сигнала, который следует запомнить, что свидетельствует о готовности элементов установки к выполнению функций. Однако необходимо проверить работоспособность каждого функционального узла, в том числе и элементов разноцветной светодиодной подсветки (красные, желтые, зеленые).

Разместив установку на грунте, при визуальном контроле, проверяется выполнение всех, введенных в программу радиокоманд, расшифровка которых записывается и осваивается оператором-исследователем.

До выдвижения устройства на поверхность воды между поплавками устройства размещают 1 л емкость с каналами и клапаном для отвода воздуха и отбора пробы воды. Центробежный насос - побудитель расхода жидкости регулятором напряжения устанавливается в режиме нагнетания воды 0,5 л/мин, обеспечивающем быстрое заполнение емкости. Оптимизация магносорбции материала аналитов, находящихся в воде, обеспечивается магносорбентами (МС), наносимыми на магнитную поверхность мультиканальной ловушкой на плавающей платформе. Расход жидкости из расчета 50-100 мкл/мин на один канал ловушки обеспечивает в течение до 9 часов миниперистальтический насос.

После ревизии установку размещают у береговой кромки воды и включают тумблеры питания блока приемника радиокоманд (ГТРК) и бортового энергообеспечения с сигнальной светодиодной подсветкой для контроля перемещения и выполнения функций. Для перемещения установки с берега на водную поверхность исследуемого водоема рукояткой управления «впередназад» (FB) подается команда «F», которая приводит в движение гусеницы. После выхода установки на поверхность воды рукоятка команды «F» на блоке РПК возвращается в нейтральное положение. На блоке РПК включают тумблер «гребного винта» (SP), а направление движения обеспечивают рукояткой команд «влевовправо» (LR), которые после выхода установки в заданную точку перемещением рукоятки в нейтральное и тумблера в исходное положение отключают. Позиционирование установки на поверхности воды обеспечивается повторно-кратковременным включением тумблера SP и рукоятки LR. Рукояткой команд «вверх-вниз» (UpD) опускают на поверхность воды плавающую платформу с заборным насадком для отбора воды и магнитной ловушкой с МС, а для обеспечения функций отбора проб воды включают тумблеры «центробежного насоса» (CP) и «миниперистальтического насоса» (MP), которые, соответственно, после заполнения 1 л емкости и 30-100 минут пропускания воды через магнитную ловушку отключают. Рукояткой команд «UpD» поднимают плавающую платформу. На блоке РПК включают тумблер «SP», направление движения обеспечивают рукояткой команд «L<-»R», которые после выхода установки к береговой кромке отключают. Выход установки на грунт обеспечивается включением рукоятки команд «FB». После выхода установки на берег отсоединяют 1 л емкость с пробой воды, снимают ловушку с МС на магнитной поверхности для последующего лабораторного исследования.

Таким образом, заявляемая установка практически осуществима, ее использование в микробиологической практике позволит организовать проведение микробиологического мониторинга открытых водных объектов на наличие патогенна, как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Плавающая установка для эпидемиологического, микробиологического и экологического мониторинга открытых водоемов, содержащая плавающую платформу с заборным насадком для отбора воды и магнитной ловушкой с магноиммуносорбентами, приспособление для селективного отбора микроорганизмов с помощью магноиммуно-сорбентов, установка выполнена в форме поликомандного радиоуправляемого через антенны катамарана, имеющего гибкие эластичные гусеницы с фиксированными на них резиновыми грунтозацепами для обеспечения маневренного перемещения катамарана по грунту береговой зоны и гребной винт с поднимающимся рулем для перемещения катамарана по воде, при этом установка снабжена размещенными на плавающей платформе катамарана автономными аккумуляторными батареями со светодиодными индикаторами заряда и тремя рулевыми радиоуправляемыми машинками для выполнения функций отбора пробы воды и селекции микробов, одна из которых кинематически соединена с платформой с заборным насадком для отбора воды и магнитной ловушкой с магноиммуносорбентами с возможностью ее опускания и подъема, другая рулевая радиоуправляемая машинка выполнена с возможностью заполнения через центробежный насос водой 1-литровой емкости и автоматического отключения за счет действия силы нагнетаемого потока воды, а третья управляемая рулевая машинка имеет электродвигатель с миниперистальтическим насосом и расходом жидкости 0,5-1,0 мл в минуту и выполнена с возможностью осуществления функции магнитной ловушки на плавающей платформе.