CN105547737B - 一种深海潜水取样装置及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海潜水取样装置，包括安装有导轨的外壳，所述导轨上安装有取草装置，所述外壳外壁四周安装有取水装置，所述外壳内部还安装有取泥装置；操作简单，自动化程度高，可同时达到对水样、土样和水草样品的取样。
Description
技术领域
本发明涉及一种取样设备，具体涉及一种深海潜水取样装置。
背景技术
随着地球资源的大量消耗,科学家们预言,海洋将成为人类深入开发的新领域。据报载,海洋蕴藏着全球70％的石油天然气资源,海底还有丰富的锰结核和洁净能源天然气水合物等待我们去开发。我国拥有118×104km海岸线,海疆面积达3×106km2。由于历史的原因,我国对大陆架和深海底部的地质构造研究程度还很不够,这正是新一轮国土资源大调查的重要内容之一。无论是研究海底地质构造,还是进行海洋勘探,或从事大陆架工程地质勘察都离不开海底取样。
如专利公布号CN101539018A公开了一种深海海底取样装置，包括取样筒体及其取样筒体驱动装置、球阀及其液压驱动装置、止回阀、呈倒T型的活塞、液压杆及其液压杆驱动装置。该发明可将海水从取样筒体的上端排出，克服海水压力，并将所需要的介质吸入取样筒体，金可方便获取深海海底的淤泥或其他物质。
又如专利公布号CN105181376A公开了一种水下运载器搭载深海沉积物取样器，包括：取样装置和存放装置；所述取样装置主要包括取样管部件和长度调节部件，取样管部件与长度调节部件之间设置有阻力调节部件；所述取样管装置活动***存放装置内。该发明结构简单、作业可靠性高、搭载条件灵活，通过阻力可调的单向阀结构能够在不同海底底质获取到高质量的深海沉积物样品与水样；采用透明度高的PC材料，使操作人员能够直观地对样品进行初步评估；采用分段装配方式，实现了沉积物样品无扰动提取与保存；适用于水下有缆潜水器、载人潜水器等搭载作业。
由于海水压力很大，如何克服海水压力，同时对不同水层的水样，以及海底淤泥和水草等其他物质进行取样是亟待解决的问题。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的问题，提出了一种深海潜水取样装置及其实施方法，实现了同时在水底进行取泥、取水和对水底植物进行取样的操作。
本发明的具体技术方案如下：
一种深海潜水取样装置，包括安装有导轨的外壳，所述导轨上安装有取草装置，所述外壳外壁四周安装有取水装置，所述外壳内部还安装有取泥装置；
所述取草装置包括通过第二电机带动在导轨上运动的支架，所述支架上端安装有第三电机，所述第二电机上安装有旋转架，机械手安装在所述旋转架前端；
所述取水装置包括安装有电磁阀的储水罐，所述电磁阀与压力传感器之间安装有螺线管，所述压力传感器安装有导线，所述导线穿透外壳，并从外壳上端穿出与外部电磁阀控制器连接。所述取泥装置包括安装有外罩的取泥罐，外罩内侧和取泥罐外壁之间安装有滚珠导轨，滚珠在滚珠导轨上运动，所述储泥罐上端安装有固定端，所述外罩上端安装有与固定端相连的液压活塞杆，所述液压活塞杆上端安装有油压管，所述油压管穿过外壳上端与外部液压控制装置连接。
所述储草装置包括储草框，所述储草框上端安装有框盖，所述储草框和框盖采用钢丝网片制成，所述储草框一侧还设有安装在所述外壳上的支架二，所述支架二上安装有第四电机，吊绳一端与所述第四电机连接，所述吊绳另一端与所述框盖连接。
优选地，所述外壳下端安装有底座，所述底座上安装带有第一电机的钻头。
优选地，所述旋转架上端安装有水下摄像头。
优选地，所述取泥装置的外罩下端还设有活动挡板，所述活动挡板通过销钉与外罩铰链连接，所述活动挡板两端还设有连接外罩外侧的弹簧。
优选地，所述取泥罐内还安装有轴体，“V”型存储槽安装在轴体上。
一种深海潜水取样装置的实施方法，包括如下步骤：
1)确定取样的位置和深度，将取样装置沉入海底；
2)取样装置入水后，外部电磁阀控制器通过压力传感器获取水压值，控制电磁阀开启，海水进入储水罐，间隔五秒后电磁阀自动关闭，取水完成；
3)确定当取样装置到达指定取样位置后，通过第一电机驱动钻头运动，将底座固定在取样位置；
4)外部液压控制装置控制油压管对液压活塞杆进行加压，推动取泥罐在滚珠导轨上进行向下运动，推开活动挡板，***海底土层，泥土样品进入“V”型存储槽内，获取泥土样品，获取泥土样品后，再通过外部液压控制装置控制液压活塞杆收缩回位，带动取泥罐收缩回位，活动挡板自动闭合，取泥完成；
5)旋转架上安装有水下摄像头，观察取样位置四周的环境，确定取样位置，通过第二电机带动支架在导轨上来回运动，同时支架上端安装第三电机驱动旋转架旋转运动，到达取样位置，最后通过旋转架前端安装的机械手获取水草样品，再通过第二电机在导轨上运动到储料框附近，通过第四电机带动吊绳收缩把框盖打开，通过机械手将水草样品放入储料框里，最后通过第四电机下放吊绳把框盖盖上，取水草完成；
6)完成所有取样后，第一电机驱动钻头回收运动，将底座带离取样位置，并通过起吊设备将取样装置吊回船上，取出土样、水样和水草样品，取样作业完成。
其有益效果：本发明操作简单，自动化程度高，可同时达到对水样、土样和水草样品的取样。
附图说明：
图1为本发明深海潜水取样装置的结构示意图；
图2为图1另一个方向的结构示意图；
图3为本发明深海潜水取样装置的正视图；
图4为本发明取泥装置的结构示意图；
图5为本发明取泥装置的剖视图；
图6为本发明取草装置的俯视图；
图7为本发明取水装置剖视图。
图8为本发明储草装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图所示，一种深海潜水取样装置，包括安装有导轨11的外壳1，所述外壳1下端安装有底座5，所述底座5上安装带有第一电机52的钻头51，可以在取样装置到达取样位置后，将取样装置固定在取样位置，方便取样。所述导轨11上安装有取草装置4，所述外壳1外壁四周安装有取水装置2，所述外壳1内部还安装有取泥装置3，所述外壳1外壁还设有储草装置6。所述取草装置4包括通过第二电机41带动在导轨11上运动的支架42，所述支架42上端安装有第三电机43，所述第三电机为旋转电机，所述第二电机41上安装有旋转架44，机械手45安装在所述旋转架44前端，通过上述结构保证取草装置在导轨上进行来回运动和旋转运转运动，方便旋转架44上端安装有水下摄像头46更加全面的获取取样位置及其周边的环境情况，便于更加准确的控制旋转架44前端的机械手45采集水草样品。
所述储草装置6包括储草框61，所述储草框61上端安装有框盖62，所述储草框61和框盖62采用钢丝网片制成；所述储草框61一侧还设有安装在所述外壳1上的支架二63，所述支架二63上安装有第四电机64，吊绳65一端与所述第四电机64连接，所述吊绳65另一端与所述框盖62连接。
所述取水装置2包括安装有电磁阀22的储水罐21，所述电磁阀22与压力传感器24之间安装有螺线管23，所述压力传感器24安装有导线25，所述导线25穿透外壳，并从外壳上端开口穿出与外部电磁阀控制器连接。
所述取泥装置3包括安装有外罩36的取泥罐35，外罩36内侧和取泥罐35外壁之间安装有滚珠导轨39，滚珠38在滚珠导轨39上运动，所述储泥罐35上端安装有固定端353，所述外罩36上端安装有与固定端353相连的液压活塞杆31，所述液压活塞杆31上端安装有油压管37，所述油压管37穿过外壳1上端与外部液压控制装置连接，通过外部液压控制装置和油压管37控制液压活塞杆31进行上下运动，现将储泥罐35推出进行取土，取土完成后再控制液压活塞杆31回缩，同时带动储泥罐35回缩，完成取泥。另外所述取泥装置3的外罩36下端还设有活动挡板32，所述活动挡板32通过销钉33与外罩36铰链连接，所述活动挡板32两端还设有连接外罩36外侧的弹簧34，用于密封作用。取泥罐35内还安装有轴体351，“V”型存储槽352安装在轴体上，用于存放土样。
基于上述装置，本发明还提供了一种深海潜水取样装置的实施方法，其步骤如下：
1)确定取样的位置和深度，将取样装置沉入海底；
2)取样装置入水后，外部电磁阀控制器通过压力传感器24获取水压值，控制电磁阀22开启，海水进入储水罐21，间隔五秒后电磁阀22自动关闭，取水完成；
3)确定当取样装置到达指定取样位置后，通过第一电机52驱动钻头51运动，将底座5固定在取样位置；
4)外部液压控制装置控制油压管37对液压活塞杆31进行加压，推动取泥罐35在滚珠导轨39上进行向下运动，推开活动挡板32，***海底土层，泥土样品进入“V”型存储槽352内，获取泥土样品，获取泥土样品后，再通过外部液压控制装置控制液压活塞杆31收缩回位，带动取泥罐35收缩回位，活动挡板32自动闭合，取泥完成；
5)旋转架44上安装有水下摄像头46，观察取样位置四周的环境，确定取样位置，通过第二电机41带动支架42在导轨11上来回运动，同时支架42上端安装第三电机43驱动旋转架44旋转运动，到达取样位置，最后通过旋转架前端安装的机械手45获取水草样品，再通过第二电机41在导轨11上运动到储料框61附近，通过第四电机64带动吊绳65收缩把框盖62打开，通过机械手45将水草样品放入储料框61里，最后通过第四电机64下放吊绳65把框盖62盖上，取水草样品完成；
6)完成所有取样后，第一电机52驱动钻头51回收运动，将底座5带离取样位置，并通过起吊设备将取样装置吊回船上，取出土样、水样和水草样品，取样作业完成。
实施例2：
如图所示，一种深海潜水取样装置，包括安装有导轨11的外壳1，所述外壳1下端安装有底座5，所述底座5上安装带有第一电机52的钻头51，可以在取样装置到达取样位置后，将取样装置固定在取样位置，方便取样。所述导轨11上安装有取草装置4，所述外壳1外壁四周安装有取水装置2，所述外壳1内部还安装有取泥装置3，所述外壳1外壁还设有储草装置6，所述储草装置6外侧还设有纤维密网(图中未示出)，纤维密网分布在储草框61和框盖62外侧表面。
所述取草装置4包括通过第二电机41带动在导轨11上运动的支架42，所述支架42上端安装有第三电机43，所述第三电机为旋转电机，所述第二电机41上安装有旋转架44，机械手45安装在所述旋转架44前端，通过上述结构保证取草装置在导轨上进行来回运动和旋转运转运动，方便旋转架44上端安装有水下摄像头46更加全面的获取取样位置及其周边的环境情况，便于更加准确的控制旋转架44前端的机械手45采集水草样品。
所述储草装置6包括储草框61，所述储草框61上端安装有框盖62，所述储草框61和框盖62采用钢丝网片制成；所述储草框61一侧还设有安装在所述外壳1上的支架二63，所述支架二63上安装有第四电机64，吊绳65一端与所述第四电机64连接，所述吊绳65另一端与所述框盖62连接。
所述取水装置2包括安装有电磁阀22的储水罐21，所述电磁阀22与压力传感器24之间安装有螺线管23，所述压力传感器24安装有导线25，所述导线25穿透外壳，并从外壳上端开口穿出与外部电磁阀控制器连接。
所述取泥装置3包括安装有外罩36的取泥罐35，外罩36内侧和取泥罐35外壁之间安装有滚珠导轨39，滚珠38在滚珠导轨39上运动，所述储泥罐35上端安装有固定端353，所述外罩36上端安装有与固定端353相连的液压活塞杆31，所述液压活塞杆31上端安装有油压管37，所述油压管37穿过外壳1上端与外部液压控制装置连接，通过外部液压控制装置和油压管37控制液压活塞杆31进行上下运动，现将储泥罐35推出进行取土，取土完成后再控制液压活塞杆31回缩，同时带动储泥罐35回缩，完成取泥。另外所述取泥装置3的外罩36下端还设有活动挡板32，所述活动挡板32通过销钉33与外罩36铰链连接，所述活动挡板32两端还设有连接外罩36外侧的弹簧34，用于密封作用。取泥罐35内还安装有轴体351，“V”型存储槽352安装在轴体上，用于存放土样。
基于上述装置，本发明还提供了一种深海潜水取样装置的实施方法，其步骤如下：
1)确定取样的位置和深度，将取样装置外壳上的悬挂机构5与起吊设备上的钢绳连接，将取样装置沉入海底；
2)取样装置入水后，外部电磁阀控制器通过压力传感器24获取水压值，控制电磁阀22开启，海水进入储水罐21，间隔五秒后电磁阀22自动关闭，取水完成；
3)确定当取样装置到达指定取样位置后，通过第一电机52驱动钻头51运动，将底座5固定在取样位置；
4)外部液压控制装置控制油压管37对液压活塞杆31进行加压，推动取泥罐35在滚珠导轨39上进行向下运动，推开活动挡板32，***海底土层，泥土样品进入“V”型存储槽352内，获取泥土样品，获取泥土样品后，再通过外部液压控制装置控制液压活塞杆31收缩回位，带动取泥罐35收缩回位，活动挡板32自动闭合，取泥完成；
5)旋转架44上安装有水下摄像头46，观察取样位置四周的环境，确定取样位置，通过第二电机41带动支架42在导轨11上来回运动，同时支架42上端安装第三电机43驱动旋转架44旋转运动，到达取样位置，最后通过旋转架前端安装的机械手45获取水草样品，再通过第二电机41在导轨11上运动到储料框61附近，通过第四电机64带动吊绳65收缩把框盖62打开，通过机械手45将水草样品放入储料框61里，最后通过第四电机64下放吊绳65把框盖62盖上，取水草样品完成；
6)完成所有取样后，第一电机52驱动钻头51回收运动，将底座5带离取样位置，并通过起吊设备将取样装置吊回船上，取出土样、水样和水草样品，取样作业完成。
实施例3：
如图所示，一种深海潜水取样装置，包括安装有导轨11的外壳1，所述外壳1下端安装有底座5，所述底座5上安装带有第一电机52的钻头51，可以在取样装置到达取样位置后，将取样装置固定在取样位置，方便取样。所述导轨11上安装有取草装置4，所述外壳1外壁四周安装有取水装置2，所述外壳1内部还安装有取泥装置3，所述外壳1外壁还设有储草装置6，所述储草装置6外侧还设有纤维密网(图中未示出)，纤维密网分布在储草框61和框盖62外侧表面；所述外壳1外壁还安装有高压气泵7，所述高压气泵7的气口连接高压气袋8，所述高压气袋8的气口牢牢安装在高压气泵7的气口上，所述高压气泵7和高压气袋8均布安装在所述外壳1外壁四周，当取样完成时，通过高压气泵7给高压气袋8充气，增加浮力，使取样装置轻松浮起，减轻吊装负载。
所述取草装置4包括通过第二电机41带动在导轨11上运动的支架42，所述支架42上端安装有第三电机43，所述第三电机为旋转电机，所述第二电机41上安装有旋转架44，机械手45安装在所述旋转架44前端，通过上述结构保证取草装置在导轨上进行来回运动和旋转运转运动，方便旋转架44上端安装有水下摄像头46更加全面的获取取样位置及其周边的环境情况，便于更加准确的控制旋转架44前端的机械手45采集水草样品。
所述储草装置6包括储草框61，所述储草框61上端安装有框盖62，所述储草框61和框盖62采用钢丝网片制成；所述储草框61一侧还设有安装在所述外壳1上的支架二63，所述支架二63上安装有第四电机64，吊绳65一端与所述第四电机64连接，所述吊绳65另一端与所述框盖62连接。
所述取水装置2包括安装有电磁阀22的储水罐21，所述电磁阀22与压力传感器24之间安装有螺线管23，所述压力传感器24安装有导线25，所述导线25穿透外壳，并从外壳上端开口穿出与外部电磁阀控制器连接。
所述取泥装置3包括安装有外罩36的取泥罐35，外罩36内侧和取泥罐35外壁之间安装有滚珠导轨39，滚珠38在滚珠导轨39上运动，所述储泥罐35上端安装有固定端353，所述外罩36上端安装有与固定端353相连的液压活塞杆31，所述液压活塞杆31上端安装有油压管37，所述油压管37穿过外壳1上端与外部液压控制装置连接，通过外部液压控制装置和油压管37控制液压活塞杆31进行上下运动，现将储泥罐35推出进行取土，取土完成后再控制液压活塞杆31回缩，同时带动储泥罐35回缩，完成取泥。另外所述取泥装置3的外罩36下端还设有活动挡板32，所述活动挡板32通过销钉33与外罩36铰链连接，所述活动挡板32两端还设有连接外罩36外侧的弹簧34，用于密封作用。取泥罐35内还安装有轴体351，“V”型存储槽352安装在轴体上，用于存放土样。
基于上述装置，本发明还提供了一种深海潜水取样装置的实施方法，其步骤如下：
1)确定取样的位置和深度，将取样装置外壳上的悬挂机构5与起吊设备上的钢绳连接，将取样装置沉入海底；
2)取样装置入水后，外部电磁阀控制器通过压力传感器24获取水压值，控制电磁阀22开启，海水进入储水罐21，间隔五秒后电磁阀22自动关闭，取水完成；
3)确定当取样装置到达指定取样位置后，通过第一电机52驱动钻头51运动，将底座5固定在取样位置；
4)外部液压控制装置控制油压管37对液压活塞杆31进行加压，推动取泥罐35在滚珠导轨39上进行向下运动，推开活动挡板32，***海底土层，泥土样品进入“V”型存储槽352内，获取泥土样品，获取泥土样品后，再通过外部液压控制装置控制液压活塞杆31收缩回位，带动取泥罐35收缩回位，活动挡板32自动闭合，取泥完成；
5)旋转架44上安装有水下摄像头46和水下照明设备6，观察取样位置四周的环境，确定取样位置，取草装置上还安装有取样位移传感器7，可准确定位和接收位置信号，并控制通过第二电机41带动支架42在导轨11上来回运动，同时支架42上端安装第三电机43驱动旋转架44旋转运动，到达取样位置，最后通过旋转架前端安装的机械手45获取水草样品，再通过第二电机41在导轨11上运动到储料框61附近，通过第四电机64带动吊绳65收缩把框盖62打开，通过机械手45将水草样品放入储料框61里，最后通过第四电机64下放吊绳65把框盖62盖上，取水草样品完成；
6)完成所有取样后，第一电机52驱动钻头51回收运动，将底座5带离取样位置，并通过起吊设备将取样装置吊回船上，取出土样、水样和水草样品，取样作业完成。
Claims (6)
1.一种深海潜水取样装置，包括安装有导轨(11)的外壳(1)，其特征在于：所述导轨(11)上安装有取草装置(4)，所述外壳(1)外壁四周安装有取水装置(2)，所述外壳(1)外壁还设有储草装置(6)，所述外壳(1)内部还安装有取泥装置(3)；
所述取草装置(4)包括通过第二电机(41)带动在导轨(11)上运动的支架(42)，所述支架(42)上端安装有第三电机(43)，所述第二电机(41)上安装有旋转架(44)，机械手(45)安装在所述旋转架(44)前端；
所述取水装置(2)包括安装有电磁阀(22)的储水罐(21)，所述电磁阀(22)与压力传感器(24)之间安装有螺线管(23)，所述压力传感器(24)安装有导线(25)，所述导线(25)穿透外壳(1)，并从外壳(1)上端穿出与外部电磁阀控制器连接；
所述取泥装置(3)包括安装有外罩(36)的取泥罐(35)，外罩(36)内侧和取泥罐(35)外壁之间安装有滚珠导轨(39)，滚珠(38)在滚珠导轨(39)上运动，所述储泥罐(35)上端安装有固定端(353)，所述外罩(36)上端安装有与固定端(353)相连的液压活塞杆(31)，所述液压活塞杆(31)上端安装有油压管(37)，所述油压管(37)穿过外壳(1)上端与外部液压控制装置连接；
所述储草装置(6)包括储草框(61)，所述储草框(61)上端安装有框盖(62)，所述储草框(61)一侧还设有安装在所述外壳(1)上的支架二(63)，所述支架二(63)上安装有第四电机(64)，吊绳(65)一端与所述第四电机(64)连接，所述吊绳(65)另一端与所述框盖(62)连接。
2.根据权利要求1所述的一种深海潜水取样装置，其特征在于：所述外壳(1)下端安装有底座(5)，所述底座(5)上安装带有第一电机(52)的钻头(51)。
3.根据权利要求1所述的一种深海潜水取样装置，其特征在于：所述旋转架(44)上端安装有水下摄像头(46)。
4.根据权利要求1所述的一种深海潜水取样装置，其特征在于：所述取泥装置(3)的外罩(36)下端还设有活动挡板(32)，所述活动挡板(32)通过销钉(33)与外罩(36)铰链连接，所述活动挡板(32)两端还设有连接外罩(36)外侧的弹簧(34)。
5.根据权利要求1所述的一种深海潜水取样装置，其特征在于：所述取泥罐(35)内还安装有轴体(351)，“V”型存储槽(352)安装在轴体上。
6.如权利要求1所述的深海潜水取样装置的实施方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定取样的位置和深度，将取样装置沉入海底；
2)取样装置入水后，外部电磁阀控制器通过压力传感器(23)获取水压值，控制电磁阀(22)开启，海水进入储水罐(21)，间隔五秒后电磁阀(22)自动关闭，取水完成；
3)确定当取样装置到达指定取样位置后，通过第一电机(52)驱动钻头(51)运动，将底座(5)固定在取样位置；
4)外部液压控制装置控制油压管(37)对液压活塞杆(31)进行加压，推动取泥罐(35)在滚珠导轨(39)上进行向下运动，推开活动挡板(32)，***海底土层，泥土样品进入“V”型存储槽(352)内，获取泥土样品，获取泥土样品后，再通过外部液压控制装置控制液压活塞杆(31)收缩回位，带动取泥罐(35)收缩回位，活动挡板(32)自动闭合，取泥完成；
5)旋转架(44)上安装有水下摄像头(46)，观察取样位置四周的环境，确定取样位置，通过第二电机(41)带动支架(42)在导轨(11)上来回运动，同时支架(42)上端安装第三电机(43)驱动旋转架(44)旋转运动，到达取样位置，然后通过旋转架前端安装的机械手(45)获取水草样品，再通过第二电机(41)在导轨(11)上运动到储料框(61)附近，通过第四电机(64)带动吊绳(65)收缩把框盖(62)打开，通过机械手(45)将水草样品放入储料框(61)里，最后通过第四电机(64)下放吊绳(65)把框盖(62)盖上，取水草完成；
6)完成所有取样后，第一电机(52)驱动钻头(51)回收运动，将底座(5)带离取样位置，并通过起吊设备将取样装置吊回船上，取出土样、水样和水草样品，取样作业完成。
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