CN105716897A - 一种水利湖泊探测取样设备及其实施方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水利湖泊探测取样设备，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

一种水利湖泊探测取样设备及其实施方法
技术领域
本发明涉及一种取样设备，具体涉及一种水利湖泊探测取样设备。
背景技术
湖水是全球水资源的重要组成部分，地球上湖泊(包括淡水湖、咸水湖和盐湖)总面积为2058700平方公里，总水量约176400立方公里，其中淡水储量约占52％，约为全球淡水储量的0.26％。湖水可以不断更新，不同湖泊的更新期不一，湖水更换期的长短取决于其容积和入湖、出湖年径流量。中国鄱阳湖水更新一次仅9.6天，太湖水更新一次约299天。湖泊淡水储量的地区分布很不均匀，贝加尔湖、坦噶尼喀湖和苏必利尔湖等40个世界大湖储存的淡水量占全球湖泊淡水总量的五分之四。中国的鄱阳湖、洞庭湖、太湖、巢湖和洪泽湖的淡水总量约为553亿米。湖泊利于舟楫，是水陆交通的重要组成部分。湖泊盛产鱼、虾、蟹、贝，生产莲、藕、菱、芡和芦苇等，是水产和轻工业原料的重要来源。湖泊作为旅游资源，正日益受到重视。湖泊资源的不合理开发会造成湖泊渔业资源衰减，湖泊面积减小和湖泊周围土地的沼泽化等不良后果。
如专利公布号CN102445358A公开了一种模块化多功能智能水下采样器，其包括密封筒体、上端盖、下端盖、电气插头、对接盘、模块化液缸式液体取样器、模块化抓斗式取样器、水下摄像头、水下灯和控制模块，其中：下端盖封闭于密封筒体的下端，模块化液缸式液体取样器、模块化抓斗式取样器和水下摄像头固定在下端盖上，水下灯固定在密封筒体外侧，上端盖封闭于密封筒体的上端，对接盘固定在上端盖上，电气插头穿过对接盘和上端盖与密封筒内的控制模块相连，控制模块镶嵌固定在模块化液缸式液体取样器和模块化抓斗式取样器与密封筒体之间的空间内，并且以线路与该两取样器的驱动电机以及水下摄像头相连。本发明具有结构模块化和功能多样化的优点，能够搭载在水下潜器上完成多种取样任务。
由于湖水压力大，如何克服湖水压力，同时对不同水层的水样，以及水利湖泊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，提出了一种水利湖泊探测取样设备及其实施方法，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：
一种水利湖泊探测取样设备，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，所述外壳底部安装有履带轮，所述履带轮包括主动轮、从动轮，所述主动轮与从动轮之间有承重轮，所述承重轮之间安装有摆动轴，所述承重轮与摆动轴之间设有减震器，所述主动轮、从动轮和承重轮周围安装有履带；
所述取草装置包括通过电机二带动在导轨上运动的支架，所述支架上端安装有电机三，所述电机二上安装有旋转架，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。
优选地，所述外壳下端安装有底座，所述底座上安装带有电机一的钻头。
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。
一种水利湖泊探测取样设备的实施方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定取样的位置和深度，将取样设备沉入水利湖泊。
2)取样设备入水后，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，湖水进入储水罐，间隔五秒后电磁阀自动关闭，取水完成。
3)确定当取样设备到达指定取样位置后，通过电机一驱动钻头运动，将取样器固定在取样位置。
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，***水利湖泊土层，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，确定取样位置与取样器的距离，通过履带轮带动设备前进到取样位置，通过电机一驱动钻头运动，将取样器固定在取样位置，通过电机二带动支架在导轨上来回运动，同时支架上端安装电机三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。
6)完成所有取样后，电机一驱动钻头回收运动，将取样器带离取样位置，并通过起吊设备将取样器吊回船上，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。
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，一种深湖自动取样器，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上安装带有电机一52的钻头51，可以在取样器到达取样位置后，将取样器固定在取样位置，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底部安装有履带轮6，所述履带轮6包括主动轮61、从动轮64，所述主动轮61与从动轮64之间有承重轮62，所述承重轮62之间安装有摆动轴67，所述承重轮62与摆动轴67之间设有减震器66，所述主动轮61、从动轮64和承重轮62周围安装有履带63。
所述取草装置4包括通过电机二41带动在导轨11上运动的支架42，所述支架42上端安装有电机三43，所述电机三为旋转电机，所述电机二41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。
所述取水装置1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23之间安装有螺线管24，所述压力传感器23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38，滚珠39在滚珠导轨38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湖自动取样器的实施方法，其特征在于，
1)确定取样的位置和深度，将取样设备沉入水利湖泊。
2)取样设备入水后，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，湖水进入储水罐21，间隔五秒后电磁阀22自动关闭，取水完成。
3)确定当取样设备到达指定取样位置后，通过电机一52驱动钻头51运动，将取样器固定在取样位置。
4)外部液压控制装置控制油压管对液压活塞杆31进行加压，推动取泥罐35在滚珠导轨38)上进行向下运动，推开活动挡板32，***水利湖泊土层，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，确定取样位置与取样器的距离，通过履带轮6带动设备前进到取样位置，通过电机一52驱动钻头51运动，将取样器固定在取样位置，通过电机二41带动支架42在导轨11上来回运动，同时支架42上端安装电机三43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。
6)完成所有取样后，电机一52驱动钻头51回收运动，将取样器带离取样位置，并通过起吊设备将取样器吊回船上，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，一种深湖自动取样器，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上安装带有电机一52的钻头51，可以在取样器到达取样位置后，将取样器固定在取样位置，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底部安装有履带轮6，所述履带轮6包括主动轮61、从动轮64，所述主动轮61与从动轮64之间有承重轮62，所述承重轮62之间安装有摆动轴67，所述承重轮62与摆动轴67之间设有减震器66，所述主动轮61、从动轮64和承重轮62周围安装有履带63，所述外壳1上安装有温度测量传感器8，方便测量湖底温度。
所述取草装置4包括通过电机二41带动在导轨11上运动的支架42，所述支架42上端安装有电机三43，所述电机三为旋转电机，所述电机二41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。
所述取水装置1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23之间安装有螺线管24，所述压力传感器23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38，滚珠39在滚珠导轨38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湖自动取样器的实施方法，其特征在于，
1)确定取样的位置和深度，将取样设备沉入水利湖泊。
2)取样设备入水后，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，湖水进入储水罐21，间隔五秒后电磁阀22自动关闭，取水完成。
3)确定当取样设备到达指定取样位置后，通过电机一52驱动钻头51运动，将取样器固定在取样位置，打开温度测量传感器8测量湖底温度，得出湖底温度值。
4)外部液压控制装置控制油压管对液压活塞杆31进行加压，推动取泥罐35在滚珠导轨38)上进行向下运动，推开活动挡板32，***水利湖泊土层，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，确定取样位置与取样器的距离，通过履带轮6带动设备前进到取样位置，通过电机一52驱动钻头51运动，将取样器固定在取样位置，通过电机二41带动支架42在导轨11上来回运动，同时支架42上端安装电机三43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。
6)完成所有取样后，电机一52驱动钻头51回收运动，将取样器带离取样位置，并通过起吊设备将取样器吊回船上，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，一种深湖自动取样器，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上安装带有电机一52的钻头51，可以在取样器到达取样位置后，将取样器固定在取样位置，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底部安装有履带轮6，所述履带轮6包括主动轮61、从动轮64，所述主动轮61与从动轮64之间有承重轮62，所述承重轮62之间安装有摆动轴67，所述承重轮62与摆动轴67之间设有减震器66，所述主动轮61、从动轮64和承重轮62周围安装有履带63。所述外壳1上安装有温度测量传感器8，方便测量湖底温度。所述外壳1上部均匀布设有引流孔7。
所述取草装置4包括通过电机二41带动在导轨11上运动的支架42，所述支架42上端安装有电机三43，所述电机三为旋转电机，所述电机二41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。
所述取水装置1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23之间安装有螺线管24，所述压力传感器23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38，滚珠39在滚珠导轨38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湖自动取样器的实施方法，其特征在于，
1)确定取样的位置和深度，将取样设备沉入水利湖泊。
2)取样设备入水后，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，湖水进入储水罐21，间隔五秒后电磁阀22自动关闭，取水完成。
3)确定当取样设备到达指定取样位置后，通过电机一52驱动钻头51运动，将取样器固定在取样位置，打开温度测量传感器8测量湖底温度，得出湖底温度值。
4)外部液压控制装置控制油压管对液压活塞杆31进行加压，推动取泥罐35在滚珠导轨38)上进行向下运动，推开活动挡板32，***水利湖泊土层，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，确定取样位置与取样器的距离，通过履带轮6带动设备前进到取样位置，通过电机一52驱动钻头51运动，将取样器固定在取样位置，通过电机二41带动支架42在导轨11上来回运动，同时支架42上端安装电机三43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。
6)完成所有取样后，电机一52驱动钻头51回收运动，将取样器带离取样位置，并通过起吊设备将取样器吊回船上，吊回取样器时由于取样器外壳上均匀布设有引流孔7，减少了水中阻力，从而减少起吊设备的压力，吊回船上后，取出土样、水样和水草样品，取样作业完成。

Claims (6)

1.一种水利湖泊探测取样设备，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)内部还安装有取泥装置(3)，所述外壳(1)底部安装有履带轮(6)，所述履带轮(6)包括主动轮(61)、从动轮(64)，所述主动轮(61)与从动轮(64)之间有承重轮(62)，所述承重轮(62)之间安装有摆动轴(67)，所述承重轮(62)与摆动轴(67)之间设有减震器(66)，所述主动轮(61)、从动轮(64)和承重轮(62)周围安装有履带(63)；
所述取草装置(4)包括通过电机二(41)带动在导轨(11)上运动的支架(42)，所述支架(42)上端安装有电机三(43)，所述电机二(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(38)，滚珠(39)在滚珠导轨(38)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。
2.根据权利要求1所述的一种水利湖泊探测取样设备，其特征在于：所述外壳(1)下端安装有底座(5)，所述底座(5)上安装带有电机一(52)的钻头(51)。
3.根据权利要求1所述的一种水利湖泊探测取样设备，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所述的一种水利湖泊探测取样设备，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所述的一种水利湖泊探测取样设备，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。
6.一种水利湖泊探测取样设备的实施方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定取样的位置和深度，将取样设备沉入水利湖泊。
2)取样设备入水后，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，湖水进入储水罐(21)，间隔五秒后电磁阀(22)自动关闭，取水完成。
3)确定当取样设备到达指定取样位置后，通过电机一(52)驱动钻头(51)运动，将取样器固定在取样位置。
4)外部液压控制装置控制油压管对液压活塞杆(31)进行加压，推动取泥罐(35)在滚珠导轨(38)上进行向下运动，推开活动挡板(32)，***水利湖泊土层，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，确定取样位置与取样器的距离，通过履带轮(6)带动设备前进到取样位置，通过电机一(52)驱动钻头(51)运动，将取样器固定在取样位置，通过电机二(41)带动支架(42)在导轨(11)上来回运动，同时支架(42)上端安装电机三(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。
6)完成所有取样后，电机一(52)驱动钻头(51)回收运动，将取样器带离取样位置，并通过起吊设备将取样器吊回船上，取出土样、水样和水草样品，取样作业完成。
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