CN102175477A - 一种深水导航采样装置及其采样方法 - Google Patents

Abstract

一种深水导航采样装置，包括水下部分、甲板部分和铠装通讯钢缆，所述水下部分包括：外框架、挖斗、挖斗驱动装置、水下推进器、水下控制器、水下传感器、水下电源；所述甲板部分包括监控装置、通讯装置、甲板电源。所述外框架为长方体框架，由上下两部分组成，上部分用来固定所述水下部分的各个装置，并保护这些装置避免碰撞损坏，下部分用来防止抓斗下陷和对沉积物的扰动；所述水下推进器在水下推动水下部分移动，以观测并结合挖斗动作采集到所需的样品。

Description

一种深水导航采样装置及其采样方法

技术领域

本发明涉及一种深水导航采样装置及其采样方法，通过该装置和方法，采样装置可在水底移动，灵活地抓取理想的样品。

背景技术

为了获得水下矿样、了解水下地质情况及进行研究，需要将采样装置放置到水底，抓取样品后吊起至船甲板。

但是，现有的采样装置具有抓取样品的准确性差，难以控制等缺点，并且采样装置无法在水底灵活地移动，而在水上又难于对其进行精确控制，导致取样效率低下。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种深水导航采样装置及其采样方法。

本实用新源型的深水导航采样装置包括水下部分、甲板部分和铠装通讯钢缆，所述铠装通讯钢缆用于连接水下部分和甲板部分；所述水下部分包括：外框架、挖斗、挖斗驱动装置、水下推进器、水下控制器、水下传感器、水下电源；所述甲板部分包括监控装置、通讯装置、甲板电源。

其中，所述外框架为长方体框架，由上下两部分组成，上部分用来固定水所述下部分的各个装置，并保护这些装置避免碰撞损坏，下部分用来防止抓斗下陷和对沉积物的扰动。

其中，所述挖斗为2瓣或多瓣挖斗，用于挖掘采集海底样品。

所述挖斗驱动装置，包括电机和驱动机构，驱动机构可以是液压传动或机械机构传动，用于驱动挖斗动作以采集样品。

所述水下推进器在水下推动水下部分的移动，以观测并结合挖斗动作采集到所需的样品。

所述水下控制器，通过控制所述挖斗驱动装置的所述电机和驱动机构使所述挖斗驱动装置开合。

所述水下传感器，包括摄像机、灯、高度计、深度计，用于观察水底状况，测量与水底距离。

所述水下电源为水下部分各装置供电。

所述甲板部分的通讯装置将水下传感器的水下状态信号，例如视频信号、图像信号等等，通过铠装钢缆传输至监控装置，便于观测海底图像和水下装置的状态。

所述甲板部分的监控装置将水下传输的信号在显示器上显示，并通过操作软件控制水下控制器，以控制水下推进器使水下部分移动，并控制挖斗驱动装置，驱动挖斗开合。

本发明还涉及了一种利用上述深水导航采样装置的采样方法，包括下述步骤：

(1)通过铠装通讯钢缆连接甲板部分和水下部分，将水下部分放入水下；

(2)通讯装置接收水下传感器传输的水下状态信号，所述水下状态信号包括视频和图片信号，以及水下部分的高度和深度信号；

(3)监控装置从通讯装置获取水下状态信号并在显示器上显示；

(4)通过监控装置上操作软件，控制水下部分移动、寻找理想的样品并进行抓取作业；

(5)升起水下部分并获取样品。

附图说明

参照如下附图将更加易于理解本发明：

图1为本发明的深水导航采样装置方框图；

图2所示为本发明的深水导航采样装置的采样流程图；

图3为水下部分示意图；

图4为挖斗驱动装置框图。

具体实施方式

本发明是为更有效地进行深水采样而开发的深水导航采样装置，集水上控制、视频和图像监控、水下导航、采样为一体，大大提高了深水作业的效率。

如图1所示，本发明的深水导航采样装置包括水下部分、甲板部分和铠装通讯钢缆；所述水下部分包括：外框架、挖斗、挖斗驱动装置、水下推进器、 水下控制器、水下传感器、水下电源；所述甲板部分包括监控装置、通讯装置、甲板电源。

如图3所示，1为框架，2为铠装通讯钢缆，3为挖斗，4为挖斗驱动装置，5为水下推进器，6为水下控制器，7为水下电源，8为水下传感器，9为水下推进器。

在图3中，外框架1为长方体框架，由上下两部分组成，用于固定水下部分的各个装置，并保护这些装置避免碰撞损坏；针对沉积物低扰动的采样要求，为防止抓斗3下陷对沉积物的扰动，针对较软沉积物的采样，专门设计了长方体框架1，该框架1分为上下两部分，上部分可以安装和固定水下设备，并提供保护，下部分为辅助落底框架，以支撑挖斗3。

其中，所述挖斗3为2瓣或多瓣挖斗，用于挖掘采集海底样品；挖斗采用高强度钢板由专业公司定制生产，保证了加工精度、合拢密封性能和互换性和耐恶劣海况下的冲击。

如图4，所述挖斗驱动装置4，包括电机和驱动机构，驱动机构可以是液压传动或机械机构传动，用于驱动挖斗动作以采集样品；所述水下推进器在水下推动水下部分的移动，以观测并结合挖斗动作采集到所需的样品；挖斗驱动装置4主要包括液压驱动电机、泵、阀组、蓄能器和油缸。挖斗开合是通过液压系统驱动2个油缸运动实现抓斗开合。经过合理计算和适当设计液压系统压力和油缸规格，驱动电机最大工作功率小于4.5kW，可以保持抓斗在任何水深环境下的合拢力≥30kN(3吨)、抓斗张开/合拢时间在60秒之内；在抓斗合拢后电机即停止运转，同时通过蓄能器可以保持合拢力大于10kN(1吨)。该部分所采用的液压系统元器件均采用优质产品，适应深水环境下可靠工作。借鉴现有产品的结构与传动系统设计，在系统结构设计和安装上充分考虑了系统在恶劣海况下抗冲击振动能力。在图4中挖斗3为2瓣，也可以是多瓣。

所述水下控制器6，通过控制所述电机和驱动机构使所述挖斗驱动装置开合。所述水下传感器，包括摄像机、灯、高度计、深度计，用于观察水底状况，测量与水底距离；所述水下电源为水下部分供电。

所述甲板部分的通讯装置将水下传感器的水下状态信号通过铠装钢缆传输至监控装置，便于观测海底视频、图像和水下装置的状态；

所述甲板部分的监控装置将水下传输的信号在显示器上显示，并通过操作软件控制水下控制器，以控制水下推进器使水下部分移动，并控制挖斗驱动装置，驱动挖斗开合。

对与海水接触需要耐腐蚀处理的装置如耐压舱、油箱、油缸等采用高强度铝合金与不锈钢材料制造。对需要高强度耐冲击水下框架结构与斗体，采用高强度钢板和耐海水腐蚀涂漆处理。

水下部分的零部件、元器件为耐冲击设计，对各个部分都采用了牢固的防松固定方式，对控制装置采用了隔震联接。

针对运动机构的耐冲击处理，对冲击条件下的运动联接与结构件进行了动力学分析和结构强度设计，在材料选择、处理与缓冲方面进行了适当的设计。并通过跌落冲击性试验，保证系统整机耐冲击性能。

如图2所示为本发明的深水导航采样装置的采样方法，包括下述步骤：

(1)通过铠装通讯钢缆连接甲板部分和水下部分，将水下部分放入水下；

(2)通讯装置接收水下传感器传输的水下状态信号，所述水下状态信号包括视频和图片信号，以及水下部分的高度和深度信号；

(3)监控装置从通讯装置获取水下状态信号并在显示器上显示；

(4)通过监控装置上操作软件，控制水下部分移动、寻找理想的样品并进行抓取作业；

(5)升起水下部分并获取样品。

本发明的深水导航采样装置和采用方法，可在船上通过具有通讯功能的铠装钢缆绞车将水下采样装置下放至海底，观察记录海底状况。并通过甲板监控装置遥控该装置进行海底挖掘采样。

由于该装置中设置了水下推进器，与其它水底采样装置相比，具有可控制近海底移动功能，可以通过水下推进器移动挖斗移动至海底样品上方，通过操作绞车下放缆绳，使挖斗下降落在样品上方进行，控制挖斗合拢进行采集。而其它类似装置由于缺少移动功能，难以采集理想样品。本装置具有移动功能，可以采集更理想的样品。

本水下装置设置了外框架，可以在挖斗合拢时，起到支撑地面的作用，防止挖斗在较硬地面挖掘时，由于挖斗合拢时底部呈弧形、重心不稳易于倾倒导致挖掘采样失败，同时起到保护水下设备的作用。

Claims (9)

1.一种深水导航采样装置，包括水下部分、甲板部分和铠装通讯钢缆，所述铠装通讯钢缆用于连接水下部分和甲板部分，其特征在于，

所述水下部分包括：外框架、挖斗、挖斗驱动装置、水下推进器、水下控制器、水下传感器、水下电源；

所述甲板部分包括监控装置、通讯装置、甲板电源。

2.根据权利要求1所述的深水导航采样装置，其中，所述外框架为长方体框架，由上下两部分组成，上部分用来固定水所述下部分的各个装置，并保护这些装置避免碰撞损坏，下部分用来防止抓斗下陷和对沉积物的扰动。

3.根据权利要求1所述的深水导航采样装置，其中，所述挖斗为2瓣或多瓣挖斗，用于挖掘采集海底样品。

4.根据权利要求1所述的深水导航采样装置，其中，其中，所述挖斗驱动装置包括电机和驱动机构，驱动机构可以是液压传动或机械机构传动，用于驱动挖斗动作以采集样品。

5.根据权利要求1所述的深水导航采样装置，其中，所述水下控制器通过控制所述挖斗驱动装置的所述电机和驱动机构使所述挖斗驱动装置开合。

6.根据权利要求1所述的深水导航采样装置，其中所述水下推进器在水下推动水下部分移动，以观测并结合挖斗动作采集到所需的样品。

7.根据权利要求1所述的深水导航采样装置，其中所述水下传感器包括摄像机、灯、高度计、深度计，所述水下传感器用于观察水底状况，测量与水底距离；所述水下电源为水下部分供电。

8.根据权利要求1所述的深水导航采样装置，其中所述甲板部分的所述通讯装置将水下传感器的水下状态信号通过铠装钢缆传输至监控装置，便于观测海底图像和水下装置的状态；所述甲板部分的所述监控装置将水下传输的信号在显示器上显示，并通过操作软件控制水下控制器，以控制水下推进器使水下部分移动，并控制挖斗驱动装置，驱动挖斗开合。

9.一种利用权利要求1-8中任一权利要求所述的深水导航采样装置的进行水下采样方法，包括下述步骤：

(1)通过所述铠装通讯钢缆连接甲板部分和水下部分，将水下部分放入水下；

(2)所述通讯装置接收所述水下传感器传输的水下状态信号，所述水下状态信号包括视频和图片信号，以及水下部分的高度和深度信号；

(3)监控装置从通讯装置获取水下状态信号并在显示器上显示；

(4)通过监控装置上操作软件，控制水下部分移动、寻找理想的样品并进行抓取作业；

(5)升起水下部分并获取样品。

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