CN105716898B - 海洋深水钻探取样设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海洋深水钻探取样设备，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
技术领域
本发明涉及一种取样设备，具体涉及海洋深水钻探取样设备。
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CN203414309U公开了一种深海海底取样装置，一种海水取样装置，属于实验设备技术领域，包括圆盘体、水深探头、升降杆、螺旋片、摄像探头、密封块、气缸、存液腔和探照灯，圆盘体中部安装有升降杆，升降杆两侧安装有水深探头、摄像探头，升降杆上焊接有螺旋片，圆盘体侧壁上开有多个存液腔，存液腔上方安装有气缸，气缸上安装有密封块。所述圆盘体上安装有探照灯。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，提出了一种海洋深水钻探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：
一种海洋取样技术设备，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活塞杆，所述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。
优选地，所述底座上还设有液压缸，所述气缸上设有立柱，通过带动浮动轴上下运动带动浮板上下运动。
一种海洋取样技术设备的实施方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定取样的位置和深度，将取样设备沉入海底。
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，海水进入储水罐，间隔五秒后电磁阀自动关闭，取水完成。
3)确定当取样设备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，插入海底土层，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。6)完成所有取样后，液压缸驱动浮动轴向下运动，带动浮板至取样位置处的同时，电机一驱动钻头回收运动，将底座带离取样位置，并通过起吊设备将取样设备吊回船上，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，一种海洋深水钻探取样设备，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，可以在取样设备到达取样位置后，将取样设备固定在取样位置，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。所述底座5上还设有液压缸6，所述液压缸6上设有立柱61，通过带动浮动轴61上下运动带动浮板62上下运动。
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相连的活塞杆31，所述活塞杆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控制活塞杆31进行上下运动，先将储泥罐35推出进行取土，取土完成后再控制活塞杆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自动取样设备的实施方法，其特征在于，1)确定取样的位置和深度，将取样设备沉入海底。
2)取样设备入水后，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)确定当取样设备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，插入海底土层，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。
6)完成所有取样后，液压缸6驱动浮动轴61向下运动，带动浮板62至取样位置处的同时，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设备吊回船上，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，一种深海自动取样设备，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，可以在取样设备到达取样位置后，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。所述底座5上还设有液压缸6，所述液压缸6上设有立柱61，通过带动浮动轴61上下运动带动浮板62上下运动。外壳1外还安装有把手355，便于放置和回收取样设备。
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相连的活塞杆31，所述活塞杆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自动取样设备的实施方法，其特征在于，1)确定取样的位置和深度，将取样设备外壳上的悬挂机构与起吊设备上的钢绳连接，将取样设备沉入海底。
2)取样设备入水后，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)确定当取样设备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，插入海底土层，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。
6)完成所有取样后，液压缸6驱动浮动轴61向下运动，带动浮板62至取样位置处的同时，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设备吊回船上，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，一种深海自动取样设备，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，可以在取样设备到达取样位置后，将取样器固定在取样位置，方便取样，所述外壳1上还安装有悬挂机构。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。所述底座5上还设有液压缸6，所述液压缸6上设有立柱61，通过带动浮动轴61上下运动带动浮板62上下运动。
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相连的活塞杆31，所述活塞杆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。所述外壳1内部四个角还安装有4个吹气喷嘴380，所述吹气喷嘴353内设有吹气管354穿过外壳1上端与外部控制装置连接。
基于上述装置，本发明还提供了一种深海自动取样设备的实施方法，其特征在于，1)确定取样的位置和深度，将取样设备外壳上的悬挂机构与起吊设备上的钢绳连接，将取样设备沉入海底。
2)取样设备入水后，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)确定当取样设备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，插入海底土层，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，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，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。
6)完成所有取样后，液压缸6驱动浮动轴61向下运动，带动浮板62至取样位置处的同时，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设备吊回船上，取出土样、水样和水草样品，取样作业完成。
Claims (4)
1.一种海洋深水钻探取样设备，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)相连的活塞杆 (31)，所述活塞杆(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)，所述底座(5)上还设有液压缸(6)，所述液压缸(6)上设有立柱(61)，通过带动浮动轴 (61)上下运动带动浮板(62)上下运动。
2.根据权利要求1所述的海洋深水钻探取样设备，其特征在于：所述旋转架(44)上端安装有水下摄像头(46)。
3.根据权利要求1所述的海洋深水钻探取样设备，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)。
4.根据权利要求1所述的海洋深水钻探取样设备，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。
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