CN108627366B - 一种科考船用走航过程对表层水连续采集的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，该装置包括沿船舷上下铺设的轨道部件以及设于轨道部件一侧的转动部件，在轨道部件与转动部件之间设置有一可沿船舷上下摆动的取样杆，所述取样杆的一端与转动部件转动连接，另一端与轨道部件滑动连接，在取样杆上固定有一伸至表层水中用于将表层水抽吸取样的取样管，以及用于驱动取样杆分别绕转动部件转动以及沿轨道部件滑动将取样管摆动至表层水位置的液压缸，在取样管上设置有避免因船体走航时海水产生持续阻力对取样管造成损坏的缓冲机构。本发明不但有效保证能够准确取到表层水，而且在科考船航行过程中能够实现连续采集。
Description
技术领域
本发明涉及科考船技术领域，特别涉及一种科考船用走航过程对表层水连续采集的装置。
背景技术
微塑料，是一种直径小于5毫米的塑料颗粒，是一种造成污染的主要载体。微塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯等。微塑料体积小，这就意味着更高的比表面积(比表面积指多孔固体物质单位质量所具有的表面积)，比表面积越大，吸附的污染物的能力越强。首先，环境中已经存在大量的多氯联苯、双酚A等持久性有机污染物(这些有机污染物往往是疏水的，就是说它们不太容易溶解在水中，所以它们往往不能随着水流随意流动)，一旦微塑料和这些污染物相遇，正好聚集形成一个有机污染球体。微塑料相当于成为污染物的坐骑，二者可以在环境中到处游荡。
《环境署2014年年鉴》和《评估塑料的价值》报告指出,塑料污染威胁到了海洋生物的生存以及旅游业、渔业和商业的发展。引起了人们对微塑料的注意。
游荡的微塑料的粒径一般在5mm以内，很容易被海洋环境中的浮游动物、底栖生物、鱼类、贻贝等“低端”食物链生物误食，微塑料不能被消化掉，被生物摄入体内只能在胃里一直存在着，占据空间，导致动物生病甚至死亡；而如果是带着有机污染物的微塑料被吃掉，那对于这些浮游生物的伤害更是雪上加霜，污染物在生物体内酶的作用下释放出来，加剧它的病情。一方面可能会造成生物的死亡，影响生态系统稳定，另一方面可能会通过食物链传播，最后出现在人类的餐桌上。贻贝、浮游动物等处于食物链底端的生物会被上层动物吃掉，而微塑料，甚至微塑料和有机污染物都进入了上层动物体内，食物链一个特征是“富集”效应，也许在底层动物体内有害物质只有1％，但是到上层就变成了20％，这样会使大量的食用微塑料的生物生病或者死亡，食物链的顶端的生物是人类，人类在富集的作用下，会累积大量的微塑料在体内，这些难以消化的小颗粒对人产生难以预计的危害。微塑料犹如海洋中的PM2.5一般，威胁着海洋生物和人类的健康。动物实验发现塑料微粒由于粒径较小，可进入组织细胞，在动物脏器中蓄积，引起炎症反应，导致肝损伤和内分泌紊乱等。
要对海洋中的微塑料进行管控，第一步是要对这些微塑料的成分和含量进行检测，从而对污染的严重性和主要来源进行评判，对下一步的治理提供依据。目前对海洋微塑料颗粒的检测有PerkinElmer红外光谱及红外显微成像系统、变换显微红外光谱法等。PerkinElmer红外光谱及红外显微成像系统可为检测过程提供有力的支持。但微塑料检测的前提是首先要从海洋表层水中将微塑料颗粒取样并过滤才能获得。目前取样分为静态取样和动态的船尾或侧舷取样，静态取样比较容易操作，但需要停船作业，其不方便采集大量的数据对一定范围内的海域做评估，动态取样由于船的运行会使得海水对取样设备产生持续较大的阻力，这对取样设备提出了一个较高的要求。但是需要而且要想检测并通过检测结果评价一定范围内水域微塑料的污染状况，就需要对该片海域进行一个连续的平均的取样，也就说将该片海域的表层水取样面积越大，表征的数据越准确，这就需要进行一个持续的取样。例如多种我国自主研发的深海取样设备如多管、箱式、拖网等。
箱式一般在静态取样中使用，动态取样中，箱体在水下由于水的阻力其位置无法人为固定，容易与船体发生摩擦、撞击导致损坏，拖网的方法容易与水下物体缠绕，例如养殖区或者一些漂浮物，同样无法长时间稳定取样。目前科考船在走航过程中连续取样的方法，一般是在船舷上安装一只或多只采样管，将采样管伸入海水水面以下20～30cm，通过抽水设备通过采样管将该位置的表层海水采集到船上，但这个采样方法存在一些问题，第一，科考船在航行时具有一定速度，软管在采集表层海水时会受到海水持续的阻力，航行时水的浮力会导致软管上浮，无法采集表层水；第二，传统的金属采样管由于科考船长期持续航行致使海水产生持续的阻力作用在采样管，会使得采样管发生弯曲，导致损坏，并且金属采样管如何下放到水下及固定是个难以解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种适应动态取样方式，不但能够连续采集较大范围内水域的表层水数据，确保取样过程稳定，取样数据及所需水层的水样准确，而且不会耽误科考船的航行时间及其他海洋信息的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，该装置包括沿船舷上下铺设的轨道部件以及设于轨道部件一侧的转动部件，在轨道部件与转动部件之间设置有一可沿船舷上下摆动的取样杆，所述取样杆的一端与转动部件转动连接，另一端与轨道部件滑动连接，在取样杆上固定有一伸至表层水中用于将表层水抽吸取样的取样管，以及用于驱动取样杆分别绕转动部件转动以及沿轨道部件滑动将取样管摆动至表层水位置的液压缸，在取样管上设置有避免因船体走航时海水产生持续阻力对取样管造成损坏的缓冲机构，所述取样管的底端安装有用于检测取样管的进水口离水面距离的深度传感器，还包括控制器，所述深度传感器检测到进水口的位置信号后发送至控制器，控制器接收位置信号后发送用于控制液压缸工作状态的信号至液压缸，液压缸推动取样杆将取样管的进水口置于表层水位置，取样结束后所述控制器发送停止信号至液压缸，液压缸带动取样杆收回，取样管离开水面。
上述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，所述取样管包括固定于取样杆端部的过渡管连接过渡管的柔性管，在柔性管上连接有伸至表层水中的吸水管，所述过渡管上连接有一将水样输送至船体上的输送管。
上述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，所述缓冲机构包括分别设于过渡管及吸水管上的缓冲盘，在两缓冲盘之间，围绕所述柔性管均布有多个用于缓冲作用于吸水管上海水连续阻力的减震弹簧。
上述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，所述液压缸包括缸体及与缸体伸缩连接的活塞杆，在取样杆上设置有一与活塞杆转动连接的座体，所述活塞杆通过转轴与座体转动连接。
上述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，所述轨道部件包括滑轨，沿滑轨的长度方向开设有滑道，在取样杆上连接有一与滑道滑动配合的滑块，所述滑块与取样杆转动连接。
上述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，所述转动部件包括固定于船舷上的座板，在座板上设置有一转销，所述取样杆通过转销与座板转动连接。
上述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，在吸水管内设置有防止杂物进入的滤网，所述吸水管的末端设置有一向下的倾斜口。
本发明科考船用走航过程对表层水连续采集的装置的优点是：深度传感器、控制器与液压缸的设置，不但有效保证能够准确取到表层水，而且在科考船航行过程中能够实现连续采集，缓冲机构不但有效避免了连续水流阻力作用在取样管轴向及径向导致取样管的损坏，而且能够实现对阻力的缓解，提高了取样装置的使用寿命，采用自动化控制方式，通过深度传感器的深度采集，能够通过信号实时调节取样管在表层水范围内的深度，实现了自动化采集表层水的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为缓冲机构与取样管连接的结构放大图；
图3为图1中A部分的局部放大图；
图4为本发明的表层水采集过程状态图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
如图1、2、3、4所示，一种科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，该装置4包括沿船舷2上下铺设的轨道部5件以及设于轨道部件5一侧的转动部件6，在轨道部件5与转动部件6之间设置有一可沿船舷2上下摆动的取样杆7，所述取样杆7的一端与转动部件6转动连接，另一端与轨道部件5滑动连接，其中，轨道部件5包括滑轨8，沿滑轨8的长度方向开设有滑道9，在取样杆7上连接有一与滑道9滑动配合的滑块10，所述滑块10与取样杆7转动连接。转动部件6包括固定于船舷2上的座板11，在座板11上设置有一转销12，所述取样杆7通过转销12与座板11转动连接。
在取样杆7上固定有一伸至表层水3中用于将表层水3抽吸取样的取样管13，为了提高取样管13的使用寿命，便于安装更换，同时降低海水阻力对取样管13造成的影响，本发明取样管13包括固定于取样杆7端部的过渡管14，连接过渡管14的柔性管15，在柔性管15上连接有伸至表层水3中的吸水管16，所述过渡管14上连接有一将水样输送至船体上的输送管17。为了便于操作及取样，输送管17选择柔性材料的软管，在取样管13摆动下放及回收时能够更加方便。
在船舷2上固定有用于驱动取样杆7分别绕转动部件6转动以及沿轨道部件5滑动将取样管13摆动至表层水3位置的液压缸18，为了确保取样杆7转动时足够稳定，本发明实施例采用液压缸18作为驱动部件，液压缸18包括缸体及与缸体伸缩连接的活塞杆19，在取样杆7上设置有一与活塞杆19转动连接的座体20，所述活塞杆19通过转轴21与座体20转动连接。本发明所采用的液压缸18为现有技术常用的动力部件，在此不多作解释。本发明为实现自动化取样，在取样管13的底端安装有用于检测取样管13的进水口离水面距离的深度传感器22，还包括控制器，所述深度传感器22检测到进水口的位置信号后发送至控制器，控制器接收位置信号后发送用于控制液压缸18工作状态的信号至液压缸18，液压缸18推动取样杆7沿滑轨8向下带动取样管13向下摆动，将进水口置于表层水3位置，取样结束后所述控制器发送停止信号至液压缸18，液压缸18带动取样杆7收回，取样管13离开水面，完成取样工作。
在取样管13上设置有避免因船体1走航时海水产生持续阻力对取样管13造成损坏的缓冲机构23，所述缓冲机构23包括分别设于过渡管14及吸水管16上的缓冲盘24，在两缓冲盘24之间，围绕所述柔性管15均布有多个用于缓冲作用于吸水管16上海水连续阻力的减震弹簧25。
为了避免水面漂浮物进入取样管13造成堵塞，在吸水管16内设置有防止杂物进入的滤网26。同时，由于船体在航行过程中，来自海水连续阻力的大小及方向不确定，对取样管13的冲击方向会来自船体1航行方向的反方向力以及左右的横向力，因此，为了确保取样管13的位置恒定，减小取样管13各方向的阻力干扰，所述吸水管16的末端设置有一向下的倾斜口。通常来说，表层水3的位置范围一般是水面向下20～30厘米，为了最大程度上减小海水阻力对采样管13的影响，提高表层水3的采样效率，能够确保取到的水为表层水3，本发明取样杆7与取样管13转动下放至表层水3位置的转动角度最佳为30～45度。该角度的控制根据深度传感器22的检测距离自动控制液压缸18的伸缩距离，实现自动化调节。
由于船体1在航行过程中，取样管13所承受的阻力基本来自于船体1航行方向海水所产生的，另外还有取样管13横向水流所带来的阻力，该阻力比较小，基本不会对取样管13造成实质性的影响，缓冲机构23不但能够减小航行方向海水产生的主要阻力，而且也能够对横向阻力起到良好的调节减缓作用，能够始终确保取样管13的位置处于稳定的状态。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，其特征在于：该装置包括沿船舷上下铺设的轨道部件以及设于轨道部件一侧的转动部件，在轨道部件与转动部件之间设置有一可沿船舷上下摆动的取样杆，所述取样杆的一端与转动部件转动连接，另一端与轨道部件滑动连接，在取样杆上固定有一伸至表层水中用于将表层水抽吸取样的取样管，以及用于驱动取样杆分别绕转动部件转动以及沿轨道部件滑动将取样管摆动至表层水位置的液压缸，在取样管上设置有避免因船体走航时海水产生持续阻力对取样管造成损坏的缓冲机构，所述取样管的底端安装有用于检测取样管的进水口离水面距离的深度传感器，还包括控制器，所述深度传感器检测到进水口的位置信号后发送至控制器，控制器接收位置信号后发送用于控制液压缸工作状态的信号至液压缸，液压缸推动取样杆将取样管的进水口置于表层水位置，取样结束后所述控制器发送停止信号至液压缸，液压缸带动取样杆收回，取样管离开水面。
2.根据权利要求1所述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，其特征是：所述取样管包括固定于取样杆端部的过渡管连接过渡管的柔性管，在柔性管上连接有伸至表层水中的吸水管，所述过渡管上连接有一将水样输送至船体上的输送管。
3.根据权利要求2所述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，其特征是：所述缓冲机构包括分别设于过渡管及吸水管上的缓冲盘，在两缓冲盘之间，围绕所述柔性管均布有多个用于缓冲作用于吸水管上海水连续阻力的减震弹簧。
4.根据权利要求1所述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，其特征是：所述液压缸包括缸体及与缸体伸缩连接的活塞杆，在取样杆上设置有一与活塞杆转动连接的座体，所述活塞杆通过转轴与座体转动连接。
5.根据权利要求1所述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，其特征是：所述轨道部件包括滑轨，沿滑轨的长度方向开设有滑道，在取样杆上连接有一与滑道滑动配合的滑块，所述滑块与取样杆转动连接。
6.根据权利要求1所述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，其特征是：所述转动部件包括固定于船舷上的座板，在座板上设置有一转销，所述取样杆通过转销与座板转动连接。
7.根据权利要求2所述的科考船用走航过程对表层水连续采集的装置，其特征是：在吸水管内设置有防止杂物进入的滤网，所述吸水管的末端设置有一向下的倾斜口。
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