CN110398391A - 高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置 - Google Patents

高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，包括采样装置主舱体、姿态平衡传感器、推进器、平衡底座和采样器主体；姿态平衡传感器和采样器主体设置在采样装置主舱体内部；推进器设置在采样装置主舱体外侧；平衡底座位于采样装置主舱体底端。本发明采样装置为具备水下地形高清观测、无扰动采集沉积物柱芯、水体垂向分层精确采样及其关键理化参数实时原位监测于一体的智能采样装置，能灵活运用到复杂条件下的深、浅水体环境中，实现高效精准、无扰动采集湖泊水库、河流海岸等水体大量的序批式完整的沉积物和分层水样，并同步完成分层水样关键理化参数的原位实时监测。

Description

高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置
技术领域
本发明属于高坝深库复杂条件下沉积物和上覆水体关键环境样品的采集与水体物化参数现场实时监测技术领域，尤其涉及一种深大水库水样和沉积物一体化人工智能采集装置。
背景技术
在环境科学、生态学、地理科学和海洋湖沼学研究领域中，沉积物因完整忠实地记录了水生生态系统中环境变化的各类信息而被广泛用于研究不同时间尺度下人与自然相互作用的重要信息载体，因此发明一种高效准确、同步监测和完整获取沉积物及分层水体的一体化智能采样装置至关重要。目前广泛应用的仅针对沉积物样品采集的有彼得森蚌状采样器、插杆式柱状采样器(分别有内径5cm、7.5cm和内径9cm等规格)、重力式柱状采样器(内径规格为11cm)，此外还提出了一种水下沉积物采样机器人概念模式等，这些底泥采样装置多数适用于浅水水体样品采集，对于条件复杂的深水大库的底泥和分层水体采集装置无处购置，这无疑将极大地阻碍了科研工作者对复杂条件下深水环境的深入研究与科学认识。
目前，对于深大水库采集柱芯和水体垂向同步监测难度较大，主要包括以下几个方面：1)传统底泥采样方法通常是靠插杆或加挂配重来进行底泥采集，在下沉过程中往往易受风浪水流扰动影响，导致采集成功率低；2)传统采样装置难以实时观测水下地形和底质类型，依靠重力在采样过程将不可避免地造成沉积物表层受到扰动，破坏了沉积物原有的层理结构；3)传统的插杆式采样器在回收采集的沉积物柱芯时，随着泥柱位移逐渐向上，由于水深压力不断变化，造成下层底泥出现掉落，同时还会出现上下层水体掺混现象，使得采集的柱芯和部分底层水体与实际原位的氧化还原条件差别较大，获得的结果往往不真实；4)传统方法都是将沉积物和上覆水体分层采集相隔离开来，加上没有原位实时监测分层水体关键的物化参数，获得的沉积物性质和上覆水体的参数很难进行有效的匹配；5)更为重要的是，传统的采样器通常一次只能完成一个完整柱芯的采集，而沉积物理化性质的时空分异是非常巨大的，这种采样方式势必会造成平行样品间的系统误差增大，往往导致同一区域不同研究结果很难进行有效比对，严重限制了学术成果的交流和学科发展。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化智能采样装置，该采样装置为具备水下地形高清观测、无扰动采集沉积物柱芯、水体垂向分层精确采样及其关键理化参数实时原位监测于一体的智能采样装置，该装置能灵活运用到复杂条件下的深、浅水体环境中(如高坝深库，近海河口及湖泊河流等水体)，实现高效精准、无扰动采集湖泊水库、河流海岸等水体大量的序批式完整的沉积物和分层水样，并同步完成分层水样关键理化参数的原位实时监测，克服了高坝深库样品采集的重大技术难点，极大地改进了传统方法采样成功率低、沉积物易破坏、偏离样品原位真实情况、数据匹配性差和沉积物时空分异大等不足与缺点。
技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述的一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化智能采样装置，包括采样装置主舱体、姿态平衡传感器、推进器、平衡底座和采样器主体；所述姿态平衡传感器和采样器主体设置在采样装置主舱体内部；所述推进器设置在采样装置主舱体外侧；所述平衡底座位于采样装置主舱体底端。
所述采样器主体通过机架安装在采样装置主舱体内部，采样器主体由上到下依次设置有高频震动传感器、阵列式采水器、阵列式采泥器、密封舱和照明摄像系统。
根据高坝大库水体底部水文条件、地形特征、底质类型复杂多样，通过装配前后端及矢量向下方向的照明摄像系统，如水下高清摄像机(水下图像分辨率不低于1920×1080像素)；原位实时筛选最佳采样位置，避免采样器受到破坏。
其中，所述推进器为气体推进器，在采样装置主舱体外侧设置有2-4个，并均匀的分布在采样装置主舱体外侧，通过操作遥控来激发推进器发生前后左右方向的水平位移，同时在采样器主体的外侧也可以设置气体推进器，实现整个采样装置的上下位移，从而获得最佳的采样点位。进一步地，水上操作人员通过控制面板来遥控推进器，从而实现整个采样装置的姿态微调。而后通过调整姿态平衡传感装置、以及通过密封舱的压力调整进而改变浮力，促使采样装置保持水平状态，从而实现采样装置无扰动接触到拟进行采样的沉积物表面，有效防止沉积物在外力作用下发生再悬浮，从而获得完整原始的样品。
作为优选，所述高频震动传感器为高频声波振动传感装置，通过高频震动传感器缓慢推动阵列式采泥器向下移动并逐渐接触到沉积物表面。
其中，所述阵列式采水器为多通道阵列式采水器，其中每个单通道的采水器体积为500-600ml，并可以实现所采集水样体积为500-600ml。阵列式采水器采用真空负压抽吸来实现对分层水样的采集分层水样采集深度确定主要是通过装配在采样器主体中阵列式采水器各采样管中部的水压感应装置来进行校正，可以根据深大水库水深、跃层季节分布特征，选择不同深度范围的上覆水体的单个或多个样品同步采集，有效地满足对于深水水体垂向跃层性质的研究。同时可以根据深大水库跃层水体关键参数的垂向变异规律，人为设置样品深度间隔，实现智能精准采集垂向分层水体，单通道采集水样体积为500-600ml，每个单通道的采水器体积通常为500-600ml。
其中，所述阵列式采泥器为多通道阵列式采泥器，采泥器的采样管长度供选范围为50cm-200cm。可以根据研究目的不同，有效地选择采样管长度，最大地满足了不同学科对沉积物研究的不同需求。
进一步地，所述阵列式采泥器采用真空负压方式来实现密封，并通过高频震动传感器来推动阵列式采泥器的采样管无扰动进入水下沉积物中，通过每分钟上千次的微距振动有效采集硬质底泥，如砂砾、黏土等，这不仅有效保障采样管对底泥的采样深度，而且还能避免单次重力撞击对底泥造成的扰动和层理的破坏，提高样品采集的成功率和质量。阵列式采泥器采用真空负压方式来实现密封，当采样完成回收样品时，不会重蹈传统方法封闭不严而导致采样失败的情况，采样管内沉积物不会掉落，有效保障沉积物柱芯的成功采集。
所述的阵列式采泥器重点利用高频声波振动传感装置来驱动多通道阵列式采泥器的采样管进行采集完整沉积物柱芯样品，调整高频振动传感器上的回转动力头的高频振动和低速回转，通过围绕平衡点进行重复摆动而形成振动，能量在采泥器的采样管中积累，当达到其固有频率时，引起共振而得到释放、传递。产生的能量通过钻杆的高效传递，使钻杆不断向沉积物中钻进，该装置有效地避免了重力采样器对沉积物表面采样瞬间造成的扰动和破坏，从而获得贴近原位条件的沉积物柱芯样品。
其中，所述一体化人工智能采样装置配备有水上智能操作界面，有效地完成采样过程的智能化设置、可视化控制及一体化人工智能完成样品采集，如沉积物柱样高效精准的一体化原位采集。进一步提高人工智能技术在本发明中的作用，增强采样装置的鲁棒性。
作为优选，所述一体化智能采样装置利用脐带绳作为采样装置的安全绳进行二次保护。当采样器在水中矢量向下时，匀速缓慢地放置安全绳来为采样器提供牵引的能量，同时安全绳还能起到平衡和回收采样装置主舱体的目的。
此外，所述阵列式采水器搭载的水质多参数分析仪，完成对特定水深及整个垂向剖面水体的实时观测，并将监测数据实时传送到水面操作系统中。阵列式采水器中搭载多参数水质分析仪(YSI，美国)，同步分析垂向水体溶解氧、Redox、温度、pH、电导率、盐度和藻密度等关键物化参数，能较好地实现同步监测分层水样性质，从而较好地匹配分层水样和沉积物性质与分层水样的物化参数特征。
工作原理：在进行样品采集开始时，根据不同深大水库特征及水体跃层分布规律，在水面操作平台上对操作界面进行预先设置，完成对分层水样距离间隔的精确设置与遥控。利用脐带绳作为采样装置的安全绳进行二次保护，当整个采样装置在水中矢量向下时，匀速缓慢地放置安全绳来为采样装置提供牵引的能量。在预设置的水深处，通过遥控推进器来实现整个采样装置的姿态平衡，进而通过阵列式多通道采水器来实现分层水样的采集。在整个分层水体的剖面采集过程中，同步利用搭载的水质多参数分析仪(YSI，美国)完成对特定水深及整个垂向剖面水体的实时观测，并将监测数据实时传送到水面操作系统中。
在采样器主舱体距离沉积物表面100cm左右时，通过水上操作遥控驱动推进器，再经过采样装置自我姿态平衡感应装置来引导采样装置达到大致平衡状态。照明摄像系统水下高清摄像机主要安装在采样器主体的前后端及矢量向下的位置上，通过水上操作面板贯彻来初步分析水下地形及底质类型，为选择最佳的采样点位提供直观高清的证据。当采样点位不适合进行作业时，通过操作遥控来激发推进器发生前后左右方向的水平位移，其次通过调节姿态平衡传感器来实现采样装置的上下位移，从而获得最佳的采样点位。
在采样装置底座安稳地落到拟采集的底质表面后，通过调整密封舱浮力来进一步增大采样装置向下的压力增大，为下一步沉积物柱芯的采集起到稳固的支撑作用。
通过遥控高频振动传感器来缓慢推动阵列式采泥器的采样管向下移动并逐渐接触到沉积物表面，初始利用低速回转的采样钻头模式来实现采样管无扰动地进入到沉积物中，当进入到表层沉积物3～5cm后，转化到高速振动模式来推进采样管插入到沉积物中。
阵列式采泥器完成沉积物采样后，通过调整高频振动传感器来实现采样管逐渐脱离沉积物，同时并通过安全脐带绳、气体推进器来保持采样装置主舱体处于平衡状态。
通过安全脐带绳匀速回收水下采样装置主舱体，人为卸下多通道阵列式采水器和采泥器，利用沉积物精确切分装置、厌氧手套箱等辅助配件来获得原位完整的分层水样和沉积物柱芯样品，至此完成整个采样过程。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化智能采样装置具备水下地形高清观测、无扰动采集沉积物柱芯、水体垂向分层精确采样及其关键理化参数同步监测等功能，能灵活运用到复杂条件下的深、浅水环境中，实现高效精准、无扰动采集湖泊水库、河流海岸等水体大量的序批式完整的沉积物和分层水样，并同步完成分层水样关键理化参数的原位实时监测，有效提供一种高坝深库水体沉积物及分层水样的采集。
1)高效无扰动采集沉积物：水下沉积物柱芯采集过程中，装置的采样成功率和对获得样品沉积物-水界面的扰动程度是评价底泥采样器性能优劣的关键指标。配备水平及向下方向的水下高清相机，人为智能控制该装置位移，实时观测水下地形地貌特征，选择最佳采样位置；确定采样位置后，通过遥控推进器实现采样装置的姿态调整，改变浮力来保持水平状态，缓慢移动采样管接触沉积物界面，实现无扰动采样，极大地提高了样品采集的成功率质量。同理，回收样品过程与上述下沉过程相反。
2)阵列式多通道采集系统：针对水体沉积物理化性质时空分异大的特点，结合传统采样器仅能单次采集一个样品的不足，本发明阵列式多通道采集系统，能够有效地完成在一个研究点单次采集多个沉积物及分层水体的平行样品，并同时实现单次完整采集深水环境多点位分层水体样品。
3)垂向水体精确采集与同步监测：针对传统方法获得的沉积物性质和上覆水体的参数很难进行有效的匹配的问题，根据深大水库不同水期温、氧跃层特征(通常在30～50m水深范围)，通过负压抽吸及水压感应装置实现深大水库垂向分层精确采水(误差低于0.5m)，重点捕捉跃层区间水体的精确采集。另外，通过搭载多参数水质分析仪(YSI，美国)来实现垂向水体溶解氧、Redox、温度、pH、电导率、盐度和藻密度等关键物化参数的同步测定。
附图说明
图1是本发明实施例采样装置主舱体的结构示意图；
图2是本发明实施例中采样器主体的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1-2所示，一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化智能采样装置，包括采样装置主舱体1、姿态平衡传感器2、推进器3、平衡底座4和采样器主体5。姿态平衡传感器2和采样器主体5设置在采样装置主舱体1内部；推进器3设置在采样装置主舱体1外侧；平衡底座4位于采样装置主舱体1底端。采样器主体5通过机架11安装在采样装置主舱体1内部，采样器主体5两侧设置有姿态平衡传感器2，由上到下依次设置有高频震动传感器6、阵列式采水器7、阵列式采泥器8、密封舱9和照明摄像系统10。推进器3为气体推进器，在采样装置主舱体1外侧设置有2-4个，并均匀的分布在采样装置主舱体1外侧，同时在采样器主体5的外侧也可以设置气体推进器，实现整个采样装置的上下位移，从而获得最佳的采样点位。
阵列式采水器7为多通道阵列式采水器，其中每个单通道的采水器体积为500-600ml，阵列式采水器7采用真空负压抽吸来进行完成，分层水样采集深度主要是通过水压感应装置来进行确定，在阵列式采水器7中间设置有电机密封主舱体，通过电驱使高频振动器6来为阵列式采泥器8的采样动作提供能量，所述阵列式采水器7还搭载有水质多参数分析仪(YSI，美国)，完成对特定水深及整个垂向剖面水体的实时观测，并将监测数据实时传送到水面操作系统中。
阵列式采泥器8为多通道阵列式采泥器，采泥器的采样管长度为50cm-200cm，阵列式采泥器8采用真空负压方式来实现密封，并通过高频震动传感器6来推动阵列式采泥器8的采样管无扰动进入水下沉积物中，通过每分钟上千次的微距振动有效采集硬质底泥，其中，高频震动传感器6为高频声波振动传感装置。
高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化智能采样装置还配备有水上智能操作界面，有效地完成采样过程的智能化设置、可视化控制及一体化智能完成样品采集，本采样装置利用脐带绳作为采样装置的安全绳进行二次保护。
在进行样品采集开始时，根据不同深大水库特征及水体跃层分布规律，在水面操作平台上对操作界面进行预先设置，完成对分层水样距离间隔的精确设置与遥控。利用脐带绳作为采样装置的安全绳进行二次保护，当整个采样装置在水中矢量向下时，匀速缓慢地放置安全绳来为整个采样装置提供牵引的能量。在预设置的水深处，通过遥控推进器3和姿态平衡传感器2来实现采样器主舱体1的姿态平衡，进而通过多通道的阵列式采水器7来实现分层水样的采集。在整个分层水体的剖面采集过程中，同步利用搭载的水质多参数分析仪(YSI，美国)完成对特定水深及整个垂向剖面水体的实时观测，并将监测数据实时传送到水面操作系统中。
在采样器主舱体1距离沉积物表面100cm左右时，通过水上操作遥控驱动推进器3，再经过采样装置自我姿态平衡感应装置即姿态平衡传感器2来引导采样装置达到大致平衡状态。照明摄像系统10的水下高清摄像机主要安装在采样器主体的前后端及矢量向下的位置上，通过水上操作面板贯彻来初步分析水下地形及底质类型，为选择最佳的采样点位提供直观高清的证据。当采样点位不适合进行作业时，通过操作遥控来激发推进器3来调整整个采样装置的位置，其次通过调节采样装置上的姿态平衡传感器2来实现整个采样装置的微姿态调整，从而获得最佳的采样点位。
在采样装置底座安稳地落到拟采集的底质表面后，通过调整密封舱浮力来进一步增大采样装置向下的压力增大，为下一步沉积物柱芯的采集起到稳固的支撑作用。
通过遥控高频振动传感器来缓慢推动阵列式采泥器的采样管向下移动并逐渐接触到沉积物表面，初始利用低速回转的采样钻头模式来实现采样管无扰动地进入到沉积物中，当进入到表层沉积物3～5cm后，转化到高速振动模式来推进采样管插入到沉积物中。
阵列式采泥器完成沉积物采样后，通过调整高频振动传感器来实现采样管逐渐脱离沉积物，同时并通过安全脐带绳、推进器3和姿态平衡传感装置2来保持采样装置主舱体处于平衡状态。
通过安全脐带绳匀速回收水下整个采样装置，人为卸下多通道阵列式采水器和采泥器，利用沉积物精确切分装置、厌氧手套箱等辅助配件来获得原位完整的分层水样和沉积物柱芯样品，至此完成整个采样过程。

Claims (9)

1.一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，包括采样装置主舱体(1)、姿态平衡传感器(2)、推进器(3)、平衡底座(4)和采样器主体(5)；所述姿态平衡传感器(2)和采样器主体(5)设置在采样装置主舱体(1)内部；所述推进器(3)设置在采样装置主舱体(1)外侧；所述平衡底座(4)位于采样装置主舱体(1)底端；所述采样器主体(5)由上到下依次设置有高频震动传感器(6)、阵列式采水器(7)、阵列式采泥器(8)、密封舱(9)和照明摄像系统(10)。
2.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述推进器(3)为气体推进器，在采样装置主舱体(1)外侧优选设置有2-4个。
3.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述高频震动传感器(6)优选为高频声波振动传感装置。
4.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述阵列式采水器(7)为多通道阵列式采水器，其中每个单通道的采水器体积为500-600ml。
5.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述阵列式采泥器(8)为多通道阵列式采泥器，采泥器的采样管长度范围为50cm-200cm。
6.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述阵列式采泥器(8)采用真空负压方式来实现密封，并通过高频震动传感器(6)来推动阵列式采泥器(8)的采样管无扰动进入水下沉积物中，通过每分钟上千次的微距振动有效采集硬质底泥。
7.根据权利要求1-6任一所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述一体化智能采样装置配备有水上智能操作界面，有效地完成采样过程的智能化设置、可视化控制及分层水样和沉积物柱样高效精准的一体化原位采集。
8.根据权利要求1-6任一所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述一体化智能采样装置利用脐带绳作为采样装置的安全绳进行二次保护。
9.根据权利要求1-6任一所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述阵列式采水器(7)搭载的水质多参数分析仪，完成对特定水深及整个垂向剖面水体的实时观测，并将监测数据实时传送到水面操作系统中。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111351688A (zh) * 2020-04-29 2020-06-30 河海大学 基于水动力变化的自适应变频沉积物自动采样系统及方法
CN112504763A (zh) * 2020-12-15 2021-03-16 自然资源部第一海洋研究所 一种基于不同深度的海水采样装置
CN112557514A (zh) * 2020-12-22 2021-03-26 中国海洋大学 手持式海底沉积物样品剖面声学全自动测量装置
CN112834273A (zh) * 2021-01-29 2021-05-25 自然资源部第一海洋研究所 一种无扰动高频振动沉积物取样器
CN113029665A (zh) * 2021-01-12 2021-06-25 吴细宾 一种基于物联网的生态环境监测设备
CN113049313A (zh) * 2021-05-07 2021-06-29 中国海洋大学 一种适用于滩浅海的水土联合取样器及方法
CN113495014A (zh) * 2021-06-15 2021-10-12 中国海洋大学 一种用于土工力学参数原位测试的振动式重力取样器
CN113567175A (zh) * 2021-07-14 2021-10-29 河海大学 一种海洋底泥采样系统及采样方法
CN114486354A (zh) * 2022-01-13 2022-05-13 河海大学 无人值守的动频沉积物采样装置及方法
CN114659846A (zh) * 2022-03-25 2022-06-24 安徽中科大国祯信息科技有限责任公司 一种水利及环境治理自动化控制系统及方法
CN117607469A (zh) * 2024-01-19 2024-02-27 陕西延长石油压裂材料有限公司 一种陶粒砂的成品质量自动检测方法

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11029237B2 (en) * 2019-05-09 2021-06-08 Zhejiang University Systematic device for abyssal sediment pressure-holding transfer
CN110608925B (zh) * 2019-10-10 2022-04-12 哈尔滨工业大学 一种自动检测水质的水质采样器
CN110608921B (zh) * 2019-10-11 2022-04-26 自然资源部第二海洋研究所 一种海洋深水钻探取样设备
CN111089752A (zh) * 2019-12-28 2020-05-01 贾涛 深水分层取样装置
CN111366412B (zh) * 2020-03-23 2022-07-22 青岛科技大学 海洋环境监测用自升式底层水样原位采集系统及采集方法
CN111413151B (zh) * 2020-05-06 2022-09-06 中农康正技术服务有限公司 食品检测采样装置
CN111537025A (zh) * 2020-05-21 2020-08-14 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种水-土界面理化监测装置及基于该装置的库区消落带监测系统
CN111610064A (zh) * 2020-06-17 2020-09-01 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 一种地下水分层取样的负压法及装置
CN112179716B (zh) * 2020-09-22 2022-11-01 河南省环境保护科学研究院 一种用于流域环境监测的水环境监测取样系统
CN112345295A (zh) * 2020-10-27 2021-02-09 安徽丹凤缘科技有限公司 一种智慧水利河流监控采集装置及其使用方法
CN112557111B (zh) * 2020-12-01 2022-02-08 昆明理工大学 一种水文地质水质取样装置及其使用方法
CN112747951B (zh) * 2021-01-14 2023-11-07 自然资源部第一海洋研究所 一种适用于深海沉积物取样操作的多管-箱式集成取样器
CN112747949B (zh) * 2021-01-14 2023-11-07 自然资源部第一海洋研究所 一种适用于深海沉积物取样操作的柱状-箱式集成取样器
CN113125195B (zh) * 2021-03-02 2023-05-05 江苏诚泰测绘科技有限公司 一种土地规划用可分层取样的土壤取样装置
CN113029671B (zh) * 2021-03-04 2024-04-19 浙江环森环境科技有限公司 一种酿酒废水处理用的采样设备及采样方法
CN113155513B (zh) * 2021-05-28 2022-11-22 芜湖职业技术学院 水下可控深度土壤采样器
CN113465971A (zh) * 2021-07-08 2021-10-01 胡华军 一种用于海底沉积物取样的吸盘立体式取样装置
CN113945422B (zh) * 2021-09-30 2024-02-27 自然资源部第一海洋研究所 一种海洋柱状采泥器及采泥方法
CN113933096B (zh) * 2021-10-14 2023-06-27 中交三公局第一工程有限公司 一种湖泊底泥检测用采样收集设备
CN114034513A (zh) * 2021-11-11 2022-02-11 山东省煤田地质局第一勘探队 一种适用于海底沉积物的多点位取样装置
CN114088463B (zh) * 2021-11-26 2023-06-09 重庆三峡学院 一种遥控船式表层沉积物采样器
CN114486374B (zh) * 2022-01-06 2024-04-05 泰安中科生产力促进有限公司 一种环境管理用污水智能监测装置
CN114486385B (zh) * 2022-02-14 2024-02-23 山东省地质矿产勘查开发局第七地质大队（山东省第七地质矿产勘查院） 一种野外调查用河流底泥采集装置
CN114441222B (zh) * 2022-02-15 2023-07-25 昆明学院 一种湿地沉积物深层取样装置
CN114646496B (zh) * 2022-04-08 2023-05-02 山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队(山东省地矿工程勘察院) 一种水文地质勘探用采集装置
CN114636637B (zh) * 2022-05-07 2023-09-01 青岛海洋地质研究所 一种悬浮物浓度的原位测定装置及工作方法
CN115343115B (zh) * 2022-08-30 2023-07-21 内蒙古自治区环境监测总站呼伦贝尔分站 一种湖泊水生态监测的底泥分层采样设备
CN115452200B (zh) * 2022-09-19 2023-04-28 河海大学 一种水环境温度测量工具
CN115403112B (zh) * 2022-09-27 2023-11-21 青岛海洋地质研究所 针对不同层位水深悬浮体的分层过滤装置
CN115436100B (zh) * 2022-09-28 2024-02-06 四川省交通勘察设计研究院有限公司 一种水下泥沙取样装置及工艺
CN115561026B (zh) * 2022-10-10 2024-02-06 广东银牛环境信息科技有限公司 一种环境保护水质监测用水体采样装置
CN115469077B (zh) * 2022-11-15 2023-02-21 吉林信息安全测评中心 基于人工智能的远程检测设备
CN115824694B (zh) * 2022-11-16 2023-07-25 英飞智信(北京)科技有限公司 一种采样器定点采样校准装置与方法
CN116609127A (zh) * 2023-04-26 2023-08-18 宁波市盛甬海洋技术有限公司 一种防沉淀的水质取样检测设备及检测方法
CN116773260B (zh) * 2023-07-03 2024-04-30 江门公用水务环境股份有限公司 一种智能水务水质监测系统
CN117109972B (zh) * 2023-08-10 2024-03-26 广东海洋大学 一种海洋沉积物和海底水样同时采集装置
CN117232900B (zh) * 2023-11-16 2024-01-09 山东锆石智能设备有限公司 一种水利工程用的水质检测取样装置
CN117782683B (zh) * 2024-02-26 2024-05-03 山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队（山东省第五地质矿产勘查院） 一种基于地质灾害防治的地质勘查装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101464231A (zh) * 2008-12-31 2009-06-24 四川大学 深水型水质测量多点取样器
CN201559799U (zh) * 2009-12-07 2010-08-25 宇星科技发展(深圳)有限公司 水质监测船
CN202853932U (zh) * 2012-07-17 2013-04-03 闫家国 多功能柱状采水采泥器
CN204302048U (zh) * 2014-12-17 2015-04-29 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 水下沉积物采样机器人
CN105675835A (zh) * 2016-01-07 2016-06-15 大连理工大学 一种振动式沉积物采集仪的手持终端监控装置及方法
CN205749005U (zh) * 2016-05-04 2016-11-30 中石化石油工程技术服务有限公司 一种用于水下振动取样的取样管组件
CN205785906U (zh) * 2016-04-27 2016-12-07 河海大学 一种污染水体的遥控式底泥探测及采泥、采水系统
CN106596879A (zh) * 2016-11-02 2017-04-26 浙江水利水电学院 一种河道断面水质监测系统及其方法
CN206387605U (zh) * 2017-01-06 2017-08-08 环境保护部环境规划院 一种底泥取样机器人

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4403519A (en) * 1981-07-06 1983-09-13 Welker Engineering Company Sample collection apparatus
US10094091B1 (en) * 2015-09-02 2018-10-09 John A. Tesvich Sediment suction sink and method for sediment control in rivers, streams, and channels
CN108645668A (zh) * 2018-07-09 2018-10-12 广州海洋地质调查局 孔隙水长期原位取样和分析装置及其方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101464231A (zh) * 2008-12-31 2009-06-24 四川大学 深水型水质测量多点取样器
CN201559799U (zh) * 2009-12-07 2010-08-25 宇星科技发展(深圳)有限公司 水质监测船
CN202853932U (zh) * 2012-07-17 2013-04-03 闫家国 多功能柱状采水采泥器
CN204302048U (zh) * 2014-12-17 2015-04-29 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 水下沉积物采样机器人
CN105675835A (zh) * 2016-01-07 2016-06-15 大连理工大学 一种振动式沉积物采集仪的手持终端监控装置及方法
CN205785906U (zh) * 2016-04-27 2016-12-07 河海大学 一种污染水体的遥控式底泥探测及采泥、采水系统
CN205749005U (zh) * 2016-05-04 2016-11-30 中石化石油工程技术服务有限公司 一种用于水下振动取样的取样管组件
CN106596879A (zh) * 2016-11-02 2017-04-26 浙江水利水电学院 一种河道断面水质监测系统及其方法
CN206387605U (zh) * 2017-01-06 2017-08-08 环境保护部环境规划院 一种底泥取样机器人

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111351688A (zh) * 2020-04-29 2020-06-30 河海大学 基于水动力变化的自适应变频沉积物自动采样系统及方法
CN112504763A (zh) * 2020-12-15 2021-03-16 自然资源部第一海洋研究所 一种基于不同深度的海水采样装置
CN112557514B (zh) * 2020-12-22 2021-09-21 中国海洋大学 手持式海底沉积物样品剖面声学全自动测量装置
CN112557514A (zh) * 2020-12-22 2021-03-26 中国海洋大学 手持式海底沉积物样品剖面声学全自动测量装置
CN113029665A (zh) * 2021-01-12 2021-06-25 吴细宾 一种基于物联网的生态环境监测设备
CN112834273A (zh) * 2021-01-29 2021-05-25 自然资源部第一海洋研究所 一种无扰动高频振动沉积物取样器
CN112834273B (zh) * 2021-01-29 2023-02-28 自然资源部第一海洋研究所 一种无扰动高频振动沉积物取样器
CN113049313A (zh) * 2021-05-07 2021-06-29 中国海洋大学 一种适用于滩浅海的水土联合取样器及方法
CN113495014A (zh) * 2021-06-15 2021-10-12 中国海洋大学 一种用于土工力学参数原位测试的振动式重力取样器
CN113567175A (zh) * 2021-07-14 2021-10-29 河海大学 一种海洋底泥采样系统及采样方法
CN114486354A (zh) * 2022-01-13 2022-05-13 河海大学 无人值守的动频沉积物采样装置及方法
CN114486354B (zh) * 2022-01-13 2023-08-25 河海大学 无人值守的动频沉积物采样装置及方法
CN114659846A (zh) * 2022-03-25 2022-06-24 安徽中科大国祯信息科技有限责任公司 一种水利及环境治理自动化控制系统及方法
CN117607469A (zh) * 2024-01-19 2024-02-27 陕西延长石油压裂材料有限公司 一种陶粒砂的成品质量自动检测方法
CN117607469B (zh) * 2024-01-19 2024-04-02 陕西延长石油压裂材料有限公司 一种陶粒砂的成品质量自动检测方法

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