CN111458191A - 一种可视多管取样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可视多管取样器，涉及海洋环境探测采集技术领域，包括压载铅块、采集架、水下控制中心、采集头和支撑架，采集架顶部设有承重头对接板，底部设有综合安装板，承重头对接板底部设有向综合安装板延伸的导缆管，导缆管用于容纳承重头组件和充油接线盒间的铠装缆芯缆；采集头包括中轴架、采集头架、多个取样机构、水下摄像机、水下照明灯和高度计，通过将水下控制中心及水下摄像机、水下照明灯、高度计全部安装在作业过程中与承重头对接板没有相对运动的结构上，消除了自由缆的存在，大大降低连接缆因剐蹭、碰撞而损坏的概率；水下摄像机安装于中轴架底部中心并向下拍摄，能够获取理想的无遮挡的样品区域视频图像。

Description

一种可视多管取样器

技术领域

本发明涉及海洋环境探测采集技术领域，具体涉及一种可视多管取样器。

背景技术

多管取样器为经典的海底底质取样设备，具备着底站定后实施缓冲静压贯入沉积物取样，以及吸附式上封口和插入式下封口等特征，一次取样通常可获得8管低扰动海底沉积物和不被交换的上覆水样品，适用于全海洋及河口港湾的沉积物和上覆水采样。能充分满足海洋工程地质、生物、化学、土工及生态变化等环境项目的研究需要，是海洋及河口港湾进行底质调查研究的必备设备。

可视多管取样器在常规多管取样器上搭载了水下高清可视系统，该可视系统随取样器下放至海底，与甲板控制端通讯连接。搭载可视系统后，相关人员可在甲板端显示屏上实时观察海底地貌和取样过程，实现视觉条件下的目标取样。

现有可视多管取样器一般由无可视系统的常规多管取样器简单加装可视硬件改造而来，其水下控制中心安装于支撑架上部平台上，水下摄像机、水下照明灯、高度计等部件简易固定在支撑架的支腿或横档上。这样的设置存在以下缺点：1.因设备吊点与支撑架有相对运动，当吊点与支撑架靠近时，吊点至水下控制中心的连接缆将处于未张紧未固定的自由状态，在复杂的海底环境中随机性极强，非常容易被设备自身的运动部件剐蹭而破损甚至破断；2.因为水下摄像机、水下照明灯、高度计等部件是简易固定在支撑架上，没有条件进行特别有效的防护，且支撑架本身就是防护结构，在布放、回收、着底取样过程中时常受到船舷和海底结构的撞击，所以水下摄像机、水下照明灯、高度计等，甚至其与水下控制中心的连接缆在上述过程中容易由于其自身或支撑架受到意外碰撞而损坏；3.水下摄像机因安装位置限制，无论如何布置，要么视场区域不佳，要么存在较严重的遮挡；4.下放过程中，受水流冲击、吊放船只上下起伏的综合作用，时常发生采集头触发开关误触发而导致取样失败的情况。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可视多管取样器，能够改善连接缆的工作条件杜绝意外剐蹭，为各电气部件及其连接缆提供有效的防护，且能够获取效果更佳的作业过程视频资料，并具有更高的可靠性和取样成功率。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

提供一种可视多管取样器，包括压载铅块，还包括：

采集架，所述采集架顶部设有承重头对接板，底部设有综合安装板，所述综合安装板上设有水下控制中心安装位和压载铅块安装位，所述压载铅块安装位用于固定所述压载铅块，所述承重头对接板底部设有向所述综合安装板延伸的导缆管，所述导缆管外壁设有纵向贯通的开口，所述导缆管用于容纳承重头组件和充油接线盒间的铠装缆芯缆；

水下控制中心，所述水下控制中心设于所述水下控制中心安装位上；

采集头，所述采集头包括中轴架、采集头架、多个取样机构、水下摄像机、水下照明灯和高度计，所述中轴架固定于所述综合安装板底部，所述采集头架滑动套设于所述中轴架外，多个所述取样机构设于所述采集头架的周侧，所述水下摄像机、水下照明灯和高度计均设于中轴架内部且所述水下摄像机位于中轴架底部的中心处，所述水下摄像机、水下照明灯和高度计均与所述水下控制中心连接；

支撑架，所述支撑架套设于所述采集头外，其包括支腿连接板以及固定于所述支腿连接板底部的多个支腿；

其中，所述综合安装板位于所述支撑架内，所述支腿连接板可向远离或靠近所述综合安装板的方向移动。

在上述技术方案的基础上，所述导缆管内设有若干限位结构，所述限位结构用于限制所述铠装缆芯缆位于所述导缆管内。

在上述技术方案的基础上，所述支腿连接板上设有第一通孔和过缆口，所述第一通孔用于供所述导缆管滑动穿设，所述过缆口用于供所述铠装缆芯缆穿设，所述过缆口、所述第一通孔以及所述导缆管上的开口三者之间相互贯通。

在上述技术方案的基础上，所述中轴架包括中轴、顶板、多根支撑杆和底板，所述中轴的轴芯中空，所述中轴位于所述顶板上方且与所述顶板固定连接，所述顶板通过多根所述支撑杆与所述底板固定连接，所述底板上设有水下摄像机安装孔、水下照明灯安装孔和高度计安装孔。

在上述技术方案的基础上，所述采集头架包括多管触发机构、中轴套和与所述中轴套连接的中轴架罩，所述中轴套套设于所述中轴外，所述中轴架罩套设于所述顶板和支撑杆外，所述多管触发机构设于所述中轴套上，多个所述取样机构环绕固定于所述中轴架罩外壁上。

在上述技术方案的基础上，所述可视多管取样器还包括防误触发装置，所述防误触发装置设于所述中轴架的顶板和底板之间，所述防误触发装置与所述水下控制中心连接，所述中轴架罩的内壁设有第一环形凹槽，所述防误触发装置的顶销顶出时，所述顶销伸入所述第一环形凹槽内。

在上述技术方案基础上，所述综合安装板的中心设有第二通孔，所述中轴至下而上从所述第二通孔穿过并通过分瓣卡块固定于所述综合安装板上，所述分瓣卡块通过若干螺钉固定于所述综合安装板上。

在上述技术方案的基础上，所述综合安装板上还设有充油接线盒安装位，所述充油接线盒安装位设有安装顶板，所述安装顶板通过多根立柱固定于所述综合安装板上，所述充油接线盒安装位分为上下两层，下层用于容纳油盒盒体，上层用于安装油补偿器。

在上述技术方案的基础上，所述综合安装板上设有空置区域，所述空置区域内设有若干第三通孔。

在上述技术方案的基础上，所述支腿底部设有可拆卸的支腿压载铅。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的一种可视多管取样器，通过将水下控制中心及水下摄像机、水下照明灯、高度计全部安装在作业过程中与承重头对接板没有相对运动的结构上，完全消除了自由缆的存在，大大降低连接缆因剐蹭、碰撞而损坏的概率；水下摄像机、水下照明灯、高度计集中安装于中轴架内，防护性能优异；水下摄像机安装于设备中轴架底部中心并向下拍摄，能够获取理想的无遮挡的样品区域视频图像，同时能实时监控所有取样管的封口情况。

(2)配备支腿压载铅和防误触发装置，能够大大提高取样成功率。

附图说明

图1为本发明实施例中可视多管取样器的结构示意图；

图2为本发明实施例中可视多管取样器的俯视图；

图3为本发明实施例中综合安装板的结构示意图；

图4为本发明实施例中支腿连接板的结构示意图；

图5为本发明实施例中采集头的结构示意图；

图6为本发明实施例中中轴架的俯视图；

图7为本发明实施例中采集头设有防误触发装置的局部放大示意图；

图8为本发明实施例中采集头与综合安装版通过分瓣卡块连接的俯视图。

图中：1-压载铅块，2-采集架，21-承重头对接板，22-综合安装板，221-水下控制中心安装位，222-压载铅块安装位，223-充油接线盒安装位，224-第二通孔，225-第三通孔，3-导缆管，31-开口，4-水下控制中心，5-采集头，51-中轴架，511-中轴，5111-第二环形凹槽，512-顶板，513-支撑杆，514-底板，52-采集头架，521-中轴套，522-中轴架罩，5221-第一环形凹槽，53-取样机构，54-水下摄像机，55-水下照明灯，56-高度计，6-支撑架，61-支腿连接板，611-第一通孔，612-过缆口，62-支腿，7-限位结构，8-防误触发装置，9-安装顶板，10-立柱，11-分瓣卡块，111-定位舌，112-过缆槽，12-支腿压载铅。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供一种可视多管取样器，包括压载铅块1、采集架2、水下控制中心4、采集头5和支撑架6，采集架2顶部设有承重头对接板21，底部设有综合安装板22，参见图3所示，综合安装板22上设有水下控制中心安装位221和压载铅块安装位222，压载铅块安装位222用于固定压载铅块1；承重头对接板21底部设有向综合安装板22延伸的导缆管3，参见图4所示，导缆管3外壁设有纵向贯通的开口31，导缆管3用于容纳承重头组件和充油接线盒间的铠装缆芯缆；水下控制中心4设于水下控制中心安装位221上，用于实现通信、输变电、信号采集、编解码、水下电气部件控制等功能；参见图5所示，采集头5包括中轴架51、采集头架52、多个取样机构53、水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56，中轴架51固定于综合安装板22底部，采集头架52滑动套设于中轴架51外，多个取样机构53设于采集头架52的周侧，水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56均设于中轴架51内部且水下摄像机54位于中轴架51底部的中心处，水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56通过组合连接缆与水下控制中心4连接；支撑架6套设于采集头5外，其包括支腿连接板61以及固定于支腿连接板61底部的多个支腿62；其中，综合安装板22位于支撑架6内，支腿连接板61可向远离或靠近综合安装板22的方向移动。

现有的水下控制中心4、充油接线盒、水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56设置于支撑架6上。可视多管取样器触底后进行贯入取样时，采集架2沿支撑架6向下滑动，承重头组件和充油接线盒靠近，其间的铠装缆芯缆由张紧或近似张紧状态变为松弛弯曲的随机状态；取样完成后，采集架2沿支撑架6向下上滑动，承重头组件远离充油接线盒，其间的铠装缆芯缆将再次恢复张紧或近似张紧状态，此时铠装缆芯缆如在随机弯曲状态时受水流等外界因素影响而挂于取样器自身某处结构上或卡入有相对滑动的部件之间，其将出现破损甚至断裂。此外，反复的折弯、张紧将严重影响铠装缆芯缆的使用寿命。而承重头对接板21、综合安装板22、中轴架51为刚性固设，通过将水下控制中心4、充油接线盒设置于综合安装板22上，将水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56设置于中轴架51内，承重头组件与充油接线盒，充油接线盒与水下控制中心4，水下控制中心4与水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56均在全取样过程中无相对运动，只需在设备起吊前对各处连接缆进行简单固定，便不会因意外挂、卡而破损断裂，也不会因反复弯曲张紧而影响寿命。

水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56集中安装于中轴架51内，防护性能优异；水下摄像机54安装于设备中轴架51底部中心并向下拍摄，能够获取理想的无遮挡的样品区域视频图像，能同时实时监控所有取样机构53上取样管的封口情况。

进一步的，参见图4所示，导缆管3内设有若干限位结构7，限位结构7用于限制铠装缆芯缆位于导缆管3内，优选的，限位结构7可以是内嵌式限位块，也可以是导缆管3外部凹槽和扎带，还可以是其他形式，但均不能超出导缆管3外轮廓；通过限位结构7的设置，能够在取样时对导缆管3的开口31进行临时封闭，而不影响承重头组件和充油接线盒间的铠装缆芯缆的装拆，进而能够保证设置于导缆管3内的铠装缆芯缆在可视多管取样器下降过程中，不会由于导缆管3上开口31的存在而跳出导缆管3。

参见图4所示，支腿连接板61上设有第一通孔611和过缆口612，第一通孔611用于供导缆管3滑动穿设，过缆口612、第一通孔611以及导缆管3上的开口31三者之间相互贯通，铠装缆芯缆可以穿过开口31和过缆口612而装入导缆管3内部或从其内部拆除。优选的，开口31、过缆口612均沿取样器径向向外开设。

参见图5和图6所示，中轴架51包括中轴511、顶板512、多根支撑杆513和底板514，中轴511的轴芯中空，中轴511位于顶板512上方且与顶板512固定连接，顶板512通过多根支撑杆513与底板514固定连接，底板514上设有水下摄像机安装孔、水下照明灯安装孔和高度计安装孔，其中，水下摄像机安装孔位于底板514的中心位置，水下照明灯安装孔和高度计安装孔分列于水下摄像机安装孔的两侧；通过底板514的设置，能够完成对水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56的固定，并使水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56穿过底板514向下工作；水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56与水下控制中心4间的组合连接缆的分叉端分别与水下摄像机54、水下照明灯55、高度计56插接，单头端至下而上由中轴511的轴芯穿过后与水下控制中心4插接；同时，使水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56位于顶板512和底板514之间，进一步的完成对水下摄像机54、水下照明灯55和高度计56的保护，提高整体的防护性能。

通过高度计56、水下照明灯55和水下摄像机54的设置，实现对取样过程的监控，且在取样前对目标区域进行实时观察，进而提高取样器的易操作性和样品的有效性。

参见图5所示，采集头架52包括多管触发机构、中轴套521和与中轴套521连接的中轴架罩522，中轴套521套设于中轴511外，中轴架罩522套设于顶板512和支撑杆513外，多管触发机构设于中轴套521上，多个取样机构53环绕固定于中轴架罩522外壁上。

可视多管取样器还包括防误触发装置8，防误触发装置8设于中轴架51的顶板512和底板514之间，通过组合连接缆与水下控制中心4连接，参见图7所示，中轴架罩522的内壁设有第一环形凹槽5221，取样器下放时，甲板端操作人员控制防误触发装置8的顶销顶出，顶销伸入第一环形凹槽5221内，采集头架52与中轴架51锁死，保证采集头架52不会受水流等环境因素影响而与中轴架51发生异常的上下滑动而误触发多管触发机构；取样时甲板端操作人员控制防误触发装置8的顶销缩回，采集头架52与中轴架51解锁，可以正常完成取样动作。

参见图1和图2所示，综合安装板22上还设有充油接线盒安装位223，充油接线盒安装位223设有安装顶板9，其通过多根立柱10固定于综合安装板22上；安装顶板9将充油接线盒安装位223分为上下两层，下层用于容纳油盒盒体，上层用于安装油补偿器。优选的，立柱10为4根，矩形分布于矩形的充油接线盒盒体四角外侧。优选的，安装顶板9上的油补偿器安装接口供油补偿器卧式安装。

现有技术中，圆管端头通常采用焊接法兰板或直接焊接的形式与平板进行固定，但中轴511若采用常规方式与综合安装板22进行固设，其需要先将采集头架52套入中轴架51后再进行焊接，其会导致中轴架51无法在不破坏结构的情况下从采集头5内脱出，进而不利于采集头5，特别是中轴架51内部电器部件的安装、调试和维护。优选的，参见图3和图8所示，综合安装板22的中心设有第二通孔224，其直径与采集头5的中轴511外径相等，中轴511至下而上从第二通孔224穿过并通过分瓣卡块11固定于综合安装板22上，分瓣卡块11通过若干螺钉固定于综合安装板22上，其有利于对采集头5，特别是中轴架51内部的电器部件进行安装、调试和维护。进一步的，中轴511上端设有一定位口和一出缆口，且中轴511的外壁靠近定位口和出缆口处设有第二环形凹槽5111(参见图5所示)，若干瓣分瓣卡块11构成一完整圆环状，其分别由螺钉固定于综合安装板22上；分瓣卡块11的下部内壁设置一环形凸台，其刚好可卡入中轴511的第二环形凹槽5111内；参见图8所示，分瓣卡块11设置有径向突出的定位舌111，其刚好可卡入中轴511顶部的定位口内，且不超过中轴511内壁；分瓣卡块11上半平面径向向外开设一过缆槽112，其方位、大小与中轴511顶部的过缆口相匹配。

参见图3所示，综合安装板22上设有空置区域，空置区域内设有若干第三通孔225，通过第三通孔225的设置，能够减小可视多管取样器下降过程中的综合安装板22的阻力，且第三通孔225的设置还能够用于固定承重头组件与充油接线盒间的铠装缆芯缆、充油接线盒与水下控制中心4间的电缆、光缆以及水下控制中心4与水下摄像机54、水下照明灯55、高度计56、防误触发装置8间的组合连接电缆。

参见图1所示，支腿62底部设有可拆卸的支腿压载铅12，为了抑制取样器在下放过程中，支撑架6因受水流向上冲击而在着底前沿采集架2向上运动，从而在取样管贯入沉积物时，支撑架6无法实现缓冲功能，或有效缓冲距离缩短的情况。在支腿62底部设置支腿压载铅12。取样作业前可根据实际海况和下放速度灵活选择是否安装，进一步提高取样器的稳定性。

本发明实施例的工作原理为：

可视多管取样器可进行甲板视频监视，人机交互式监控水下系统作业。取样器依靠重力驱动和阻尼活塞缸缓冲贯入技术将多管取样管按一定速度插入到沉积物中，在上提过程中自动完成管口的封闭，实现海底沉积物原状样品的获取。

触底前，采集头5上下封盖联动机构处于待触发状态，上、下封盖打开；

支撑架6着底后，采集架2与采集头5在缓冲活塞作用下，继续向下缓慢运动并贯入沉积物中；

绞车系统收缆上提，支撑架6保持静止，采集架2与采集头5向上运动，触发开关打开，上、下封盖组件自动完成封闭；

继续收缆上提，采集架2到达支撑架6极限位置后，带动支撑架6离开海底，取样完成。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种可视多管取样器，包括压载铅块(1)，其特征在于，还包括：

采集架(2)，所述采集架(2)顶部设有承重头对接板(21)，底部设有综合安装板(22)，所述综合安装板(22)上设有水下控制中心安装位(221)和压载铅块安装位(222)，所述压载铅块安装位(222)用于固定所述压载铅块(1)，所述承重头对接板(21)底部设有向所述综合安装板(22)延伸的导缆管(3)，所述导缆管(3)外壁设有纵向贯通的开口(31)，所述导缆管(3)用于容纳承重头组件和充油接线盒间的铠装缆芯缆；

水下控制中心(4)，所述水下控制中心(4)设于所述水下控制中心安装位(221)上；

采集头(5)，所述采集头(5)包括中轴架(51)、采集头架(52)、多个取样机构(53)、水下摄像机(54)、水下照明灯(55)和高度计(56)，所述中轴架(51)固定于所述综合安装板(22)底部，所述采集头架(52)滑动套设于所述中轴架(51)外，多个所述取样机构(53)设于所述采集头架(52)的周侧，所述水下摄像机(54)、水下照明灯(55)和高度计(56)均设于中轴架(51)内部且所述水下摄像机(54)位于中轴架(51)底部的中心处，所述水下摄像机(54)、水下照明灯(55)和高度计(56)均与所述水下控制中心(4)连接；

支撑架(6)，所述支撑架(6)套设于所述采集头(5)外，其包括支腿连接板(61)以及固定于所述支腿连接板(61)底部的多个支腿(62)；

其中，所述综合安装板(22)位于所述支撑架(6)内，所述支腿连接板(61)可向远离或靠近所述综合安装板(22)的方向移动。

2.如权利要求1所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述导缆管(3)内设有若干限位结构(7)，所述限位结构(7)用于限制所述铠装缆芯缆位于所述导缆管(3)内。

3.如权利要求1所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述支腿连接板(61)上设有第一通孔(611)和过缆口(612)，所述第一通孔(611)用于供所述导缆管(3)滑动穿设，所述过缆口(612)用于供所述铠装缆芯缆穿设，所述过缆口(612)、所述第一通孔(611)以及所述导缆管(3)上的开口(31)三者之间相互贯通。

4.如权利要求1所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述中轴架(51)包括中轴(511)、顶板(512)、多根支撑杆(513)和底板(514)，所述中轴(511)的轴芯中空，所述中轴(511)位于所述顶板(512)上方且与所述顶板(512)固定连接，所述顶板(512)通过多根所述支撑杆(513)与所述底板(514)固定连接，所述底板(514)上设有水下摄像机安装孔、水下照明灯安装孔和高度计安装孔。

5.如权利要求4所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述采集头架(52)包括多管触发机构、中轴套(521)和与所述中轴套(521)连接的中轴架罩(522)，所述中轴套(521)套设于所述中轴(511)外，所述中轴架罩(522)套设于所述顶板(512)和支撑杆(513)外，所述多管触发机构设于所述中轴套(521)上，多个所述取样机构(53)环绕固定于所述中轴架罩(522)外壁上。

6.如权利要求1所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述可视多管取样器还包括防误触发装置(8)，所述防误触发装置(8)设于所述中轴架(51)的顶板(512)和底板(514)之间，所述防误触发装置(8)与所述水下控制中心(4)连接，所述中轴架罩(522)的内壁设有第一环形凹槽(5221)，所述防误触发装置(8)的顶销顶出时，所述顶销伸入所述第一环形凹槽(5221)内。

7.如权利要求1所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述综合安装板(22)的中心设有第二通孔(224)，所述中轴(511)至下而上从所述第二通孔(224)穿过并通过分瓣卡块(11)固定于所述综合安装板(22)上，所述分瓣卡块(11)通过若干螺钉固定于所述综合安装板(22)上。

8.如权利要求1所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述综合安装板(22)上还设有充油接线盒安装位(223)，所述充油接线盒安装位(223)设有安装顶板(9)，所述安装顶板(9)通过多根立柱(10)固定于所述综合安装板(22)上，所述充油接线盒安装位(223)分为上下两层，下层用于容纳油盒盒体，上层用于安装油补偿器。

9.如权利要求1所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述综合安装板(22)上设有空置区域，所述空置区域内设有若干第三通孔(225)。

10.如权利要求1所述的一种可视多管取样器，其特征在于：所述支腿(62)底部设有可拆卸的支腿压载铅(12)。

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