CN112683585A - 一种岩溶区野外水样采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩溶区野外水样采集装置，包括取样筒，取样筒包括底端敞口、顶端封闭的筒体，所述筒体的形状为上部呈锥体形状下部呈柱体形状；在筒体顶端处开设有排气孔，在筒体内部固定连接有隔环，所述隔环将筒体分隔成上容腔和下容腔；在隔环上设置有密封板，密封板的外壁面与隔环的内壁面相契合且两者之间设置有密封圈，密封板底部通过连杆与滑动安装于筒体下容腔内部的带孔底板连接；在筒体上容腔内部设有大小能够完全封堵住筒体顶端排气孔的浮球。本发明同时适用于地下岩溶水和岩溶区野外地表岩溶水的采样，且采样成功率高，效率高。

Description

一种岩溶区野外水样采集装置

技术领域

本发明涉及水样采集装置，具体涉及一种岩溶区野外水样采集装置。

背景技术

岩溶水文地质调查过程中，水样的采取至关重要，是研究岩溶区水文地质条件的重要环节。岩溶区水样的采集，通常分为地表岩溶水和地下岩溶水，其中地下岩溶水又主要通过钻探，以抽采或者放置取样器取样为主。在实际取样中，钻孔或钻井一般较深，无法直接用手伸入水体进行采样；另一方面，由于井水浮力较大，通常使用的塑料采集瓶(桶)无法浸入水中，或只能依靠塑料采集瓶(桶)的稍微倾斜采集少许水样，而现有的大型昂贵采集器则需要较大的人力，携带操作极为不方便，不适用于野外地下水的采集。公告号为CN208254856U的实用新型专利，公开了一种便携式野外水样采集检测装置，包括电机、滑轮、钢丝绳、采样桶、检测探头、水位传感器，所述滑轮的中心轴与电机连接，所述钢丝绳位于滑轮的凹槽中，一端与采样桶连接，所述检测探头位于所述采样桶中，电机带动滑轮转动，钢丝绳随所述滑轮转动，利用电机的正、反转实现采样桶下降和提升。虽然该技术方案能够从深井中顺利取出水样并降低操作人员的劳动强度，但是，其是利用采样桶自身的重量使采样桶浸没于水中采集水样，采样桶到达井内水面时的位置不一定正好是采桶开口与水体接触，当钻孔或钻井口径较小且其垂直度较差时，难以顺利的采集水样；另一方面，由于采样桶无法自动封闭，在采样完成后提升过程中如遇到障碍则有可能无法获得水样或无法获得足量的水样。

而对于地表岩溶水的采集，通常是到达取样点进行人工直接灌采，但岩溶区地质环境复杂，受地质条件影响经济落后地区较多，交通较差，部分地区更是需要砍树开路，或者绕道远行至采样点，不仅工作效率较低，还增加了野外作业安全风险。为了克服上述困难，近年来已有基于无人机远程水样采集系统及装置面世。如公告号为CN211292116U的实用新型专利，公开了一种便于远程采集水样设备,包括用于远程飞行无人机、设于无人机下侧的连接支架、设于连接支架上的收放驱动组、一端连接于收放驱动组动力输出端上的连接绳索、上端与连接绳索另一端相连接的水样采集装置，及设于水样采集装置下侧的配重块。该申请通过连接支架将收放驱动组连接于无人机下侧，且通过连接绳索将设有配重块的水样采集装置连接在一起，当操控无人机实现远程飞行且飞至水样采集目的地时，则可通过下降无人机，随之再通过收放驱动组转动松放连接绳索，以使下放具有配重块的水样采集装置垂直入潜水下取水，从而完成水样采集工作且再飞离取样水面，不仅大幅度降低采样员的劳动强度，也提高了采样效率。但是，该申请所述技术方案中水样采集装置需要完全没入水中才能进行取样，即便取水杯体采用透明塑料制作，也难以分辨水样是否充满杯体；而且水样采集装置的进水孔无法自动封闭，在采样完成后返程过程中如遇到障碍则有可能无法获得水样或无法获得足量的水样。

综上，有必要设计一种既可适用于地下岩溶水采样又可适用于岩溶区交通不便处地表岩溶水采样的水样采集装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种岩溶区野外水样采集装置，该装置不仅适用于地下岩溶水采样且采样成功率高，还适用于岩溶区交通不便处地表岩溶水采样且效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种岩溶区野外水样采集装置，包括取样筒，所述取样筒包括底端敞口、顶端封闭的筒体，所述筒体的形状为上部呈锥体形状下部呈柱体形状；在筒体顶端处开设有排气孔，在筒体内部固定连接有隔环，所述隔环将筒体分隔成上容腔和下容腔；在隔环上设置有密封板，所述密封板的外壁面与隔环的内壁面相契合且两者之间设置有密封圈，所述密封板底部通过连杆与滑动安装于筒体下容腔内部的带孔底板连接；在筒体上容腔内部设有浮球，所述浮球的大小为能够完全封堵住筒体顶端的排气孔。

上述技术方案中，由于筒体的上部呈锥体形，排气孔开设于筒体顶端处(即筒体的最高处)，浮球受水的浮力会沿筒体上部的锥体形状逐渐上升至筒体的最顶端从而最终封堵住排气孔。

上述技术方案中，所述的带孔底板包括底板本体，底板本体上开设有进水孔，在底板本体侧壁上设有至少两个滑块，所述的滑块与开设于筒体内壁面上的滑槽相配合实现带孔底板在筒体内的滑动。

上述技术方案中，隔环的设置位置优选是在筒体呈矩形的部位，以使下容腔为柱体形状，从而利于带孔底板沿筒体内壁上滑槽的上下运动。

上述技术方案中，所述排气孔的形状可根据需要设计，通常设计成截面呈矩形或梯形的结构。

进一步的，取样筒还包括挂环，所述挂环与筒体之间通过连接绳连接。外力通过绳索作用于挂环以实现取样筒的下降或提升。

更进一步的，该岩溶区野外水样采集装置还包括无人机，所述无人机通过绳索与取样筒连接，如此实现野外远程地表水水样的采集，降低工作人员的劳动强度并提高工作效率。

再进一步的，还可以在无人机上设置有摄像头，以观察浮球是否封堵住排气孔，从而确保取样完成。

与现有技术相比，本发明取样桶采用特殊的形状配合浮球再结合密封板与带孔底板的联动设计实现了筒体上容腔的自动封闭，具体过程为：当带孔底板受水的浮力作用推动带孔底板沿筒体内壁面的滑槽向上滑动，同时也带动密封板向上运动，与此同时水由带孔底板上的进水孔进入筒体的下容腔，并经隔环的内壁面进入筒体上容腔，随着上容腔内水位的升高，浮球向上运动，当水样逐渐充满整个上容腔时浮球沿筒体上部的锥体形状逐渐上升至筒体的最顶端从而最终封堵住排气孔；此时借用外力向上拉动挂环，通过连接绳带动筒体向上运动，随着筒体向上运动密封板在水的重力作用下其外壁面逐渐与隔环的内壁面契合，最终实现筒体上容腔的自动密封，此时下容腔中的水随着带孔底板上的进水孔排出，最终完成取样。由于置放水样的上容腔实现了自动封闭，完全避免了水样在钻孔或钻井中提升过程或在飞行中的泼洒丢失，即便遇到障碍也可以很好的避免取样筒内水样的泼洒损失。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的结构示意图。

图2为图1所示实施方式中带孔底板的结构示意图。

图3为本发明另一种实施方式的结构示意图。

图中标号为：

1筒体，2下容腔，3隔环，4上容腔，5连接绳，6挂环，7带孔底板，701底板本体，702滑块，703进水孔，8排气孔，9浮球，10密封板，11密封圈，12连杆，13滑槽，14无人机，15摄像头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但本发明并不限于以下实施例。

如图1所述，本发明所述岩溶区野外水样采集装置，包括取样筒，所述取样筒包括底端敞口、顶端封闭的筒体1，所述筒体1的形状为上部呈锥体形状下部呈柱体形状；在筒体1顶端处开设有排气孔8，在筒体1柱体形状部分的内部固定连接有隔环3，所述隔环3将筒体1分隔成上容腔4和下容腔2；在隔环3上设置有密封板10，所述密封板10的外壁面与隔环3的内壁面相契合且两者之间设置有密封圈11，所述密封板10底部通过连杆12与滑动安装于筒体1下容腔2内部的带孔底板7连接；在筒体1上容腔4内部设有浮球9，所述浮球9的大小为能够完全封堵住筒体1顶端的排气孔8。

所述的隔环3具有一外壁面和一内壁面，其中外壁面固定连接(如焊接等方式)于筒体1柱体形状部分的内壁，从而将筒体1的内腔分隔成上容腔4和下容腔2，所述上容腔4和下容腔2通过隔环3内壁面构成的通道连通。隔环3内壁面构成的通道的截面可以是矩形或倒梯形，所述密封板10的外壁面具有与隔环3内壁面相契合的形状。在图1所示的实施方式中，隔环3内壁面构成的通道的截面为倒梯形，密封板10的外壁面也为倒梯形。

所述连杆12与密封板10及带孔底板7的连接可以是固定连接，如焊接等；也可以是可拆卸连接，如螺杆螺母连接等。

所述的带孔底板7包括底板本体701，底板本体701上开设有进水孔703，在底板本体701侧壁上设有至少两个滑块702，所述的滑块702与开设于筒体1内壁面上的滑槽13相配合实现带孔底板7在筒体1内的上、下滑动。在图1所示的实施方式中，底板本体701侧壁上均匀设置有4个滑块702(如图2所示)，对应的，筒体1内壁面上的滑槽13为4道，呈纵向设置。

所述筒体1、隔环3、带孔底板7和导向杆等材料可采用金属或塑料制作。

为了方便外力对取样筒下降或提升，所述取样筒优选还包括挂环6，所述的挂环6与筒体1之间通过连接绳5连接。外力通过绳索作用于挂环6以实现取样筒的下降或提升。

图1所示实施方式的水样采集装置适用于钻孔或钻井中水样的采集，即将绳索的一端系于挂环6上，绳索的另一端置于操作人员手上或置于地面上可操纵绳索上升或下降的设备上，操作人员直接将绳索或通过控制地面上的设备将绳索缓慢下放于钻孔或钻井中进行水样的采集。

图3为本发明所述岩溶区野外水样采集装置的另一种实施方式，该实施方式是在图1所示实施方式的基础上增加了无人机14和摄像头15，所述的无人机14通过绳索与取样筒的挂环6连接，所述的摄像头15安装在无人机14上，通过摄像头15观察浮球9是否封堵住筒体1顶端的排气孔8，从而确保取样完成。在本实施方式中，为了方便观察，优选浮球9为色彩鲜艳的颜色，如红色、绿色等。图3所示实施方式适用于野外远程地表水水样的采集，不仅可以降低工作人员的劳动强度还提高了工作效率。

本发明所述岩溶区野外水样采集装置的工作原理：

当取样筒进入水面时，带孔底板7受水的浮力作用推动带孔底板7沿筒体1内壁面的滑槽13向上滑动，同时也带动密封板10向上运动，与此同时水由带孔底板7上的进水孔703进入筒体1的下容腔2，并经隔环3的内壁面进入筒体1上容腔4，随着上容腔4内水位的升高，浮球9向上运动，当水样逐渐充满整个上容腔4时浮球9沿筒体1上部的锥体形状逐渐上升至筒体1的最顶端从而最终封堵住排气孔8；此时借用外力向上拉动挂环6，通过连接绳5带动筒体1向上运动，随着筒体1向上运动密封板10在水的重力作用下其外壁面逐渐与隔环3的内壁面契合，最终实现筒体1上容腔4的自动密封，此时下容腔2中的水随着带孔底板7上的进水孔703排出，最终完成取样。

如果采用的是图1所示实施方式应用于钻孔或钻井中水样的采集时，通过将绳索的一端系于挂环6上，绳索的另一端置于操作人员手上或置于地面上可操纵绳索上升或下降的设备上，操作人员直接将绳索或通过控制地面上的设备将绳索缓慢下放于钻孔或钻井中进行水样的采集，完成取样后，再由操作人员直接将绳索或通过控制地面上的设备将绳索缓慢提升以将取样筒提升返程至地面。如果采用的是图3所示实施方式应用于野外远程地表水水样的采集时，通过摄像头15观察浮球9封堵住筒体1顶端的排气孔8后即启动无人机14飞行返程。由于置放水样的上容腔4实现了自动封闭，完全避免了水样在钻孔或钻井中提升过程或在飞行中的泼洒丢失，即便遇到障碍也可以很好的避免取样筒内水样的泼洒损失，取样成功率大大提高，劳动强度也低。

Claims (5)

1.一种岩溶区野外水样采集装置，包括取样筒，其特征是，所述取样筒包括底端敞口、顶端封闭的筒体(1)，所述筒体(1)的形状为上部呈锥体形状下部呈柱体形状；在筒体(1)顶端处开设有排气孔(8)，在筒体(1)内部固定连接有隔环(3)，所述隔环(3)将筒体(1)分隔成上容腔(4)和下容腔(2)；在隔环(3)上设置有密封板(10)，所述密封板(10)的外壁面与隔环(3)的内壁面相契合且两者之间设置有密封圈(11)，所述密封板(10)底部通过连杆(12)与滑动安装于筒体(1)下容腔(2)内部的带孔底板(7)连接；在筒体(1)上容腔(4)内部设有浮球(9)，所述浮球(9)的大小为能够完全封堵住筒体(1)顶端的排气孔(8)。

2.根据权利要求1所述的岩溶区野外水样采集装置，其特征是，所述的取样筒还包括挂环(6)，所述挂环(6)与筒体(1)之间通过连接绳(5)连接。

3.根据权利要求1或2所述的岩溶区野外水样采集装置，其特征是，所述的带孔底板(7)包括底板本体(701)，底板本体(701)上开设有进水孔(703)，在底板本体(701)侧壁上设有至少两个滑块(702)，所述的滑块(702)与开设于筒体(1)内壁面上的滑槽(13)相配合实现带孔底板(7)在筒体(1)内的滑动。

4.根据权利要求1或2所述的岩溶区野外水样采集装置，其特征是，该岩溶区野外水样采集装置还包括无人机(14)，所述无人机(14)通过绳索与取样筒连接。

5.根据权利要求4所述的岩溶区野外水样采集装置，其特征是，在无人机(14)上设置有摄像头(15)。

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