CN114323741A - 免吊放沉积物自动采样装置及其自动采样方法 - Google Patents

Abstract

免吊放沉积物自动采样装置，包括采样钻杆，所述采样钻杆的上端从下往上依次安装有电路舱、浮力调节舱、信号舱、顶部推进器，所述电路舱的外表面上安装有用于与顶部推进器配合使采样装置往下旋转钻入海底取样的旋转推进器、用于感知采样装置状态的高度计和深度计，所述电路舱内安装有控制电路、电机和推进器的驱动电路、通信电路和电池组，所述控制电路分别与驱动电路、通信电路、电池组电性连接，所述浮力调节舱内的电机以及顶部推进器、旋转推进器均与控制其动作的驱动电路电性连接，所述信号舱、高度计、深度计均与控制电路电性连接。

Description

免吊放沉积物自动采样装置及其自动采样方法

技术领域

本发明属于水下采样技术领域，具体涉及一种免吊放沉积物自动采样装置及其自动采样方法。

背景技术

海洋底质沉积物是指各种海洋沉积作用所形成的海底沉积物的总称。传统上，按深度将沉积物划分为：近岸沉积（0～20米）：主要是分布在海滩、潮滩地带的机械碎屑，即不同粒度的沙、砾石和生物骨骼、壳体的碎屑等。浅海沉积（20～200米）：浅海带占海洋面积的25%，但这一海域的沉积物却占海洋全部沉积物的90%。半深海沉积（200～2000米）：通常以陆源泥为主，也有少量化学沉积物和生物沉积物。深海沉积（大于2000米）：通常以浮游生物遗体为主，而极少陆源物质，并通常为各种生物软泥为主。海洋沉积物，尤其是深海沉积物的研究对海洋地质学、海洋生物学、古气候学等等都有极其重要的意义。

海底沉积物一般采用重力采泥器，比如柱状重力采泥器、视频多管采泥器、箱式采集器等。上述的海底沉积采样设备都是通过船上的绞车装置下放采样的，采样速度慢，还需要消耗大量的船时。

发明内容

针对目前存在的技术问题，本发明提供了一种不需要绞车和线缆的配合、能够自主下沉到海底进行采样、实现同一区域多次采样、大大提升了沉积物采样的效率的免吊放沉积物自动采样装置及其自动采样方法。

本发明采用的技术方案是：

免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：包括采样钻杆，所述采样钻杆的上端从下往上依次安装有电路舱、浮力调节舱、信号舱、顶部推进器，所述电路舱的外表面上安装有用于与顶部推进器配合使采样装置往下旋转钻入海底取样的旋转推进器、用于感知采样装置状态的高度计和深度计，所述电路舱内安装有控制电路、电机和推进器的驱动电路、通信电路和电池组，所述控制电路分别与驱动电路、通信电路、电池组电性连接，所述浮力调节舱内的电机以及顶部推进器、旋转推进器均与控制其动作的驱动电路电性连接，所述信号舱、高度计、深度计均与控制电路电性连接。

进一步，所述旋转推进器设置有2个，分别安装于电路舱的两侧且朝向相反。本发明通过2个旋转推进器跟顶部推进器配合，能够使得采样装置往下旋转，钻入海底沉积物中，实现采样。

进一步，所述浮力调节舱的中间安装有电机，所述电机上贯穿有由其驱动上下运动的螺杆，所述螺杆的上端固连有与其联动的活塞，所述螺杆的下端可伸缩的安装于空心支柱内。本发明通过电机驱动螺杆上下运动，推动跟螺杆连接的活塞上下运动，从而改变浮力调节舱的体积，实现浮力调节。

进一步，所述信号舱内安装有一个防水信号灯、gps天线和卫星通信天线，本发明当浮标完成采样上浮到海面后，海上船只可以通过本发明发送的定位信息和灯光信号找到本发明。

进一步，所述采样钻杆的内部为空心，外部是螺纹。

进一步，所述采样钻杆的内部靠近顶部位置安装有用于确定是否采样完成的光传感器，所述光传感器与控制电路连接。本发明当沉积物充满采样钻杆内部，光传感器被遮住，返回相应的信号，由此可以确定采样已经完成。

进一步，所述采样钻杆的顶部设有自动阀门，所述自动阀门与控制电路连接。本发明当采样完成后，自动阀门自动关闭，内部接近真空，沉积物在气压和水压的作用下被保持在钻杆内部。

进一步，所述高度计和深度计分别安装在电路舱两侧，当高度计测得的高度小于阈值时，所述控制电路控制推进器协作旋转取样，当深度计测得的数值小于阈值时，所述控制电路发射位置信号，并开启信号灯通知海上船只。本发明的深度计还可以控制设备下潜深度，以免超过设备设计深度而损坏。

上述免吊放沉积物自动采样装置的自动采样方法，其具体步骤如下:

S1，将免吊放沉积物自动采样装置投放到目标水域；

S2，控制电路控制浮力调节舱的电机转动，压缩活塞，免吊放沉积物自动采样装置浮力减小，开始下潜；

S3，高度计探测到离底高度，小于阈值时，控制电路开启推进器；

S4，免吊放沉积物自动采样装置在两侧旋转推进器的作用下顺时针旋转，顶部推进器提供推力，使免吊放沉积物自动采样装置往沉积物中钻进，沉积物样品进入采样钻杆内部的样品管；

S5，光传感器被沉积物遮挡，检测到沉积物充满样品管，开始回收免吊放沉积物自动采样装置；

S6，控制电路控制推进器反转，使得免吊放沉积物自动采样装置逆时针从沉积物中钻出，同时控制浮力调节舱电机反转，活塞往外运动，浮力增大；

S7，通过高度计确定免吊放沉积物自动采样装置已经离开海底，控制电路控制两侧旋转推进器关闭，免吊放沉积物自动采样装置在顶部推进器和浮力的共同作用下返回海面；

S8，深度计检测到设备浮出海面，控制电路开启卫星通信和信号灯，等待海面船只回收。

本发明的有益效果：不需要绞车和线缆的配合，只要放到海里，就能够自主的下沉到海底进行采样，采样完成后，上浮到海面带回样品。本发明大大提升了沉积物采样的效率，并且使科考船可以在一定的区域同时进行多次采样。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的主视结构示意图。

图3是本发明的剖视结构示意图。。

图4是本发明的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上” 或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不 是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征 “之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅 仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方” 和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水 平高度小于第二特征。

实施例一

参见图1-4，本实施例提供了一种免吊放沉积物自动采样装置，包括采样钻杆1，所述采样钻杆1的上端从下往上依次安装有电路舱5、浮力调节舱6、信号舱7、顶部推进器8，所述电路舱5的外表面上安装有用于与顶部推进器8配合使采样装置往下旋转钻入海底取样的旋转推进器4、用于感知采样装置状态的高度计3和深度计2，所述电路舱5内安装有控制电路51、电机和推进器的驱动电路（图中未显示）、通信电路（图中未显示）和电池组52，所述控制电路51分别与驱动电路、通信电路、电池组52电性连接，所述浮力调节舱6内的电机61以及顶部推进器8、旋转推进器4均与控制其动作的驱动电路电性连接，所述信号舱7、高度计3、深度计2均与控制电路51电性连接。具体的，电路舱5内电路通过水密缆连接到浮力调节舱6、信号舱7、推进器和外部传感器，控制设备根据传感器的信号进行不同的动作。

本实施例所述旋转推进器4设置有2个，分别安装于电路舱5的两侧且朝向相反。本发明通过2个旋转推进器4跟顶部推进器8配合，能够使得采样装置往下旋转，钻入海底沉积物中，实现自动采样。

本实施例所述浮力调节舱6的中间安装有电机61，所述电机61上贯穿有由其驱动上下运动的螺杆62，所述螺杆62的上端固连有与其联动的活塞64，所述螺杆62的下端可伸缩的安装于空心支柱63内。本发明通过电机61驱动螺杆62上下运动，推动跟螺杆62连接的活塞63上下运动，从而改变浮力调节舱6的体积，实现浮力调节。

本实施例所述信号舱7内安装有一个防水信号灯71、gps天线和卫星通信天线72，本发明当浮标完成采样上浮到海面后，海上船只可以通过本发明发送的定位信息和灯光信号找到本发明。

本实施例所述采样钻杆1的内部为空心的样品管11，外部是螺纹。所述样品管11的内部靠近顶部位置安装有用于确定是否采样完成的光传感器12，所述光传感器12与控制电路51连接。本发明当沉积物充满采样钻杆内部，光传感器12被遮住，返回相应的信号，由此可以确定采样已经完成。所述样品管11的顶部设有自动阀门13，所述自动阀门13与控制电路51连接。本发明当采样完成后，自动阀门13自动关闭，内部接近真空，沉积物在气压和水压的作用下被保持在钻杆内部。

本实施例所述高度计3和深度计2分别安装在电路舱7两侧，当高度计3测得的高度小于阈值时，所述控制电路51控制推进器协作旋转取样，当深度计2测得的数值小于阈值时，所述控制电路51发射位置信号，并开启信号灯通知海上船只。本发明的深度计2还可以控制设备下潜深度，以免超过设备设计深度而损坏。

本发明无需连接线缆，不需要水面船只支持，通过推进器驱动进行采样，采样过程全自动，不需要人工参与。

实施例二

本实施例提供了实施例一所述免吊放沉积物自动采样装置的自动采样方法，其具体步骤如下:

S1，将免吊放沉积物自动采样装置投放到目标水域；

S2，控制电路51控制浮力调节舱6的电机61转动，压缩活塞64，免吊放沉积物自动采样装置浮力减小，开始下潜；

S3，高度计3探测到离底高度，小于阈值时，控制电路51开启推进器；

S4，免吊放沉积物自动采样装置在两侧旋转推进器4的作用下顺时针旋转，顶部推进器8提供推力，使免吊放沉积物自动采样装置往沉积物中钻进，沉积物样品进入采样钻杆1内部的样品管11；

S5，光传感器12被沉积物遮挡，检测到沉积物充满样品管11，开始回收免吊放沉积物自动采样装置；

S6，控制电路51控制推进器反转，使得免吊放沉积物自动采样装置逆时针从沉积物中钻出，同时控制浮力调节舱6的电机61反转，活塞64往外运动，浮力增大；

S7，通过高度计3确定免吊放沉积物自动采样装置已经离开海底，控制电路51控制两侧旋转推进器4关闭，免吊放沉积物自动采样装置在顶部推进器8和浮力的共同作用下返回海面；

S8，深度计2检测到设备浮出海面，控制电路51开启卫星通信和信号灯，等待海面船只回收。

本发明不需要绞车和线缆的配合，只要放到海里，就能够自主的下沉到海底进行采样，采样完成后，上浮到海面带回样品。本发明大大提升了沉积物采样的效率，并且使科考船可以在一定的区域同时进行多次采样。

Claims (9)

1.免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：包括采样钻杆，所述采样钻杆的上端从下往上依次安装有电路舱、浮力调节舱、信号舱、顶部推进器，所述电路舱的外表面上安装有用于与顶部推进器配合使采样装置往下旋转钻入海底取样的旋转推进器、用于感知采样装置状态的高度计和深度计，所述电路舱内安装有控制电路、电机和推进器的驱动电路、通信电路和电池组，所述控制电路分别与驱动电路、通信电路、电池组电性连接，所述浮力调节舱内的电机以及顶部推进器、旋转推进器均与控制其动作的驱动电路电性连接，所述信号舱、高度计、深度计均与控制电路电性连接。

2.根据权利要求1所述的免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：所述旋转推进器设置有2个，分别安装于电路舱的两侧且朝向相反。

3.根据权利要求1所述的免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：所述浮力调节舱的中间安装有电机，所述电机上贯穿有由其驱动上下运动的螺杆，所述螺杆的上端固连有与其联动的活塞，所述螺杆的下端可伸缩的安装于空心支柱内。

4.根据权利要求1所述的免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：所述信号舱内安装有一个防水信号灯、gps天线和卫星通信天线。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：所述采样钻杆的内部为空心，外部是螺纹。

6.根据权利要求5所述的免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：所述采样钻杆的内部靠近顶部位置安装有用于确定是否采样完成的光传感器，所述光传感器与控制电路连接。

7.根据权利要求5所述的免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：所述采样钻杆的顶部设有自动阀门，所述自动阀门与控制电路连接。

8.根据权利要求1所述的免吊放沉积物自动采样装置，其特征在于：所述高度计和深度计分别安装在电路舱两侧，当高度计测得的高度小于阈值时，所述控制电路控制推进器协作旋转取样，当深度计测得的数值小于阈值时，所述控制电路发射位置信号，并开启信号灯通知海上船只。

9.根据权利要求1所述的免吊放沉积物自动采样装置的自动采样方法，其具体步骤如下:

S1，将免吊放沉积物自动采样装置投放到目标水域；

S2，控制电路控制浮力调节舱的电机转动，压缩活塞，免吊放沉积物自动采样装置浮力减小，开始下潜；

S3，高度计探测到离底高度，小于阈值时，控制电路开启推进器；

S4，免吊放沉积物自动采样装置在两侧旋转推进器的作用下顺时针旋转，顶部推进器提供推力，使免吊放沉积物自动采样装置往沉积物中钻进，沉积物样品进入采样钻杆内部的样品管；

S5，光传感器被沉积物遮挡，检测到沉积物充满样品管，开始回收免吊放沉积物自动采样装置；

S6，控制电路控制推进器反转，使得免吊放沉积物自动采样装置逆时针从沉积物中钻出，同时控制浮力调节舱电机反转，活塞往外运动，浮力增大；

S7，通过高度计确定免吊放沉积物自动采样装置已经离开海底，控制电路控制两侧旋转推进器关闭，免吊放沉积物自动采样装置在顶部推进器和浮力的共同作用下返回海面；

S8，深度计检测到设备浮出海面，控制电路开启卫星通信和信号灯，等待海面船只回收。

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