CN114324485B

CN114324485B - 地下水即时采样检测装置

Info

Publication number: CN114324485B
Application number: CN202210184521.1A
Authority: CN
Inventors: 刘倩; 孟娟; 马笑强
Original assignee: Fifth Prospecting Team Of Shandong Coal Geology Bureau
Current assignee: Fifth Prospecting Team Of Shandong Coal Geology Bureau
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2023-07-25
Anticipated expiration: 2042-02-28
Also published as: CN114324485A

Abstract

本发明公开了一种地下水即时采样检测装置，包括机架、放瓣单元、电缆组件、电路基座、钻头组件、电流传感器、控制器和电源；放瓣单元包括磁力卷筒、第一电机、磁力瓣和铰链，多个磁力瓣通过铰链首尾连接形成磁力连线，磁力瓣内设置有电磁铁，磁力瓣两端设置有与电磁铁电连接的第一触点；电路基座的上表面设置有与电缆电连接的第二触点，电路基座的侧面设置有第三触点；电流传感器接入第三触点的电路中，控制器通过电流传感器和第三触点间接计算第三触点所对应位置的土壤的电阻；本发明根据电阻的大小来判定土壤的含水率，所测量的点位能够随着钻头前进，无需将土壤样品提取出来即可检测土壤含水率，工作效率更高。

Description

地下水即时采样检测装置

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种地下水即时采样检测装置。

背景技术

人的生存离不开水资源，水污染关乎到环境的质量和民生的很多方面，除了前面提及的污水和地表水外，地下水也是非常重要的一个部分，地下水是指地表以下的饱和含水层的重力水，地下水污染也有着日趋严重的发展趋势，所以必须建立完善的机制，控制污染物的排放，保证地下水的质量，同样的就需要经过采样和分析，得出相应的结果，为保护工作提供原始的数据参考。

对地下水采样时需要从地面向地下钻孔，然后观察钻孔内的渗水情况；在地下水不够充沛的情况下，则需要花费很多等待时间才可能目测到钻孔内是否积水，且钻孔本身必须具备足够观察的尺寸。如果想要快速获得当前地下土层内的含水率的情况，则必须增加额外的采样装置，伸入钻孔内提取土壤样本然后测量含水率。然而地下水在土层中的具体深度和位置均不固定，针对地下土壤含水率的测量一般需要多次进行，每次进行都涉及一次钻进、采样、提升和检测操作，十分费时费力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够对地下土层进行即时采样和检测的装置，提高地下水的检测效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种地下水即时采样检测装置，包括机架、放瓣单元、电缆组件、电路基座、钻头组件、电流传感器、控制器和电源；

所述放瓣单元的数量为多个，放瓣单元包括磁力卷筒、第一电机、磁力瓣和铰链，多个磁力瓣通过铰链首尾连接形成磁力连线，磁力连线缠绕在磁力卷筒上，磁力卷筒安装在机架上，第一电机驱动磁力卷筒旋转；

所述磁力瓣的横截面呈扇面形状，不同放瓣单元的磁力瓣拼接后形成圆柱；磁力瓣内设置有电磁铁，磁力瓣两端设置有与电磁铁电连接的第一触点；当电磁铁通电后，不同放瓣单元的磁力瓣能够互相吸附形成一个完整的稳固的圆柱，另一方面，电磁铁通电后也能让同一个磁力连线上的相邻的磁力瓣相互吸引，最终使得多个原本缠绕在磁力卷筒上的磁力连线形成一个长长的稳固的圆柱体，为后续的钻头提供支撑；

所述电缆组件包括电缆，电缆连接电源和电路基座，电源一般设置在机架的最顶部，所述电路基座的上表面设置有与电缆电连接的第二触点，所述磁力连线上的第一个磁力瓣连接电路基座并且第一触点与第二触点连通；电缆通过电路基座、第二触点和第一触点为磁力连线上的第一个磁力瓣供电，之后第一个磁力瓣吸附相邻的磁力瓣，两个相邻的磁力瓣的第一触点对接，使得后续的磁力瓣内的电磁铁通电；

所述钻头组件包括电机基座、第二电机和钻头，所述电机基座连接电路基座，第二电机安装在电机基座上，第二电机驱动钻头旋转；

所述电路基座的侧面设置有第三触点；所述电流传感器接入第三触点的电路中，控制器通过电流传感器和第三触点间接计算第三触点所对应位置的土壤的电阻。

本发明的地下水即时采样检测装置的基本工作流程是：固定机架，之后利用钻头组件向土壤钻进，磁力卷筒随着钻头的前进不断释放磁力瓣，磁力瓣通过第一触点和第二触点与电路基座连通，通电后的磁力瓣彼此吸附形成一个长度逐渐增加的圆柱体，该圆柱体为钻头提供支撑；控制器通过电流传感器和第三触点间接计算第三触点所对应位置的土壤的电阻或者阻抗，根据电阻或者阻抗的大小来判定水源方向，然后调整钻头向着水源方向钻进，当土壤的电阻或阻抗达到设定范围内时，判定地下水已经找到，停止钻进。

进一步的，所述磁力瓣设置有能够容纳铰链的通槽，当相邻的磁力瓣彼此吸附之后，连接磁力瓣的铰链则藏入通槽内。

进一步的，所述钻头组件还包括第一连接座和第二连接座，第一连接座安装在电路基座上，第二连接座与第一连接座铰接，电机基座与第二连接座铰接，第二连接座和第一连接座的铰接轴与电机基座和第二连接座的铰接轴彼此垂直，使得电机基座能够朝着四个方向偏转，赋予钻头改变方向的能力。

进一步的，地下水即时采样检测装置还包括牵引组件，所述牵引组件包括牵引钢绳、牵引卷筒和第三电机；所述牵引钢绳的一端连接电机基座，另一端缠绕在牵引卷筒上，牵引卷筒安装在机架上，第三电机驱动牵引卷筒旋转；一般情况下，设置放瓣单元和牵引组件的数量均为四个，不同牵引组件的牵引钢绳连接电机基座的不同位置，通过启动不同的牵引组件，就可以利用牵引钢绳控制电机基座偏转方向，进而改变钻头的方向；由于本发明采用多个磁力瓣为钻头组件提供支撑，多个磁力瓣形成的圆柱形支撑结构具备一定的柔性，可以进行小角度的弯曲，能够适配钻头中途改变钻进方向。

进一步的，所述电缆组件还包括电缆卷筒和第四电机，电缆缠绕在电缆卷筒上，电缆卷筒安装在机架上，第四电机驱动电缆卷筒旋转；电缆卷筒应根据钻头的钻进程度适应性的释放电缆。

进一步的，所述电路基座上设置有风琴罩，所述机架上设置有多个水平方向的固定板，所述固定板上设置有固定锚钉。

进一步的，地下水即时采样检测装置还包括数据无线传输模块（例如蓝牙模块），所述控制器通过数据无线传输模块与外界通讯，用户可以通过手机连接控制器，获取控制器的土壤电阻测量数据。

有益效果：

（1）本发明的地下水即时采样检测装置配置了电流传感器和第三触点来测量电路基座周围土壤的电阻，根据电阻的大小来判定土壤的含水率，所测量的点位能够随着钻头前进，无需将土壤样品提取出来即可检测土壤含水率，工作效率更高。

（2）本发明的地下水即时采样检测装置利用磁力瓣为钻头提供支撑，磁力瓣本身通过铰链首尾连接形成磁力连线并缠绕在磁力卷筒上，相比于传统的钢管支撑，具有体积更小、收放更加方便的优势。

（3）本发明的地下水即时采样检测装置设置第二连接座与第一连接座铰接，电机基座与第二连接座铰接，使得电机基座能够朝着四个方向偏转，赋予钻头改变方向的能力；相应的，本发明多个磁力瓣形成的圆柱形支撑结构具备一定的柔性，可以进行小角度的弯曲，能够适配钻头中途改变钻进方向，提高工作效率。

附图说明

图1是实施例1地下水即时采样检测装置的立体图。

图2是实施例1中放瓣单元、牵引组件和钻头组件的立体图。

图3是实施例1中放瓣单元的立体图。

图4是实施例1中磁力瓣的立体图。

图5是实施例1地下水即时采样检测装置的工作原理图。

图6是图5的A放大图。

图7是实施例1中钻头组件与磁力瓣的连接状态图。

其中：100、机架；110、固定板；120、固定锚钉；200、放瓣单元；210、磁力卷筒；220、第一电机；230、磁力瓣；231、通槽；232、电磁铁；233、第一触点；240、铰链；300、电缆组件；310、电缆；320、电缆卷筒；330、第四电机；400、电路基座；410、第二触点；420、第三触点；430、风琴罩；500、钻头组件；510、电机基座；520、第二电机；530、钻头；540、第一连接座；550、第二连接座；600、电源；700、牵引组件；710、牵引钢绳；720、牵引卷筒；730、第三电机。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1至图7所示，本实施例的地下水即时采样检测装置包括机架100、放瓣单元200、电缆组件300、电路基座400、钻头组件500、电源600、牵引组件700、电流传感器、控制器和数据无线传输模块；

机架100上设置有四个水平方向的固定板110，固定板110上设置有固定锚钉120；

放瓣单元200和牵引组件700的数量为四个并且围绕机架100的中心均匀分布，如图3和图4所示，放瓣单元200包括磁力卷筒210、第一电机220、磁力瓣230和铰链240，多个磁力瓣230通过铰链240首尾连接形成磁力连线，磁力瓣230设置有能够容纳铰链240的通槽231，磁力连线缠绕在磁力卷筒210上，磁力卷筒210安装在机架100上，第一电机220驱动磁力卷筒210旋转；

磁力瓣230的横截面呈扇面形状，不同放瓣单元200的磁力瓣230拼接后形成圆柱；磁力瓣230内设置有电磁铁232，磁力瓣230两端设置有与电磁铁232电连接的第一触点233；当电磁铁232通电后，不同放瓣单元200的磁力瓣230能够互相吸附形成一个如图1所示的完整的稳固的圆柱，另一方面，电磁铁232通电后也能让同一个磁力连线上的相邻的磁力瓣230相互吸引，最终使得多个原本缠绕在磁力卷筒210上的磁力连线形成一个长长的稳固的圆柱体，为后续的钻头530提供支撑；

电缆组件300包括电缆310、电缆卷筒320和第四电机330，电缆310缠绕在电缆卷筒320上，电缆卷筒320安装在机架100上，第四电机330驱动电缆卷筒320旋转；电缆310连接电源600和电路基座400，如图2所示，电路基座400的上表面设置有与电缆310电连接的第二触点410，磁力连线上的第一个磁力瓣230连接电路基座400并且第一触点233与第二触点410连通；电缆310通过电路基座400、第二触点410和第一触点233为磁力连线上的第一个磁力瓣230供电，之后第一个磁力瓣230吸附相邻的磁力瓣230，两个相邻的磁力瓣230的第一触点233对接，使得后续的磁力瓣230内的电磁铁232通电；

如图5至图7所示，钻头组件500包括电机基座510、第二电机520、钻头530、第一连接座540和第二连接座550，第一连接座540安装在电路基座400上，第二连接座550与第一连接座540铰接，电机基座510与第二连接座550铰接，第二电机520安装在电机基座510上，第二电机520驱动钻头530旋转；

牵引组件700包括牵引钢绳710、牵引卷筒720和第三电机730；牵引钢绳710的一端连接电机基座510，另一端缠绕在牵引卷筒720上，牵引卷筒720安装在机架100上，第三电机730驱动牵引卷筒720旋转；不同牵引组件700的牵引钢绳710连接电机基座510的不同位置，通过启动不同的牵引组件700，就可以利用牵引钢绳710控制电机基座510偏转方向，进而改变钻头530的方向；

如图7所示，电路基座400的侧面设置有第三触点420，电流传感器接入第三触点420的电路中，控制器通过电流传感器和第三触点420间接计算第三触点420所对应位置的土壤的电阻，根据电阻的大小来判定水源方向，控制器通过数据无线传输模块将土壤的电阻数据传递至用户手机或者其他外设；

电路基座400上设置有风琴罩430，罩住钻头组件500。

本实施例的地下水即时采样检测装置的具体工作流程是：

（1）如图5所示，选择合适的地点，利用固定锚钉120将机架100固定在地面上；

（2）启动钻头组件500中的第二电机520，钻头530带着电路基座400和磁力瓣230在土壤中不断钻进；

（3）在钻头530钻进的过程中，磁力卷筒210和电缆卷筒320对应释放磁力瓣230和电缆310，新的被释放的磁力瓣230受到钻孔内磁力瓣230的吸附，前后磁力瓣230吸附后第一触点233接通，新的被释放的磁力瓣230也通电；如此循环，使得钻孔内的磁力瓣230组成越来越长的圆柱体，为钻头530提供支撑；

（4）在钻头530钻进的过程中，控制器通过电流传感器和第三触点420间接计算电路基座400周围土壤的电阻，判断是否找到水源以及哪个方向可能存在水源，无需将土壤样品采集至地面；

（5）根据水源方向判断结果，用户可以适时启动对应的牵引组件700，利用牵引钢绳710控制电机基座510偏转方向，进而改变钻头530的方向；本实施例中多个磁力瓣230形成的圆柱形支撑结构具备一定的柔性，可以进行小角度的弯曲，能够适配钻头530中途改变钻进方向。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种地下水即时采样检测装置，其特征在于：包括机架（100）、放瓣单元（200）、电缆组件（300）、电路基座（400）、钻头组件（500）、电流传感器、控制器和电源（600）；

所述放瓣单元（200）的数量为多个，放瓣单元（200）包括磁力卷筒（210）、第一电机（220）、磁力瓣（230）和铰链（240），多个磁力瓣（230）通过铰链（240）首尾连接形成磁力连线，磁力连线缠绕在磁力卷筒（210）上，磁力卷筒（210）安装在机架（100）上，第一电机（220）驱动磁力卷筒（210）旋转；

所述磁力瓣（230）的横截面呈扇面形状，不同放瓣单元（200）的磁力瓣（230）拼接后形成圆柱；磁力瓣（230）内设置有电磁铁（232），磁力瓣（230）两端设置有与电磁铁（232）电连接的第一触点（233）；

所述电缆组件（300）包括电缆（310），电缆（310）连接电源（600）和电路基座（400），所述电路基座（400）的上表面设置有与电缆（310）电连接的第二触点（410），所述磁力连线上的第一个磁力瓣（230）连接电路基座（400）并且第一触点（233）与第二触点（410）连通；

所述钻头组件（500）包括电机基座（510）、第二电机（520）和钻头（530），所述电机基座（510）连接电路基座（400），第二电机（520）安装在电机基座（510）上，第二电机（520）驱动钻头（530）旋转；

所述电路基座（400）的侧面设置有第三触点（420）；所述电流传感器接入第三触点（420）的电路中，控制器通过电流传感器和第三触点（420）间接计算第三触点（420）所对应位置的土壤的电阻。

2.根据权利要求1所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：所述磁力瓣（230）设置有能够容纳铰链（240）的通槽（231）。

3.根据权利要求1所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：所述钻头组件（500）还包括第一连接座（540）和第二连接座（550），第一连接座（540）安装在电路基座（400）上，第二连接座（550）与第一连接座（540）铰接，电机基座（510）与第二连接座（550）铰接。

4.根据权利要求3所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：还包括牵引组件（700），所述牵引组件（700）包括牵引钢绳（710）、牵引卷筒（720）和第三电机（730）；所述牵引钢绳（710）的一端连接电机基座（510），另一端缠绕在牵引卷筒（720）上，牵引卷筒（720）安装在机架（100）上，第三电机（730）驱动牵引卷筒（720）旋转。

5.根据权利要求4所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：所述放瓣单元（200）和牵引组件（700）的数量均为四个，不同牵引组件（700）的牵引钢绳（710）连接电机基座（510）的不同位置。

6.根据权利要求1所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：所述电缆组件（300）还包括电缆卷筒（320）和第四电机（330），电缆（310）缠绕在电缆卷筒（320）上，电缆卷筒（320）安装在机架（100）上，第四电机（330）驱动电缆卷筒（320）旋转。

7.根据权利要求1所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：所述电路基座（400）上设置有风琴罩（430）。

8.根据权利要求1所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：所述机架（100）上设置有多个水平方向的固定板（110），所述固定板（110）上设置有固定锚钉（120）。

9.根据权利要求1所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：所述电源（600）设置在机架（100）的顶部。

10.根据权利要求1所述的地下水即时采样检测装置，其特征在于：还包括数据无线传输模块，所述控制器通过无线传输模块与外界通讯。