CN117087843A - 一种海底取样助推装置及观测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及深海探测设备技术领域，公开了一种海底取样助推装置及观测系统，包括：取样架，取样架内壁固定有安装台和若干托台，取样架内部安装有抓斗；摄影组件，摄影组件包括旋转仓、摄影机和第一电机；助推组件，助推组件包括若干装配架、水泵、调节组件和管路组件；通过将多组水泵设置为助推组件，当海流或风浪导致该取样装置出现位置偏移时，快速恢复该装置的位置平衡；采用水泵作为动力源，具有较多的优点，比如噪音小，隐蔽性好，空炮效应低，大量水流进入进水管时，会冲刷观测窗外壁，快速对观测窗进行冲刷，当观测窗出现异物时，可快速通过水泵工作的方式将观测窗清洁，极大地保证了摄影机可以清晰作业，提升拍摄清晰度。

Description

一种海底取样助推装置及观测系统

技术领域

本发明涉及深海探测设备技术领域，尤其涉及一种海底取样助推装置及观测系统。

背景技术

深海取样抓斗是我国大洋多金属结核、富钴结壳、热液硫化、天然气水合物、海底稀土等矿产资源环境调查和深海采样的最重要的手段之一，而我国早期大洋资源环境调查所采用的类似采样设备主要依赖进口。近十年来，尽管深海取样抓斗已更新换代，各项技术指标也不断趋于成熟，但随着国内和国际的科学技术迅速发展，对深水采样设备提出了长时间、高效率、高稳定性的深水作业技术需求和更高要求，使深水采样设备更精细化、标准化和科学化，以提高在复杂地形矿区采样的可靠性、实用性和稳定性。

在公告号为CN108680379B的中国发明专利中公开了一种深海全向移动电视抓斗，包括机架、推进机构、超短基线定位机构、三点激光测距机构、水下供电机构、取样斗体、整机控制机构、液压机构和摄像机构，所述机架包括上机架和下机架，上机架和下机架可拆卸的相连，所述推进机构包括四个推进器。本发明通过推进机构、超短基线定位机构、三点激光测距机构相互配合，设备在水下准确定位，根据测算出的离地高度和样品大小，四个推进器相互配合，实现360°任意方向的水平移动。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：现有的深海取样抓斗由于采用了螺旋桨推进装置，导致推进机构处易产生空泡效应，空泡散入水中，极易影响摄像机构的成像素质，导致摄像机拍摄不清楚；因此，提出一种海底取样助推装置及观测系统。

发明内容

为解决深海取样抓斗由于采用了螺旋桨推进装置，导致推进机构处易产生空泡效应，空泡散入水中，极易影响摄像机构的成像素质，导致摄像机拍摄不清楚的技术问题，本发明提供一种海底取样助推装置及观测系统。

本发明采用以下技术方案实现：一种海底取样助推装置及观测系统，包括：取样架，取样架内壁固定有安装台和若干托台，取样架内部安装有抓斗；

摄影组件，摄影组件包括旋转仓、摄影机和第一电机，第一电机安装于所述安装台底面，所述旋转仓安装于安装台上表面，且第一电机输出端连接旋转仓底面，所述摄影机安装于旋转仓内，所述旋转仓周侧设置有观测窗；

助推组件，助推组件包括若干装配架、水泵、调节组件和管路组件，所述装配架安装于托台底面，水泵转动安装于装配架内壁，调节组件安装于装配架侧壁处，调节组件调节水泵的输出角度，水泵输出端安装有导向喷嘴；

所述管路组件安装于安装台下方，管路组件包括连通管、进水管和连接管，连通管为“口”形管路，连通管吊装与安装台下方，连通管与多组水泵之间连有连接管，所述进水管安装于连通管周侧，且进水管进水口位置与观测窗相适。

通过上述技术方案，通过将多组水泵设置为助推组件，通过水泵获得速度后经喷口喷出，喷出水流的合力的反作用力为推力，推力推动取样架运动，当海流或风浪导致该取样装置出现位置偏移时，快速恢复该装置的位置平衡；助推组件采用水泵作为动力源，具有较多的优点，比如噪音小，隐蔽性好，空炮效应低；同时助推组件在进水过程中，水流大量经进水管进入连通管，再从水泵输出，因此大量水流进入进水管时，会冲刷观测窗外壁，快速对观测窗进行冲刷，当观测窗出现异物时，可快速通过水泵工作的方式将观测窗清洁，极大地保证了摄影机可以清晰作业，提升拍摄清晰度。

作为上述方案的进一步改进，所述进水管进水端安装有进水罩。

作为上述方案的进一步改进，所述调节组件包括驱动框、第二电机和转动带，所述驱动框置于托台上表面且位于支撑架一侧，所述第二电机安装于驱动框内，所述装配架内壁开设有驱动槽，第二电机输出端连有主动轴，且主动轴连接至驱动槽内部，所述水泵与支撑架之间的连接轴为从动轴，且从动轴也连接至驱动槽内，所述主动轴周侧安装有第一转盘，所述从动轴周侧安装有第二转盘，所述第一转盘与第二转盘之前安装转动带。

通过上述技术方案，通过第二电机带动主动轴旋转，主动轴带动第一转盘旋转，第一转盘通过转动带，带动从动轴旋转，从而使水泵和导向喷嘴的水平输出角度改变；由于四组水泵的设置方向为四个方位，通过独立控制水泵，实现该装置的多方位位移。

作为上述方案的进一步改进，所述取样架前后两端面均固定安装有装配架，两组所述抓斗呈对称式安装且侧壁与装配架铰接；所述取样架内壁固定安装有连接梁，所述连接梁侧壁与抓斗外壁之间铰接安装有液压缸。

作为上述方案的进一步改进，所述连接梁相对两侧壁均固定连接有第一连接件，抓斗外壁固定安装有第二连接件，所述第一连接件与第二连接件之间安装液压缸。

通过上述技术方案，通过控制液压缸工作，可以带动两组抓斗的夹爪取样操作。

作为上述方案的进一步改进，所述取样架上表面固定安装有吊架。

作为上述方案的进一步改进，所述旋转仓内部安装有压缩气罐、压力传感器和控制单元，且旋转仓顶壁安装有排气管，所述排气管内壁分别安装有单向阀和泄压阀。

通过上述技术方案，压力传感器检测旋转仓内部气压变化，旋转仓内部气压随水深变化增大时，压力传感器检测压力信号，通过控制泄压阀，将旋转仓内部气体从排气管释出，实现旋转仓内的气压平衡；当装置上浮时，旋转仓内部气压增大时，压力传感器检测压力信号，压缩气罐输出端安装的排气阀将罐内的惰性气体导入旋转仓内，通过补气操作平衡旋转仓内气压；保证摄影机及其电子元器件可以稳定运行，同时有效保证了旋转仓内的气压平衡，避免了气压变化引起的玻璃起雾现象，保证了摄影机本体在旋转仓内的摄影清晰度。

一种海底取样观测系统，包括调制解调器以及智能端，所述智能端通过网线与调制解调器连接，用以向摄影机发送控制信号，以及接收来自摄影机的摄影信息，并予以相应的显示。

通过上述技术方案，通过调制解调器实现智能端和摄影机间的信息数据交互，有线传输使数据传输更快、更稳定。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的一种海底取样助推装置及观测系统，通过将多组水泵设置为助推组件，当海流或风浪导致该取样装置出现位置偏移时，快速恢复该装置的位置平衡；采用水泵作为动力源，具有较多的优点，比如噪音小，隐蔽性好，空炮效应低；同时助推组件在进水过程中，水流大量经进水管进入连通管，再从水泵输出，因此大量水流进入进水管时，会冲刷观测窗外壁，快速对观测窗进行冲刷，当观测窗出现异物时，可快速通过水泵工作的方式将观测窗清洁，极大地保证了摄影机可以清晰作业，提升拍摄清晰度。

附图说明

图1为一种海底取样助推装置等轴侧立体结构示意图；

图2为一种海底取样助推装置上视结构示意图；

图3为图2中A-A剖面结构示意图；

图4为摄影组件和助推组件的立体结构示意图；

图5为驱动框剖面结构示意图；

图6为排气组件剖面结构示意图；

图7为一种海底取样助推装置左侧立体结构示意图；

图8为一种海底取样助推装置前视结构示意图；

主要符号说明：

1、取样架；2、吊架；3、安装台；4、第一电机；5、旋转仓；6、观测窗；7、摄影机；8、托台；9、装配架；10、水泵；11、驱动框；12、第二电机；13、驱动槽；14、主动轴；15、从动轴；16、第一转盘；17、第二转盘；18、转动带；19、连通管；1901、进水管；20、进水罩；21、连接管；22、导向喷嘴；23、支撑架；24、抓斗；25、连接梁；26、第一连接件；27、第二连接件；28、液压缸；29、压缩气罐；30、排气管；31、单向阀；32、泄压阀。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1：请结合图1-图8，本实施例的一种海底取样助推装置，包括取样架1，取样架1内壁固定有安装台3和若干托台8，取样架1内部安装有抓斗24；摄影组件包括旋转仓5、摄影机7和第一电机4，第一电机4安装于安装台3底面，旋转仓5安装于安装台3上表面，且第一电机4输出端连接旋转仓5底面，摄影机7安装于旋转仓5内，旋转仓5周侧设置有观测窗6；助推组件包括若干装配架9、水泵10、调节组件和管路组件，装配架9安装于托台8底面，水泵10转动安装于装配架9内壁，调节组件安装于装配架9侧壁处，调节组件调节水泵10的输出角度，水泵10输出端安装有导向喷嘴22；管路组件安装于安装台3下方，管路组件包括连通管19、进水管1901和连接管21，连通管19为“口”形管路，连通管19吊装与安装台3下方，连通管19与多组水泵10之间连有连接管21，进水管1901安装于连通管19周侧，且进水管1901进水口位置与观测窗6相适，进水管1901进水端安装有进水罩20，进水罩20提升进水范围，让进水的水流可以沿大范围对观测窗6清刷；

调节组件包括驱动框11、第二电机12和转动带18，驱动框11置于托台8上表面且位于装配架9一侧，第二电机12安装于驱动框11内，装配架9内壁开设有驱动槽13，第二电机12输出端连有主动轴14，且主动轴14连接至驱动槽13内部，水泵10与装配架9之间的连接轴为从动轴15，且从动轴15也连接至驱动槽13内，主动轴14周侧安装有第一转盘16，从动轴15周侧安装有第二转盘17，第一转盘16与第二转盘17之前安装转动带18；

取样架1前后两端面均固定安装有支撑架23，两组抓斗24呈对称式安装且侧壁与支撑架23铰接；连接梁25相对两侧壁均固定连接有第一连接件26，抓斗24外壁固定安装有第二连接件27，第一连接件26与第二连接件27之间安装液压缸28，取样架1上表面固定安装有吊架2。

实施原理：通过绞车吊索与吊架2连接，再将取样架1整体投入水中，取样架1下沉过程中，其中，超短基线定位机构通过安装在船体的声学换能器和安装在取样架1上的声学应答器相互配合，实现设备在水下准确定位；当取样架1因海流出现倾斜时，通过控制与倾斜方位相应的水泵10工作，调节导向喷嘴22至相应角度，水泵10从导向喷嘴22喷水，对取样架1施加推力，快速修正取样架1的侧倾；同时可以控制第二电机12将多组导向喷嘴22调节至竖直向上或者竖置向下的状态，可加速该取样架1的下沉或上浮；

水泵10工作过程中，水流大量经进水罩20进入连通管19，再从水泵10输出，大量水流进入进水管1901时，会冲刷观测窗6外壁，快速对观测窗6进行冲刷，实现对观测窗6的快速清洁；通过控制第一电机4带动旋转仓5旋转，实现摄影机7摄像角度调节的同时，带动观测窗6旋转，观测窗6为环形透明材质，让观测窗6一圈均可经过进水罩20处进行清刷。

实施例2：如图3和图6所示，旋转仓5内部安装有压缩气罐29、压力传感器和控制单元，且旋转仓5顶壁安装有排气管30，排气管30内壁分别安装有单向阀31和泄压阀32。

实施原理：压力传感器检测旋转仓5内部气压变化，旋转仓5内部气压随水深变化增大时，压力传感器检测压力信号，通过控制泄压阀32，将旋转仓5内部气体从排气管30释出，实现旋转仓5内的气压平衡；当装置上浮时，旋转仓5内部气压增大时，压力传感器检测压力信号，压缩气罐29输出端安装的排气阀将罐内的惰性气体导入旋转仓5内，通过补气操作平衡旋转仓5内气压；保证摄影机7及其电子元器件可以稳定运行，同时有效保证了旋转仓5内的气压平衡，避免了气压变化引起的玻璃起雾现象，保证了摄影机7在旋转仓5内的摄影清晰度。

实施例3：一种海底取样观测系统，包括调制解调器以及智能端，智能端通过网线与调制解调器连接，用以向摄影机7发送控制信号，以及接收来自摄影机7的摄影信息，并予以相应的显示。

实施原理：通过调制解调器实现智能端和摄影机7间的信息数据交互，有线传输使数据传输更快、更稳。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种海底取样助推装置，其特征在于，包括：

取样架（1），取样架（1）内壁固定有安装台（3）和若干托台（8），取样架（1）内部安装有抓斗（24）；

摄影组件，摄影组件包括旋转仓（5）、摄影机（7）和第一电机（4），第一电机（4）安装于所述安装台（3）底面，所述旋转仓（5）安装于安装台（3）上表面，且第一电机（4）输出端连接旋转仓（5）底面，所述摄影机（7）安装于旋转仓（5）内，所述旋转仓（5）周侧设置有观测窗（6）；

助推组件，助推组件包括若干装配架（9）、水泵（10）、调节组件和管路组件，所述装配架（9）安装于托台（8）底面，水泵（10）转动安装于装配架（9）内壁，调节组件安装于装配架（9）侧壁处，调节组件调节水泵（10）的输出角度，水泵（10）输出端安装有导向喷嘴（22）；

所述管路组件安装于安装台（3）下方，管路组件包括连通管（19）、进水管（1901）和连接管（21），连通管（19）为“口”形管路，连通管（19）吊装与安装台（3）下方，连通管（19）与多组水泵（10）之间连有连接管（21），所述进水管（1901）安装于连通管（19）周侧，且进水管（1901）进水口位置与观测窗（6）相适。

2.如权利要求1所述的一种海底取样助推装置，其特征在于，所述进水管（1901）进水端安装有进水罩（20）。

3.如权利要求1所述的一种海底取样助推装置，其特征在于，所述调节组件包括驱动框（11）、第二电机（12）和转动带（18），所述驱动框（11）置于托台（8）上表面且位于装配架（9）一侧，所述第二电机（12）安装于驱动框（11）内，所述装配架（9）内壁开设有驱动槽（13），第二电机（12）输出端连有主动轴（14），且主动轴（14）连接至驱动槽（13）内部，所述水泵（10）与装配架（9）之间的连接轴为从动轴（15），且从动轴（15）也连接至驱动槽（13）内，所述主动轴（14）周侧安装有第一转盘（16），所述从动轴（15）周侧安装有第二转盘（17），所述第一转盘（16）与第二转盘（17）之前安装转动带（18）。

4.如权利要求1或2所述的一种海底取样助推装置，其特征在于，所述取样架（1）前后两端面均固定安装有支撑架（23），两组所述抓斗（24）呈对称式安装且侧壁与支撑架（23）铰接；所述取样架（1）内壁固定安装有连接梁（25），所述连接梁（25）侧壁与抓斗（24）外壁之间铰接安装有液压缸（28）。

5.如权利要求4所述的一种海底取样助推装置，其特征在于，所述连接梁（25）相对两侧壁均固定连接有第一连接件（26），抓斗（24）外壁固定安装有第二连接件（27），所述第一连接件（26）与第二连接件（27）之间安装液压缸（28）。

6.如权利要求4所述的一种海底取样助推装置，其特征在于，所述取样架（1）上表面固定安装有吊架（2）。

7.如权利要求1所述的一种海底取样助推装置，其特征在于，所述旋转仓（5）内部安装有压缩气罐（29）、压力传感器和控制单元，且旋转仓（5）顶壁安装有排气管（30），所述排气管（30）内壁分别安装有单向阀（31）和泄压阀（32）。

8.一种海底取样观测系统，与权利要求1-7所述的任意一种海底取样助推装置配合使用，其特征在于，包括调制解调器以及智能端，所述智能端通过网线与调制解调器连接，用以向摄影机（7）发送控制信号，以及接收来自摄影机（7）的摄影信息，并予以相应的显示。