CN118130163B - 一种地下水流动性分析及采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水流动性分析及采样装置，包括钻杆、内通道、钻孔机构、测量机构、取样管、自动开闭机构和封闭板；所述钻孔机构包括螺旋钻头和螺旋叶片，所述钻杆的下端与所述封闭板相连接，所述螺旋钻头与所述螺旋叶片相连接，所述内通道位于所述钻杆内并穿过所述螺旋叶片的内部后与所述螺旋钻头相连接；所述内通道上设有若干网孔；所述取样管的下端位于所述螺旋叶片内并与若干网孔相连通；所述测量机构环绕所述内通道并与所述内通道相连接；所述钻杆通过所述测量机构和自动开闭机构与所述螺旋钻头相连接。本发明能够快速完成地下水采样，以及地下水水流粘性的测量等，同时能有效保护测量机构下潜时不会损坏而影响测量精确度，安全可靠。

Description

一种地下水流动性分析及采样装置

技术领域

本发明属于地下勘察技术领域，具体涉及一种地下水流动性分析及采样装置。

背景技术

地下水泛指埋藏和运动于地表以下不同深度的土层和岩石空隙中的水，由于水量稳定，水质好，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一，为了控制并合理的开发地下水资源，优化配置水资源，提高地下水的使用效率，须对地下水的参数变化进行长期的监测、分析、研究和掌握地下水的形成、分布和运动规律，为地下水资源评价、利用，水资源治理、保护以及农业发展、城镇交通规划提供重要依据。为此本发明设计了此款地下水流动性分析及采样装置，能够快速完成地下水采样，以及地下水水流粘性的测量等，同时能有效保护测量机构下潜时不会损坏而影响测量精确度，安全可靠。

发明内容

本发明提供的一种地下水流动性分析及采样装置，能够快速完成地下水采样，以及地下水水流粘性的测量等，同时能有效保护测量机构下潜时不会损坏而影响测量精确度，安全可靠。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种地下水流动性分析及采样装置，包括钻杆、内通道、钻孔机构、测量机构、取样管、自动开闭机构和封闭板；所述钻杆呈中空结构，所述钻孔机构包括螺旋钻头和螺旋叶片，所述钻杆的下端与所述封闭板相连接，所述螺旋钻头与所述螺旋叶片相连接，所述螺旋钻头、螺旋叶片和所述封闭板之间形成空腔；

所述内通道位于所述钻杆内，并穿过所述螺旋叶片的内部后与所述螺旋钻头相连接；位于所述螺旋叶片内部，在所述内通道上设有若干网孔；所述取样管位于所述内通道内，且所述取样管的下端位于所述螺旋叶片内并与若干网孔相连通；所述测量机构和自动开闭机构位于所述空腔和钻杆内，所述测量机构环绕所述内通道并与所述内通道相连接；所述钻杆通过所述测量机构和自动开闭机构与所述螺旋钻头相连接，所述测量机构用于水流粘性的测量，所述取样管用于地下水的采样；

所述自动开闭机构处于闭合状态时，所述自动开闭机构环绕并包裹所述测量机构，使所述测量机构与所述螺旋叶片的外部不连通；当所述钻孔机构钻至地下水层时，所述自动开闭机构打开，所述测量机构与所述螺旋叶片的外部相连通，地下水层的水流经所述测量机构、内通道和取样管。

进一步地，所述地下水流动性分析及采样装置还包括压力传感器，所述压力传感器呈环形结构；位于所述内通道内，在所述取样管的下端外套有所述压力传感器，且所述压力传感器与若干网孔相连通。

进一步地，所述测量机构包括柱体、第一旋转支架、第二旋转支架、扭矩传感器、电机、齿轮和内齿圈；所述柱体、第一旋转支架和第二旋转支架均位于所述螺旋叶片的内部；

所述柱体的数量为多个，多个所述柱体呈圆周均布设置且环绕所述内通道；所述第一旋转支架和第二旋转支架分别位于所述柱体的两端，且所述第一旋转支架靠近所述封闭板，所述第二旋转支架靠近所述螺旋钻头；所述第一旋转支架与所述内通道转动连接，且所述第一旋转支架连接多个所述柱体；

所述第二旋转支架的中间设有内齿圈，所述内齿圈环绕所述内通道，所述第二旋转支架连接多个所述柱体；所述螺旋钻头上设有第一凹槽，所述电机安装于所述第一凹槽内，所述电机通过所述扭矩传感器与所述齿轮相连接，所述齿轮与所述内齿圈相啮合。

进一步地，所述测量机构还包括间断开闭组件、尾翼、电极和旋转编码器，所述间断开闭组件位于所述钻杆内，所述尾翼、电极和旋转编码器均位于所述螺旋叶片内；所述间断开闭组件连接所述内通道和钻杆；所述柱体采用绝缘材料制成；每个所述柱体上均匀分布有偶数个电极，相邻两电极之间相间设置；

所述尾翼通过所述旋转编码器转动安装于所述内通道上，且所述尾翼位于所述第一旋转支架和第二旋转支架之间，多个所述柱体环绕所述尾翼；所述间断开闭组件用于所述内通道的间断开启和间断关闭，所述内通道用于输送电解质溶液，电解质溶液经若干网孔脉冲式输出并流经所述柱体和电极。

进一步地，所述间断开闭组件包括第一电磁铁、第二电磁铁、活动阀芯、静止阀芯和限位杆，所述活动阀芯、静止阀芯和限位杆均位于所述内通道的内部，且所述限位杆的数量为两个，两所述限位杆呈相间设置并与所述内通道相连接，所述活动阀芯位于两所述限位杆之间，且所述活动阀芯能在所述内通道内上下移动，所述静止阀芯设置于下方的所述限位杆上；

所述第一电磁铁和第二电磁铁均呈环形结构，所述第一电磁铁和第二电磁铁均位于所述钻杆内并外套在所述内通道上，所述第一电磁铁和第二电磁铁呈上下相间设置，且所述第一电磁铁对应上方的所述限位杆，所述第二电磁铁对应下方的所述限位杆，所述钻杆和内通道通过所述第一电磁铁和第二电磁铁相连接；所述第一电磁铁得电时，所述第一电磁铁吸引所述活动阀芯向上移动并与上方的限位杆相接触，所述内通道处于打开状态；所述第二电磁铁得电时，所述第二电磁铁吸引所述活动阀芯向下移动并与所述静止阀芯相接触，所述内通道处于关闭状态。

进一步地，所述自动开闭机构包括离合组件、卷扬组件、大齿圈、拉簧和回转支架，所述卷扬组件包括固定轴、卷筒、卷条和弹性钢板，所述卷扬组件的数量为多个，且多个所述卷扬组件沿所述螺旋叶片的内轮廓圆周均布设置，所述卷扬组件环绕多个所述柱体；所述固定轴与所述螺旋钻头相连接，所述卷筒转动安装于所述固定轴上，所述弹性钢板的一端与所述卷筒相连接并缠绕在所述卷筒上，所述弹性钢板的另一端设有所述卷条；

所述回转支架通过所述离合组件安装于所述内通道上，所述离合组件位于所述钻杆内，所述回转支架位于所述封闭板和所述第一旋转支架之间；多个所述卷扬组件对应的多个所述卷条均与所述回转支架相连接；所述自动开闭机构处于闭合状态时，所述离合组件将所述回转支架与所述内通道连接在一起；所述自动开闭机构打开时，所述离合组件与所述回转支架相脱离；

所述大齿圈转动安装于所述螺旋钻头上，且所述大齿圈位于所述第二旋转支架的下方，所述卷筒的外表面设有小齿圈，多个所述卷扬组件对应的多个所述小齿圈均与所述大齿圈相啮合；所述拉簧的一端与所述大齿圈相连接，另一端与所述螺旋钻头相连接；所述自动开闭机构处于闭合状态时，所述拉簧处于拉伸状态，所述弹性钢板处于展开状态，多个所述卷扬组件环绕并包裹所述柱体和电极；所述自动开闭机构打开时，所述拉簧驱动所述大齿圈转动，所述大齿圈同时驱动多个所述小齿圈和卷筒转动，所述弹性钢板收卷在所述卷筒上。

进一步地，所述离合组件包括离合器和第三电磁铁，所述离合器呈中空结构，所述第三电磁铁呈环形结构，所述离合器和第三电磁铁均外套在所述内通道上，所述第三电磁铁位于所述离合器的上方；所述离合器相对于所述内通道能上下移动，所述第三电磁铁连接所述钻杆和内通道；所述自动开闭机构处于闭合状态时，所述离合器将所述回转支架与所述内通道连接在一起；所述自动开闭机构打开时，所述第三电磁铁得电，吸引所述离合器向上移动，使所述离合器与所述回转支架相脱离。

进一步地，所述内通道上设有第一限位块，所述离合器上设有滑槽，所述回转支架上设有第二限位块；所述自动开闭机构处于闭合状态时，所述第一限位块和第二限位块均位于所述滑槽内；所述第三电磁铁得电时，所述第三电磁铁吸引所述离合器向上移动，所述第二限位块与所述滑槽相脱离。

进一步地，所述大齿圈和所述第二旋转支架之间设有挡板，所述螺旋钻头上设有第二凹槽，所述拉簧位于所述第二凹槽处；所述大齿圈的内轮廓上连接有耳条，所述耳条上设有通孔，所述拉簧的一端勾在所述通孔处，所述拉簧的另一端通过固定销与所述螺旋钻头相连接。

进一步地，每个柱体上电极的数量为四个，且四个电极沿所述柱体的外表面呈圆周均布设置。

本发明的有益效果：本发明通过钻孔机构向地下钻进，当未到达地下水层时，自动开闭机构处于闭合状态，自动开闭机构环绕并包裹测量机构，避免土壤等杂质掉入至测量机构内，能够有效保护测量机构下潜时不会损坏而影响测量精确度，安全可靠。当钻至地下水层时，自动开闭机构打开，使空腔经螺旋叶片与地下水层相连通，地下水层内的水会经螺旋叶片流入至空腔内，并流经测量机构、内通道和取样管，测量机构对地下水的水流粘性进行测量，取样管对地下水进行采样。本发明在完成地下水采样和水流粘性测量下，进一步地，还完成了地下水的水压、流速、流向等的测量，以充分对地下水流动性能进行分析和监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的立体图；

图2为图1下方部分的立体图；

图3为图2拆掉螺旋叶片及螺旋钻头上螺旋叶片后的纵向剖视图；

图4为对应图3上方部分的剖视图；

图5为对应图3下方部分的剖视图；

图6为图4中间断开闭组件另一角度的剖视图；

图7为图3拆掉钻杆、封闭板和间断开闭组件后的剖视图；

图8为图7拆掉第三电磁铁后的立体图；

图9 为图2拆掉螺旋叶片及螺旋钻头上螺旋叶片后的横向剖视图；

图10为图9中的A处放大图；

图11为图9的投影图；

图12为图9进一步向下剖切后的剖视图；

图13为图8拆掉螺旋钻头并旋转一定角度后的立体图；

图14为本发明第一旋转支架的立体图。

上述附图标记：

1、钻杆；2、内通道；201、网孔；202、第一限位块；3、钻孔机构；30、螺旋钻头；31、螺旋叶片；4、封闭板；5、自动开闭机构；50、卷扬组件；501、固定轴；502、卷筒；503、弹性钢板；504、卷条；51、小齿圈；52、大齿圈；53、回转支架；54、离合组件；540、第三电磁铁；541、离合器；55、拉簧；520、耳条；530、第二限位块；60、柱体；61、第一旋转支架；62、第二旋转支架；63、电机；64、扭矩传感器；65、齿轮；66、内齿圈；67、间断开闭组件；670、第一电磁铁；671、第二电磁铁；672、活动阀芯；673、静止阀芯；674、限位杆；68、尾翼；69、旋转编码器；690、电极；610、中间板；611、支条；612、中间孔；613、安装孔；7、取样管；8、压力传感器；9、挡板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

还应当理解的是，在解释元件时，尽管没有明确描述，但元件解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。例如，“大约”、“近似”或“基本上”可以意味着一个或多个标准偏差内，在此不作限定。

如图1-图14所示，本实施例提供的一种地下水流动性分析及采样装置，包括钻杆1、内通道2、钻孔机构3、测量机构、取样管7、自动开闭机构5和封闭板4；所述钻杆1呈中空结构，所述钻孔机构3包括螺旋钻头30和螺旋叶片31，所述钻杆1的下端与所述封闭板4相连接，所述螺旋钻头30与所述螺旋叶片31相连接，所述螺旋钻头30、螺旋叶片31和所述封闭板4之间形成空腔，即螺旋钻头30与螺旋叶片31的一端相连接，封闭板4对螺旋叶片31的另一端进行封闭，从而形成空腔。

所述内通道2位于所述钻杆1内，并穿过所述螺旋叶片31的内部后与所述螺旋钻头30相连接；位于所述螺旋叶片31内部，在所述内通道2上设有若干网孔201，且若干网孔201在内通道2上均布设置；所述取样管7位于所述内通道2内，且所述取样管7的下端位于所述螺旋叶片31内并与若干网孔201相连通；所述测量机构和自动开闭机构5位于所述空腔和钻杆1内，所述测量机构环绕所述内通道2并与所述内通道2相连接；所述钻杆1通过所述测量机构和自动开闭机构5与所述螺旋钻头30相连接，所述测量机构用于水流粘性的测量，所述取样管7用于地下水的采样。

本实施例使用时，先通过打水井等设备提前在地下打好孔，再将本发明装置安装在打水井等设备上，具体可以是，将打水井等设备的钻孔部分拆掉，再将本发明装置安装在打水井等设备的钻孔部分处。后通过钻孔机构3沿着打好的孔钻入至地下水层。钻孔机构3在钻入至地下水层的过程中，自动开闭机构5处于闭合状态，自动开闭机构5环绕并包裹所述测量机构，使所述测量机构与所述螺旋叶片31的外部不连通，且测量机构位于封闭板4、螺旋叶片31和螺旋钻头30围成的空腔内，避免土壤等杂质掉入至测量机构内，能够有效保护测量机构下潜时不会损坏而影响测量精确度，安全可靠。

当钻孔机构3钻至地下水层时，自动开闭机构5打开，使空腔经螺旋叶片31与地下水层相连通，即所述测量机构与所述螺旋叶片31的外部相连通，地下水层内的水会经螺旋叶片31流入至空腔内，并流经所述测量机构、内通道2和取样管7，测量机构对地下水的水流粘性进行测量。其中地下水流经内通道2时，会经若干网孔201流入至内通道2内，从而流经取样管7，取样管7对地下水进行采样，因此本实施例同时完成了地下水的采样，以及地下水水流粘性的测量，以用于对地下水流动性能进行分析。本实施例当然还包括与取样管7相连接的抽吸装置，以及用于驱动钻孔机构3运动的动力机构等，此直接采用现有技术即可，且并非本实施例重点所在，故不做过多阐述。

本实施例中钻杆1可以是一根也可以是多根，当钻杆1为多根时，多根钻杆1相拼接在一起。使用时，钻杆1的数量的多少根据需采样的地下水层的深度而定，此不做限定。

本实施例进一步优选地，所述地下水流动性分析及采样装置还包括压力传感器8，所述压力传感器8呈环形结构；位于所述内通道2内，在所述取样管7的下端外套有所述压力传感器8，且所述压力传感器8与若干网孔201相连通。当钻至地下水层且地下水经若干网孔201流入至内通道2内时，水会流经压力传感器8，通过压力传感器8对地下水的水压进行测量。因此本实施例在完成地下水的采样和水流粘性测量的基础上，进一步完成了地下水水压的测量，以充分对地下水流动性能进行分析和监测。

本实施例进一步优选地，所述测量机构包括柱体60、第一旋转支架61、第二旋转支架62、扭矩传感器64、电机63、齿轮65和内齿圈66；所述柱体60、第一旋转支架61和第二旋转支架62均位于所述螺旋叶片31的内部。

所述柱体60的数量为多个，多个所述柱体60呈圆周均布设置且环绕所述内通道2；所述第一旋转支架61和第二旋转支架62分别位于所述柱体60的两端，且所述第一旋转支架61靠近所述封闭板4，所述第二旋转支架62靠近所述螺旋钻头30；所述第一旋转支架61与所述内通道2转动连接，且所述第一旋转支架61连接多个所述柱体60。

所述第二旋转支架62的中间设有内齿圈66，所述内齿圈66环绕所述内通道2，所述第二旋转支架62连接多个所述柱体60；所述螺旋钻头30上设有第一凹槽，所述电机63安装于所述第一凹槽内，所述电机63通过所述扭矩传感器64与所述齿轮65相连接，所述齿轮65与所述内齿圈66相啮合。本实施例中第一旋转支架61、多个柱体60和第二旋转支架62相连接以形成稳定的框架结构。

当钻孔机构3钻至地下水层时，自动开闭机构5处于打开状态，地下水层的水会经螺旋叶片31流入至空腔内，而流经测量机构，此时电机63启动，经扭矩传感器64带动齿轮65转动，齿轮65转动会带动内齿圈66转动，从而带动第二旋转支架62、多个柱体60和第一旋转支架61一起转动，多个柱体60转动以对地下水进行搅动，通过扭矩传感器64测得扭矩，以得到多个柱体60搅动地下水产生的阻力，既可以推算地下水的水流粘性，完成地下水水流粘性的测量。

本实施例进一步优选地，所述测量机构还包括间断开闭组件67、尾翼68、电极690和旋转编码器69，所述间断开闭组件67位于所述钻杆1内，所述尾翼68、电极690和旋转编码器69均位于所述螺旋叶片31内；所述间断开闭组件67连接所述内通道2和钻杆1；所述柱体60采用绝缘材料制成；每个所述柱体60上均匀分布有偶数个电极690，相邻两电极690之间相间设置；所述尾翼68通过所述旋转编码器69转动安装于所述内通道2上，且所述尾翼68位于所述第一旋转支架61和第二旋转支架62之间，多个所述柱体60环绕所述尾翼68；所述间断开闭组件67用于所述内通道2的间断开启和间断关闭，所述内通道2用于输送电解质溶液，电解质溶液经若干网孔201脉冲式输出并流经所述柱体60和电极690。

当钻孔机构3钻至地下水层时，首先完成地下水水流粘性测量，后电机63停止工作，此时内通道2输送电解质溶液，在间断开闭组件67的作用下，内通道2处于间断开启和间断关闭的状态，使得电解质溶液呈脉冲式地从若干网孔201输出，而此时地下水层的水会经螺旋叶片31流入至空腔内，水流动则会带动电解质溶液一起流动并流经相应的柱体60和电极690，其中电解质溶液的注入会使得地下水导电性增强，从而当电解质溶液流经柱体60上的电极690时，成对的两电极690之间会被导通而输出脉冲式信号。其中电解质溶液可能会流经多个柱体60，使得多个柱体60上的电极690都输出脉冲式信号，此时选取最快获得脉冲信号的电极690，即为水流的方向，因为只有水流动的方向，时间最短，电极690会最先被触发。以图11所示方位为例，当水流方向为由左向右流动时，水流动会带动电解质溶液向右流动，使得电解质溶液会流经右边相应的多个柱体60，使得右边相应的多个柱体60的电极690均输出脉冲信号，选取最快获得脉冲信号的电极690，即为水流的方向。其中多个柱体60呈圆周均布设置且环绕内通道2，因此内通道2至各柱体60的距离是相等并已知的。从而根据电极690获得脉冲信号的时间，以测得水流的流速。同时水流经空腔时会流经尾翼68，使尾翼68发生摆动，即尾翼68在内通道2上发生转动，从而同步带动旋转编码器69旋转，旋转编码器69测得尾翼68摆动的角度，从而测得水流的方向。其中可以通过多个脉冲信号取时间和流速的平均值，以消除测量误差。因此本实施例在完成地下水的采样和水流粘性测量的基础上，进一步完成了地下水流速和流向的流量，以充分对地下水流动性能进行分析和监测。

参见图10所示，本实施例优选地，每个柱体60上电极690的数量为四个，且四个电极690沿所述柱体60的外表面呈圆周均布设置。其中每个柱体60上的一对电极690形成一个回路。

本实施例进一步优选地，当钻孔机构3钻至地下水层时，可以先不往内通道2内输送电解质溶液，此时给每个柱体60上的电极690施加电压，通过给电极690施加电压，以来测得地下水的阻值，从而根据阻值大小知道水中电解质含量，完成地下水电解质含量的测量。因此本实施例在完成地下水的采样和水流粘性测量的基础上，进一步完成了地下水电解质含量的测量，以充分对地下水流动性能进行分析和监测。

参见图3、图4和图6所示，本实施例进一步优选地，所述间断开闭组件67包括第一电磁铁670、第二电磁铁671、活动阀芯672、静止阀芯673和限位杆674，所述活动阀芯672、静止阀芯673和限位杆674均位于所述内通道2的内部，且所述限位杆674的数量为两个，两所述限位杆674呈相间设置并与所述内通道2相连接，所述活动阀芯672位于两所述限位杆674之间，且所述活动阀芯672能在所述内通道2内上下移动，所述静止阀芯673设置于下方的所述限位杆674上；所述第一电磁铁670和第二电磁铁671均呈环形结构，所述第一电磁铁670和第二电磁铁671均位于所述钻杆1内并外套在所述内通道2上，所述第一电磁铁670和第二电磁铁671呈上下相间设置，且所述第一电磁铁670对应上方的所述限位杆674，所述第二电磁铁671对应下方的所述限位杆674，所述钻杆1和内通道2通过所述第一电磁铁670和第二电磁铁671相连接。

以图4和图6所示方位为例，本实施例间断开闭组件67的工作原理为：当第一电磁铁670得电，第二电磁铁671失电时，所述第一电磁铁670会吸引所述活动阀芯672向上移动并与上方的限位杆674相接触，所述内通道2处于打开状态，上方的限位杆674起到活动阀芯672上限位的功能，同时又保证内通道2处于打开状态。当所述第二电磁铁671得电，第一电磁铁670失电时，所述第二电磁铁671会吸引所述活动阀芯672向下移动并与所述静止阀芯673相接触，所述内通道2处于关闭状态，从而在活动阀芯672和静止阀芯673的作用下将内通道2封闭，其中下方的限位杆674起到活动阀芯672的下限位功能。其中静止阀芯673和活动阀芯672上均设有取样管7穿过的中心孔，静止阀芯673和活动阀芯672不会对取样管7造成干涉，同时取样管7也不会对活动阀芯672的运动造成干涉。

本实施例进一步优选地，所述自动开闭机构5包括离合组件54、卷扬组件50、大齿圈52、拉簧55和回转支架53，所述卷扬组件50包括固定轴501、卷筒502、卷条504和弹性钢板503，所述卷扬组件50的数量为多个，且多个所述卷扬组件50沿所述螺旋叶片31的内轮廓圆周均布设置，所述卷扬组件50环绕多个所述柱体60；所述固定轴501与所述螺旋钻头30相连接，所述卷筒502转动安装于所述固定轴501上，所述弹性钢板503的一端与所述卷筒502相连接并缠绕在所述卷筒502上，所述弹性钢板503的另一端设有所述卷条504。

所述回转支架53通过所述离合组件54安装于所述内通道2上，所述离合组件54位于所述钻杆1内，所述回转支架53位于所述封闭板4和所述第一旋转支架61之间；多个所述卷扬组件50对应的多个所述卷条504均与所述回转支架53相连接；所述自动开闭机构5处于闭合状态时，所述离合组件54将所述回转支架53与所述内通道2连接在一起；所述自动开闭机构5打开时，所述离合组件54与所述回转支架53相脱离。

所述大齿圈52转动安装于所述螺旋钻头30上，且所述大齿圈52位于所述第二旋转支架62的下方，所述卷筒502的外表面设有小齿圈51，多个所述卷扬组件50对应的多个所述小齿圈51均与所述大齿圈52相啮合；所述拉簧55的一端与所述大齿圈52相连接，另一端与所述螺旋钻头30相连接。

本实施例自动开闭机构5的工作原理如下：

当钻孔机构3未钻至地下水层时，在离合组件54作用下，所述离合组件54将所述回转支架53与所述内通道2连接在一起，所述自动开闭机构5处于闭合状态，且所述拉簧55处于拉伸状态，所述弹性钢板503处于展开状态，多个所述卷扬组件50环绕并包裹所述柱体60和电极690，其中拉簧55有驱使大齿圈52转动的驱动力。同时钻孔机构3向地下水层钻进过程中，钻孔机构3、测量机构和自动开闭机构5呈一整体向下钻进，相互之间不会产生位移。

当钻孔机构3钻至地下水层时，离合组件54与所述回转支架53相脱离，此时回转支架53不再被离合组件54限位，因此在拉簧55作用下，拉簧55驱动所述大齿圈52转动，大齿圈52转动会带动多个小齿圈51同步转动，多个小齿圈51转动会带动多个卷筒502转动，卷筒502转动会带动弹性钢板503收卷，从而带动卷条504向着卷筒502收卷，而多个卷条504与回转支架53相连接，因此弹性钢板503带动卷条504收卷时，同步带动回转支架53在内通道2上转动，多个卷扬组件50同时完成收卷，自动开闭机构5打开。

本实施例进一步优选地，所述离合组件54包括离合器541和第三电磁铁540，所述离合器541呈中空结构，所述第三电磁铁540呈环形结构，所述离合器541和第三电磁铁540均外套在所述内通道2上，所述第三电磁铁540位于所述离合器541的上方；所述离合器541相对于所述内通道2能上下移动，所述第三电磁铁540连接所述钻杆1和内通道2。

本实施例离合组件54工作原理为：所述自动开闭机构5处于闭合状态时，所述离合器541将所述回转支架53与所述内通道2连接在一起；所述自动开闭机构5打开时，所述第三电磁铁540得电，吸引所述离合器541向上移动，使所述离合器541与所述回转支架53相脱离。

本实施例优选地，所述内通道2上设有第一限位块202，所述离合器541上设有滑槽，所述回转支架53上设有第二限位块530；所述自动开闭机构5处于闭合状态时，所述第一限位块202和第二限位块530均位于所述滑槽内；所述第三电磁铁540得电时，所述第三电磁铁540吸引所述离合器541向上移动，所述第二限位块530与所述滑槽相脱离。当第一限位块202和第二限位块530均位于所述滑槽内时，离合器541、内通道2和回转支架53连接在一起。当离合器541与第二限位块530相脱离时，回转支架53与离合器541相脱离，回转支架53不受离合器541的限制。

参见图14所示，本实施例优选地，所述第一旋转支架61包括中间板610和支条611，所述中间板610上设有中间孔612，所述内通道2穿过所述中间孔612并与所述中间板610转动连接，所述支条611与所述柱体60的数量相同且位置相对，多个所述支条611沿所述中间板610的外表面圆周均布设置且与所述中间板610相连接成一体。其中支条611的端部设有安装孔613，柱体60插入至安装孔613内，实现第一旋转支架61与柱体60的连接。回转支架53和第二旋转支架62的结构形式同第一旋转支架61。

本实施例优选地，所述大齿圈52和所述第二旋转支架62之间设有挡板9，其中第二旋转支架62、挡板9和螺旋钻头30依次相贴合，挡板9将大齿圈52和拉簧55与测量机构隔开。

本实施例优选地，所述螺旋钻头30上设有第二凹槽，所述拉簧55位于所述第二凹槽处。

本实施例优选地，所述大齿圈52的内轮廓上连接有耳条520，所述耳条520上设有通孔，所述拉簧55的一端勾在所述通孔处，所述拉簧55的另一端通过固定销与所述螺旋钻头30相连接。

本实施例当然还包括与压力传感器8、电机63、电极690、旋转编码器69、第一电磁铁670、第二电磁铁671、第三电磁铁540等相连接的电源、控制器等其他结构，此并非本实施例重点所在，此不做过多阐述。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，包括钻杆（1）、内通道（2）、钻孔机构（3）、测量机构、取样管（7）、自动开闭机构（5）和封闭板（4）；所述钻杆（1）呈中空结构，所述钻孔机构（3）包括螺旋钻头（30）和螺旋叶片（31），所述钻杆（1）的下端与所述封闭板（4）相连接，所述螺旋钻头（30）与所述螺旋叶片（31）相连接，所述螺旋钻头（30）、螺旋叶片（31）和封闭板（4）之间形成空腔；

所述内通道（2）位于所述钻杆（1）内，并穿过所述螺旋叶片（31）的内部后与所述螺旋钻头（30）相连接；位于所述螺旋叶片（31）内部，在所述内通道（2）上设有若干网孔（201）；所述取样管（7）位于所述内通道（2）内，且所述取样管（7）的下端位于所述螺旋叶片（31）内并与若干网孔（201）相连通；所述测量机构和自动开闭机构（5）位于所述空腔和钻杆（1）内，所述测量机构环绕所述内通道（2）并与所述内通道（2）相连接；所述钻杆（1）通过所述测量机构和自动开闭机构（5）与所述螺旋钻头（30）相连接，所述测量机构用于水流粘性的测量，所述取样管（7）用于地下水的采样；

所述自动开闭机构（5）处于闭合状态时，所述自动开闭机构（5）环绕并包裹所述测量机构，使所述测量机构与所述螺旋叶片（31）的外部不连通；当所述钻孔机构（3）钻至地下水层时，所述自动开闭机构（5）打开，所述测量机构与所述螺旋叶片（31）的外部相连通，地下水层的水流经所述测量机构、内通道（2）和取样管（7）；

所述测量机构包括柱体（60）、第一旋转支架（61）、第二旋转支架（62）、扭矩传感器（64）、电机（63）、齿轮（65）和内齿圈（66）；所述柱体（60）、第一旋转支架（61）和第二旋转支架（62）均位于所述螺旋叶片（31）的内部；

所述柱体（60）的数量为多个，多个所述柱体（60）呈圆周均布设置且环绕所述内通道（2）；所述第一旋转支架（61）和第二旋转支架（62）分别位于所述柱体（60）的两端，且所述第一旋转支架（61）靠近所述封闭板（4），所述第二旋转支架（62）靠近所述螺旋钻头（30）；所述第一旋转支架（61）与所述内通道（2）转动连接，且所述第一旋转支架（61）连接多个所述柱体（60）；

所述第二旋转支架（62）的中间设有内齿圈（66），所述内齿圈（66）环绕所述内通道（2），所述第二旋转支架（62）连接多个所述柱体（60）；所述螺旋钻头（30）上设有第一凹槽，所述电机（63）安装于所述第一凹槽内，所述电机（63）通过所述扭矩传感器（64）与所述齿轮（65）相连接，所述齿轮（65）与所述内齿圈（66）相啮合。

2.根据权利要求1所述的地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，所述地下水流动性分析及采样装置还包括压力传感器（8），所述压力传感器（8）呈环形结构；位于所述内通道（2）内，在所述取样管（7）的下端外套有所述压力传感器（8），且所述压力传感器（8）与若干网孔（201）相连通。

3.根据权利要求1所述的地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，所述测量机构还包括间断开闭组件（67）、尾翼（68）、电极（690）和旋转编码器（69），所述间断开闭组件（67）位于所述钻杆（1）内，所述尾翼（68）、电极（690）和旋转编码器（69）均位于所述螺旋叶片（31）内；所述间断开闭组件（67）连接所述内通道（2）和钻杆（1）；所述柱体（60）采用绝缘材料制成；每个所述柱体（60）上均匀分布有偶数个电极（690），相邻两电极（690）之间相间设置；

所述尾翼（68）通过所述旋转编码器（69）转动安装于所述内通道（2）上，且所述尾翼（68）位于所述第一旋转支架（61）和第二旋转支架（62）之间，多个所述柱体（60）环绕所述尾翼（68）；所述间断开闭组件（67）用于所述内通道（2）的间断开启和间断关闭，所述内通道（2）用于输送电解质溶液，电解质溶液经若干网孔（201）脉冲式输出并流经所述柱体（60）和电极（690）。

4.根据权利要求3所述的地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，所述间断开闭组件（67）包括第一电磁铁（670）、第二电磁铁（671）、活动阀芯（672）、静止阀芯（673）和限位杆（674），所述活动阀芯（672）、静止阀芯（673）和限位杆（674）均位于所述内通道（2）的内部，且所述限位杆（674）的数量为两个，两所述限位杆（674）呈相间设置并与所述内通道（2）相连接，所述活动阀芯（672）位于两所述限位杆（674）之间，且所述活动阀芯（672）能在所述内通道（2）内上下移动，所述静止阀芯（673）设置于下方的所述限位杆（674）上；

所述第一电磁铁（670）和第二电磁铁（671）均呈环形结构，所述第一电磁铁（670）和第二电磁铁（671）均位于所述钻杆（1）内并外套在所述内通道（2）上，所述第一电磁铁（670）和第二电磁铁（671）呈上下相间设置，且所述第一电磁铁（670）对应上方的所述限位杆（674），所述第二电磁铁（671）对应下方的所述限位杆（674），所述钻杆（1）和内通道（2）通过所述第一电磁铁（670）和第二电磁铁（671）相连接；所述第一电磁铁（670）得电时，所述第一电磁铁（670）吸引所述活动阀芯（672）向上移动并与上方的限位杆（674）相接触，所述内通道（2）处于打开状态；所述第二电磁铁（671）得电时，所述第二电磁铁（671）吸引所述活动阀芯（672）向下移动并与所述静止阀芯（673）相接触，所述内通道（2）处于关闭状态。

5.根据权利要求3所述的地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，所述自动开闭机构（5）包括离合组件（54）、卷扬组件（50）、大齿圈（52）、拉簧（55）和回转支架（53），所述卷扬组件（50）包括固定轴（501）、卷筒（502）、卷条（504）和弹性钢板（503），所述卷扬组件（50）的数量为多个，且多个所述卷扬组件（50）沿所述螺旋叶片（31）的内轮廓圆周均布设置，所述卷扬组件（50）环绕多个所述柱体（60）；所述固定轴（501）与所述螺旋钻头（30）相连接，所述卷筒（502）转动安装于所述固定轴（501）上，所述弹性钢板（503）的一端与所述卷筒（502）相连接并缠绕在所述卷筒（502）上，所述弹性钢板（503）的另一端设有所述卷条（504）；

所述回转支架（53）通过所述离合组件（54）安装于所述内通道（2）上，所述离合组件（54）位于所述钻杆（1）内，所述回转支架（53）位于所述封闭板（4）和第一旋转支架（61）之间；多个所述卷扬组件（50）对应的多个所述卷条（504）均与所述回转支架（53）相连接；所述自动开闭机构（5）处于闭合状态时，所述离合组件（54）将所述回转支架（53）与所述内通道（2）连接在一起；所述自动开闭机构（5）打开时，所述离合组件（54）与所述回转支架（53）相脱离；

所述大齿圈（52）转动安装于所述螺旋钻头（30）上，且所述大齿圈（52）位于所述第二旋转支架（62）的下方，所述卷筒（502）的外表面设有小齿圈（51），多个所述卷扬组件（50）对应的多个所述小齿圈（51）均与所述大齿圈（52）相啮合；所述拉簧（55）的一端与所述大齿圈（52）相连接，另一端与所述螺旋钻头（30）相连接；所述自动开闭机构（5）处于闭合状态时，所述拉簧（55）处于拉伸状态，所述弹性钢板（503）处于展开状态，多个所述卷扬组件（50）环绕并包裹所述柱体（60）和电极（690）；所述自动开闭机构（5）打开时，所述拉簧（55）驱动所述大齿圈（52）转动，所述大齿圈（52）同时驱动多个所述小齿圈（51）和卷筒（502）转动，所述回转支架（53）相对于所述内通道（2）转动，所述弹性钢板（503）收卷在所述卷筒（502）上。

6.根据权利要求5所述的地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，所述离合组件（54）包括离合器（541）和第三电磁铁（540），所述离合器（541）呈中空结构，所述第三电磁铁（540）呈环形结构，所述离合器（541）和第三电磁铁（540）均外套在所述内通道（2）上，所述第三电磁铁（540）位于所述离合器（541）的上方；所述离合器（541）相对于所述内通道（2）能上下移动，所述第三电磁铁（540）连接所述钻杆（1）和内通道（2）；所述自动开闭机构（5）处于闭合状态时，所述离合器（541）将所述回转支架（53）与所述内通道（2）连接在一起；所述自动开闭机构（5）打开时，所述第三电磁铁（540）得电，吸引所述离合器（541）向上移动，使所述离合器（541）与所述回转支架（53）相脱离。

7.根据权利要求6所述的地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，所述内通道（2）上设有第一限位块（202），所述离合器（541）上设有滑槽，所述回转支架（53）上设有第二限位块（530）；所述自动开闭机构（5）处于闭合状态时，所述第一限位块（202）和第二限位块（530）均位于所述滑槽内；所述第三电磁铁（540）得电时，所述第三电磁铁（540）吸引所述离合器（541）向上移动，所述第二限位块（530）与所述滑槽相脱离。

8.根据权利要求5所述的地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，所述大齿圈（52）和第二旋转支架（62）之间设有挡板（9）；所述螺旋钻头（30）上设有第二凹槽，所述拉簧（55）位于所述第二凹槽处；所述大齿圈（52）的内轮廓上连接有耳条（520），所述耳条（520）上设有通孔，所述拉簧（55）的一端勾在所述通孔处，所述拉簧（55）的另一端通过固定销与所述螺旋钻头（30）相连接。

9.根据权利要求3所述的地下水流动性分析及采样装置，其特征在于，每个柱体（60）上电极（690）的数量为四个，且四个电极（690）沿所述柱体（60）的外表面呈圆周均布设置。