CN120177114B - 一种智能化底泥采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环境检测技术领域，尤其涉及一种智能化底泥采样装置，通过设置包括支撑架单元、安装在支撑架单元内的底泥取样装置、安装在支撑架单元的顶板上的动力装置和控制器，能够智能化取样控制；通过底泥取样装置包括相连通的位于上部的排水过滤装置、位于下部且套装在一起的外圆柱筒体、取样单元，能够在获取样泥后被排水过滤装置吸附及排净，保持了样泥的稳定性，确保了检测结果的准确性；通过外圆柱筒体内腔中竖向安装有用于获取不同泥层中样泥的若干取样单元，通过中间设有的探测杆单元内部设有压力传感器，压力传感器与控制器相连，控制器根据压力控制动力装置推动各取样单元分别进入软泥层和硬泥层，能够同时获取软泥层和硬泥层。

Description

一种智能化底泥采样装置

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种智能化底泥采样装置。

背景技术

水库、湖泊、河流等水域的底部沉积物即为底泥，由泥沙、粘土、矿物质及有机质等沉积物长时间混合而成，它的各项指标是精准掌握水体污染积累量、分布、迁移转化规律及其污染源的重要指标，也是生态环境变化过程的重要研究的对象，因此底泥的有效采集至关重要，而采集器是保证有效采集的关键条件。

目前采集器主要分为两类，第一类为蚌式采样器，也称为抓斗式采集器，采样人员一般靠其重力下沉，抓斗合拢对底泥进行抓取，然后通过吊绳提起，而后对样品进行检测。但是由于底层淤泥沉积环境复杂，存在高低不平整的情况，直接导致装置出现歪斜情况，从而难以控制理想的取样角度，甚至样品外泄，在一定程度上破坏了底泥样品纵向剖面的完整性，另外这种方法难以实现定深度、定量取样，最上部的浮泥进行扰动，使得测试结果不准确，同时抓取量少，且在脱离水面时，底泥容易混在水中脱离；第二类为钻取式采样器，通过采样器向下运动取样，取样时机体内通气阀门打开，取样完毕后，关闭通气阀门，但是顶部和底部样品会由于携带大量水而外溢或掉落，影响样品的横向稳定性，无法智能化区分软泥层和硬泥层，进而分别取样，取样效率低，因此，急需一种能完整取出软泥层和硬泥层的智能采样装置。

发明内容

本发明公开了一种智能化底泥采样装置，旨在解决现有技术中存在的技术问题。

本发明采用下述技术方案：

一种智能化底泥采样装置，包括支撑架单元、安装在所述支撑架单元内的底泥取样装置、安装在所述支撑架单元的顶板上的动力装置和控制所述动力装置驱动所述底泥取样装置执行预设动作的控制器；其中，

所述底泥取样装置包括相连通的位于上部的排水过滤装置、位于下部且套装在一起的外圆柱筒体、取样单元及竖向放置于所述外圆柱筒体中心线上的探测杆单元；所述外圆柱筒体内腔中竖向安装有用于获取不同泥层中样泥的若干取样单元，所述探测杆单元与所述控制器相连。

在一些实施例中，所述排水过滤装置包括上过滤体、底漏网体、由所述上过滤体和所述底漏网体围合而成的内腔室及位于所述内腔室中的各种过滤体，所述上过滤体的侧壁上设有排水口。

在一些实施例中，所述底漏网体上均布有预设数量及直径的通孔，所述上过滤体的外径与所述外圆柱筒体的外径相同，所述上过滤体的底壁上设有插头，所述插头可拆卸插装在所述外圆柱筒体的顶壁上。

在一些实施例中，所述外圆柱筒体的环壁上平面设有与所述插头匹配连接的插孔，所述插孔侧壁上装有一外凸的弹片，使得当所述插头插入所述插孔后两者处于紧密配合状态，当使用外力上拉所述排水过滤装置时，所述排水过滤装置可分离。

在一些实施例中，所述外圆柱筒体的顶端设有与所述底漏网体的底部匹配贴合的平面，底端设有由内壁向外倾斜形成的刀刃，内壁上设有若干呈水平设置的导向环槽，所述导向环槽的竖向内壁上延伸出若干均布的水平挂轴，所述挂轴的末端均位于所述外圆柱筒体的内壁圆柱面上，所述挂轴的中心轴线均位于所述外圆柱筒体半径线上，且所有所述导向环槽中的所述挂轴在竖向均处于对齐状态；

所述外圆柱筒体由第一半筒体和第二半筒体可拆卸连接为一体。

在一些实施例中，所述取样单元包括相互啮合转动的齿轮单元、匹配安装在所述齿轮单元上端的固定支架，所述齿轮单元包括中心轴线与所述外圆柱筒体中心轴线重合且小端面朝上的大锥齿轮、与所述大锥齿轮啮合的若干均布的小锥齿轮，且所述小锥齿轮的小齿轮轴均水平伸至所述导向环槽中；所述固定支架设有环体及一端连接环体另一端固连在所述挂轴上的水平金属丝，且所述水平金属丝与所述小齿轮轴的初始位置平行，还包括一端卷在所述小齿轮轴上，另一端固定在所述水平金属丝，在所述小锥齿轮转动时被拉动取样本的取泥卷纸。

在一些实施例中，所述小锥齿轮上还设有底泥切割线，所述底泥切割线与所述小齿轮轴平行，且位于所述小齿轮轴前行的一侧。

在一些实施例中，所述探测杆单元包括可与所述动力装置连接的圆柱探杆、安装在所述圆柱探杆下端的圆锥头，所述圆锥头内部安装有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器实时连接。

在一些实施例中，所述圆柱探杆设为所述大锥齿轮的齿轮轴。

在一些实施例中，所述支撑架单元包括顶板及支撑所述顶板的支撑架，所述顶板上安装有动力装置，所述动力装置推动所述底泥取样装置下移至预设位置，再驱动所述取样单元旋转获取不同泥层中样泥。

有益效果

本发明一种智能化底泥采样装置，通过设置包括支撑架单元、安装在所述支撑架单元内的底泥取样装置、安装在所述支撑架单元的顶板上的动力装置和控制所述动力装置驱动所述底泥取样装置执行预设动作的控制器，能够首先智能化取样控制；通过所述底泥取样装置包括相连通的位于上部的排水过滤装置、位于下部且套装在一起的外圆柱筒体、取样单元，能够在获取样泥后上部的浮泥和水分都会被排水过滤装置吸附及排净，保持了样泥的完整性和稳定性，确保了检测结果的准确性；通过外圆柱筒体底部设有由内壁向外倾斜形成的刀刃，在动力装置驱动下容易压入泥中，通过所述外圆柱筒体内腔中竖向安装有用于获取不同泥层中样泥的若干取样单元，通过中间设有的探测杆单元的下端设有内部安装有压力传感器的圆锥头，压力传感器与所述控制器相连，所述控制器根据压力控制动力装置推动各取样单元分别进入软泥层和硬泥层，能够同时获取软泥层样品和硬泥层样品；通过取样单元包括相互啮合转动的齿轮单元、匹配安装在所述齿轮单元上端的固定支架及与他们均连接的取泥卷纸，在齿轮单元的旋转驱动下，设定的几个均布的小锥齿轮分别同时带动取泥卷纸展开，最终形成一个完整的扇形取泥平层，即所述外圆柱筒体内腔中可同时形成几个完整的扇形取泥平层，可同时获取软泥层和硬泥层，取样效率高，且精准度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定；在附图中：

图1为本发明实施例提供的技术方案结构示意图；

图2为图1的M-M剖视图；

图3为图2在小锥齿轮带动取泥卷纸顺时针旋转30°时的技术方案结构示意图；

图4为图2的A放大图；

图5为图2的E放大图；

图6为图1的B放大图；

图7为图1的P-P剖视图；

图8为图1的F放大图；

图9为图1的K向视图；

图10为图1的N放大图；

图11为固定支架的技术方案结构示意图。

图中：

支撑架单元1；顶板11；中心通孔111；支撑架12；底泥取样装置2；外圆柱筒体21；第一半筒体211；第二半筒体212；插孔213；弹片214；内腔215；螺纹孔216; 刀刃217；导向环槽218；挂轴219；取样单元22；齿轮单元221；小锥齿轮2211；齿轮轴2212；大锥齿轮2213；底泥切割线2214；取泥卷纸222；固定支架223；金属丝2231；环体2232；探测杆单元23；圆柱探杆231；圆锥头232；压力传感器233；排水过滤装置24；上过滤体241；插头2411；底漏网体242；通孔2421；排水口243；排水管244；过滤体245；连接架246；内腔室247；动力装置3；伺服电机31；传动轴311；控制器4；紧固件5；导线6。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述；在本发明的描述中，需要说明的是，说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”；“若干个”指不少于4个。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。

显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图11所示，本发明公开了的技术方案：

一种智能化底泥采样装置，包括支撑架单元1、安装在所述支撑架单元1内的底泥取样装置2、安装在所述支撑架单元1的顶板11上的动力装置3和控制所述动力装置3驱动所述底泥取样装置2执行预设动作的控制器4；其中，所述底泥取样装置2包括相连通的位于上部的排水过滤装置24、位于下部且套装在一起的外圆柱筒体21、取样单元22及竖向放置于所述外圆柱筒体21中心线上的探测杆单元23；所述外圆柱筒体21的内腔215中竖向安装有用于获取不同泥层中样泥的若干取样单元22，所述探测杆单元23与所述控制器4相连。

如图1-图11所示，本发明的优选实施例：

一种智能化底泥采样装置，包括支撑架单元1、安装在所述支撑架单元1内的底泥取样装置2、安装在所述支撑架单元1的顶板11上的动力装置3和控制所述动力装置3驱动所述底泥取样装置2执行预设动作的控制器4。

所述底泥取样装置2包括相连通的位于上部的排水过滤装置24、位于下部且套装在一起的外圆柱筒体21、取样单元22及竖向放置于所述外圆柱筒体21中心线上的探测杆单元23。

所述外圆柱筒体21由第一半筒体211和第二半筒体212通过紧固件5连接为一体，成为圆柱筒体，所述第一半筒体211、第二半筒体212的外侧壁上设有螺纹孔216，通过紧固件5连接，本实施例所述紧固件5选取为螺钉，沿竖向在所述外圆柱筒体21上至少设有三个螺钉连接，分别位于上端部、中部和下端部，以确保外圆柱筒体21满足密封要求，如图2所示。

所述外圆柱筒体21的环壁上平面设有与上过滤体241的插头2411匹配连接的插孔213，所述插孔213侧壁上装有一外凸的弹片214，使得当所述插头2411插入所述插孔213后两者处于紧密配合状态，当使用外力上拉所述排水过滤装置24时，所述排水过滤装置24与所述外圆柱筒体21分离，如图1、图10所示。

所述排水过滤装置24的外圆柱壁与所述底漏网体242的外圆柱壁外径相同，且所述外圆柱筒体21的顶端平面与所述底漏网体242的底部平面匹配贴合，外圆柱筒体21的底端设有由内壁向外倾斜Q角形成的刀刃217，内壁上设有若干呈水平设置的导向环槽218，所述导向环槽218的竖向内壁上延伸出若干均布的呈水平延伸而成的挂轴219，所述挂轴219的末端位于所述外圆柱筒体21的内壁圆柱面上，所述挂轴219的中心轴线均位于所述外圆柱筒体21半径线上，且所有所述导向环槽218中的所述挂轴在竖向均处于对齐状态；本实施例设置倾斜Q范围设为15°-35°，导向环槽218设为三条，所述挂轴219设为三根，可根据底泥的实际情况选择取样单元22放置在哪个导向环槽218上，本实施例选取上导向环槽218和下导向环槽218上，分别用于获取软泥层样品和硬泥层样品，如图1、图2所示。

所述外圆柱筒体21的内腔215中竖向安装有用于获取不同泥层中样泥的若干取样单元22，取样单元22分别与导向环槽218位置对应。

所述取样单元22包括相互啮合转动的齿轮单元221、匹配安装在所述齿轮单元221上端的固定支架223及用于获取样泥的取泥卷纸222，所述取泥卷纸222具有结实、耐用、防水、防腐蚀且易卷曲的特质。

所述齿轮单元221包括中心轴线与所述外圆柱筒体21中心轴线重合且小端面朝上的大锥齿轮2213、与所述大锥齿轮2213啮合的若干均布的小锥齿轮2211，且所述小锥齿轮2211的小齿轮轴2212均水平伸至所述导向环槽218中；本实施例中，大锥齿轮2213的齿轮轴即为探测杆单元23设有的圆柱探杆231，随着圆柱探杆231的转动，大锥齿轮2213旋转带动同时与所述大锥齿轮2213匹配啮合的小锥齿轮2211转动，即小齿轮轴2212的末端在所述导向环槽218内移动，小锥齿轮2211、小齿轮轴2212在水平面移动轨迹呈扇形；本实施例选取的所述取样单元22设有三个小锥齿轮2211，间隔120°均布。

在所述外圆柱筒体21中沿竖向设有的所有取样单元22布局一致，即所有小锥齿轮2211及小齿轮轴2212竖向呈对齐状态，使得取样时随着圆柱探杆231的转动，大锥齿轮2213带动小齿轮轴2212旋转，小齿轮轴2212拖动取泥卷纸222慢慢铺开，同时进行取样泥，旋转到预设角度后取样同时结束。

平行于所述小齿轮轴2212安装有底泥切割线2214，底泥切割线2214为金属线，位于所述小齿轮轴2212前进方向的一端，且与所述小齿轮轴2212的轴线在同一水平面上，底泥切割线2214起到在前方扫障的功能，方便取泥卷纸222的平铺取样，如图3、图4所示。

本实施例中，在所述外圆柱筒体21中设有上下两所述取样单元22，且上、下小锥齿轮2211及小齿轮轴2212竖向对齐，当上部的所述取样单元22顺时针旋转30°时，下部的所述取样单元22也顺时针旋转30°。

当小锥齿轮2211、小齿轮轴2212旋转120°时停止取样，如图2、图3所示。

所述固定支架223设有环体2232及一端连接环体2232另一端向外延伸的水平金属丝2231，水平金属丝2231的数量与所述小齿轮轴2212的数量、夹角均相同，且所述水平金属丝2231与所述小齿轮轴2212的初始位置平行，环体2232套在所有所述小锥齿轮2211外，水平金属丝2231的末端固连在所述挂轴219上，取泥卷纸222一端展开后固连在所述水平金属丝上，另一端卷套在所述小齿轮轴2212上，当圆柱探杆231在动力的驱动下旋转时， 圆柱探杆231带动大锥齿轮2213旋转，与所述大锥齿轮2213啮合的小锥齿轮2211旋转，所述小齿轮轴2212拉动取泥卷纸222铺开取样。本实施例选取所述取泥卷纸222为韧性高的厚塑料纸。如图5、图6、图7、图11所示。

位于上端的取样单元22获取的是软泥层样品，位于下端的取样单元22获取的是硬泥层样品，取样单元22的位置由控制器4控制动力装置实现。

所述排水过滤装置24包括上过滤体241、底漏网体242、所述上过滤体241和所述底漏网体242围合而成的内腔室247及位于内腔室247中的各种过滤体245，所述上过滤体241的侧壁底端设有排水口243，排水口243外接有排水管244；过滤体245包括位于最底部的石英颗粒、小卵石、细沙，位于中部有高密度PP棉、颗粒活性炭等，过滤后的水通过排水管244排出。

所述底漏网体242上均布有预设数量及直径的通孔2421，取样单元22取样后上面的浮泥及水通过通孔2421进入到内腔室247中，浮泥被各种过滤体245吸附，水通过排水口243排出，保持了样泥的完整性和稳定性，确保了检测结果的准确性。

所述排水过滤装置24设有的所述上过滤体241的外径与所述外圆柱筒体21的外径相同，所述上过滤体241的底壁上设有插头2411，所述插头2411为方形，与所述外筒体21顶壁上的插孔213匹配连接，使底泥取样装置2形成一圆柱形整体。

所述探测杆单元23包括可与所述动力装置3连接的圆柱探杆231、安装在所述圆柱探杆231下端的圆锥头232，所述圆锥头232内部安装有压力传感器233，所述压力传感器233与所述控制器4实时连接，且圆锥头232下尖端与所述外圆柱筒体21的刀刃217在同一水平面上，如图1所示。

所述圆柱探杆231即为所述大锥齿轮2213的齿轮轴。

所述支撑架单元1包括顶板11及支撑所述顶板11的支撑架12，所述顶板11上安装有动力装置3，所述动力装置3包括伺服电机31，伺服电机31与控制器4通过导线6连接，伺服电机31的传动轴311通过所述顶板11上设有的中心通孔111伸出，与连接架246连接，为了使排水过滤装置24的顶端受力均匀，所述连接架246设有两个连接端与所述排水过滤装置24的顶部连接。

当需要把所述底泥取样装置2下推至泥中的预设位置时，伺服电机31通过传动轴311与所述排水过滤装置24的顶端连接架246连接，伺服电机31推动所述底泥取样装置2平稳下移，此时，探测杆单元23也随所述底泥取样装置2下移，由于圆锥头232下尖端与所述外圆柱筒体21的刀刃217在同一水平面上，且各导向环槽218的间距S、放置在预设的导向环槽218中的取样单元22的间距H₂、底部取样单元22至圆锥头232下尖端的距离H₁ 、顶部取样单元22至所述排水过滤装置24的间距H₃ 均为已知数值，因此，当压力传感器233测得的压力实时传送至控制器4时，控制器4通过处理器处理后控制伺服电机31驱动外圆柱筒体21压至预设位置。

再将伺服电机31的传动轴311只与探测杆单元23的圆柱探杆231相固连，控制器4控制伺服电机31带动圆柱探杆231旋转，大锥齿轮2213带动小齿轮轴2212旋转，小齿轮轴2212拖动取泥卷纸222慢慢铺开，同时进行取样泥，当第一小齿轮轴2212旋转到第二小齿轮轴2212位置，所述第二小齿轮轴2212旋转到第三小齿轮轴2212位置，第三小齿轮轴2212旋转到第一小齿轮轴2212时，三块取泥卷纸222将整个平面铺平，获取该平面的样泥， 当把装置取出后，将外圆柱筒体21的紧固件5旋开，取下第一半筒体211、第二半筒体212，即可获取不同泥层的完整的样泥。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种智能化底泥采样装置，包括支撑架单元、安装在所述支撑架单元内的底泥取样装置主体、安装在所述支撑架单元顶板上的动力装置和控制所述动力装置驱动所述底泥取样装置主题执行预设动作的控制器；其特征在于：所述底泥取样装置主题包括位于外圆柱筒体上部可插拔连接的排水过滤装置、套装在一起的所述外圆柱筒体、 取样单元及竖向放置于中心线上的探测杆单元，所述排水过滤装置通过底部的通孔与所述取样单元相连通，所述探测杆单元与所述控制器相连；

所述外圆柱筒体的竖向内壁上设有若干呈水平设置的导向环槽，所述导向环槽上安装有用于获取不同泥层中样泥的若干取样单元；所述导向环槽的竖向内壁上延伸出若干均布的水平挂轴，所述挂轴的中心轴线均位于所述外圆柱筒体半径线上，且所有所述挂轴在竖向均处于对齐状态；

所述取样单元包括相互啮合转动的齿轮单元、匹配安装在所述齿轮单元上端的固定支架；所述齿轮单元包括中心轴线与所述外圆柱筒体中心轴线重合且小端面朝上的大锥齿轮、与所述大锥齿轮啮合的若干均布的小锥齿轮，且所述小锥齿轮的小齿轮轴均水平伸至所述导向环槽中，所述小锥齿轮前行的一侧还设有与小齿轮轴平行的底泥切割线；所述探测杆单元设有的圆柱探杆为所述大锥齿轮的齿轮轴；所述固定支架设有环体及一端连接环体另一端固连在所述挂轴上的水平金属丝，且所述水平金属丝与所述小齿轮轴的初始位置平行，还包括一端卷在所述小齿轮轴上，另一端固定在所述水平金属丝，在所述小锥齿轮转动时被拉动取样本的取泥卷纸。

2.根据权利要求1所述的智能化底泥采样装置，其特征在于：所述排水过滤装置包括上过滤体、底漏网体、由所述上过滤体和所述底漏网体围合而成的内腔室及位于所述内腔室中的各种过滤体，所述上过滤体的侧壁上设有排水口。

3.根据权利要求2所述的智能化底泥采样装置，其特征在于：所述底漏网体上均布有预设数量及直径的通孔，所述上过滤体的外径与所述外圆柱筒体的外径相同，所述上过滤体的底壁上设有插头，所述插头可拆卸插装在所述外圆柱筒体的顶壁上。

4.根据权利要求3所述的智能化底泥采样装置，其特征在于：所述外圆柱筒体的环壁上平面设有与所述插头匹配连接的插孔，所述插孔侧壁上装有一外凸的弹片，使得当所述插头插入所述插孔后两者处于紧密配合状态，当使用外力上拉所述排水过滤装置时，所述排水过滤装置可分离。

5.根据权利要求2所述的智能化底泥采样装置，其特征在于：所述外圆柱筒体的顶端设有与所述底漏网体的底部匹配贴合的平面，底端设有由内壁向外倾斜形成的刀刃；所述外圆柱筒体由第一半筒体和第二半筒体可拆卸连接为一体。

6.根据权利要求1所述的智能化底泥采样装置，其特征在于：所述探测杆单元包括可与所述动力装置连接的圆柱探杆、安装在所述圆柱探杆下端的圆锥头，所述圆锥头内部安装有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器实时连接。

7.根据权利要求1所述的智能化底泥采样装置，其特征在于：所述支撑架单元包括顶板及支撑所述顶板的支撑架，所述顶板上安装有动力装置，所述动力装置推动所述底泥取样装置主题下移至预设位置，再驱动所述取样单元旋转获取不同泥层中样泥。