RU2119151C1

RU2119151C1 - Sedimentation sampler

Info

Publication number: RU2119151C1
Application number: RU96108664A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Русаков; В.Н. Лукашин; А.С. Москалев
Original assignee: Русаков Валерий Юрьевич; Лукашин Вячеслав Николаевич; Москалев Анатолий Семенович
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1998-09-20

Abstract

FIELD: sampling of substances settling in water. SUBSTANCE: sampler has frame with funnel secured on it for gathering the substance. Lower part of frame includes mechanism secured to it and intended for replacement of accumulating cups. Mechanism is made as two discs fixed coaxially to axle. Upper immovable disc is secured in lower part of funnel, and lower movable disc carries accumulating cups. Accumulating cup replacing mechanism is provided with solenoid coil with spring-loaded rod. The latter is capable of interaction with movable disc and helical spring secured with one end to immovable disc while the other, to movable one through axle coaxial with both discs. Funnel has meshed screen in its upper part. EFFECT: enhanced efficiency and reliability. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к приборам и оборудованию для отбора проб вещества, оседающего в воде, и может быть использовано при проведении геологических исследований. The invention relates to instruments and equipment for sampling a substance deposited in water, and can be used in geological research.

Известен пробоотборник для отбора проб вещества, оседающего в водной толще (Авторское свидетельство СССР N 1624306, кл. G 01 N 1/10, 1991). Этот пробоотборник рассматривается как аналог. Его недостатком является то, что он имеет только один накопительный стакан, это не дает возможности определить изменение потока вещества во времени. A known sampler for sampling substances settling in the water column (USSR Author's Certificate N 1624306, CL G 01 N 1/10, 1991). This sampler is considered as an analog. Its disadvantage is that it has only one storage cup, this makes it impossible to determine the change in the flow of matter over time.

Прототипом предлагаемого пробоотборника является изобретение, содержащее раму, воронку для сбора вещества, перекрытую решетчатым экраном, механизм смены накопительных стаканов с накопительными стаканами, включающими шаговый электродвигатель, кинематически связанный с подвижным диском, на котором закреплены накопительные стаканы, и блок управления шаговым двигателем с таймерным устройством (Honjo S. and Doherty K. Large aperture time-series sediment traps; design objectives, construction and application // Deep-Sca Research. 1988. V. 35. N 1. P. 133-149). The prototype of the proposed sampler is an invention containing a frame, a funnel for collecting matter, covered by a trellis screen, a mechanism for changing storage cups with storage cups, including a stepper motor kinematically connected to a movable disk on which storage cups are mounted, and a control unit for a stepper motor with a timer device (Honjo S. and Doherty K. Large aperture time-series sediment traps; design objectives, construction and application // Deep-Sca Research. 1988. V. 35. N 1. P. 133-149).

Сущность работы прототипа заключается в том, что от таймерного устройства через определенные промежутки времени включается блок управления шаговым электродвигателем, шаговый электродвигатель в свою очередь поворачивает подвижный диск с накопительными стаканами таким образом, что под нижнюю часть воронки для сбора вещества последовательно, в положение накопления вещества, встают накопительные стаканы. Время сбора вещества одним накопительным стаканом, а также количество стаканов, определяется научной программой исследования. Однако использование электродвигателя в условиях агрессивной среды, например в морской воде, а также при больших давлениях, существующих на глубине, требует применения дополнительных дорогостоящих средств защиты, каковым может являться маслозаполненный или прочный корпус. Кроме того, для управления шаговым двигателем требуется применение специального блока управления. Большое энергопотребление механизма требует применения мощного источника питания, что ограничивает продолжительность автономной работы. The essence of the prototype is that from the timer device at certain intervals the control unit of the stepper motor is turned on, the stepper motor, in turn, rotates the movable disk with storage cups in such a way that under the bottom of the funnel to collect the substance in series, in the position of accumulation of substance, stand up storage glasses. The time of collection of a substance by one accumulative glass, as well as the number of glasses, is determined by the scientific research program. However, the use of an electric motor in an aggressive environment, for example, in sea water, as well as at high pressures existing at a depth, requires the use of additional expensive protective equipment, which can be an oil-filled or durable housing. In addition, the use of a special control unit is required to control the stepper motor. The high power consumption of the mechanism requires the use of a powerful power source, which limits the battery life.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в том, чтобы повысить эффективность, надежность и продолжительность автономной работы пробоотборника. The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency, reliability and battery life of the sampler.

Для этого пробоотборник содержит раму с закрепленной на ней воронкой для сбора вещества, в верхней части воронка перекрыта решетчатым экраном для предотвращения воздействия турбулентности, в нижней части воронки закреплен механизм смены накопительных стаканов с возможностью размещения на нем нескольких накопительных стаканов, причем упомянутый механизм выполнен в виде двух соосно закрепленных на оси дисков, верхнего неподвижного, закрепленного в нижней части воронки, и нижнего подвижного, на котором крепятся накопительные стаканы. Отличием от прототипа является то, что механизм смены накопительных стаканов снабжен селеноидной катушкой с подпружиненным стержнем с возможностью взаимодействия последнего с подвижным диском, и спиральной пружиной, закрепленной одним концом к неподвижному диску, а другим - к подвижному, через ось, соосную обоим дискам. To do this, the sampler contains a frame with a funnel fixed on it for collecting matter, in the upper part of the funnel is covered by a lattice screen to prevent turbulence, in the lower part of the funnel there is a mechanism for changing storage cups with the possibility of placing several storage cups on it, and the said mechanism is made in the form two coaxially fixed to the axis of the disks, the upper fixed, fixed in the lower part of the funnel, and the lower movable, on which the accumulative glasses are attached. The difference from the prototype is that the mechanism for changing the storage cups is equipped with a selenoid coil with a spring-loaded rod with the possibility of interaction of the latter with the movable disk, and a spiral spring fixed at one end to the fixed disk and the other to the movable one, through the axis, coaxial to both disks.

Поставленная задача решается за счет применения пружины в качестве привода вращения диска с накопительными стаканами, а также соленоидной катушки с подпружиненным стержнем в качестве фиксатора, фиксирующего угол поворота упомянутого диска. The problem is solved through the use of a spring as a drive for rotating a disk with storage cups, as well as a solenoid coil with a spring-loaded rod as a latch that fixes the rotation angle of the said disk.

На фиг. 1 изображен общий вид пробоотборника; на фиг. 2 - схема предлагаемого пробоотборника; на фиг. 3 - продольный разрез механизма смены накопительных стаканов; на фиг. 4 - продольный разрез соленоидной катушки с подпружиненным стержнем. In FIG. 1 shows a general view of a sampler; in FIG. 2 is a diagram of a proposed sampler; in FIG. 3 - a longitudinal section of the mechanism for changing the storage cups; in FIG. 4 is a longitudinal section of a solenoid coil with a spring-loaded shaft.

Пробоотборник для изучения процессов седиментации включает: раму 1, воронку для отбора пробы 2, снабженную решетчатым экраном 3, механизм смены накопительных стаканов 4 с накопительными стаканами 5, прочный корпус с таймерным устройством 6 (фиг. 1 и 2). A sampler for studying sedimentation processes includes: a frame 1, a funnel for sampling 2, equipped with a trellis screen 3, a mechanism for changing storage cups 4 with storage cups 5, a robust housing with a timer device 6 (Fig. 1 and 2).

На раме 1 закреплен неподвижный диск 7 механизма смены накопительных стаканов 4 (фиг. 2). Упомянутый диск крепится также к воронке 2 через переходную втулку 8 (фиг. 1 и 3). Посредством оси 9 к неподвижному диску 7 соосно крепится подвижный диск 10, на котором закреплены накопительные стаканы 5 при помощи резьбовых втулок 11 (фиг. 3). Спиральная пружина 12 одним концом крепится к валу 9 при помощи шайбы 13, а другим - к неподвижному диску 7 при помощи стержня 14 (фиг. 3). На неподвижном диске 7 перпендикулярно закреплена соленоидная катушка 15 с подпружиненным стержнем 16, который может взаимодействовать с подвижным диском 10, входя в зацепление с отверстиями 17 этого диска (фиг. 2 и 3). A fixed disk 7 of the mechanism for changing the storage cups 4 is fixed on the frame 1 (Fig. 2). Mentioned disk is also attached to the funnel 2 through the adapter sleeve 8 (Fig. 1 and 3). By means of the axis 9, the movable disk 10 is coaxially mounted to the fixed disk 7, on which the accumulator cups 5 are fixed by means of threaded bushings 11 (Fig. 3). The spiral spring 12 is attached at one end to the shaft 9 using the washer 13, and at the other end to the fixed disk 7 using the rod 14 (Fig. 3). A solenoid coil 15 with a spring-loaded rod 16, which can interact with the movable disk 10, engaging with the holes 17 of this disk (Fig. 2 and 3) is perpendicularly fixed to the fixed disk 7.

Соленоидная катушка представляет собой залитый полиуретаном соленоид 18, внутри соленоида расположен сердечник из трансформаторной стали 19, соосно прикрепленный к подпружиненному стержню 16, взаимодействующему с пружиной 20 (фиг. 4). The solenoid coil is a polyurethane-filled solenoid 18, inside the solenoid is a core made of transformer steel 19, coaxially attached to a spring-loaded rod 16, interacting with the spring 20 (Fig. 4).

Пробоотборник работает следующим образом. Перед погружением пробоотборника под воду взводится спиральная пружина 12, а подвижный диск 10 устанавливается таким образом, чтобы нижнее отверстие воронки 2 совпадало со свободным отверстием (не занятое накопительным стаканом 5) в этом диске, в результате чего вещество, попадающее в воронку 2, свободно проходит через упомянутое отверстие, не задерживаясь. В таком положении подвижный диск 10 фиксируется при помощи стержня 16. The sampler works as follows. Before the sampler is submerged under water, a spiral spring 12 is charged and the movable disk 10 is set so that the bottom hole of the funnel 2 coincides with the free hole (not occupied by the storage cup 5) in this disk, as a result of which the substance entering the funnel 2 passes freely through the aforementioned hole without lingering. In this position, the movable disk 10 is fixed using the rod 16.

После постановки станции по истечении заданного времени от таймерного устройства срабатывает соленоидная катушка 15, втягивая сердечник 19 вместе со стержнем 16, освобождая тем самым подвижный диск 10. Импульс, подаваемый на соленоид 18, является кратковременным и составляет менее 1/10 секунды. За это время диск 10 успевает выйти из зацепления со стержнем 16 и повернуться на заданный угол, до сцепления упомянутого стержня со следующим отверстием 17 в этом диске. Благодаря этому первый из накопительных стаканов встает под нижнее отверстие воронки 2 в положение сбора вещества (фиг. 3). В таком положении накопительный стакан находится заданное время до момента, когда повторно сработает таймерное устройство, и в положение сбора вещества встанет следующий накопительный стакан. При годовой постановке обычно применяют 12 стаканов по числу месяцев в году, при этом накопительные стаканы меняются каждый месяц. Цикл отбора вещества считается завершенным, если диск прошел полный круг. Однако возможен вариант, когда пробоотборник поднимается на поверхность, не отработав полного цикла, например при кратковременных постановках. Интервал времени смены накопительных стаканов задается таймерным устройством и может меняться в зависимости от поставленной научной задачи. After setting the station after a predetermined time, the solenoid coil 15 is activated from the timer device, retracting the core 19 together with the rod 16, thereby freeing the movable disk 10. The pulse supplied to the solenoid 18 is short-term and less than 1/10 second. During this time, the disk 10 manages to disengage from the rod 16 and rotate at a predetermined angle, until the said rod engages with the next hole 17 in this disk. Due to this, the first of the storage cups rises under the lower opening of the funnel 2 to the collection position of the substance (Fig. 3). In this position, the storage cup is at a predetermined time until the timer device re-trips, and the next storage cup rises to the substance collection position. At an annual setting, 12 glasses are usually used according to the number of months in a year, while accumulative glasses change every month. The cycle of selection of a substance is considered complete if the disk has passed a full circle. However, it is possible that the sampler rises to the surface without having completed a full cycle, for example, for short-term settings. The time interval for changing the storage cups is set by a timer device and can vary depending on the scientific task.

Поставленная задача решается в первую очередь за счет применения надежного и простого механизма смены накопительных стаканов, исключающего применение дополнительных электронных и электромеханических устройств. Угол поворота подвижного диска задается кинематическим способом, что исключает несовмещение внутреннего диаметра нижней части воронки с внутренним диаметром горла накопительного стакана. Для смены накопительного стакана затрачивается энергия, расходуемая на кратковременный импульс менее 1/10 сек. Энергетические затраты значительно ниже, чем при использовании шагового двигателя, это обеспечивает большую автономность работы пробоотборника. Продолжительность автономной работы прибора наиболее важна при исследовании межсезонной изменчивости потока вещества, когда необходимо проводить продолжительные и непрерывные наблюдения. The problem is solved primarily through the use of a reliable and simple mechanism for changing storage cups, eliminating the use of additional electronic and electromechanical devices. The rotation angle of the movable disk is set in a kinematic way, which eliminates the incompatibility of the inner diameter of the lower part of the funnel with the inner diameter of the throat of the storage cup. To change the storage cup, the energy spent on a short-term pulse of less than 1/10 sec is expended. Energy costs are significantly lower than when using a stepper motor, this provides greater autonomy of the sampler. The duration of the autonomous operation of the device is most important in the study of the interseasonal variability of the flow of matter, when it is necessary to conduct continuous and continuous observations.

Соленоидная катушка выполнена в подводном исполнении и не требует дополнительных систем защиты от воздействий давления и морской воды. The solenoid coil is made in underwater design and does not require additional protection systems from the effects of pressure and sea water.

Claims

1. A sampler for sampling a substance settling in seawater, comprising a frame with a funnel fixed to it for collecting matter, in the lower part of the funnel there is a fixed mechanism for changing storage cups with the possibility of placing several storage cups on it, the said mechanism being made in the form of two coaxially fixed on the axis of the disks, the upper fixed, fixed in the lower part of the funnel, and the lower mobile, on which the accumulative glasses are fixed, characterized in that the mechanism for changing the accumulative cups is equipped with a solenoid coil with a spring-loaded rod with the possibility of interaction of the latter with a movable disk, and a coil spring fixed at one end to a fixed disk, and the other to a movable one through an axis coaxial with both disks.

2. The sampler according to claim 1, characterized in that the funnel for collecting the substance in the upper part is blocked by a lattice screen, preventing the leaching of the collected substance.