一种投放式自主表层沉积物取样装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海底勘探装置，旨在提供一种投放式自主表层沉积物取样装置。该装置的整体呈胶囊状，包括半球形的尾部单元；壳体由上部隔板分为两个空腔；壳体的末端由底部隔板封闭，尾部单元与底部隔板之间为可拆卸的固定连接；中部单元由中部隔板分隔为上部的气瓶腔和下部的电气腔，其中气瓶腔内安置电磁阀、高压气瓶和低压气瓶，电气腔内安置控制和检测单元；在中部单元的壳体上沿其轴向均匀设置至少三块翼板；在尾部单元上装有取样管。本发明专利技术无需船只出海人工收线，可利用船只沿路抛洒和回收。不需要船只漂泊在海面等待取样结束后再收线返航，船运成本和人力成本较低，特别适合大规模浅海、近海等水域海底表层沉积物取样场合，实用性强。

Delivery type independent surface sediment sampling device

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海底勘探装置，涉及用于自主下沉及上浮的水底表层取样装置，尤其是涉及一种含有电控浮体的新型水底沉积物取样器。
技术介绍
由于全球海洋资源争夺的日渐加剧，海底沉积物的成分分析逐渐成为各国海洋战略的重中之重，提取水底沉积物自然而然成为了愈加关键的环节。国外已经有如“ARGO计划”的批量取样计划，而我国刚刚起步，尚处于人工抛洒人工收线定点取样的初期阶段。我国现在大部分规模化海底取样是由大型船只航行至取样点，抛洒取样器并停留至取样结束后收线返程。这样的取样方式成本昂贵，且耗时久。为了优化以上弊端，投放式自主取样器需要具有自主下沉及上浮功能，并通过计算机精确控制下沉及上浮加速度，实现大量抛放后能够自主取样后浮于水面的功能，因此对取样器的程序控制、信号发射、密封方式、结构设计等提出了较高要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种自主下沉及上浮的投放式自主表层沉积物取样装置。为解决技术问题，本专利技术是通过如下技术方案实现：提供了一种投放式自主表层沉积物取样装置，包括内部中空的壳体；该装置的整体呈胶囊状，包括半球形的尾部单元；壳体由上部隔板分为两个空腔，从而构成半球形的首部单元和圆柱形的中部单元；壳体的末端由底部隔板封闭，尾部单元与底部隔板之间为可拆卸的固定连接；所述中部单元的内部空腔为密封状态，且由中部隔板分隔为上部的气瓶腔和下部的电气腔，其中气瓶腔内安置电磁阀、高压气瓶和低压气瓶，电气腔内安置控制和检测单元；首部单元的壳体上设有多个用于排水的通孔，其内部空腔中装有气囊，气囊通过两根导气管分别连接高压气瓶和低压气瓶；导气管穿过设于上部隔板的通孔，电磁阀设在位于气瓶腔一侧的导气管上；在中部单元的壳体上沿其轴向均匀设置至少三块翼板；在尾部单元上装有取样管。本专利技术中，所述尾部单元为实心结构，具有一个平行于半球形底面的贯穿通孔，中空管状的取样管安装在半球形端部且垂直于贯穿通孔；取样管的一端设带孔挡板，另一端设花瓣型卡爪，其内部空腔通过带孔挡板与贯穿通孔连通。本专利技术中，所述控制和检测单元包括：微处理器模块、加速度传感器、水声Modem接收电路、电磁阀快速驱动电路及电磁阀保持电流检测电路；在壳体上还设有压力传感器；在底部隔板上开槽安装超声波测距传感器；所述微处理器模块通过导线分别连接加速度传感器、水声Modem接收电路、电磁阀快速驱动电路、电磁阀保持电流检测电路、压力传感器和超声波测距传感器，水声Modem接收电路为其余各电路或元件供电。本专利技术中，在导气管穿过设于上部隔板的通孔处，设有密封部件。本专利技术中，所述尾部单元与底部隔板之间为可拆卸的固定连接是指：在底部隔板处设置电磁铁，在尾部单元的对应位置设置铁块，以电磁吸力实现尾部单元与底部隔板之间的连接。本专利技术中，所述上部隔板和中部隔板与壳体的连接处设有三角支撑板。本专利技术中，所述翼板呈半椭圆形，具有圆弧形的外边缘和直线的底边；其底边的两端通过槽榫结构嵌在翼板安装座上，翼板安装座通过螺钉固定在壳体表面。对称布置翼板可实现防横向湍流的作用。本专利技术中，所述取样管通过相互配合的螺纹或卡扣部件固定在尾部单元上。本专利技术中，胶囊状的壳体可使用金属材质，各隔板及尾部单元可使用亚克力材质。制作时，可先制作半球形的首部单元和圆柱形的中部单元，两者通过焊接方式固定连接。在安装上部隔板和中部隔板后，焊接三角支撑板以强化支撑。气囊与导气管(可选PVC材质)、气瓶之间为密闭连接，并由电磁阀控制输气管的导通与关闭。气囊未充气时自然搭载在上层隔板上，充气时随气囊体积增大将首部单元内腔的水通过壳体上的通孔排出。气瓶包括高压气瓶和低压气瓶。其中高压是指高压气瓶内的气体压强足够使气体自发从高压气瓶通向气囊，并能确保气囊完全胀开，此时装置应处于减速下潜状态；低压是指低压气瓶内气体压强低于气囊充分胀开时的气压，并能确保气囊中气体能够自发从气囊通向低压气瓶，此时气囊体积减小，当装置速度趋于稳定时，然后关闭电磁阀，气囊不再向低压气瓶通气。高压气瓶用于充气，低压气瓶用于回收气体。可根据应用需要确定气瓶中气体压力。气瓶平稳放置在中层隔板上，并由固定带固定。本专利技术可根据上浮和下潜不同工况的需求自动控制电磁阀的吸合和释放，从而调整气囊的充放气状态，实现自主下沉和上浮。装置中大部分电气装置或元件、电路均放置在电气腔中(电磁阀随气瓶放置在气瓶腔中)，以保证隔离防止进水，同时也可利用电气元件集成化设计尽量缩小占用的空间。本专利技术中所用的微处理器模块、加速度传感器、水声Modem接收电路、电磁阀快速驱动电路、电磁阀保持电流检测电路、压力传感器和超声波测距传感器均可直接采用现有技术，本专利技术并无特别要求。例如，微处理器模块可用TI公司的低功耗微处理器MSP430F149控制模块，压力传感器可用Intersema公司的MS5541C型号产品，加速度传感器可用GY-521MPU6050六轴加速度传感器(三轴陀螺仪+三轴加速度)；超声波测距传感器可用Risym的HC-SR04超声波模块。电源可采用蓄电池。取样管有带孔挡板的一端固定在尾部单元的端部，设花瓣型卡爪的一端位于远离装置方向。尾部单元可用通过电磁吸力固定在中部单元末端的底边隔板上。当电磁铁掉电时电磁铁失去磁力，样品管实现脱钩。取样器插入表层取样时，花瓣型卡爪切断样品并储存于取样管的内部空腔，待取样器自动上浮时完成取样。与现有技术相比，本专利技术具有的有益的效果是：1、本专利技术无需船只出海人工收线，可利用船只沿路抛洒和回收。不需要船只漂泊在海面等待取样结束后再收线返航，船运成本和人力成本较低，特别适合大规模浅海、近海等水域海底表层沉积物取样场合，实用性强。2、该装置能对取样过程中的上浮和下沉动作进行程序化电控，能够实现自主取样后浮于水面的功能，解决传统取样需单独控制取样过程的弊端。3、该研究成果不仅可以应用于海底沉积物分析勘探，还可以有效地推广到其他综合性海洋调查项目，是现代海洋调查研究领域向更高、更精确探测的重要手段，具有十分广阔的应用和推广前景。附图说明图1为本专利技术投放式自主表层沉积物取样装置的外形示意图；图2为本专利技术投放式自主表层沉积物取样装置的正视外形示意图；图3为本专利技术投放式自主表层沉积物取样装置下潜时的横剖面示意图；图4为本专利技术投放式自主表层沉积物取样装置下潜时的工作流程图；图5为本专利技术投放式自主表层沉积物取样装置上浮时的横剖面示意图；图6为本专利技术投放式自主表层沉积物取样装置上浮时的工作流程图；图7为本专利技术投放式自主表层沉积物取样装置翼板单元示意图；图8为本专利技术投放式自主表层沉积物取样装置取样器单元示意图。附图标记：1首部单元，2中部单元，3翼板单元，4尾部单元，5取样器单元；101排水孔，102首部单元的壳体，103气囊，104连接螺栓，201中部单元的壳体，202上部隔板，203三角支撑板，204导气管，205导气管，206电磁阀，207电磁阀，208高压气瓶，209低压气瓶，210中部隔板，211压力传感器，212加速度传感器，213底部隔板，214电磁铁，215水声Modem接收电路，216电磁阀快速驱动电路及电磁阀保持电流检测电路，217微处理器模块，218超声波测距传感器，301翼板，302翼板安装座，303安装孔，304槽榫结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投放式自主表层沉积物取样装置，包括内部中空的壳体；其特征在于，该装置的整体呈胶囊状，包括半球形的尾部单元；壳体由上部隔板分为两个空腔，从而构成半球形的首部单元和圆柱形的中部单元；壳体的末端由底部隔板封闭，尾部单元与底部隔板之间为可拆卸的固定连接；所述中部单元的内部空腔为密封状态，且由中部隔板分隔为上部的气瓶腔和下部的电气腔，其中气瓶腔内安置电磁阀、高压气瓶和低压气瓶，电气腔内安置控制和检测单元；首部单元的壳体上设有多个用于排水的通孔，其内部空腔中装有气囊，气囊通过两根导气管分别连接高压气瓶和低压气瓶；导气管穿过设于上部隔板的通孔，电磁阀设在位于气瓶腔一侧的导气管上；在中部单元的壳体上沿其轴向均匀设置至少三块翼板；在尾部单元上装有取样管。

【技术特征摘要】
1.一种投放式自主表层沉积物取样装置，包括内部中空的壳体；其特征在于，该装置的整体呈胶囊状，包括半球形的尾部单元；壳体由上部隔板分为两个空腔，从而构成半球形的首部单元和圆柱形的中部单元；壳体的末端由底部隔板封闭，尾部单元与底部隔板之间为可拆卸的固定连接；所述中部单元的内部空腔为密封状态，且由中部隔板分隔为上部的气瓶腔和下部的电气腔，其中气瓶腔内安置电磁阀、高压气瓶和低压气瓶，电气腔内安置控制和检测单元；首部单元的壳体上设有多个用于排水的通孔，其内部空腔中装有气囊，气囊通过两根导气管分别连接高压气瓶和低压气瓶；导气管穿过设于上部隔板的通孔，电磁阀设在位于气瓶腔一侧的导气管上；在中部单元的壳体上沿其轴向均匀设置至少三块翼板；在尾部单元上装有取样管。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述尾部单元为实心结构，具有一个平行于半球形底面的贯穿通孔，中空管状的取样管安装在半球形端部且垂直于贯穿通孔；取样管的一端设带孔挡板，另一端设花瓣型卡爪，其内部空腔通过带孔挡板与贯穿通孔连通。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制和检测单元包括：微处理器模块、加速度传感器、水声Modem接收电路、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈家旺，姚鑫，王容基，谢佳栖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33