專利名稱：懸浮泥沙現場自動采樣裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種用于水下半潛式全天候作業的懸浮泥沙現場自動采樣裝置。
背景技術：
懸浮泥沙水樣采集是海洋和水利行業中科研及工程設計領域的一項重要的基礎工作，尤其是惡劣海況(氣象)條件下的懸浮泥沙深度資料，對科學研究和工程設計及災害預測是十分重要的。目前，國內外相關部門先后開發了多種多樣的懸浮泥沙采樣裝置，但大多存在以下缺陷已有采水器采用的均為常開式機械采水結構，采樣過程需要通過諸如“錘擊”等人工機械動作來完成，這在流速大的水域往往無法正常完成采樣動作；由于采用人工方式操作，使用現有的采水器采樣時需要人工量取水深，一次操作只能采集一個水樣，而且在兩次采樣的間隔中，人員往往要現場值班，因而勞動強度大，工作效率也很低；又由于采用常開式結構設計，在采水器由水面下放到目標深度的過程中，采樣瓶中一直有水樣交換，這樣必然會在到達預定采樣位置之前在采樣瓶內混有一定量的水樣，從而給水樣造成一定程度的污染，下放時間越長，污染就越嚴重；另外，由于已有采水器采樣人工收放或船舶拖拽式操作，必然不能適應惡劣海況條件下的采樣工作，從而難以獲得惡劣海況條件下的水樣資料，而惡劣海況下的樣品和資料恰恰是最重要的。即或有自動中央控制裝置，也是由常開狀態轉化為閉合。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種懸浮泥沙現場自動采樣裝置，以彌補已有技術的不足。
本實用新型包括采水裝置、電纜與相連接含有軟件的中央控制裝置及其承載的載體，該載體分別由提桿與鋼纜連接于上部的浮體，其特征是它還包括載體兩側分別設置的尾翼和導流罩，尾翼為一個長方形平板狀構件，導流罩為一個四棱錐狀構件，它們與方形框架狀載體之間分別由緊固螺栓連接。
考慮到半潛于水中采樣的需要，在載體的下方設置一個由錨鏈相連接的錨，并以錨與錨鏈為配重物與浮體聯合作用而達到需要的水深。
上述采水裝置包括有上部的密封電纜連接與控制的電磁閥，電磁閥下部的通過連接螺栓連接的受控的采水裝置，和采水裝置之下的采樣瓶，其特征是上述采水裝置是一個常閉結構的采水密封裝置，且用兩級減壓的方式開啟采樣瓶。上述采水裝置可以分多行多列排列在中央控制裝置的周圍并以電纜連接。
上述采水裝置由減壓密封件、導向連接件和采樣瓶口密封件三部分組成。
上述減壓密封件是被導向連接件限定的上部為螺桿，下部為一個短圓柱形擋塊，且該擋塊的下部的圓形凹槽內有一個圓形密封墊；上述導向連接件是一個頂部有一個圓孔、筒壁上至少有兩個圓周均布的排氣孔的圓筒形結構件，并與密封件連接成一體；而密封件是一個中心軸上有貫通的圓孔的三級凸臺狀構件，上部為減壓密封口，下部的圓環狀凹槽內有一個圓環形密封墊。
本實用新型的電纜是一種由新型水下電纜密封構件和普通電纜構成的密封電纜，包括首尾兩個快速接頭及與之相連接的密封細軟管和其內的電纜，其特征是它還包括一對變徑快速接頭及其間的粗軟管內的插頭與插座，且變徑快速接頭間由密封粗軟管相套接。以實現電纜在密封粗軟管內穿行，以及其電纜上的電纜插頭與插座在其內相插接。
本實用新型專門設計的作為水下電纜的密封接插件的變徑快速接頭，來實現容納電纜上的插頭與插座。
上述變徑快速接頭的實質是由兩端分別旋有小螺帽和大螺帽的小密封嘴與大密封嘴的快速接頭。
本實用新型的特點是第一，浮體和錨協的調配置可保證整個裝置在水中垂向和橫向的穩定，并能保持本裝置在水面與水底之間實現半潛式作業，從而可以適應大風浪惡劣海況條件下的工作環境；第二，本裝置由單片機控制，可實現水下全自動采樣，且一次采樣數量多，一次投放最多可采得24瓶水樣，采樣準確，可靠性好，樣品無污染、無泄漏。；第三，新型密封電纜使用、維修簡便，成本低廉，可靠性好。
圖1本實用新型的總體結構示意圖。
圖2本實用新型的軟件流程示意圖。
圖3本實用新型的采水裝置總體結構示意圖。
圖4本實用新型的電磁閥主要功能部件示意圖。
圖5本實用新型的采水密封裝置結構示意圖。
圖6本實用新型的采水瓶結構示意圖。
圖7本實用新型的采水裝置工作過程示意圖。
圖8本實用新型的密封電纜總體結構示意圖。
圖9本實用新型的密封電纜變徑快速接頭連接結構分解示意圖。
圖10本實用新型的采水裝置與中央控制裝置連接示意圖。
其中，1浮體，2鋼纜，3提桿，4載體，5尾翼，6導流罩，7采水裝置，8電纜，9中央控制裝置，10錨鏈，11錨，12電磁閥端子，13電磁閥，14螺栓，15采水密封裝置，16采水瓶，17彈簧，18動磁鐵，19減壓密封件，20導向連接件，21密封件，22采水瓶口，23采水瓶體，24放水口，25連接線，26快速接頭，27細軟管，28變徑快速接頭，29粗軟管，30電纜插頭，31電纜插座，32小密封帽，33小錐形密封嘴，34大錐形密封嘴，35大密封螺帽。
具體實施方式
如圖1、圖3和圖10，本實用新型包括采水裝置7、電纜8與相連接含有軟件的中央控制裝置9及其承載的載體4，該載體4分別由提桿3與鋼纜2連接于上部的浮體1，其特征是它還包括載體4兩側分別設置的尾翼5和導流罩6。上述尾翼5為一個長方形平板狀構件，導流罩6為一個四棱錐狀構件，它們與方形框架狀載體4之間分別由緊固螺栓連接即可。
在載體4的下方設置一個由錨鏈10相連接的錨11，并以錨11與錨鏈10為配重物與浮體聯合作用而達到需要的水深。實現半潛式作業。
上述采水裝置7包括有上部的密封電纜8連接與控制的電磁閥13，電磁閥13下部通過螺栓14連接的受控的采水密封裝置15，和采水密封裝置15之下的采水瓶16組成的一個常閉結構的采水密封裝置，且用兩級減壓的方式開啟采水瓶16，并分多行多列排列固定在中央控制裝置9的周圍并以電纜8連接。采水裝置為新型常閉式電動采水裝置，由電磁閥、兩端帶螺紋的連接螺栓、采水密封裝置和采水瓶四部分構成，該裝置最上部的電磁閥端子12與其下的電磁閥13連接；電磁閥下部為采水密封裝置15，通過電磁閥中動磁鐵18下部的螺孔和采水密封裝置上部的減壓密封件19羅紋連接；采水密封裝置15之下為采水瓶16，它與電磁閥之間通過連接螺栓14相連。其中，減壓密封件上部螺紋與動磁鐵18下部的螺孔配合，本實用新型的采水裝置7分四行六列排列固定在中央控制裝置9的周圍并以電纜8連接。本實用新型的采水裝置7可多達24個。
如圖5，上述采水密封裝置15由減壓密封件19、導向連接件20和采樣瓶口密封件21三部分組成。
上述減壓密封件19是被導向連接件20限定的、上部為螺桿，下部為凹槽內有一個圓形密封墊N的短圓柱形擋塊；上述導向連接件20是頂部有圓孔、筒壁上至少有兩個圓周均布的排氣孔M的圓筒形結構件，并與密封件21連接成一體；而密封件21是一個中心軸上有通孔的三級凸臺狀構件，下部的圓環狀凹槽內有一個環形密封墊P。
本實用新型的最上部為空心圓球形浮體1，其下為提桿3，以上二者之間有鋼纜2相連；提桿之下為承載采水裝置7和中央控制裝置9的方形框架狀載體4；中央控制裝置9位于載體的中央，采水裝置7分四行六列排列在中央控制裝置的周圍，中央控制裝置9與采水裝置7之間由密封電纜8相連；提桿3、采水裝置7、中央控制裝置9與載體4之間分別由螺栓連接(其中螺栓連接圖省略)；載體兩側分別為尾翼5和導流罩6，尾翼為一個長方形平板狀構件，導流罩為一個四棱錐狀構件，它們與載體之間分別也使由緊固螺栓連接；裝置最下部為錨11，它與載體之間由錨鏈10連接。
該采水裝置的工作原理是采樣前，在電磁閥中彈簧17處于壓縮狀態，其推力自上而下通過動磁鐵18、減壓密封件19傳遞到采水瓶口密封件21，依靠21下部的圓環形密封墊壓緊采水瓶口22實現采水瓶的密封；采樣時，電磁閥通電吸合，動磁鐵18首先拉動減壓密封件19向上運動，外界的水體與采水瓶內的空氣通過導向連接件上的圓孔實現交換，從而破壞采水瓶內外的壓力差；然后，動磁鐵通過減壓密封件下部的擋塊拉動整個采水密封裝置離開采水瓶口22，使水樣進入采水瓶體23內；采樣結束后，采水密封裝置恢復到采樣前的狀態，依靠彈簧17的推力實現采水瓶的密封，從而可以實現在采樣前和采樣后的采水瓶內外環境的隔絕，避免了樣品的污染和泄漏。如果不使用這種采水密封裝置，由于作用在采水瓶口密封蓋上的壓力很大，小功率電磁閥根本無法實現上述采樣動作。
如圖8、圖9，本實用新型中的采用的電纜8是一種由新型水下電纜密封構件和普通連接線構成的新型密封電纜，它包括連接線25、快速接頭26、細軟管27、變徑快速接頭28、粗軟管29、普通電纜插頭30和普通電纜插座31。除插頭和插座外，每條密封電纜中的上述各構件均為成對的兩個，兩個快速接頭26的一端分別與本裝置中的中央控制裝置9和采樣裝置的電磁閥13焊接在一起，另一端和變徑快速接頭28之間由細軟管27相連，通過小密封螺帽32壓緊插在小錐形密封嘴33上的細軟管實現密封；兩個變徑快速接頭之間由粗軟管29連接，通過大密封螺帽35壓緊插在大錐形密封嘴34上的粗軟管實現密封；普通電纜25分別依次通過一組變徑快速接頭、細軟管和快速接頭引入中央控制裝置和電磁閥，電纜插頭30、插座31對接后存放于粗軟管29中，從而實現電纜與外界水體的隔絕。該密封電纜的特征是結構簡單，安裝、維修和更換操作簡便，成本低廉。另外，由于在使用時軟管承受的為外壓，所以水壓的增加對電纜的密封性能基本沒有影響，從而保證了水下密封電纜的可靠性。
如圖2，使用時，將本裝置通過通訊電纜與計算機連接，并啟動控制軟件，中央控制裝置9將首先進行初始化，并顯示聯機提示，若聯機不成功，則需要退出控制程序，檢查通訊電纜聯接是否正確，確認無誤后再重復上述過程；聯機成功后，進行存儲器自檢，若存儲器正常，則進行參數設置，輸入預設的采樣設置指令(采樣開始時間、采樣時間間隔、采樣延續時間、采樣數量)，發送參數并確認返回信息正確后，將中央控制裝置密封后投放到預定工作地點，本裝置將按照預設的采樣開始時間、采樣間隔和采樣數量進行自動采樣，即當到達設定的采樣時刻時，由中央控制裝置發出預設的采樣開始指令，接通指定編號采樣裝置的電源，驅動該采樣裝置上的電磁閥打開采水瓶；采水瓶裝滿后，中央控制裝置發出預設的采樣結束指令，切斷指定編號采樣裝置的電源，電磁閥的動作部件自動恢復，將采水瓶密封；在工作過程中，中央控制裝置將采樣數量記錄(采樣設置時刻、采樣序號、采樣瓶號、采樣開始時間、采樣時間間隔和采樣結束時間)自動存儲到其存儲器中。當預定采樣工作全部中央控制裝置上的通訊接口將采樣數據回放到計算機。
本實用新型最適用于200m淺水區的懸浮泥沙現場自動采樣，可采用半潛式作業，也可以將其懸掛在水體中的固定物體(如浮標)上使用，特別適合水下長期自動采樣和惡劣海況條件下的水下采樣作業，從而可以獲得常規采水裝置無法取得的寶貴資料。單臺裝置一次投放可采集24瓶懸浮泥沙水樣，采樣間隔可在5min-999h之間自由選擇，單瓶采樣數量可根據需要自由調整，并且采用了常閉式采樣機構和新型密封電纜，最大限度地降低了樣品污染，成本低廉，可靠性好，維修簡便、快捷。
按照作業方法，本裝置主要有以下三種實施方式1 單臺裝置獨立使用將單臺本裝置投放到某一作業地點的指定深度，進行單層水樣的定點采集；2 垂向剖面觀測將多臺本裝置投放到某一作業地點的不同深度，進行多層水樣的同步定點采集；3 橫向剖面觀測將多臺本裝置投放到多個采樣地點的指定深度，進行單層或多層水樣的同步定點采集。
權利要求1.一種懸浮泥沙現場自動采樣裝置，包括采水裝置(7)、電纜(8)與相連接含有軟件的中央控制裝置(9)及其承載的載體(4)，該載體(4)分別由提桿(3)與鋼纜(2)連接于上部的浮體(1)，其特征是它還包括載體(4)兩側分別設置的尾翼(5)和導流罩(6)，上述尾翼(5)為一個長方形平板狀構件，導流罩(6)為一個四棱錐狀體，它們與方形框架狀載體(4)之間分別由螺栓緊固連接。
2.如權利要求1所述的懸浮泥沙現場自動采樣裝置，其特征是在載體(4)的下方設置一個由錨鏈(10)相連接的錨(11)，并以錨(11)與錨鏈(10)為配重物與浮體(1)聯合作用而達到半潛的水深。
3.如權利要求1所述的懸浮泥沙現場自動采樣裝置，其特征是上述采水裝置(7)包括有上部的密封電纜(8)連接與控制的電磁閥(13)，電磁閥(13)下部通過螺栓(14)連接的受控的采水密封裝置(15)，和采水密封裝置(15)之下的采水瓶(16)組成的一個常閉結構的采水密封裝置，且用兩級減壓的方式開啟采水瓶(16)，并分多行多列排列固定在中央控制裝置(9)的周圍并以電纜(8)連接。
4.如權利要求3所述的懸浮泥沙現場自動采樣裝置，其特征是上述采水密封裝置(15)由減壓密封件(19)、導向連接件(20)和采水瓶口密封件(21)三部分組成。
5.如權利要求1所述的懸浮泥沙現場自動采樣裝置，其特征是上述電纜(8)是它包括普通電纜(25)、快速接頭(26)、細軟管(27)、變徑快速接頭(28)、粗軟管(29)、普通電纜插頭(30)和普通電纜插座(31)。
專利摘要一種用于水下的懸浮泥沙現場自動采樣裝置。包括采水裝置、電纜與相連接含有軟件的中央控制裝置及其承載的載體，該載體分別由提桿與鋼纜連接于上部的浮體，其特征是它還包括載體兩側分別設置的尾翼和導流罩，在載體的下方設置一個由錨鏈相連接的錨，并以錨與錨鏈為配重物與浮體聯合作用而達到需要的水深，實現半潛式全自動采樣，從而可以適應大風浪惡劣海況條件下的工作環境，上述采水裝置包括有上部的密封電纜連接與控制的電磁閥，電磁閥下部的通過連接螺栓連接的受控的采水裝置，和采水裝置之下的采水瓶，是一個常閉結構的采水密封裝置，且用兩級減壓的方式開啟采樣瓶。一次采樣24瓶水樣，采樣準確，可靠性好，樣品無污染、無泄漏。
文檔編號G01N1/10GK2880917SQ200520126660
公開日2007年3月21日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年12月29日
發明者李澤林, 張道建, 夏達英, 王慧艷 申請人:國家海洋局第一海洋研究所