一种水下浮泥探测及取样装置和方法

本发明涉及水下浮泥取样，尤其涉及一种水下浮泥探测及取样装置和方法。

背景技术：

1、近年来，人们愈发关注环境的改善和治理，水体环境的保护和改善是其中重要一环，水体环境的主要污染源有外来的垃圾污染以及河道底泥污染，因此对河底污泥进行采样分析是非常有必要的。而目前常用的取泥方式是采用人工手持挖泥器，将取泥钻头插入底泥中，然后转动取泥器，使得铲头在底泥中切割出圆柱状土样后拉出取泥钻头从而获得泥样，但这类取泥器只能采集有一定塑形的底泥，而对于河道底泥中往往呈无塑性的浮泥，采用此类取泥器进行取泥，泥样往往会被水流带走，导致取泥量较少，工作效率低，且该方法易造成泥样扰动，对水流形成二次污染。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种水下浮泥探测及取样装置和方法，可以准确探测水下浮泥层的分布情况，采集水体和浮泥的相关数据，同时可以完成对河底无塑性浮泥的取样分析，提高浮泥取样的效率和准确性，且避免对水流造成二次污染。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种水下浮泥探测及取样装置，包括取样组合筒、驱动机构和探测模块；

4、所述取样组合筒包括取样内筒、外舱筒和上盖筒；所述取样内筒的外侧设有多个所述外舱筒，所述取样内筒的上端设有开口，所述外舱筒的上端密封，所述上盖筒内部非实心，所述上盖筒的下端设有盖板，所述盖板的横截面积大于所述取样内筒的横截面积；

5、所述驱动机构包括液压装置、导杆、取样外套杆、支撑杆和外支架；所述上盖筒上端设有中空的支撑杆，所述支撑杆中空部分与所述上盖筒内部相通，所述支撑杆外表面设有刻度；所述上盖筒外侧设有所述外支架，所述外支架上端设有所述取样外套杆，所述取样外套杆设于所述支撑杆的外侧，所述取样外套杆的上端设有与其固定连接的支撑板，所述支撑板的外侧设有若干个气管孔，所述支撑板与所述液压装置的液压杆固定连接，所述液压杆外圈设有复位弹簧，所述复位弹簧的下端与所述固定板固定连接，所述复位弹簧的上端与所述液压装置固定连接；沿所述上盖筒轴向对称设置两个所述导杆，所述导杆上端纵向设有滑槽，所述上盖筒外侧设有与所述滑槽相对应的限位柱，所述导杆的下端与所述取样内筒通过固定轴连接；

6、所述探测模块包括锥尖外壳、角度传感器、红外线浊度传感器、位移传感器和主控板；所述锥尖外壳设于所述取样内筒的下端，所述角度传感器、所述红外线浊度传感器、所述位移传感器和所述主控板设于所述锥尖外壳的内部，所述红外线浊度传感器对称分布于所述角度传感器的两侧，所述红外线浊度传感器检测口与所述锥尖外壳的锥面相平行，所述位移传感器设于所述红外线浊度传感器的上端。

7、进一步的，所述取样内筒的外壁与所述外舱筒的内壁密封形成多个中空舱室，所述中空舱室沿所述取样内筒轴向堆成分布。

8、进一步的，所述外舱筒的下端设有若干个排水口，所述排水口内设有换向阀。

9、进一步的，所述外舱筒的上端设有若干进气孔，所述进气孔内设有换向阀；所述进气孔与进气管密封连接。

10、进一步的，所述进气管从所述上盖筒和所述支撑杆的中空内部通过，并在所述气管孔处伸出连接至气泵上。

11、进一步的，所述中空舱室内部在取样前装满液体，在取样时通过气泵控制所述中空舱室内的储水量使得所述取样内筒倾斜。

12、进一步的，所述取样内筒与所述外舱筒组合后的下端为锥体，所述锥体的锥角度数为60°至135°。

13、进一步的，所述液压装置的顶部设有固定板，所述固定板上设有固定孔。

14、进一步的，所述盖板的底部设有密封配件，当所述复位弹簧处于复位状态时，所述盖板与所述取样内筒紧密闭合。

15、一种水下浮泥探测及取样方法，采用所述的一种水下浮泥探测及取样装置，包括以下步骤：

16、s1：到达预定取样地点后，对气泵和上位机进行调试准备，并将水下浮泥探测及取样装置与起重机固定连接；

17、s2：下放过程中，当取样组合筒进入水下后，通过改变中空舱室内的气压，使得外界液体从排水口流入并填满中空舱室；

18、s3：红外线浊度传感器和位移传感器实时采集水体数据，当探测到浮泥层与水层的分界线时，将取样信号上传至上位机；

19、s4：当取样组合筒的底端下沉到分界线时，控制取样组合筒发生倾斜；

20、s5：角度传感器实时采集取样组合筒的倾斜角度数据，当取样内筒全部进入浮泥层时，控制取样组合筒停止下沉和倾斜，并控制复位弹簧向下拉伸，使得盖板与取样内筒分离，此时浮泥开始流入取样内筒；

21、s6：浮泥填满取样内筒后，控制复位弹簧回到复位状态，使得盖板与取样内筒紧密闭合，并控制取样组合筒回到竖直状态；

22、s7：控制起重机将装置提升直至顺利升出水面，将取样内筒内的浮泥样品取出，完成浮泥取样。

23、本发明与现有技术相比，有益效果在于：

24、本发明能够通过红外线浊度传感器准确的判断浮泥层的分布位置，并结合位移传感器来计算水体和浮泥层的深度，有效地提高了在水下自动化采集浮泥样品的准确性；通过合理改变中空舱室中的液体储量使得取样内筒按照一定角度倾斜，可有效提高对无塑性浮泥的取样量，并且在倾斜后可以根据角度传感器反馈的数据进行自动回正到竖直位置，然后通过复位弹簧带动外支架上的导杆，使得取样内筒与盖板密封闭合，避免装置提出时水流带走内部泥体，且采样过程中不会对浮泥层造成扰动影响，有效避免对水体形成二次污染；本发明装置结构设计合理巧妙，在浮泥采样过程中可以实现自动控制和手动控制两种方式，并且操作简单高效，能够很好的保证在水下浮泥采样工作的稳定性和安全性。

技术特征：

1.一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，包括取样组合筒、驱动机构和探测模块；

2.根据权利要求1所述的一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，所述取样内筒(600)的外壁与所述外舱筒的内壁密封形成多个中空舱室，所述中空舱室沿所述取样内筒(600)轴向堆成分布。

3.根据权利要求2所述的一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，所述外舱筒的下端设有若干个排水口，所述排水口内设有换向阀。

4.根据权利要求2所述的一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，所述外舱筒的上端设有若干进气孔，所述进气孔内设有换向阀；所述进气孔与进气管密封连接。

5.根据权利要求4所述的一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，所述进气管从所述上盖筒(400)和所述支撑杆(203)的中空内部通过，并在所述气管孔(100)处伸出连接至气泵上。

6.根据权利要求2所述的一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，所述中空舱室内部在取样前装满液体，在取样时通过气泵控制所述中空舱室内的储水量使得所述取样内筒(600)倾斜。

7.根据权利要求1所述的一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，所述取样内筒(600)与所述外舱筒组合后的下端为锥体，所述锥体的锥角度数为60°至135°。

8.根据权利要求1所述的一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，所述液压装置(200)的顶部设有固定板(101)，所述固定板(101)上设有固定孔。

9.根据权利要求1所述的一种水下浮泥探测及取样装置，其特征在于，所述盖板(401)的底部设有密封配件，当所述复位弹簧(201)处于复位状态时，所述盖板(401)与所述取样内筒(600)紧密闭合。

10.一种水下浮泥探测及取样方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的一种水下浮泥探测及取样装置，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种水下浮泥探测及取样装置和方法，涉及水下浮泥取样技术领域，包括取样组合筒、驱动机构和探测模块，所述取样组合筒包括取样内筒、外舱筒和上盖筒，所述驱动机构包括液压装置、导杆、取样外套杆、支撑杆和外支架，所述探测模块包括锥尖外壳、角度传感器、红外线浊度传感器、位移传感器和主控板。本装置可以准确探测水下浮泥层的分布情况，采集水体和浮泥的相关数据，同时可以完成对河底无塑性浮泥的取样分析，提高浮泥取样的效率和准确性，且可避免对水流造成二次污染。

技术研发人员：饶宾期,刘回归,秦鑫,张琰,汪萍,刘华,胡立江,张仲仲
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17