高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，包括采样装置主舱体、姿态平衡传感器、推进器、平衡底座和采样器主体；姿态平衡传感器和采样器主体设置在采样装置主舱体内部；推进器设置在采样装置主舱体外侧；平衡底座位于采样装置主舱体底端。本发明专利技术采样装置为具备水下地形高清观测、无扰动采集沉积物柱芯、水体垂向分层精确采样及其关键理化参数实时原位监测于一体的智能采样装置，能灵活运用到复杂条件下的深、浅水体环境中，实现高效精准、无扰动采集湖泊水库、河流海岸等水体大量的序批式完整的沉积物和分层水样，并同步完成分层水样关键理化参数的原位实时监测。

Integrated artificial intelligence sampling device for stratified water sample and sediment column sample of high dam and deep reservoir

【技术实现步骤摘要】
高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置
本专利技术属于高坝深库复杂条件下沉积物和上覆水体关键环境样品的采集与水体物化参数现场实时监测
，尤其涉及一种深大水库水样和沉积物一体化人工智能采集装置。
技术介绍
在环境科学、生态学、地理科学和海洋湖沼学研究领域中，沉积物因完整忠实地记录了水生生态系统中环境变化的各类信息而被广泛用于研究不同时间尺度下人与自然相互作用的重要信息载体，因此专利技术一种高效准确、同步监测和完整获取沉积物及分层水体的一体化智能采样装置至关重要。目前广泛应用的仅针对沉积物样品采集的有彼得森蚌状采样器、插杆式柱状采样器(分别有内径5cm、7.5cm和内径9cm等规格)、重力式柱状采样器(内径规格为11cm)，此外还提出了一种水下沉积物采样机器人概念模式等，这些底泥采样装置多数适用于浅水水体样品采集，对于条件复杂的深水大库的底泥和分层水体采集装置无处购置，这无疑将极大地阻碍了科研工作者对复杂条件下深水环境的深入研究与科学认识。目前，对于深大水库采集柱芯和水体垂向同步监测难度较大，主要包括以下几个方面：1)传统底泥采样方法通常是靠插杆或加挂配重来进行底泥采集，在下沉过程中往往易受风浪水流扰动影响，导致采集成功率低；2)传统采样装置难以实时观测水下地形和底质类型，依靠重力在采样过程将不可避免地造成沉积物表层受到扰动，破坏了沉积物原有的层理结构；3)传统的插杆式采样器在回收采集的沉积物柱芯时，随着泥柱位移逐渐向上，由于水深压力不断变化，造成下层底泥出现掉落，同时还会出现上下层水体掺混现象，使得采集的柱芯和部分底层水体与实际原位的氧化还原条件差别较大，获得的结果往往不真实；4)传统方法都是将沉积物和上覆水体分层采集相隔离开来，加上没有原位实时监测分层水体关键的物化参数，获得的沉积物性质和上覆水体的参数很难进行有效的匹配；5)更为重要的是，传统的采样器通常一次只能完成一个完整柱芯的采集，而沉积物理化性质的时空分异是非常巨大的，这种采样方式势必会造成平行样品间的系统误差增大，往往导致同一区域不同研究结果很难进行有效比对，严重限制了学术成果的交流和学科发展。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化智能采样装置，该采样装置为具备水下地形高清观测、无扰动采集沉积物柱芯、水体垂向分层精确采样及其关键理化参数实时原位监测于一体的智能采样装置，该装置能灵活运用到复杂条件下的深、浅水体环境中(如高坝深库，近海河口及湖泊河流等水体)，实现高效精准、无扰动采集湖泊水库、河流海岸等水体大量的序批式完整的沉积物和分层水样，并同步完成分层水样关键理化参数的原位实时监测，克服了高坝深库样品采集的重大技术难点，极大地改进了传统方法采样成功率低、沉积物易破坏、偏离样品原位真实情况、数据匹配性差和沉积物时空分异大等不足与缺点。技术方案：为了实现上述目的，如本专利技术所述的一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化智能采样装置，包括采样装置主舱体、姿态平衡传感器、推进器、平衡底座和采样器主体；所述姿态平衡传感器和采样器主体设置在采样装置主舱体内部；所述推进器设置在采样装置主舱体外侧；所述平衡底座位于采样装置主舱体底端。所述采样器主体通过机架安装在采样装置主舱体内部，采样器主体由上到下依次设置有高频震动传感器、阵列式采水器、阵列式采泥器、密封舱和照明摄像系统。根据高坝大库水体底部水文条件、地形特征、底质类型复杂多样，通过装配前后端及矢量向下方向的照明摄像系统，如水下高清摄像机(水下图像分辨率不低于1920×1080像素)；原位实时筛选最佳采样位置，避免采样器受到破坏。其中，所述推进器为气体推进器，在采样装置主舱体外侧设置有2-4个，并均匀的分布在采样装置主舱体外侧，通过操作遥控来激发推进器发生前后左右方向的水平位移，同时在采样器主体的外侧也可以设置气体推进器，实现整个采样装置的上下位移，从而获得最佳的采样点位。进一步地，水上操作人员通过控制面板来遥控推进器，从而实现整个采样装置的姿态微调。而后通过调整姿态平衡传感装置、以及通过密封舱的压力调整进而改变浮力，促使采样装置保持水平状态，从而实现采样装置无扰动接触到拟进行采样的沉积物表面，有效防止沉积物在外力作用下发生再悬浮，从而获得完整原始的样品。作为优选，所述高频震动传感器为高频声波振动传感装置，通过高频震动传感器缓慢推动阵列式采泥器向下移动并逐渐接触到沉积物表面。其中，所述阵列式采水器为多通道阵列式采水器，其中每个单通道的采水器体积为500-600ml，并可以实现所采集水样体积为500-600ml。阵列式采水器采用真空负压抽吸来实现对分层水样的采集分层水样采集深度确定主要是通过装配在采样器主体中阵列式采水器各采样管中部的水压感应装置来进行校正，可以根据深大水库水深、跃层季节分布特征，选择不同深度范围的上覆水体的单个或多个样品同步采集，有效地满足对于深水水体垂向跃层性质的研究。同时可以根据深大水库跃层水体关键参数的垂向变异规律，人为设置样品深度间隔，实现智能精准采集垂向分层水体，单通道采集水样体积为500-600ml，每个单通道的采水器体积通常为500-600ml。其中，所述阵列式采泥器为多通道阵列式采泥器，采泥器的采样管长度供选范围为50cm-200cm。可以根据研究目的不同，有效地选择采样管长度，最大地满足了不同学科对沉积物研究的不同需求。进一步地，所述阵列式采泥器采用真空负压方式来实现密封，并通过高频震动传感器来推动阵列式采泥器的采样管无扰动进入水下沉积物中，通过每分钟上千次的微距振动有效采集硬质底泥，如砂砾、黏土等，这不仅有效保障采样管对底泥的采样深度，而且还能避免单次重力撞击对底泥造成的扰动和层理的破坏，提高样品采集的成功率和质量。阵列式采泥器采用真空负压方式来实现密封，当采样完成回收样品时，不会重蹈传统方法封闭不严而导致采样失败的情况，采样管内沉积物不会掉落，有效保障沉积物柱芯的成功采集。所述的阵列式采泥器重点利用高频声波振动传感装置来驱动多通道阵列式采泥器的采样管进行采集完整沉积物柱芯样品，调整高频振动传感器上的回转动力头的高频振动和低速回转，通过围绕平衡点进行重复摆动而形成振动，能量在采泥器的采样管中积累，当达到其固有频率时，引起共振而得到释放、传递。产生的能量通过钻杆的高效传递，使钻杆不断向沉积物中钻进，该装置有效地避免了重力采样器对沉积物表面采样瞬间造成的扰动和破坏，从而获得贴近原位条件的沉积物柱芯样品。其中，所述一体化人工智能采样装置配备有水上智能操作界面，有效地完成采样过程的智能化设置、可视化控制及一体化人工智能完成样品采集，如沉积物柱样高效精准的一体化原位采集。进一步提高人工智能技术在本专利技术中的作用，增强采样装置的鲁棒性。作为优选，所述一体化智能采样装置利用脐带绳作为采样装置的安全绳进行二次保护。当采样器在水中矢量向下时，匀速缓慢地放置安全绳来为采样器提供牵引的能量，同时安全绳还能起到平衡和回收采样装置主舱体的目的。此外，所述阵列式采水器搭载的水质多参数分析仪，完成对特定水深及整个垂向剖面水体的实时观测，并将监测数据实时传送到水面操作系统中。阵列式采水器中搭载多参数水质分析仪(YSI，美国)，同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，包括采样装置主舱体(1)、姿态平衡传感器(2)、推进器(3)、平衡底座(4)和采样器主体(5)；所述姿态平衡传感器(2)和采样器主体(5)设置在采样装置主舱体(1)内部；所述推进器(3)设置在采样装置主舱体(1)外侧；所述平衡底座(4)位于采样装置主舱体(1)底端；所述采样器主体(5)由上到下依次设置有高频震动传感器(6)、阵列式采水器(7)、阵列式采泥器(8)、密封舱(9)和照明摄像系统(10)。

【技术特征摘要】
1.一种高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，包括采样装置主舱体(1)、姿态平衡传感器(2)、推进器(3)、平衡底座(4)和采样器主体(5)；所述姿态平衡传感器(2)和采样器主体(5)设置在采样装置主舱体(1)内部；所述推进器(3)设置在采样装置主舱体(1)外侧；所述平衡底座(4)位于采样装置主舱体(1)底端；所述采样器主体(5)由上到下依次设置有高频震动传感器(6)、阵列式采水器(7)、阵列式采泥器(8)、密封舱(9)和照明摄像系统(10)。2.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述推进器(3)为气体推进器，在采样装置主舱体(1)外侧优选设置有2-4个。3.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述高频震动传感器(6)优选为高频声波振动传感装置。4.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱样一体化人工智能采样装置，其特征在于，所述阵列式采水器(7)为多通道阵列式采水器，其中每个单通道的采水器体积为500-600ml。5.根据权利要求1所述的高坝深库分层水样及沉积物柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈求稳，余居华，余文勇，施文卿，林育青，胡柳明，王智源，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32