一种基于海洋温跃层的海水取样检测装置

摘要

本发明公开了一种基于海洋温跃层的海水取样检测装置，包括推进箱，所述推进箱的内部从上到下依次固定安装有挡水板、固定板和支撑板，且支撑板的底部开设有取样槽，本发明涉及海水取样技术领域。该基于海洋温跃层的海水取样检测装置，通过设置有取样调换机构，利用驱动电机带动驱动转轴的转动，配合上中心轮外部的限位柱与十字轮的限位槽进行转动，带动了支撑转轴的间歇转动，同时利用第一气缸实现对卡接杆和支柱间的卡接，从而在一次深入取样的过程中，不仅可以实现不同深度取样，而且可以避免往复多次的取样操作，同时可以在取样的过程中避免发生位置的偏移，以此提高了取样过程的效率，摒弃了绳索或是管道的长度限制的阻碍。

说明书

技术领域

本发明涉及海水取样技术领域，具体为一种基于海洋温跃层的海水取样检测装置。

背景技术

海水温跃层是指海水温度随深度出现急剧变化或不连续剧烈变化的阶跃状水层；温跃层在海洋中普遍存在，从几米几十米的表层水到数百米上千米的深层水均存在温跃层。温跃层的强度、厚度变化和分布十分复杂，温跃层中海水密度、温度、溶解氧、pH值和盐度等海水化学要素变化剧烈，而且温跃层对于设备造成的腐蚀性较高，容易致使一些海上工作设备损坏。

参考中国专利，专利名称为：一种海水自动取样装置(专利公开号：CN106840758A，专利公开日：2017.06.13)，包括取样瓶、自动取样机构，所述取样瓶包括上封盖、取样瓶体、下封盖和中心轴，中心轴依次贯穿上封盖、取样瓶体和下封盖的中心，下封盖与中心轴固定连接，上封盖和取样瓶体连接，上封盖和中心轴滑动连接，上封盖位于取样瓶体的上方，下封盖位于取样瓶体的下方，该海水取样装置操作简单，所需能耗非常少，操作稳定性好，取样精度高，并且大大提高了海水取样效率。

对比专利文件：一种海水自动取样装置(专利公开号：CN106840758A，专利公开日：2017.06.13)，现有的取样装置在进行取样的过程中还存在以下问题：

1、取样装置多数直接将样品提取到岸边，不仅存在容易不同深度水液混合的问题，而且操作起来不方便，同时需要一次一个位置的不断采样，致使采样效率慢，精确度低；

2、由于本身海水具有一定的漂浮力，致使取样装置无法深入到一定的深度，而且多数取样装置通过连接管在岸边收集，这样不仅对长度有所限制，且会破坏部分所需的数据精确度；

为此，本发明提供了一种基于海洋温跃层的海水取样检测装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于海洋温跃层的海水取样检测装置，解决了现有的取样装置在进行取样的过程中，会存在无法深入到一定的深度，且不同深度的采样需要往复的进行提取，同时提取的过程中会容易与不同深度的海水进行混合，造成取样效率慢，数值精度不准确的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于海洋温跃层的海水取样检测装置，包括推进箱，所述推进箱的内部从上到下依次固定安装有挡水板、固定板和支撑板，且支撑板的底部开设有取样槽，所述挡水板和固定板之间设置有下沉动力机构，所述固定板和支撑板之间设置有取样调换机构，所述取样调换机构中包括驱动电机和支撑转轴，所述驱动电机固定安装在固定板的底部，且支撑转轴的顶端与固定板的底部转动连接，所述驱动电机输出轴的一端通过联轴器固定连接有驱动转轴，所述驱动转轴的底部固定连接有中心轮，所述支撑转轴的外表面固定连接有十字轮，所述十字轮的外表面设置有限位单元，所述支撑转轴的底端固定连接有转动板，所述转动板的底部设置有海水取样单元，所述中心轮的外表面固定连接有支杆和圆弧板，所述支杆的顶部固定连接有限位柱，所述十字轮的表面开设有圆弧槽和限位槽，所述限位柱的外表面与限位槽的内表面滑动连接，所述圆弧板和圆弧槽的表面接触，所述限位单元中包括第一气缸和压板，所述十字轮的顶部固定连接有卡接杆，所述第一气缸固定安装在固定板的底部，所述第一气缸的底部滑动连接有第一活塞杆，所述第一活塞杆的底端与压板的顶部固定连接，所述压板和固定板的相对侧之间固定连接有第一弹簧，所述压板的底部固定连接有支柱，所述支柱的内部开设有卡接槽，所述卡接杆的外表面与卡接槽的内表面滑动连接。

优选的，所述海水取样单元中包括第二气缸和取样罐，所述第二气缸固定安装在转动板的底部，所述第二气缸的顶部滑动连接有第二活塞杆，所述第二活塞杆的底端与取样罐的顶部固定连接。

优选的，所述取样罐的外表面通过压紧组件与转动板底部的延伸处进行滑动，所述取样罐的内部从上至下依次固定连接有储样罐和动力箱，所述动力箱的内部固定安装有微型水泵，所述微型水泵的进水口连通有进水管。

优选的，所述进水管的一端连通有扩口器，所述扩口器的内部设置有过滤安装组件，所述微型水泵的出水口连通有出水管，所述出水管的一端与储样罐的一侧连通，所述储样罐的外表面固定安装有保温层。

优选的，所述压紧组件中包括压紧块，所述取样罐的表面开设有滑动槽，所述压紧块的顶部固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧的顶部固定连接有连接板，且连接板固定安装在转动板的延伸处。

优选的，所述压紧块的表面固定连接有凸块，所述滑动槽的内表面开设有凹槽，所述压紧块的外表面与滑动槽的内表面滑动连接，所述凸块的外表面与凹槽的内表面滑动连接。

优选的，所述过滤安装组件中包括固定安装在扩口器内部的安装环和过滤板，所述过滤板的表面安装有过滤网芯，所述安装环的内表面开设有延伸槽，所述安装环的内表面且位于延伸槽的一侧开设有转动槽，所述过滤板的外表面固定连接有转动块，所述转动块的外表面与延伸槽的内表面相适配，且转动块的外表面与转动槽的内表面相卡接。

优选的，所述下沉动力机构中包括副动电机，所述副动电机的底部固定安装在固定板的顶部，所述副动电机输出轴的一端通过联轴器固定连接有副动转轴，所述副动转轴的外表面通过传动组件使得传动转轴转动。

优选的，所述传动转轴的底端与固定板的顶部转动连接，所述副动转轴和传动转轴的顶端均贯穿挡水板并延伸至挡水板的外部，所述副动转轴和传动转轴的顶端均固定连接有螺旋桨。

优选的，所述传动组件中包括固定安装在副动转轴外表面的第一传动轮和固定安装在传动转轴外表面的第二传动轮，所述第一传动轮和第二传动轮的外表面通过传动带传动连接。

有益效果

本发明提供了一种基于海洋温跃层的海水取样检测装置。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该基于海洋温跃层的海水取样检测装置，通过设置有取样调换机构，利用驱动电机带动驱动转轴的转动，配合上中心轮外部的限位柱与十字轮的限位槽进行转动，带动了支撑转轴的间歇转动，同时利用第一气缸实现对卡接杆和支柱间的卡接，从而在一次深入取样的过程中，不仅可以实现不同深度取样，而且可以避免往复多次的取样操作，同时可以在取样的过程中避免发生位置的偏移，以此提高了取样过程的效率，摒弃了绳索或是管道的长度限制的阻碍。

(2)、该基于海洋温跃层的海水取样检测装置，通过设置有海水取样单元，利用第二气缸带动取样罐向下移动，并通过微型水泵将海水从进水管和出水管传输到储样罐中进行保存，并通过保温层以保留其在不同深度海水的温度，不经实现了取样的便捷，而且有效的提高了取样产品的数值精确性。

(3)、该基于海洋温跃层的海水取样检测装置，通过设置有压紧组件，利用取样罐在取样完成后的移动过程中，压紧块在滑动槽的内部滑动，直至与进水管接触，并且对进水管挤压不产生缝隙，从而可以实现取样设备的封闭性，同时可以避免灰尘时产生回流的情况，且有效的避免了与其他位置海水混合的问题。

(4)、该基于海洋温跃层的海水取样检测装置，通过设置有过滤安装组件，利用过滤板外表面的转动块与安装环上转动槽之间的卡接，从而实现对过滤网芯的安装，从而有效的避免海水中的颗粒杂质进入对设备造成影响，同时便于进行拆卸清洗和更换，以此减小取样时存在问题的可能性。

(5)、该基于海洋温跃层的海水取样检测装置，通过设置有下沉动力机构，利用副动电机带动副动转轴的转动，配合上第一传动轮和第二传动轮之间的传动，使得副动转轴和传动转轴顶部的螺旋桨进行转动，不仅提供了深入的动力，抵抗海水存在的漂浮力，而且避免了深度对设备管道长度要求的问题。

附图说明

图1为本发明的外部立体结构图；

图2为本发明取样调换机构的立体结构图；

图3为本发明的图2中A处局部结构放大图；

图4为本发明限位单元的立体结构分解图；

图5为本发明海水取样单元的立体结构分解图；

图6为本发明海水取样单元的内部结构主视图；

图7为本发明过滤安装组件的立体结构分解图；

图8为本发明下沉动力机构的立体结构图。

图中：1-推进箱、2-挡水板、3-固定板、4-支撑板、5-取样槽、6-下沉动力机构、61-副动电机、62-副动转轴、63-传动组件、63-1-第一传动轮、63-2-第二传动轮、63-3-传动带、64-传动转轴、65-螺旋桨、7-取样调换机构、71-驱动电机、72-支撑转轴、73-驱动转轴、74-中心轮、75-十字轮、76-限位单元、76-1-第一气缸、76-2-压板、76-3-卡接杆、76-4-第一活塞杆、76-5-第一弹簧、76-6-支柱、76-7-卡接槽、77-转动板、78-海水取样单元、78-1-第二气缸、78-2-取样罐、78-3-第二活塞杆、78-4-压紧组件、78-41-压紧块、78-42-滑动槽、78-43-第二弹簧、78-44-连接板、78-45-凸块、78-46-凹槽、78-5-储样罐、78-6-动力箱、78-7-微型水泵、78-8-进水管、78-9-扩口器、78-10-过滤安装组件、78-101-安装环、78-102-过滤板、78-103-过滤网芯、78-104-延伸槽、78-105-转动槽、78-106-转动块、78-11-出水管、78-12-保温层、79-支杆、710-圆弧板、711-限位柱、712-圆弧槽、713-限位槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于海洋温跃层的海水取样检测装置，包括推进箱1，推进箱1的底部设置有传感器，用于检测深度、压力数值，推进箱1的内部从上到下依次固定安装有挡水板2、固定板3和支撑板4，挡水板2用于防止海水进入到挡水板2、固定板3之间，避免对设备造成损坏，且支撑板4的底部开设有取样槽5，取样槽5便于取样罐78-2的延伸，挡水板2和固定板3之间设置有下沉动力机构6，固定板3和支撑板4之间设置有取样调换机构7，取样调换机构7中包括驱动电机71和支撑转轴72，驱动电机71为三项异步电动机，驱动电机71与外部电源电性连接，驱动电机71固定安装在固定板3的底部，且支撑转轴72的顶端与固定板3的底部转动连接，驱动电机71输出轴的一端通过联轴器固定连接有驱动转轴73，驱动转轴73的底部固定连接有中心轮74，支撑转轴72的外表面固定连接有十字轮75，十字轮75的外表面设置有限位单元76，支撑转轴72的底端固定连接有转动板77，转动板77的底部设置有海水取样单元78，中心轮74的外表面固定连接有支杆79和圆弧板710，限位柱711用于与限位槽713滑动，以此带动十字轮75的转动，支杆79的顶部固定连接有限位柱711，十字轮75的表面开设有圆弧槽712和限位槽713，限位柱711的外表面与限位槽713的内表面滑动连接，圆弧板710和圆弧槽712的表面接触，限位单元76中包括第一气缸76-1和压板76-2，第一气缸76-1与外部电源电性连接，十字轮75的顶部固定连接有卡接杆76-3，卡接杆76-3与卡接槽76-7之间实现滑动卡接，第一气缸76-1固定安装在固定板3的底部，第一气缸76-1的底部滑动连接有第一活塞杆76-4，第一活塞杆76-4的底端与压板76-2的顶部固定连接，压板76-2和固定板3的相对侧之间固定连接有第一弹簧76-5，压板76-2的底部固定连接有支柱76-6，支柱76-6的内部开设有卡接槽76-7，卡接杆76-3的外表面与卡接槽76-7的内表面滑动连接，通过设置有取样调换机构7，利用驱动电机71带动驱动转轴73的转动，配合上中心轮74外部的限位柱711与十字轮75的限位槽713进行转动，带动了支撑转轴72的间歇转动，同时利用第一气缸76-1实现对卡接杆76-3和支柱76-6间的卡接，从而在一次深入取样的过程中，不仅可以实现不同深度取样，而且可以避免往复多次的取样操作，同时可以在取样的过程中避免发生位置的偏移，以此提高了取样过程的效率，摒弃了绳索或是管道的长度限制的阻碍。

请参阅图5-6，海水取样单元78中包括第二气缸78-1和取样罐78-2，第二气缸78-1与外部电源电性连接，第二气缸78-1固定安装在转动板77的底部，第二气缸78-1的顶部滑动连接有第二活塞杆78-3，第二活塞杆78-3的底端与取样罐78-2的顶部固定连接，取样罐78-2的外表面通过压紧组件78-4与转动板77底部的延伸处进行滑动，压紧组件78-4中包括压紧块78-41，压紧块78-41用于将进水管78-8压瘪至无间隙，使得取样罐78-2形成一个密封性空间，取样罐78-2的表面开设有滑动槽78-42，压紧块78-41的顶部固定连接有第二弹簧78-43，第二弹簧78-43的顶部固定连接有连接板78-44，且连接板78-44固定安装在转动板77的延伸处，压紧块78-41的表面固定连接有凸块78-45，凸块78-45与凹槽78-46之间实现滑动卡接，滑动槽78-42的内表面开设有凹槽78-46，压紧块78-41的外表面与滑动槽78-42的内表面滑动连接，凸块78-45的外表面与凹槽78-46的内表面滑动连接，通过设置有压紧组件78-4，利用取样罐78-2在取样完成后的移动过程中，压紧块78-41在滑动槽78-42的内部滑动，直至与进水管78-8接触，并且对进水管78-8挤压不产生缝隙，从而可以实现取样设备的封闭性，同时可以避免灰尘时产生回流的情况，且有效的避免了与其他位置海水混合的问题，取样罐78-2的内部从上至下依次固定连接有储样罐78-5和动力箱78-6，动力箱78-6的内部固定安装有微型水泵78-7，微型水泵78-7与外部电源电性连接，微型水泵78-7的进水口连通有进水管78-8，进水管78-8的一端连通有扩口器78-9，扩口器78-9的内部设置有过滤安装组件78-10，微型水泵78-7的出水口连通有出水管78-11，出水管78-11的一端与储样罐78-5的一侧连通，储样罐78-5的外表面固定安装有保温层78-12，保温层78-12用于保持样品采集后的原有温度，通过设置有海水取样单元78，利用第二气缸78-1带动取样罐78-2向下移动，并通过微型水泵78-7将海水从进水管78-8和出水管78-11传输到储样罐78-5中进行保存，并通过保温层78-12以保留其在不同深度海水的温度，不经实现了取样的便捷，而且有效的提高了取样产品的数值精确性。

请参阅图7，过滤安装组件78-10中包括固定安装在扩口器78-9内部的安装环78-101和过滤板78-102，过滤板78-102的表面安装有过滤网芯78-103，过滤网芯78-103用于海水中存在的颗粒杂质进行过滤，安装环78-101的内表面开设有延伸槽78-104，安装环78-101的内表面且位于延伸槽78-104的一侧开设有转动槽78-105，过滤板78-102的外表面固定连接有转动块78-106，转动块78-106与转动槽78-105实现滑动卡接，转动块78-106的外表面与延伸槽78-104的内表面相适配，且转动块78-106的外表面与转动槽78-105的内表面相卡接，通过设置有过滤安装组件78-10，利用过滤板78-102外表面的转动块78-106与安装环78-101上转动槽78-105之间的卡接，从而实现对过滤网芯78-103的安装，从而有效的避免海水中的颗粒杂质进入对设备造成影响，同时便于进行拆卸清洗和更换，以此减小取样时存在问题的可能性。

请参阅图8，下沉动力机构6中包括副动电机61，副动电机61为三项异步电动机，副动电机61与外部电源电性连接，副动电机61的底部固定安装在固定板3的顶部，副动电机61输出轴的一端通过联轴器固定连接有副动转轴62，副动转轴62的外表面通过传动组件63使得传动转轴64转动，传动转轴64的底端与固定板3的顶部转动连接，副动转轴62和传动转轴64的顶端均贯穿挡水板2并延伸至挡水板2的外部，副动转轴62和传动转轴64的顶端均固定连接有螺旋桨65，传动组件63中包括固定安装在副动转轴62外表面的第一传动轮63-1和固定安装在传动转轴64外表面的第二传动轮63-2，第一传动轮63-1和第二传动轮63-2的外表面通过传动带63-3传动连接，通过设置有下沉动力机构6，利用副动电机61带动副动转轴62的转动，配合上第一传动轮63-1和第二传动轮63-2之间的传动，使得副动转轴62和传动转轴64顶部的螺旋桨65进行转动，不仅提供了深入的动力，抵抗海水存在的漂浮力，而且避免了深度对设备管道长度要求的问题。

其中对于垂向混合坐标温跃层计算模型的设计：海洋温跃层模式以SBPOM海洋环流模式为基础，该模式是并行版本的POM海洋环流模式，项目之前设计的复杂海况下海浪对海表面通量影响、海浪对海洋内部环流场影响的动力学模型将加入SBPOM模式的动力学方程中；与此同时，本项目提出一种新型σ-z混合坐标；它的流场计算采用σ坐标，温度和盐度计算采用σ-z坐标，吸收了σ坐标在浅水区和z坐标在其它区域计算海温盐度计算的优点；计算过程中，通过采用扣除局域水平平均密度层结来解决σ坐标斜压梯度力计算误差大的问题，并引入高精度Eulerian-Lagrangian方法，进行适应流和温盐计算不同垂向坐标的改造，实现流和温盐计算的衔接。该计算模型充分考虑了海浪对上层海洋的作用，并能够精细化计算上层海洋的流场(包括温度和盐度)，以z＝-H

式中：

H——静止水深；

η——水位；

D——总水深，D＝H+η；

H

在H≤H

②σ-z坐标上的斜压梯度力计算

斜压梯度力的误差一直以来是σ坐标无法回避的问题，本项目采用扣除局域水平平均密度来解决斜压梯度力计算误差大的问题；

z≥-H

其中，D

通过

Z'

在Z＝Z'

在(i-1,j)点的垂直剖面上将

最后根据(26)和(27)式计算得到

z＜-H

式中：

PIX

PIY

PIX

③混合坐标高精度匹配插值差分格式

为适应温跃层计算模型中流和温盐在不同垂向坐标的匹配计算，引入Eulerian-Lagrangian方法，采用项目组前期提出的一阶和二阶混合Lagrangian插值方案，并进一步发展高阶混合Lagrangian插值方案。

以盐度为例说明Eulerian-Lagrangian方法的对流差分格式；盐度计算的σ-z坐标为：z≥-H

(33)和(34)可以写成统一的形式：

F为湍扩散项，F的表达式为：

设(n+1)Δt时刻位于网格点Q的水质点nΔt时刻位于P点，则

S

(n+1)Δt时刻网格点Q的盐度变化由两种动力作用造成，一是对流作用，即网格点Q的水体被P点nΔt时刻水体所取代，具有P点nΔt时刻的盐度特征，二是湍扩散作用；这就是近年来物质对流扩散中所采用的Eulerian-Lagrangian方法；研究各网格点盐度随时间的变化来描述盐度场的时空变化，这是Euler的观点；为计算某时刻网格点的盐度，又要寻找该时刻位于该网格点的水质点在前一时刻的历史位置和历史盐度值，这是Lagrange的观点；用这种方法计算对流作用产生的盐度变化，要解决的核心问题归结为两个；一是如何确定P点的坐标位置；二是计算Sn(P)，即在nΔt时刻，如何插值求出P点的盐度,，可采用项目组前期提出的一阶和二阶混合Lagrangian插值方案，也可进一步发展高阶混合的Lagrangian插值方案。

以混合N阶Lagrangian插值方案为例，作简要说明；S

插值系数K

上式可以进一步整理为N次多项式：

S

从理论上来说，高阶Lagrangian插值得到的S

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

工作时，入水下沉工作：通过将该装置放入到海洋中，此时启动副动电机61，利用副动电机61带动副动转轴62的转动，使得第一传动轮63-1通过传动带63-3带动第二传动轮63-2的转动，从而使得副动转轴62和传动转轴64顶部的螺旋桨65同步转动，实现动力下降或上升的过程；

取样工作：启动第二气缸78-1，利用第二气缸78-1带动第二活塞杆78-3的移动，使得其中一个取样罐78-2从取样槽5延伸至海水中，接着通过启动微型水泵78-7，将海水从扩口器78-9传输到进水管78-8，接着传输到与出水管78-11连通的储样罐78-5中，取样完成后，启动第二气缸78-1，使得取样罐78-2进行收回，此时压紧块78-41会在滑动槽78-42内部滑动，直至将进水管78-8压瘪至无间隙；

过滤板更换操作：通过转动过滤板78-102，使得过滤板78-102表面的转动块78-106在转动槽78-105的内部转动，直至延伸槽78-104处，并从延伸槽78-104向外拉出即可实现对过滤板78-102的拆卸，反向操作，即可实现卡接；

取样罐转换工作：此时继续下沉，直至下一个所测深度，通过启动驱动电机71，利用驱动电机71带动驱动转轴73的转动，驱动转轴73带动了中心轮74外部支杆79和圆弧板710的转动，由于十字轮75上的限位槽713与限位柱711卡接后，会带动十字轮75进行一次90度的转动，即可使得第二个取样罐78-2与取样槽5对其，而继续进行采样的过程中，此时的第一气缸76-1会带动压板76-2向下移动，直至支柱76-6下方的卡接槽76-7与卡接杆76-3卡接，实现对转动角度的固定，取样罐78-2在进行收回时，即可带动卡接槽76-7与卡接杆76-3的分离。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。