[发明专利]一种投放式自主表层沉积物取样装置

权利要求书

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；气囊与导气管、气瓶之间为密闭连接，并由两个电磁阀分别控制两根输气管的导通与关闭；

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；

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；

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；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；

该装置通过下述方式实现针对海底表层沉积物的取样：

（1）根据上浮和下潜不同工况的需求，电磁阀快速驱动电路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，使装置实现速度受控的自主下沉和上浮；

在下潜过程中，超声波测距传感器获取装置与水底表面的距离，加速度传感器获取装置的下潜加速度；以经计算得到实际浮力与装置所能提供最大浮力的差值为依据， 通过电磁阀快速驱动电路对两个电磁阀进行如下控制：（a）开启连接高压气瓶的电磁阀，关闭连接低压气瓶的电磁阀，使高压气瓶中的气体自发通向气囊使其打开；或者，（b）关闭连接高压气瓶的电磁阀，开启连接低压气瓶侧电磁阀，使气囊中气体进入低压气瓶而减小其体积；通过交替执行（a）或（b）的操作，使装置的下潜速度趋于稳定并最终处于匀速下潜状态；在接近触底前，通过执行（a）的操作使高压气瓶内的气体进入气囊，使气囊完全胀开，让装置处于减速下潜状态直至触底，完成下潜工作；

（2）调节与水底表面距离和下潜加速度，控制触底时速度以减小对于装置的纵向冲击；触底后花瓣型卡爪在水流压力作用下打开，沉积物跟随水流进入取样管；待装置平稳后，花瓣型卡爪切断表层沉积物样品使其保留在取样管内；取样过程中，水声Modem接收电路处于待机状态；

（3）水声Modem接收电路接收到水面平台的水声遥控指令和信息交换指令后，向系统供电；微处理器模块启动电磁阀快速驱动电路，控制电磁阀向气囊充气；如在预设时间内或浮力已达到最大值超声波测距传感器仍未检测到装置与水底表面的距离有显著变化，则认为装置因取样管扎底过深而无法上浮；此时微处理器模块断开电磁铁的供电，使装置上半部分与取样器单元脱离并上浮以实现回收；反之，如超声波测距传感器的测量数据发生明显变化，则认为装置整体顺利上浮，微处理器模块控制为持续电磁铁供电；上浮过程中，通过控制电磁阀启闭实现气囊的间歇充气，以维持稳定上浮。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在导气管穿过设于上部隔板的通孔处，设有密封部件。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。