СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ ПРОБООТБОРНИК Российский патент 1998 года по МПК G01N1/10 

Изобретение относится к приборам и оборудованию для отбора проб вещества, оседающего в воде, и может быть использовано при проведении геологических исследований.

Известен пробоотборник для отбора проб вещества, оседающего в водной толще (Авторское свидетельство СССР N 1624306, кл. G 01 N 1/10, 1991). Этот пробоотборник рассматривается как аналог. Его недостатком является то, что он имеет только один накопительный стакан, это не дает возможности определить изменение потока вещества во времени.

Прототипом предлагаемого пробоотборника является изобретение, содержащее раму, воронку для сбора вещества, перекрытую решетчатым экраном, механизм смены накопительных стаканов с накопительными стаканами, включающими шаговый электродвигатель, кинематически связанный с подвижным диском, на котором закреплены накопительные стаканы, и блок управления шаговым двигателем с таймерным устройством (Honjo S. and Doherty K. Large aperture time-series sediment traps; design objectives, construction and application // Deep-Sca Research. 1988. V. 35. N 1. P. 133-149).

Сущность работы прототипа заключается в том, что от таймерного устройства через определенные промежутки времени включается блок управления шаговым электродвигателем, шаговый электродвигатель в свою очередь поворачивает подвижный диск с накопительными стаканами таким образом, что под нижнюю часть воронки для сбора вещества последовательно, в положение накопления вещества, встают накопительные стаканы. Время сбора вещества одним накопительным стаканом, а также количество стаканов, определяется научной программой исследования. Однако использование электродвигателя в условиях агрессивной среды, например в морской воде, а также при больших давлениях, существующих на глубине, требует применения дополнительных дорогостоящих средств защиты, каковым может являться маслозаполненный или прочный корпус. Кроме того, для управления шаговым двигателем требуется применение специального блока управления. Большое энергопотребление механизма требует применения мощного источника питания, что ограничивает продолжительность автономной работы.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в том, чтобы повысить эффективность, надежность и продолжительность автономной работы пробоотборника.

Для этого пробоотборник содержит раму с закрепленной на ней воронкой для сбора вещества, в верхней части воронка перекрыта решетчатым экраном для предотвращения воздействия турбулентности, в нижней части воронки закреплен механизм смены накопительных стаканов с возможностью размещения на нем нескольких накопительных стаканов, причем упомянутый механизм выполнен в виде двух соосно закрепленных на оси дисков, верхнего неподвижного, закрепленного в нижней части воронки, и нижнего подвижного, на котором крепятся накопительные стаканы. Отличием от прототипа является то, что механизм смены накопительных стаканов снабжен селеноидной катушкой с подпружиненным стержнем с возможностью взаимодействия последнего с подвижным диском, и спиральной пружиной, закрепленной одним концом к неподвижному диску, а другим - к подвижному, через ось, соосную обоим дискам.

Поставленная задача решается за счет применения пружины в качестве привода вращения диска с накопительными стаканами, а также соленоидной катушки с подпружиненным стержнем в качестве фиксатора, фиксирующего угол поворота упомянутого диска.

На фиг. 1 изображен общий вид пробоотборника; на фиг. 2 - схема предлагаемого пробоотборника; на фиг. 3 - продольный разрез механизма смены накопительных стаканов; на фиг. 4 - продольный разрез соленоидной катушки с подпружиненным стержнем.

Пробоотборник для изучения процессов седиментации включает: раму 1, воронку для отбора пробы 2, снабженную решетчатым экраном 3, механизм смены накопительных стаканов 4 с накопительными стаканами 5, прочный корпус с таймерным устройством 6 (фиг. 1 и 2).

На раме 1 закреплен неподвижный диск 7 механизма смены накопительных стаканов 4 (фиг. 2). Упомянутый диск крепится также к воронке 2 через переходную втулку 8 (фиг. 1 и 3). Посредством оси 9 к неподвижному диску 7 соосно крепится подвижный диск 10, на котором закреплены накопительные стаканы 5 при помощи резьбовых втулок 11 (фиг. 3). Спиральная пружина 12 одним концом крепится к валу 9 при помощи шайбы 13, а другим - к неподвижному диску 7 при помощи стержня 14 (фиг. 3). На неподвижном диске 7 перпендикулярно закреплена соленоидная катушка 15 с подпружиненным стержнем 16, который может взаимодействовать с подвижным диском 10, входя в зацепление с отверстиями 17 этого диска (фиг. 2 и 3).

Соленоидная катушка представляет собой залитый полиуретаном соленоид 18, внутри соленоида расположен сердечник из трансформаторной стали 19, соосно прикрепленный к подпружиненному стержню 16, взаимодействующему с пружиной 20 (фиг. 4).

Пробоотборник работает следующим образом. Перед погружением пробоотборника под воду взводится спиральная пружина 12, а подвижный диск 10 устанавливается таким образом, чтобы нижнее отверстие воронки 2 совпадало со свободным отверстием (не занятое накопительным стаканом 5) в этом диске, в результате чего вещество, попадающее в воронку 2, свободно проходит через упомянутое отверстие, не задерживаясь. В таком положении подвижный диск 10 фиксируется при помощи стержня 16.

После постановки станции по истечении заданного времени от таймерного устройства срабатывает соленоидная катушка 15, втягивая сердечник 19 вместе со стержнем 16, освобождая тем самым подвижный диск 10. Импульс, подаваемый на соленоид 18, является кратковременным и составляет менее 1/10 секунды. За это время диск 10 успевает выйти из зацепления со стержнем 16 и повернуться на заданный угол, до сцепления упомянутого стержня со следующим отверстием 17 в этом диске. Благодаря этому первый из накопительных стаканов встает под нижнее отверстие воронки 2 в положение сбора вещества (фиг. 3). В таком положении накопительный стакан находится заданное время до момента, когда повторно сработает таймерное устройство, и в положение сбора вещества встанет следующий накопительный стакан. При годовой постановке обычно применяют 12 стаканов по числу месяцев в году, при этом накопительные стаканы меняются каждый месяц. Цикл отбора вещества считается завершенным, если диск прошел полный круг. Однако возможен вариант, когда пробоотборник поднимается на поверхность, не отработав полного цикла, например при кратковременных постановках. Интервал времени смены накопительных стаканов задается таймерным устройством и может меняться в зависимости от поставленной научной задачи.

Поставленная задача решается в первую очередь за счет применения надежного и простого механизма смены накопительных стаканов, исключающего применение дополнительных электронных и электромеханических устройств. Угол поворота подвижного диска задается кинематическим способом, что исключает несовмещение внутреннего диаметра нижней части воронки с внутренним диаметром горла накопительного стакана. Для смены накопительного стакана затрачивается энергия, расходуемая на кратковременный импульс менее 1/10 сек. Энергетические затраты значительно ниже, чем при использовании шагового двигателя, это обеспечивает большую автономность работы пробоотборника. Продолжительность автономной работы прибора наиболее важна при исследовании межсезонной изменчивости потока вещества, когда необходимо проводить продолжительные и непрерывные наблюдения.

Соленоидная катушка выполнена в подводном исполнении и не требует дополнительных систем защиты от воздействий давления и морской воды.

Седиментационный пробоотборник предназначен для отбора проб вещества, оседающего в воде, и для геологических исследований. Пробоотборник содержит раму с закрепленной на ней воронкой для сбора вещества и закрепленный в ее нижней части механизм смены накопительных стаканов в виде двух соосно закрепленных на оси дисков верхнего неподвижного, закрепленного в нижней части воронки, и нижнего подвижного, на котором закреплены накопительные стаканы. Механизм смены накопительных стаканов снабжен соленоидной катушкой с подпружиненным стержнем с возможностью взаимодействия последнего с подвижным диском и спиральной пружиной, закрепленной одним концом к неподвижному диску, а другим - к подвижному через ось, соосную обоим дискам. Воронка в верхней части перекрыта решетчатым экраном. Конструкция пробоотборника позволяет повысить эффективность, надежность и продолжительность работы его. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пробоотборник для отбора проб вещества, оседающего в морской воде, содержащий раму с закрепленной на ней воронкой для сбора вещества, в нижней части воронки закрепленный механизм смены накопительных стаканов с возможностью размещения на нем нескольких накопительных стаканов, причем упомянутый механизм выполнен в виде двух соосно закрепленных на оси дисков, верхнего неподвижного, закрепленного в нижней части воронки, и нижнего подвижного, на котором закреплены накопительные стаканы, отличающийся тем, что механизм смены накопительных стаканов снабжен соленоидной катушкой с подпружиненным стержнем с возможностью взаимодействия последнего с подвижным диском, и спиральной пружиной, закрепленной одним концом к неподвижному диску, а другим - к подвижному через ось, соосную с обоими дисками. 2. Пробоотборник по п.1, отличающийся тем, что воронка для сбора вещества в верхней части перекрыта решетчатым экраном, предотвращающим вымывание собранного вещества.