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申请/专利权人：南昌工程学院

摘要：本发明涉及一种农田排水沟底泥采样装置及原位在线检测方法，包括移动机构、采样机构、PLC控制器和电源，所述的移动机构可以带动采样机构做水平移动，所述的电源为采样装置提供电能；所述的采样机构包括液压缸、采样圆筒、采样瓶和锥形密封板，所述的固定杆上设置有测速电动伸缩杆和传感器电动伸缩杆，所述的测速电动伸缩杆上安装测速仪，所述的传感器电动伸缩杆上设置传感器安装盘，传感器安装在传感器安装盘上。本发明的装置通过压力传感设备感知水体与底泥的界面，可以精确提取界面清晰的泥柱样品，可以设置多参数传感器来同步测定底泥的化学指标，且可以实现其化学指标的原位检测，在采样装置下降的过程中实现不同深度水体的化学指标和流速的测量。

主权项：1.一种农田排水沟底泥采样装置，其特征在于：包括移动机构、采样机构、PLC控制器和电源，所述的移动机构带动采样机构做水平移动，所述的电源为采样装置提供电能；所述的采样机构包括液压缸、采样圆筒、采样瓶和锥形密封板，所述的液压缸的缸筒与移动机构安装在一起，所述的采样圆筒为两端开口的圆筒，在采样圆筒的上端设置有限位环，所述的采样圆筒上部均匀设置有四根固定杆，所述的固定杆与所述液压缸的活塞杆固定在一起，所述的固定杆与外圆环固定在一起，所述的锥形密封板由两个半锥形板组成，所述的半锥形板的上端与设置在外圆环上的竖杆轴连在一起，所述的半锥形板的下部外面与拉绳固定在一起，所述的半锥形板的下部内面通过弹簧与设置在采样圆筒底部的弹簧安装杆安装在一起，所述的拉绳通过滑轮与拉绳轮安装在一起，所述的拉绳轮与拉绳电机安装在一起，所述的拉绳电机通过安装板固定在液压缸的缸筒上，所述的采样瓶套合在采样圆筒内，所述的固定杆上设置有测速电动伸缩杆和传感器电动伸缩杆，所述的测速电动伸缩杆上安装测速仪，所述的传感器电动伸缩杆上设置传感器安装盘，传感器安装在传感器安装盘上；所述的移动机构、液压缸、拉绳电机、测速电动伸缩杆和传感器电动伸缩杆分别与PLC控制器连接；所述的移动机构包括两根水平杆和两根横杆，所述的两根横杆固定在水平杆的两端，所述的两根横杆之间设置滑轨，所述的液压缸固定在滑轨上；所述的拉绳为钢丝绳；所述的采样圆筒内表面设置有弹性层；所述的锥形密封板顶点与采样圆筒之间的距离为1-3cm；所述的测速仪为多普勒测速仪；所述的传感器包括溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器、压力传感器和浊度传感器。

全文数据：农田排水沟底泥采样装置及原位检测方法技术领域本发明涉及一种农田排水沟底泥采样装置及原位检测方法，属于农田排水与水环境领域。背景技术农田排水是农田水利的重要组成部分，农业的发展需要灌溉，也离不开排水。人类发展生产的实践经验表明，完善的灌溉排水系统历来都与卓有成效的排水工程密不可分。农田排水沟道是农田水利中一项重要的排水工程设施，发展农业生产过程中，通过修建农田排水沟道将农田内多余的水分包括地面水和地下水排入容泄区河流或湖泊等，使农田处于适宜的水分状况。通过对农田排水沟道理化指标和淤泥状态的研究，使农田排水沟道在满足沟道正常排水要求和保证沟道结构稳定的前提下，能与周围的生态系统河流生态系统、地下水生态系统等相互和谐、协同作用，能够保证物种多样性、减少对资源的剥夺，保持营养和水循环；提高承载能力；有利于提高农田排水沟渠生态系统的自我调节、自我平衡能力；有利于提高农田排水沟渠水体的自净能力，抑制和减轻水质恶化，以维系农田排水沟渠系统的生态环境。有效的从源头控制面源污染，底泥作为排水沟的重要组成部分，既是面源污染的“汇”，在一定条件下也可能转化为污染的“源”。因此，对底泥的研究有重要的现实意义，现有研究农田排水沟底泥大多是基于野外采样，底泥的取样装置也仅有提取排水沟底泥的作用，提取底泥以后再分析其理化指标。但是底泥取出以后化学指标就会有一定的变化，导致其与实际情况不一致，研究结果的精度受到一定的限制，导致应用于实际农田排水沟的污染物质通量计算精度难以满足需求。发明内容本发明提供了一种农田排水沟底泥采样装置及原位检测方法，解决了现有农田排水沟底泥采样装置不能原位测定底泥的化学指标，导致研究的结果与实际偏差较大，无法精确用于实际生产的问题。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种农田排水沟底泥采样装置，包括移动机构、采样机构、PLC控制器和电源，所述的移动机构可以带动采样机构做水平移动，所述的电源为采样装置提供电能；所述的采样机构包括液压缸、采样圆筒、采样瓶和锥形密封板，所述的液压缸的缸筒与移动机构安装在一起，所述的采样圆筒固定筒为两端开口的圆筒，所述的采样圆筒的上端设置有限位环，所述的采样圆筒上部均匀设置有四根固定杆，所述的固定杆与所述液压缸的活塞杆固定在一起，所述的固定杆与外圆环固定在一起，所述的锥形密封板包括由两个半锥形板组成，所述的半锥形板的上端与设置在外圆环上竖杆轴连在一起，所述的半锥形板的下部外面与拉绳固定在一起，所述的半锥形板的下部内面通过弹簧与设置在采样圆筒底部的弹簧安装杆安装在一起，所述的拉绳通过滑轮与拉绳轮安装在一起，所述的拉绳轮与拉绳电机安装在一起，所述的拉绳电机通过安装板固定在液压缸的缸筒上，所述的采样瓶套合在采样圆筒内，所述的固定杆上设置有测速电动伸缩杆和传感器电动伸缩杆，所述的测速电动伸缩杆上安装测速仪，所述的传感器电动伸缩杆上设置传感器安装盘，传感器安装在传感器安装盘上；所述的移动机构、液压缸、拉绳电机、测速电动伸缩杆和传感器电动伸缩杆分别于PLC控制器连接。优选地：所述的移动机构包括两根水平杆和两个横杆，所述的两根横杆固定在水平杆的两端，所述的两根横杆之间设置水平滑轨，所述的液压缸固定在水平滑轨上。本发明的移动机构主要是提供采样机构水平移动的动力装置，针对一些小型灌溉排水沟可以采用上述装置，水平杆固定在排水沟的两边，然后安装采样机构进行采样。针对一些比较大的排水沟，可以采用将上述移动机构固定在船上，然后测定，也可以采取将采样机构固定在船上的其它装置上，如吊臂等，实现将采样机构放在需要的采样位置。优选地：所述的拉绳为钢丝绳。优选地：所述的采样圆筒内表面设置有弹性层。设置弹性层可以有效的将采样瓶紧紧的固定在采样圆筒内部，防止其滑落。优选地：所述的锥形密封板顶点与采样圆筒之间的距离为1-3cm。锥形密封板顶点与采样圆筒之间的距离会影响采样圆筒内底泥，采用1-3cm的距离，可以有效地避免锥形密封板在密封的过程中带入过多的淤泥导致密封阻力大，而且影响采样圆筒内底泥的变化。优选地：所述的测速仪为多普勒测速仪。优选地：所述的传感器包括溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器、压力传感器和浊度传感器。采用传感器可以有效的同步原位测定一些容易变化的理化指标以及会影响底泥性能的指标，使得研究结果更接近于实际情况。优选地：所述的锥形密封板的边缘设置有通孔。设置通过可以有效的降低锥形密封板在密封过程中的阻力，提高其利用寿命。本发明也提供了一种农田排水沟底泥采样及原位检测方法，包括以下步骤：1先将采样机构安装在滑轨的滑块上，连接好电源，将采样瓶套合在采样圆筒内，放松拉绳，使锥形密封板处于密封状态，然后通过PLC控制器设置滑轨移动距离，控制滑轨上的滑块的移动，将采样机构移动到设定的采样位置，2水位传感器测定取样位置的水深，然后通过PLC控制器控制液压缸的活塞杆移动，使采样圆筒达到距离底泥2-5cm的采样深度，然后收紧拉绳，使锥形密封板打开，活塞杆继续移动，2-5cm的上覆水和底泥被压入采样瓶内，当采样结束，拉绳松开，在弹簧弹力的作用在锥形密封板关闭，将采样瓶口密封，活塞杆向上移动，移动过程中，锥形密封板上淤泥从通过流出，活塞杆移动出水面，取下采样瓶，用瓶盖密封，即完成一次采样；3采样过程中根据需要控制测速电动伸缩杆伸长长度和传感器电动伸缩杆伸长长度，测定不同位置水和淤泥的理化指标溶解氧、温度、电导率和流速一次采样，可以完成底泥相关指标的同步在线测量。本发明的有益效果：本发明的采样装置通过锥形密封板来开启和密封采样圆筒，可以有效的防止取样过程中底泥在提升过程中流失或进水，导致底泥成分发生变化，导致测定结果与实际情况偏差过大。而且本发明的装置设置很多传感器来同步测定底泥的理化指标，底泥采样装置对所采集的泥柱扰动最小，取到的泥柱界面清晰，且可以实现其化学指标的原位检测，在采样装置下降的过程中实现不同深度水体的化学指标和流速的测量。通过压力传感器测定水深，可以精确提取界面清晰的泥柱样品上覆水2-5cm，泥柱高度25cm，在设备从排水沟水面下降的过程还可以测量水体中的一些化学指标和水体的流速等。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明的采样装置的结构示意图；图2为图1的A-A向结构示意图；图3为本发明的采样圆筒和采样瓶套合状态图；图4为本发明的移动机构结构示意图；图5为本发明的PLC控制器结构框图；图中，1为移动机构，1-1为横杆，1-2为水平杆，1-3为滑轨；2为拉绳电机，3为拉绳轮，4为液压缸，5为连接杆，6为采样圆筒，7为拉绳，8为竖杆，9为传感器电动伸缩杆，10为传感器安装盘，11为弹簧安装杆，12为弹簧，13为锥形密封板，14为测速电动伸缩杆，15为多普勒测速仪，16为传感器，17为滑轮，18为通孔，19为限位环，20为弹性层，21为采样瓶，22为安装板，23为固定杆，24为外圆环，L为锥形密封板顶点与采样圆筒之间的距离。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作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。如图1-5所示，一种农田排水沟底泥采样装置，包括移动机构1、采样机构、PLC控制器和电源，所述的移动机构1可以带动采样机构做水平移动，所述的移动机构1包括两根水平杆1-2和两个横杆1-1，所述的两根横杆1-1固定在水平杆1-2的两端，所述的两根横杆1-1之间设置滑轨1-3，所述的液压缸4固定在滑轨1-3上。本发明的移动机构1主要是提供采样机构水平移动的动力装置，针对一些小型灌溉排水沟可以采用上述装置，水平杆1-2固定在排水沟的两边，然后安装采样机构进行采样。针对一些比较大的排水沟，可以采用将上述移动机构1固定在船上，然后测定，也可以采取将采样机构固定在船上的其它装置上，如吊臂等，实现将采样机构放在需要的采样位置。在横杆1-1与滑轨1-3之间的连接处也可以设置带齿轮的转动轴和带齿轮的电机，带动采样机构移动，可以将采样机构选择0-180度，方便采样瓶21的拆装。所述的电源为采样装置提供电能；可以采用蓄电池、可充电电源或太阳能电池板等。所述的采样机构包括液压缸4、采样圆筒6、采样瓶21和锥形密封板13，所述的液压缸4的缸筒与移动机构1安装在一起，所述的采样圆筒6固定筒为两端开口的圆筒，所述的采样圆筒6的上端设置有限位环19，所述的采样圆筒6上部均匀设置有四根固定杆23，所述的固定杆23通过连接杆5与所述液压缸4的活塞杆固定在一起，所述的固定杆23与外圆环24固定在一起，所述的锥形密封板13包括由两个半锥形板组成，所述的半锥形板的上端与设置在外圆环24上竖杆8轴连在一起，所述的半锥形板的下部外面与拉绳7固定在一起，所述的半锥形板的下部内面通过弹簧12与设置在采样圆筒6底部的弹簧安装杆11安装在一起，所述的拉绳7通过滑轮17与拉绳轮3安装在一起，所述的拉绳轮3与拉绳电机2安装在一起，所述的拉绳电机2通过安装板22固定在液压缸4的缸筒上，所述的采样瓶套合在采样圆筒6内，所述的固定杆23上设置有测速电动伸缩杆14和传感器电动伸缩杆9，所述的测速电动伸缩杆14上安装测速仪，所述的传感器电动伸缩杆9上设置传感器安装盘10，传感器16安装在传感器安装盘10上；移动机构1、液压缸4、拉绳电机2、测速电动伸缩杆14和传感器电动伸缩杆9分别于PLC控制器连接。拉绳为钢丝绳。采样圆筒6内表面设置有弹性层20。设置弹性层20可以有效的将采样瓶21紧紧的固定在采样圆筒6内部，防止其滑落。锥形密封板13顶点与采样圆筒6之间的距离L为1-3cm。锥形密封板13顶点与采样圆筒6之间的距离会影响采样圆筒6内底泥，采用1-3cm的距离，可以有效地避免锥形密封板13在密封的过程中带入过多的淤泥导致密封阻力大，而且影响采样圆筒6内底泥的变化。测速仪为多普勒测速仪15。传感器16包括溶溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器、压力传感器和浊度传感器。采用传感器可以有效的同步原位测定一些容易变化的理化指标以及会影响底泥性能的指标，使得研究结果更接近于实际情况。锥形密封板13的边缘设置有通孔18。设置通过可以有效的降低锥形密封板13在密封过程中的阻力，提高其利用寿命。本发明的运行过程：一种农田排水沟底泥采样及原位在线检测方法，采用上述采样装置，包括以下步骤：1先将采样机构安装在滑轨1-3的滑块上，连接好电源，将采样瓶21套合在采样圆筒6内，放松拉绳，使锥形密封板13处于密封状态，然后通过PLC控制器设置滑轨1-3移动距离采样位置包括滑轨1-3移动距离、测速电动伸缩杆14伸长长度、传感器电动伸缩杆9伸长长度、液压缸4的活塞杆移动距离，控制滑轨1-3上的滑块的移动，将采样机构移动到设定的采样位置，2压力传感器测定取样位置的水深，然后通过PLC控制器控制液压缸4的活塞杆移动，使采样圆筒6达到距离底泥2-5cm的采样深度，然后收紧拉绳，使锥形密封板13打开，活塞杆继续移动，2-5cm的上覆水和底泥被压入采样瓶21内，当采样结束，拉绳松开，在弹簧12弹力的作用在锥形密封板13关闭，将采样瓶21口密封，活塞杆向上移动，移动过程中，锥形密封板13上淤泥从通过流出，活塞杆移动出水面，取下采样瓶21，用瓶盖密封，即完成一次采样；3采样过程中根据需要控制测速电动伸缩杆14伸长长度和传感器电动伸缩杆9伸长长度，测定不同位置水和淤泥的理化指标溶解氧、温度、电导率和流速一次采样，可以完成底泥相关指标的同步测量。本发明采用采样瓶21取样，取样以后可以及时密封，防止理化指标变化，可以有效的提高测定指标的真实度。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种农田排水沟底泥采样装置，其特征在于：包括移动机构、采样机构、PLC控制器和电源，所述的移动机构可以带动采样机构做水平移动，所述的电源为采样装置提供电能；所述的采样机构包括液压缸、采样圆筒、采样瓶和锥形密封板，所述的液压缸的缸筒与移动机构安装在一起，所述的采样圆筒为两端开口的圆筒，在采用圆筒的上端设置有限位环，所述的采样圆筒密封上部均匀设置有四根固定杆，所述的固定杆与所述液压缸的活塞杆固定在一起，所述的固定杆与外圆环固定在一起，所述的锥形密封板包括由两个半锥形板组成，所述的半锥形板的上端与设置在外圆环上竖杆轴连在一起，所述的半锥形板的下部外面与拉绳固定在一起，所述的半锥形板的下部内面通过弹簧与设置在采样圆筒底部的弹簧安装杆安装在一起，所述的拉绳通过滑轮与拉绳轮安装在一起，所述的拉绳轮与拉绳电机安装在一起，所述的拉绳电机通过安装板固定在液压缸的缸筒上，所述的采样瓶套合在采样圆筒内，所述的固定杆上设置有测速电动伸缩杆和传感器电动伸缩杆，所述的测速电动伸缩杆上安装测速仪，所述的传感器电动伸缩杆上设置传感器安装盘，传感器安装在传感器安装盘上；所述的移动机构、液压缸、拉绳电机、测速电动伸缩杆和传感器电动伸缩杆分别于PLC控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种农田排水沟底泥采样装置，其特征在于：所述的移动机构包括两根水平杆和两个横杆，所述的两根横杆固定在水平杆的两端，所述的两根横杆之间设置滑轨，所述的液压缸固定在滑轨上。3.根据权利要求1或2所述的一种农田排水沟底泥采样装置，其特征在于：所述的拉绳为钢丝绳。4.根据权利要求1或2所述的一种农田排水沟底泥采样装置，其特征在于：所述的采样圆筒内表面设置有弹性层。5.根据权利要求1或2所述的一种农田排水沟底泥采样装置，其特征在于：所述的锥形密封板顶点与采样圆筒之间的距离为1-3cm。6.根据权利要求2所述的一种农田排水沟底泥采样装置，其特征在于：所述的测速仪为多普勒测速仪。7.根据权利要求1所述的一种农田排水沟底泥采样装置，其特征在于：所述的传感器包括溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器、压力传感器和浊度传感器。8.一种农田排水沟底泥采样及原位检测方法，其特征在于：采用权利要求1-7任一项所述的农田排水沟底泥采样装置，包括以下步骤：1先将采样机构安装在滑轨的滑块上，连接好电源，将采样瓶套合在采样圆筒内，放松拉绳，使锥形密封板处于密封状态，然后通过PLC控制器设置滑轨移动距离，控制滑轨上的滑块的移动，将采样机构移动到设定的采样位置，2压力传感器测定取样位置的水深，然后通过PLC控制器控制液压缸的活塞杆移动，使采样圆筒达到距离底泥2-5cm的采样深度，然后收紧拉绳，使锥形密封板打开，活塞杆继续移动，2-5cm的上覆水和底泥被压入采样瓶内，当采样结束，拉绳松开，在弹簧弹力的作用在锥形密封板关闭，将采样瓶口密封，活塞杆向上移动，移动过程中，锥形密封板上淤泥从通过流出，活塞杆移动出水面，取下采样瓶，用瓶盖密封，即完成一次采样；3采样过程中根据需要控制测速电动伸缩杆伸长长度和传感器电动伸缩杆伸长长度，测定不同位置水和淤泥的化学指标溶解氧、温度、电导率、浊度和流速一次采样，可以完成底泥相关指标的同步测量。

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