[发明专利]一种基于单片机的振动式沉积物采集仪及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术与沉积物样本采集技术领域，涉及到一种基于单片机的振动式沉积物采集仪及其控制方法。

背景技术

水底沉积物可以分为表层沉积物与深沉沉积物，受到沉积物特性与来源不同的影响，污染物在深度上的组分与浓度也不一致。表层沉积物由于含水量较大，因此受到外界的干扰时其物质形态与结构特征很容易受到影响。目前，在河流、湖泊与水库等水源地获取水底沉积物的技术手段及其设备有多种。主要沉积采集方式包括挖式、抓斗式、重力式、锤击式与振动式等采集设备采集沉积物样本。

这些采集方式主要存在以下不足：第一，沉积物采集仪在采集沉积物的过程中干扰较大，很容易破坏了表层沉积物原有的物理结构；第二，采集方式过度依赖于自身重量和下降时的冲力，导致样品采集深度受到限制，而且采样管空间利用不充分；第三，受到重心过高和水域流速影响无法获知是否倾斜，导致采样器中的样本不一定能够代表实际的沉积物分布情况。

目前已有的振动式沉积物采集仪，例如，秦华伟的《利用静水压力驱动的沉积物取样器》主要是依赖深水的静水压力，而且应用于海洋等深水底部岩层沉积物的采集领域。该种采集方式需要较高的静水压才能完成振动式采集，对底层沉积物扰动较大，不能监测与控制整个采集过程，因此在水库与湖泊等浅水领域并不能有效取出代表性的样本。

显然，目前沉积采集方式不具备微扰动与稳定高效采样以及监控采样过程的特点，因此有必要将依靠重力或冲力并且不可调的采集方式更新为冲力可调的动力式采集。研发检测控制单元、激振器并设计上位机，使整个仪器以及采集过程能够在监控下进行，实现微扰动与稳定高效地采集代表性沉积物样品的目的。

发明内容

本发明所要解决的问题是现有沉积物采集仪不能够在监控下实现沉积物微扰动与稳定高效采集的目的，提供了一种基于单片机的振动式沉积物采集仪及其控制方法。通过该采集方式，沉积物采样器可以实现微扰动与稳定高效采样，同时工作人员可以实时监测与控制水下采集的状态与过程。该方法适用于河流、湖泊与水库等水源地的沉积物样本采集。

本发明采用的具体技术方案是：

一种基于单片机的振动式沉积物采集仪控制方法是由绳缆、电缆、振动器、检测控制单元、样品采集单元、密封箱以及电源模块组成。电源模块为检测控制单元与振动器提供电能，检测控制单元与振动器密封在密封箱中，样品采集单元通过螺栓固定在密封箱下面。

绳缆通过吊环连接着振动式沉积物采集仪，在采集的过程中具有下放与提拉采集仪的作用。

电缆由上往下经过密封箱，连接电源模块、振动器与检测控制单元。电缆有两个作用：一是为检测控制单元与振动器提供电源；二是为检测控制单元与上位机传输信号。

振动器由直流电机、T型换向器以及偏心块组成。直流电机动力输出轴连接在T型换向器的纵轴，两轴通过联轴器联接固定，直流电机直立在T型换向器上，直流电机连接着电缆。T型换向器采用由一个纵轴和两个转向相反的横轴连接形式，T型换向器的两个横轴通过螺纹连接两个形状与大小一样的偏心块。整个振动器通过螺栓固定在密封箱内。

检测控制单元由单片机控制系统、上位机、数据采集模块、深度传感器测量模块、水平传感器测量模块与转速传感器测量模块组成。单片机控制系统通过电缆连接着上位机，并且通过数据采集模块连接着三种传感器测量模块，单片机控制系统密封在密封箱中。单片机控制系统作为整个控制系统的核心单元，不仅可以通过传感器收集采集仪的工作状态，而且接收上位机传来的操作指令，用来控制电机的转速。上位机用来显示采集仪采集的沉积物情况，并且将控制指令发送到单片机控制系统。深度传感器测量模块搭载在密封箱的外面，测量信号通过信号线输入到密封箱中的单片机控制系统。深度传感器测量模块主要有两个作用，一是测量采集仪是否到达水底，二是测量采集仪在振动过程中沉入水底的深度。水平传感器测量模块固定在密封箱中，通过信号线与单片机控制系统连接。水平传感器测量模块是用来测量采集仪在水下是否发生倾斜。转速传感器测量模块固定于T型换向器边缘，通过信号线与单片机控制系统连接，用于测量电机的转速。传感器将测量的信号通过单片机控制系统传输到上位机中，实现对水下采集仪工作状况的监测。上述的电路中采用开关电源模块将交流电转换为直流电为各个单元提供电量。考虑到整个检测控制单元在水下工作，因此需要良好的密封装置，防止仪器进水现象的发生。