一种微塑料采样装置

1.本发明属于采样设备技术领域，具体而言，本发明涉及一种微塑料采样装置。


背景技术：

2.微塑料在全球水体中普遍存在，在对水体中的微塑料进行采样时，通常会用到采样仪器。例如在申请号为201620217213.4、申请日为2016年3月21日、发明创造名称为表层水体拖网的专利申请文件中提到了一种表层水体拖网，包括网头、翼板、网衣和网底瓶。其中，至少两块翼板分别设置在网头的两侧。例如在申请号为201910321839.8、申请日为2019年4月22日、发明创造名称为水面微塑料采集装置的专利申请文件中提到了一种水面微塑料采集装置，包括进样箱、拖网和囊网。其中，进样箱的两侧分别可拆卸地安装有浮力调节翅，浮力调节翅可水平转动调节倾斜角度地安装在进样箱上。
3.微塑料水面采样仪器的设计要求是要使水面维持在网箱截面约1/4处，在上述采样仪器中，用来提供浮力的翼面仅仅是两个普通的平面铁板构成，在水中无法或者很难维持一个稳定的深度。同时，上述采样仪器很容易在使用中出现左右不平衡的情况，实际上很难在拖行过程中保持一个稳定的姿态。
4.实际使用中，若采样仪器的拖行方向处于逆流且水流速度较快时，拖行的采样仪器容易被水流压制在水面以下；在顺流情况下，采样仪器则由于相对速度不够，使得网箱大部分体积都处于水面以上。无论逆流还是顺流，在计算通过网箱的水体流量时都很容易因实际水流通过的截面积与设计不同而产生计算误差，导致微塑料的浓度计算结果不准确。而为了使采样仪器在拖行过程中保持稳定姿态，目前的处置方案是通过将两端固定的绳索拉近船体，依靠绳索拉力来维持网箱的稳定水平姿态。但如此一来，由于网箱过于靠近船体引擎和螺旋桨，其采样经过的水流很容易受到螺旋桨搅动所产生的不稳定水流的影响，从而造成测量误差。


技术实现要素：

5.为了至少部分解决上述问题，本发明提供了一种微塑料采样装置，其技术方案如下：一种微塑料采样装置，包括网箱和安装在所述网箱上的稳定翼，所述稳定翼的后端安装有襟翼，所述襟翼与所述稳定翼铰接连接；所述稳定翼上设有压力杠杆，所述襟翼与所述稳定翼之间设有扭力弹簧；所述扭力弹簧套接在所述襟翼与所述稳定翼铰接连接的铰接轴上，一端抵靠所述襟翼、另一端抵靠在所述压力杠杆的中部与底端之间；所述压力杠杆的底端与所述稳定翼铰接连接、顶端伸出所述稳定翼的上表面；所述压力杠杆的顶端设有阻力片，用于受阻时通过所述压力杠杆驱动所述襟翼向下翻转。
6.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：沿所述稳定翼的宽度方向，所述襟翼的轮廓与所述稳定翼的轮廓在交界处平滑过渡。
7.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：沿所述稳定翼的宽度方向，所述稳定
翼与所述襟翼的宽度比值范围为4:1至2:1。
8.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述稳定翼的上表面设有止挡板；所述止挡板位于所述稳定翼与所述襟翼的交界处，自由端位于所述襟翼的上方，用于阻碍所述襟翼向上翻转。
9.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述阻力片呈倒三角形，表面与所述稳定翼的宽度方向垂直。
10.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述阻力片的安装高度高于预设水面高度。
11.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述压力杠杆为多个，多个所述压力杠杆上的所述阻力片的安装高度相同。
12.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述稳定翼在宽度方向上的外轮廓呈纺锤形；所述稳定翼上表面的弯曲程度大于下表面的弯曲程度，用于在水体中滑行时提供升力。
13.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：沿所述稳定翼的宽度方向由前端向后端，所述稳定翼的厚度先逐渐变厚再逐渐变薄；所述稳定翼的厚度最大值处靠近所述稳定翼的前端。
14.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述稳定翼的下表面为平面。
15.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述稳定翼的下表面为弧形面，且弧形面于两端处的高度大于弧形面两端之间任一点的高度。
16.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述稳定翼为两个，分别安装在所述网箱的左右两侧，两个所述稳定翼的安装高度相同。
17.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述稳定翼的上表面最高点低于预设水面高度。
18.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述网箱上安装有稳定鳍，所述稳定鳍位于所述网箱底面的中部，用于实现所述网箱的航向调节。
19.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述稳定鳍呈拉长的水滴状，由安装端至自由端，所述稳定鳍的截面逐渐减小。
20.如上所述的微塑料采样装置，进一步优选为：所述稳定鳍与所述网箱可拆卸的相连。
21.分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：1.在本发明的微塑料采样装置中，通过设置襟翼、扭力弹簧、阻力片和压力杠杆，能够使得网箱自动、平稳的维持在预设深度，确保采样的准确性，进而使得本实施例在不同流速、不同密度的水体下均可以通过压力杠杆对襟翼的自动调节来调整稳定翼所产生的托举力，调节网箱的入水深度，进而使网箱保持在一个稳定的深度范围内。
22.2.在本发明的微塑料采样装置中，稳定翼上表面的弯曲程度大于下表面的弯曲程度，可以利用伯努利原理在稳定翼上下表面产生压力差，从而为网箱提供托举的升力，改善网箱在水中的运动姿态和稳定性，从而准确控制网箱的实际深度，使得采样更为准确。
23.3.在本发明的微塑料采样装置中，网箱左右两个稳定翼上的襟翼独立运作，能够通过左右两个稳定翼上的压力杠杆独立动作使网箱自动维持一个相对水平的姿态。在采样
时，网箱可以远离船尾并完全依靠两个稳定翼，能够更加有效地排除船体本身动力装置所产生的干扰，提高测量的准确性。
24.4.在本发明的微塑料采样装置中，网箱上安装有稳定鳍，能够改善网箱的航向（纵向）稳定性，并且可以有效改善采样过程中船体本身动力系统对流经网箱的水体的干扰，提高网箱的航向稳定性，从而降低测量的不稳定性和不确定性。
附图说明
25.图1为本发明的微塑料采样装置的结构示意图。
26.图2为本发明的襟翼在初始状态的示意图。
27.图3为本发明的襟翼在下翻时的示意图。
28.图中：1-网箱；2-稳定翼；3-襟翼；4-阻力片；5-压力杠杆；6-扭力弹簧；7-止挡板。
具体实施方式
29.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。
30.在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
31.请参考图1至图3，其中，图1为本发明的微塑料采样装置的结构示意图；图2为本发明的襟翼在初始状态的示意图；图3为本发明的襟翼在下翻时的示意图。
32.如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，提供了一种微塑料采样装置。具体的，微塑料采样装置包括网箱1和安装在网箱1上的稳定翼2。其中，稳定翼2的后端安装有襟翼3，襟翼3与稳定翼2铰接连接，襟翼3与稳定翼2之间可相对转动，当稳定翼2在水体中滑行时，襟翼3可以在竖直面上下摆动。稳定翼2上设有压力杠杆5，襟翼3与稳定翼2之间设有扭力弹簧6。扭力弹簧6套接在襟翼3与稳定翼2铰接连接的铰接轴上，一端抵靠襟翼3、另一端抵靠在压力杠杆5的中部与底端之间，抵靠处位于压力杠杆5的中下部。压力杠杆5的底端与稳定翼2铰接连接、顶端伸出稳定翼2的上表面，并且，压力杠杆5的顶端设有阻力片4，阻力片4能够在受阻时通过压力杠杆5驱动襟翼3向下翻转。
33.在本实施例中，扭力弹簧6在安装时设有预紧力，扭力弹簧6向襟翼3提供向上翻转的压力，并使得襟翼3与稳定翼2贴合在一起。当按照常用的2-3节速度拖动网箱1时，若网箱1低于预设深度时，水面接触阻力片4，水面向阻力片4施加向后的作用力，阻力片4带动压力杠杆5向后偏转，进而扭力弹簧6的预紧力减小，襟翼3能够向下偏转，从而改变稳定翼2和襟翼3所组成的翼型。襟翼3向下偏转时，襟翼3和稳定翼2下表面处阻力增大，能够为襟翼3和稳定翼2增加升力，从而带动网箱1上升。当网箱1上升至预定深度时，阻力片4已经脱离水
面，扭力弹簧6的预紧力增大，襟翼3向上偏转，达到初始状态，襟翼3不再提供额外的上升力，进而能够使得网箱1自动、平稳的维持在预设深度，确保采样的准确性，进而使得本实施例在不同流速、不同密度的水体下均可以通过自动调节来维持网箱1的当前位姿，使网箱1保持在一个稳定的深度范围内。
34.如图1所示，在本发明的一个实施例中，沿稳定翼2的宽度方向，襟翼3的轮廓与稳定翼2的轮廓在交界处平滑过渡，进而使得稳定翼2与襟翼3在整体上更为平滑，减小稳定翼2与襟翼3在连接处的阻力，使得襟翼3和稳定翼2在水体中滑行时更为顺畅。
35.如图1所示，在本发明的一个实施例中，沿稳定翼2的宽度方向，稳定翼2与襟翼3的宽度比值范围为4:1至2:1，例如可以是4:1，可以是7:2，可以是3:1，可以是5:2，可以是2:1，还可以是上述列举数值中任意两个数值中间的任意值。优选的，在本实施例中，稳定翼2与襟翼3的宽度比值为3:1，襟翼3既能够起到明显的调节作用，又不会影响稳定翼2在滑行时的稳定性。
36.进一步的，在本实施例中，襟翼3的长度与稳定翼2的长度相同，能够在稳定翼2的整个长度范围内辅助稳定翼2保持平稳。
37.如图2所示，在本发明的一个实施例中，稳定翼2的上表面设有止挡板7，具体的，止挡板7位于稳定翼2与襟翼3的交界处，止挡板7的自由端位于襟翼3的上方，能够阻碍襟翼3向上翻转。在实际使用过程中，襟翼3仅可以向下翻转，配合稳定翼2来增大升力，而不会造成稳定翼2扎入水体中。
38.如图1所示，在本发明的一个实施例中，阻力片4呈倒三角形，阻力片4的表面与稳定翼2的宽度方向垂直，在调节时阻力片4的调节幅度逐渐加大，能够在调节时维持平稳。
39.进一步的，在本实施例中，阻力片4的安装高度高于预设水面高度。当网箱1在预设深度行进时，阻力片4不起到调节作用，当网箱1在低于预设深度行进时，阻力片4与水面接触，开始起到调节作用。
40.如图1所示，在本发明的一个实施例中，压力杠杆5为多个，多个压力杠杆5上的阻力片4的安装高度相同，能够确保调节的可靠性。
41.如图1所示，在本发明的一个实施例中，稳定翼2在宽度方向上的外轮廓呈纺锤形，稳定翼2上表面的弯曲程度大于下表面的弯曲程度，在水体中滑行时能够提供升力。
42.具体而言，在本实施例中，稳定翼2上表面的弯曲程度大于下表面的弯曲程度，可以利用伯努利原理在稳定翼2上下表面产生压力差，从而为网箱1提供托举的升力，改善网箱1在水中的运动姿态和稳定性。当按照常用的2-3节速度拖动网箱1时，若网箱1在水体中的实际深度比预设深度深、稳定翼2没入水中时，稳定翼2上下表面的水体产生流速差，进而能够在稳定翼2上下表面产生压力差，托举稳定翼2上升，提升稳定翼2的高度，使得网箱1趋于预设深度，从而准确控制网箱1的实际深度，使得采样更为准确。
43.如图2所示，在本发明的一个实施例中，沿稳定翼2的宽度方向由前端向后端，稳定翼2的厚度先逐渐变厚再逐渐变薄，并且，稳定翼2的厚度最大值处靠近稳定翼2的前端，整体上呈现前厚后薄的形状，不仅能够为网箱1提供升力，还便于在水体中滑行，能够减小滑行时受到的阻力。
44.在本实施例中，作为一种可实施方案，稳定翼2的下表面可以为平面，稳定翼2的上表面为弧形面，且弧形面于两端处的高度小于弧形面两端之间任一点的高度。在本实施方
案中，可以通过改造现有翼面来实现。具体的，保持现有翼面的下表面不动，而改造现有翼面的上表面，使得改造后的翼面能够利用伯努利原理提供升力。
45.在本实施例中，作为另一种可实施方案，稳定翼2的下表面为弧形面，且弧形面于两端处的高度大于弧形面两端之间任一点的高度；稳定翼2的上表面为弧形面，且弧形面于两端处的高度小于弧形面两端之间任一点的高度。在本实施方案中，稳定翼2整体结构更为圆滑，在水中滑行时的阻力可以明显减小。
46.如图1所示，在本发明的一个实施例中，稳定翼2为两个，分别安装在网箱1的左右两侧，两个稳定翼2的安装高度相同。由于网箱1左右两个稳定翼2上的襟翼3是独立运作的，工作时，一旦出现由于船体急转弯或水流速度发生突然切变进而造成网箱1左右升力不平衡的情况，网箱1倾斜方向那一侧的阻力片4就会没入水中被拨动，进而提高该侧的升力系数，从而使网箱1自动维持一个相对水平的姿态。此外，由于托举网箱1并维持水深的作用力从拖拽绳索的垂直分力转移到了网箱1本身的稳定翼2和襟翼3上，因此网箱1可以远离船尾并完全依靠两个稳定翼2，能够极大地排除船体本身动力装置所产生的干扰，提高测量的准确性。
47.进一步的，在本实施例中，为了更加有效的维持网箱1的水平稳定性和深度，稳定翼2的安装位置为网箱1的中上部，使稳定翼2的上表面最高点略低于预设水面高度。当网箱1由于升力过大（拖拽速度过快）浮出水面时，稳定翼2会由于上表面露出水面而丧失升力，网箱1能够在重力作用下下沉，再次进入水中。
48.如图1所示，在本发明的一个实施例中，网箱1上安装有稳定鳍，稳定鳍位于网箱1底面的中部，用来实现网箱1的航向调节，能够改善网箱1的航向稳定性。在现有采样仪器使用时，拖行过程中采样船只的任何水平方向上的移动都会使采样仪器产生不稳定的移动。在固定点位采样时，拖行船只的航行将受到较大的影响，也无法紧急规避水面上的其他船只，存在一定的安全隐患。本实施例的网箱1上安装有稳定鳍，并且能够延长拖曳距离，可以有效改善采样过程中船体本身动力系统对流经网箱1的水体的干扰，提高网箱1的航向稳定性，从而降低测量的不稳定性和不确定性。当水流方向与稳定鳍长度方向产生偏差时，稳定鳍左右两侧的水体流速会产生差异，从而产生横向压力差，能够帮助网箱1向水流方向偏转，实现网箱1的航向自动调节。
49.进一步的，在本实施例中，稳定鳍呈拉长的水滴状，由安装端至自由端，稳定鳍的截面逐渐减小，仿生设计，类似于鱼鳍，能够减小阻力，并保持调节的稳定性。
50.更进一步的，在本实施例中，稳定鳍与网箱1可拆卸的相连，便于拆装更换。
51.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。