CN102109420B - 原状底泥沉积物自动采样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原状底泥沉积物自动采样器，涉及环境分析技术，包括电源部分、筒体部分、采样头及密封部分。采样器进入底泥沉积物后，压力开关受电源壳体和采样筒固定件之间的挤压而闭合，减速电机启动，带动采样筒及不锈钢刀口转动采样；当电源壳体与环形重力锤间距离进入接近开关传感器探测范围后，采样停止；采样器提升过程中橡胶隔膜对采样筒下端进行密封。本发明的原状底泥沉积物自动采样器，专门用于河流、湖泊以及浅海区底泥沉积物的原样采样装置，对沉积层相对较硬的环境具有较明显的优势；可对沉积物进行快速有效的采样，实现对于沉积物样品的有效分析。

Description

原状底泥沉积物自动采样器

技术领域

本发明涉及自动采样器，特别是一种原状底泥沉积物。

背景技术

环境分析技术的快速发展使得环境样品的前处理及其检测水平得到极大提高，但目前采样技术的发展尤其是对于原状底泥沉积物样品的采集，不仅受限于环境地理位置，而且受制于采样仪器本身，采样难度较大，过程耗时耗力。目前国际上常用的原状底泥沉积物采样仪器都是重力型或配备气动装置的重力型采样器，这些采样器在沉积物密度较小，质地较松散的环境中使用效果较好，但是对于密度较大，沉积层相对较厚的底泥沉积物，往往不能采集到满意的样品数量和质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种原状底泥沉积物自动采样器，以电池电力驱动结合重力和惯性作用实现对底泥沉积物原状采样，工作人员可利用本发明的装置对河流、湖泊以及浅海区沉积物进行快速有效的采样，实现对于沉积物样品的有效分析。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种原状底泥沉积物自动采样器，包括电源部分、筒体部分、采样头及密封部分，其中：电源部分固接于筒体部分上端，筒体部分下端与采样头及密封部分上端固接，三部分竖直设置，共一中心轴线；

1)电源部分，包括电源壳体、锂电池组、电池充电器、减速电机4、接近开关、压力开关；

锂电池组、减速电机位于电源壳体内，锂电池组2设置于减速电机上端面，两者共轴；减速电机转动轴向下伸出，转动轴下端固接有树脂齿轮；

采样筒固定件上表面固接有连接件，连接件外缘与电源壳体内壁形成滑动配合；起传动作用的树脂齿轮与采样筒固定件动连接；接近开关设在电源壳体下端面外缘，压力开关设在电源壳体下端面中心孔周缘；

电源壳体周缘设有多个轴向通孔，经连接件与重力锤连接；

2)筒体部分，包括采样筒，采样筒固定件，弧形弹性金属销，树脂杆及过滤网，环形重力锤及可转动叶片；

采样筒上端与采样筒固定件用弧形弹性金属销固接，树脂杆位于采样筒中心轴上，树脂杆穿过采样筒固定件中心孔，并与其形成滑动配合，树脂杆下端固接有隔离沉积物的圆形过滤网；

多根不锈钢杆下端与环形重力锤固接，上端分别穿过电源壳体周缘的轴向通孔，与其形成滑动配合，并以调节件确定电源壳体与环形重力锤最大间距；环形重力锤外圆面均布垂直固装有多根叶片连接杆，连接杆外端套有可转动叶片；

3)采样头及密封部分，包括不锈钢刀口，弧形弹性金属销，橡胶隔膜及橡皮环；环形不锈钢刀口下缘为锯齿状结构，上端圆面有直角槽口，圆面对称位置固装有两个带弹簧的弹簧夹子；不锈钢刀口与采样筒之间用弧形弹性金属销固接，橡胶隔膜套在采样筒下端并用橡皮环绑缚固定。

所述的原状底泥沉积物自动采样器，其中：所述环形重力锤，外表面为倒锥形，与垂直方向有20-30°夹角，可减小下沉过程中的阻力，且环形重力锤容易进入表层沉积物，保证采样器竖直工作状态。

所述的原状底泥沉积物自动采样器，其中：利用锂电池驱动减速电机，带动采样器工作；电机的启动利用了采样器的重力作用，电源壳体作用于采样筒固定件上端面，树脂齿轮与采样筒固定件中心齿槽啮合，压力开关闭合，接近开关处于常闭状态，减速电机启动并带动采样筒和不锈钢刀口转动采样；利用接近开关传感器探测与环形重力锤上端面之间的距离，当达到设定距离时，自动切断电路，采样器停止工作。

所述的原状底泥沉积物自动采样器，其中：所述可转动叶片，当采样器下沉时，可转动叶片呈竖直方向，采样器阻力较小，重力对于采样器的作用明显；当减速电机工作时，叶片连接杆受力后使得可转动叶片平铺于沉积物表面，保证了重力锤的稳定和采样器的平衡。

所述的原状底泥沉积物自动采样器，其中：所述环形重力锤及可转动叶片起到对于电源部件的固定作用；当减速电机工作时，电源壳体受电机转矩作用产生反方向力矩，与电源壳体形成滑动配合的多根不锈钢杆(14)将力矩传递到环形重力锤及可转动叶片上，使可转动叶片与沉积物间的摩擦力增加，反向力矩被抵消，保证了采样器正常工作。

所述的原状底泥沉积物自动采样器，其中：所述不锈钢刀口上端面的直角槽口和弹簧夹子，用于采样筒下端的密封，采样开始时不锈钢刀口与采样筒相对位置发生改变，使弹性金属销位于直角槽口的直角点，当采样器被提起时，不锈钢刀口受重力作用与采样筒发生相对滑落，橡胶隔膜的薄膜受弹簧夹子挤压从采样筒下端刮落，实现对采样筒的密封。

所述的原状底泥沉积物自动采样器，其中：所述多个轴向通孔，为四个；多根不锈钢杆，为四根；调节件，为螺母；多根叶片连接杆，为四根。

本发明与现有技术相比较，具有的有益效果是：它是一套专门用于对河流、湖泊以及浅海区底泥沉积物进行快速有效的原样采样装置，不仅有效的利用了采样器的重力和下降过程的惯性作用，更重要的是以电池电力驱动进行深层次采样，使得采样工作简单易实施，所得样品量大，且保证了采集样品的原始状态，对于密度较大，沉积层相对较厚的底泥沉积物显示出明显优势。

附图说明

图1是本发明的原状底泥沉积物自动采样器结构图；

图2是电源部件轴向剖面图，其中，电源壳体1，减速电机4，连接件8，树脂齿轮7，接近开关5，压力开关6；

图3是采样筒固定件及树脂齿轮立体结构图，其中，树脂齿轮7，采样筒固定件9；

图4是图3中A向剖面图；

图5是橡胶密封隔膜及橡皮环立体结构图，其中，橡皮环18a，橡胶隔膜18；

图6是弧形弹性金属销10结构图；

图7是图1中A部的局部放大图，其中，直角槽口19a，不锈钢刀口19，有机玻璃采样筒13，弧形弹性金属销10；

图8是图1中B向剖面图，其中，弹簧夹子20，弹簧20a，有机玻璃采样筒13，不锈钢刀口19，橡皮环18a，橡胶隔膜18；

图9是电源部件的电路连接图，其中，热继电器D，对电路起过载保护作用，压力开关6常开，接近开关5常闭，传感器电源与采样器电源统一。

具体实施方式

如图1所示，是本发明的原状底泥沉积物自动采样器结构图。其中，电源壳体1，锂电池组2，橡胶垫3，减速电机4，接近开关5，压力开关6，树脂齿轮7，连接件8，采样筒固定件9，弧形弹性金属销10，树脂杆11及过滤网12，有机玻璃采样筒13，不锈钢杆14，可转动叶片15，叶片连接杆16，环形重力锤17，橡胶隔膜18及橡皮环18a，不锈钢刀口19，弹簧夹子20。

一种原状底泥沉积物自动采样器，包括电源部分、筒体部分、采样头及密封部分三个部分：

1)电源部分：包括电源壳体1，锂电池组2，充电器，橡胶垫3，减速电机4，树脂齿轮7，接近开关5，压力开关6和连接件8。连接件8用于连接电源部件与采样筒体部件，其上端外缘与电源壳体1内壁形成滑动配合，下端面由螺栓固接于采样筒固定件9上端面；树脂齿轮7安装于减速电机4轴端，对电机进行防水保护后，固装在电源壳体1中，加橡胶垫3；锂电池组2固装在减速电机4上方，并与其共轴；接近开关5固装在电源壳体1下端面外沿，压力开关6固装于电源壳体1下端面中心孔周围；连接电路如图7所示，接近开关5常闭。

电源壳体1周缘设有四个轴向通孔，经连接件与重力锤17连接。

2)筒体部分：包括有机玻璃采样筒13、采样筒固定件9、弧形弹性金属销10、树脂杆11和过滤网12、不锈钢杆14、环形重力锤17、可转动叶片15及其连接杆16。树脂杆11上端外圆与采样筒固定件9中心孔形成滑动配合，下端装有用于隔离沉积物的圆形过滤网12；采样筒固定件9与连接件8之间用螺栓进行固接，与采样筒13之间用弧形弹性金属销10进行固定；4根不锈钢杆14下端以内螺纹固接于环形重力锤17上端面，上端与电源壳体1周缘轴向通孔形成滑动配合，并以螺母确定电源壳体1与环形重力锤17轴向最大间距；环形重力锤17外圆固装有多根叶片连接杆16，垂直于轴向分布，连接杆16上套有一枚可转动叶片15。

3)采样头及密封部分：包括不锈钢刀口19，弧形弹性金属销10，橡胶隔膜18及橡皮环18a，弹簧夹子20及弹簧20a。不锈钢刀口19上端面有4个直角槽口19a，弧形弹性金属销10通过直角槽口19a连接采样筒13和不锈钢刀口19；具有强收缩能力的橡胶隔膜18套在采样筒13下端，并用橡皮环18a绑缚在筒体的环形沟槽中；不锈钢刀口19上端面固接有两个位置对称的弹簧夹子20，用于在不锈钢刀口19与采样筒13发生相对滑落时，将橡胶隔膜18的薄膜刮落，实现对采用筒13的下端密封。

本发明的工作过程如下：

采样前，将充电后的锂电池组2放入电源壳体1中进行固定，并将壳体盖子拧紧；将有机玻璃采样筒13放入采样筒固定件9中，用弧形弹性金属销10进行固定；将橡胶隔膜18及其两瓣薄膜分开后套在采样筒13下端，并用橡皮环18a进行绑缚固定(如图8)；将不锈钢刀口19套在采样筒13下端(橡胶隔膜18外侧)，使不锈钢刀口19上端面直角槽口19a左端与采样筒13上小孔对齐，用弧形弹性金属销10进行连接。

采样时，用绳子将采样器垂直投入水中，当采样器落到沉积物表面时，由于重力和惯性作用，采样器下沉一段距离后停止，环形重力锤17落于底泥沉积物中，可转动叶片15压在沉积物表面并使采样器保持平稳；电源壳体1压到采样筒固定件9上端面，树脂齿轮7与采样筒固定件9中心齿槽啮合，电源壳体1上压力开关6闭合，减速电机4开始工作，带动采样筒13和不锈钢刀口19转动，从而实现对于底泥沉积物的采样。随着采样深度的增加，采样筒13以及电源壳体1不断下降，而环形重力锤17位置保持不变，当电源壳体1下端面与环形重力锤17上端面之间距离小于接近开关5的传感器设定范围时，接近开关5自动切断电源，采样器停止工作。由于采样器开始转动时不锈钢刀口19与采样筒13之间发生了相对转动，使得弹性金属销10位置相对于不锈钢刀口19发生改变，到达直角槽口19a的直角点(如图7)，当采样器被提升时，不锈钢刀口19与采样筒13发生相对滑落，使橡胶隔膜18的薄膜部分被弹簧夹子20刮落，从而实现对采样筒的密封。采样完毕后，分别将采样器两端的弹性金属销10取下，实现采样筒13与采样筒固定件9、不锈钢刀口19的分离，取出采样筒13并对其进行两端密封保存。

本发明采样器的采样筒13是由外径￠为10.0cm，壁厚δ为0.4cm，长度L为100cm的有机玻璃构成，有效采样深度设计为70-90cm；不锈钢刀口19的内径￠为9.0cm，长度L为8.5cm；齿高H为1.0-1.5cm，连接重力锤17的不锈钢杆14的长度L≥100cm；直流减速电机4参数为：电压24V，功率15-40W，输出轴转速40-60r/min；锂电池参数为：3.7V×6，1800-4200mAh。

Claims (7)

1.一种原状底泥沉积物自动采样器，包括电源部分、筒体部分、采样头及密封部分，其特征在于：电源部分固接于筒体部分上端，筒体部分下端与采样头及密封部分上端固接，三部分竖直设置，共一中心轴线；

1)电源部分，包括电源壳体(1)、锂电池组(2)、电池充电器、减速电机(4)、接近开关(5)、压力开关(6)；

锂电池组(2)、减速电机(4)位于电源壳体(1)内，锂电池组(2)设置于减速电机(4)上端面，两者共轴；减速电机(4)转动轴向下伸出，转动轴下端固接有树脂齿轮(7)；

采样筒固定件(9)上表面固接有连接件(8)，连接件(8)外缘与电源壳体(1)内壁形成滑动配合；起传动作用的树脂齿轮(7)与采样筒固定件(9)动连接；接近开关(5)设在电源壳体(1)下端面外缘，压力开关(6)设在电源壳体(1)下端面中心孔周缘；

电源壳体(1)周缘设有多个轴向通孔，经连接件与重力锤(17)连接；

2)筒体部分，包括采样筒(13)，采样筒固定件(9)，弧形弹性金属销(10)，树脂杆(11)及过滤网(12)，环形重力锤(17)及可转动叶片(15)；

采样筒(13)上端与采样筒固定件(9)用弧形弹性金属销(10)固接，树脂杆(11)位于采样筒(13)中心轴上，树脂杆(11)穿过采样筒固定件(9)中心孔，并与其形成滑动配合，树脂杆(11)下端固接有隔离沉积物的圆形过滤网(12)；

多根不锈钢杆(14)下端与环形重力锤(17)固接，上端分别穿过电源壳体(1)周缘的轴向通孔，与其形成滑动配合，并以调节件确定电源壳体(1)与环形重力锤(17)最大间距；环形重力锤(17)外圆面均布垂直固装有多根叶片连接杆(16)，连接杆(16)外端套有可转动叶片(15)；

3)采样头及密封部分，包括不锈钢刀口(19)，弧形弹性金属销(10)，橡胶隔膜(18)及橡皮环(18a)；环形不锈钢刀口(19)下缘为锯齿状结构，上端圆面有直角槽口(19a)，圆面对称位置固装有两个带弹簧(20a)的弹簧夹子(20)；不锈钢刀口(19)与采样筒(13)之间用弧形弹性金属销(10)固接，橡胶隔膜(18)套在采样筒(13)下端并用橡皮环(18a)绑缚固定。

2.根据权利要求1所述的原状底泥沉积物自动采样器，其特征在于：所述环形重力锤(17)，外表面为倒锥形，与垂直方向有20-30°夹角，可减小下沉过程中的阻力，且环形重力锤(17)容易进入表层沉积物，保证采样器竖直工作状态。

3.根据权利要求1所述的原状底泥沉积物自动采样器，其特征在于：利用锂电池(2)驱动减速电机(4)，带动采样器工作；电机的启动利用了采样器的重力作用，电源壳体(1)作用于采样筒固定件(9)上端面，树脂齿轮(7)与采样筒固定件(9)中心齿槽啮合，压力开关(6)闭合，接近开关(5)处于常闭状态，减速电机(4)启动并带动采样筒(13)和不锈钢刀口(19)转动采样；利用接近开关(5)传感器探测与环形重力锤(17)上端面之间的距离，当达到设定距离时，自动切断电路，采样器停止工作。

4.根据权利要求1所述的原状底泥沉积物自动采样器，其特征在于：所述可转动叶片(15)，当采样器下沉时，可转动叶片(15)呈竖直方向，采样器阻力较小，重力对于采样器的作用明显；当减速电机(4)工作时，叶片连接杆(16)受力后使得可转动叶片(15)平铺于沉积物表面，保证了重力锤的稳定和采样器的平衡。

5.根据权利要求1所述的原状底泥沉积物自动采样器，其特征在于：所述环形重力锤(17)及可转动叶片(15)起到对于电源部件的固定作用；当减速电机(4)工作时，电源壳体(1)受电机转矩作用产生反方向力矩，与电源壳体(1)形成滑动配合的多根不锈钢杆(14)将力矩传递到环形重力锤(17)及可转动叶片(15)上，使可转动叶片(15)与沉积物间的摩擦力增加，反向力矩被抵消，保证了采样器正常工作。

6.根据权利要求1所述的原状底泥沉积物自动采样器，其特征在于：所述不锈钢刀口(19)上端面的直角槽口(19a)和弹簧夹子(20)，用于采样筒(13)下端的密封，采样开始时不锈钢刀口(19)与采样筒(13)相对位置发生改变，使弹性金属销(10)位于直角槽口(19a)的直角点，当采样器被提起时，不锈钢刀口(19)受重力作用与采样筒(13)发生相对滑落，橡胶隔膜(18)的薄膜受弹簧夹子(20)挤压从采样筒(13)下端刮落，实现对采样筒的密封。

7.根据权利要求1或5所述的原状底泥沉积物自动采样器，其特征在于：所述多个轴向通孔，为四个；多根不锈钢杆(14)，为四根；调节件，为螺母；多根叶片连接杆(16)，为四根。

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