CN102230854A - 一种河流沉积物柱状采样装置 - Google Patents

Abstract

一种河流沉积物柱状采样装置，它是由施力手柄、连接杆、顶盖、压盖、合页、取样外管、取样内管、取样刀、螺钉和密封装置组成；施力手柄上的椭圆形连接孔套在连接杆一端的椭圆形实心端上，用螺钉固定；连接杆另一端通过螺纹连接孔与顶盖连接，顶盖与取样外管固接，取样内管放置在取样外管内部，取样刀通过其上设置的外螺纹与取样外管内壁设置的内螺纹相连接；密封装置设置在压盖与顶盖上的排水口之间，压盖通过合页安装在顶盖上。本发明结构简单，易于操作，携带方便，通过直接更换采样内管实现批量采样，采样效率高，适合野外作业。它在生态环境保护技术领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。

Description

一种河流沉积物柱状采样装置

技术领域

本发明涉及水体沉积物采样装置，具体涉及一种河流沉积物柱状采样装置，属于生态环境保护技术领域。

背景技术

沉积物是湖泊以及河流等水体的重要组成部分，能够通过沉淀-溶解、吸附-解吸等多种途径与上覆水体进行物质的交换，对于水体中污染物的迁移转化产生重要影响，因此沉积物采样器作为采集沉积物的主要装置广泛应用于环境、生态等方面研究。

目前沉积物采样器主要分为两类：抓斗式和柱状式。例如申请号为200810153883.4，名称为一种抠抓式表层沉积物采样器，公开号为CN101451927A的发明专利，该采样器的开/合状态能够得到直接控制，可有效防止采样器提升过程中的沉积物回落，因此对于采集表层沉积物样品效果较好。但通常抓取式采样器由于封闭性差，沉积物在取样时容易流失，易受扰动，无法采集到原状的柱状沉积物，通常只用于表层混合态沉积物样品的采集。

柱状式采样器是通过垂直插入沉积物中获取柱状沉积物样品，所采集的样品具有很好的代表性。随着研究不断深入，应用于这些方面的采样装置也在不断改进。例如申请号为00234831.4，名称为浅水水体沉积物的柱状样品采样器，公开号为CN2419591Y的实用新型专利，是一种用于提取浅水水体沉积物一界面水的柱状样品的采样器。它含有取样管，其特点是：它还含有带一组通孔的接盖、一个其底端同接盖的顶端固接的手柄、一个活套在手柄上的密封块、一个活套在手柄上且在密封块下落后能使其封闭接盖上的通孔的密封胶垫。该采样器能采得水体设定点和设定深度上的完整、原状的沉积物柱状样品，且不破坏沉积物的层序结构，并具有结构简单、制作成本低、操作简单、携带方便等特点。例如申请号为200420044638.7，名称为小重力沉积物柱状采样器，公开号为CN2687653Y的实用新型专利，是一种小重力沉积物柱状采样器，包括钻头、柱状采样管、重力提管和吊环，所述钻头设有防止倒流的花瓣，所述采样管两端分别密封连接钻头和重力提管，重力提管中部焊接有锥形重物，重力提管的下部管壁上设有通孔，吊环固定于重力提管的上部。结构简单，成本低廉，使用方便，重量可调，适于泥质、泥砂质和砂质等多种类型沉积物的柱状采样，采样率高，所采样品的沉积物界面扰动小，且可在无辅助机械动力条件下，进行全人工采样操作，其适用性大大提高。例如申请号为200820126880.7，名称为手动旋转式柱状沉积物采样器，公开号为CN201225964Y的发明专利，包括由T型手柄，连接杆组成的施力部件和由刀筒上盖，刀筒(含柱面螺旋钻头)组成的刀筒部件。T型手柄，连接杆和刀筒上盖均采用倒U型通槽和圆柱形十字连接器的连接方式。该装置可以在手动旋转的操作下，轻易采集所需深度的柱状沉积物，且结构简单、使用省力，并能保持样品无扰动，层序保真。

为了使得采样、取样过程易于操作，方便拆装与维护，一些采样器在取样管部位做了进一步创新。例如申请号为200710150178.4，名称为一种底泥柱状采样器，公开号为CN101162187A的发明专利，包括套筒、方板、取样管、止回花瓣、密封垫、延长管、连接套和管帽，其中取样管由取样管主板和取样管副板组成，取样管主板与取样管副板分别为一段圆管沿轴向截取一段半圆柱体后的两部分，取样管主板与取样管副板轴向边侧均焊有螺母，取样管主板和取样管副板通过螺栓螺母紧固合拢在一起，形成一段两端开口的圆柱筒状体。采用分体式结构，构造简单，造价低廉，操作方便，易于拆装与维护，且轻便易携带。例如申请号为200920157482.6，名称为一种工程采样用剖开式柱状底泥采样器，公开号为CN201438157U的实用新型专利，采样管由薄壁不锈钢钢管构成，由中央剖开，一侧以合页连接，另一侧则用开合螺栓进行开合操作。在重力锤打击之下，采样管垂直插入底泥中，采集到样品后，垂直提升采样器，打开开合螺栓，获取垂直分层样品。该采样器能达到较大的采样深度，较好地保持底泥原状，分层操作方便而较准确，且制作简单，成本低廉，对不同性状的底泥均有较好的适应性，能够较好地满足工程采样需求。例如申请号为201010147055.7，名称为水体柱状沉积物及上覆水采样器，公开号为CN101813577A的发明专利，采样器由采样管部件，单向自闭连接部件与延长管部件三部分组成；采样管部件包括采样钻头、柱状套管、柱状自咬合采样管、密封箍；单向自闭连接部件包括连接管、密封垫、配重盘、螺纹连接套管；延长管部件包括延长管和螺纹连接套管；其中柱状自咬合采样管分为正半管与副半管，分别为一段圆管沿轴向截取一段半圆柱体后的两部分，正半管与副半管轴向边侧分别设有凸起与凹槽，可紧密合拢在一起；该采样器可同时实现沉积物与上覆水样品的采集，并可根据使用者需求实现不同的分层取样效果，且成本低廉、使用便捷。又例如申请号为200810151309.5，名称为一种旋切式柱状沉积物采样器，公开号为CN101358909A的发明专利，取样管由正半管和配半管组成，且可通过轴向两侧的螺栓螺母与合页进行开合，管头由半个正圆锥腔体和三角形平板构成，其底边与配半管的底边固定连接，侧面用三角形平板封堵；旋切系统由旋切刀片、套管、旋转杆、旋切手柄和止动卡构成，旋切刀片呈半圆形且等距离垂直固定于旋转杆上，旋转杆通过套管固定于正半管的中轴线且可水平旋转；支撑板由长方形隔板等间距固定于配半管而成，相邻平板的间隙可保证旋切刀片自由旋切。该采样器采用旋切方式对沉积物进行分层，结构简单，造价低廉，操作方便，易于拆装和维护，且轻便易携带。

综上所述，目前的柱状采样器大都是采用单层采样管，其中也有一些专利采用采样内管和采样外管的结构，采样内管大多是无缝的圆柱形管，用于存放采集的柱状样品，在检测之前需要将样品从样品柱中取出，容易破坏样品，操作困难。为了不破坏样品，不得不破坏采样柱，造成资源的浪费，无疑给科研增加了成本。目前关于采样内管的可分离结构发明专利涉及不多，开发一种新型的可分离式的采样装置，使之能应用于河流沉积物的采样，对河流水环境保护研究具有非常重要的意义。

发明内容

1、目的：本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种河流沉积物柱状采样装置，该装置结构简单、易于携带、便于操作和维护，是一种新型的可分离式的采样装置。

2、技术方案：为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

见图1，本发明一种河流沉积物柱状采样装置，它是由施力手柄、连接杆、顶盖、压盖、合页、取样外管、取样内管、取样刀、螺钉和密封装置组成。它们之间的位置连接关系是：施力手柄上的椭圆形连接孔套在连接杆一端的椭圆形实心端上，用螺钉固定。连接杆另一端通过螺纹连接孔与顶盖连接，顶盖与取样外管固接，取样内管放置在取样外管内部，取样刀通过其上设置的外螺纹与取样外管内壁设置的内螺纹相连接；密封装置设置在压盖与顶盖上的排水口之间，压盖通过合页安装在顶盖上。

所述施力手柄是圆柱杆件，杆中部开有椭圆形连接孔与连接杆一端的椭圆形连接头相连；

所述连接杆是杆状件，其一头设置外螺纹与顶盖连接，另一头设置椭圆形连接头，供与施力手柄相连接；该连接杆的长度根据水的深浅而定，它也可以采用螺纹方式由多根相互连接而组成；

所述顶盖是圆盘形件，其圆心部位设置有不透内螺纹孔，供与连接杆相连；在圆心及圆周中部位置设置有一台阶孔，大孔放置压盖，小孔即为排水口；顶盖下端圆周与取样外管上端圆周固接；

所述压盖是薄壁圆形件，起封盖作用；

所述合页是按要求选购的标准件，用于安装压盖；

所述取样外管是金属材料和高分子材料复合而成的圆管，其上端圆周与顶盖固接，其下端内壁设置内螺纹与取样刀上设置的外螺纹相连接；

所述取样内管是PVC、PMMA等工程塑料制成的两个圆柱形半圆管，两个半圆管为一段圆管沿轴向均分而成，连接处为3-5个互相咬合的锯齿状凹凸结构。

所述取样刀是不锈钢材质制成的圆管件，上端外壁设置外螺纹，该外螺纹与取样外管内壁的内螺纹相匹配，下端倒角为刀刃，便于插入沉积物中进行采样。

所述密封装置是硅橡胶制品，按要求选购的标准件，起密封作用；

其中，取样外管内径为100～200mm，管壁厚3～10mm，长度为500～1500mm；

其中，取样内管外径为100～200mm，管壁厚3～10mm；长度为500～1500mm；

其中，取样刀上端管壁厚度为3～10mm，高度为200～500mm，刀刃角为45°～70°的倒角；

其中，顶盖上的压盖直径为40～60mm；

其中，顶盖上的排水口直径为30～50mm；

其中，连接杆外径30～60mm，壁厚3～5mm。

其中，连接杆的长度根据水的深浅而定，它也可以采用螺纹方式由多根相互连接而组成；

3、优点及功效：本发明一种河流沉积物柱状采样装置，它在采样过程中采样管的水通过顶盖上的排水口排出，保持采样管水流通畅，不会对沉积物施加外部额外压力，采样过程中减少对沉积物的扰动。同时，压盖在取样器向下取样时由于压力向上开启，可将水排出，在向上提拉过程中自动闭合，内部形成负压，使得柱状沉积物不会在样品柱中滑脱。采样后取出样品时，通过环切刀将沉积物与内壁分离，再将取样内管打开，由于采样取样内管为可分离式，在不破坏取样内管的同时，可使沉积物保持原始状态。同时，本发明结构简单，易于操作，携带方便，通过直接更换采样内管实现批量采样，采样效率高，适合野外作业。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明施力手柄与连接杆连接俯视示意图

图3a为本发明取样内管5-II俯视图；图3b为本发明取样内管5-I俯视图；

图4a为本发明取样内管5-II正视图；图4b为本发明取样内管5-I正视图；

图5为本发明取样外管与顶盖俯视示意图

图6为本发明取样刀示意图

图中：1、施力手柄，2、连接杆，3、取样外管，4、压盖，5(5-I、5-II)、取样内管，6、取样刀，7、排水口，8、椭圆形连接孔，9、连接杆顶端椭圆形实心端，10、螺纹连接孔，11、顶盖，12、合页，13密封装置，14、螺钉。

具体实施方式

本发明通过以下实施例并结合附图进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1、图2、图5所示，一种河流沉积物柱状采样装置，它是由施力手柄1、连接杆2、顶盖11、压盖4、合页12、取样外管3、取样内管5、取样刀6、螺钉14和密封装置13组成。它们之间的位置连接关系是：施力手柄1上的椭圆形连接孔8套在连接杆2一端的椭圆形实心端9上，再用螺钉14固定；连接杆2另一端通过螺纹连接孔10与顶盖11连接，顶盖11与取样外管3固接，取样内管5放置在取样外管3内部，取样刀6通过其上设置的外螺纹与取样外管3内壁设置的内螺纹相连接；密封装置13设置在压盖4与顶盖上的排水口7之间，压盖4通过合页12安装在顶盖11上。

见图1、图6，取样刀6外侧与取样外管3底端内侧通过螺纹顺时针连接，取样刀6与取样外管3的螺纹部位具有一定厚度，连接之后可以从下端固定取样内管5，避免从取样外管3中滑脱。取样刀6前端的刀刃角为65°的倒角，取样刀上端管壁厚度为10mm，高度为300mm。

取样外管3顶端(如图1)为一定厚度的圆形顶盖11，与取样外管3的圆柱体部分焊接成无缝整体，设有直径为45mm的排水口7和直径为60mm的压盖4，向外一侧通过合页12连接，排水口7与压盖4结合处使用硅胶密封圈13密封，取样外管3轴心处设有螺纹连接孔10，为保证密封性，制作时不打通顶盖11。

取样内管5包含两个互相配套的半圆管，取样半管5-I和取样半管5-II(如图3、图4)，取样半管5-I沿轴线边缘分别设有3个相同尺寸均匀排列的矩形凹齿，而取样半管5-II沿轴线边缘则在相对应的部位设有凸齿，二者能紧密结合。取样外管外径为200mm，管壁厚10mm，长度为800mm；取样内管外径为179mm，管壁10mm；长度为800mm；

本发明一般工作流程为：

组装方法：将取样内管5的两个半圆管5-I和5-II连接，放入取样外管3中，将取样刀6与取样外管3前端通过螺纹旋转连接。根据采样河流的深度确定连接杆2的件数为2根，每根长度600mm，外径46mm，壁厚4mm，连接杆2与顶盖11圆心部位的螺纹连接孔10连接。将具有连接杆顶端椭圆形实心端9的连接杆2置于多个连接杆中的最顶端，通过施力手柄1的椭圆形连接孔8与其连接，再用螺钉14固定。

取样过程：本发明按照上述方式连接之后，工作人员将取样刀6对准取样位置，垂直伸入水底沉积物中。在此过程中，取样内管5中的水通过取样外管3顶部的排水口7排出。然后手压或锤击连接杆顶端椭圆形实心端9，或手持施力手柄1顺时针下压。根据实际需要调节连接杆2长度，控制采样深度。起拔采样装置完成采样，由于水压作用，在上提过程中压盖4关闭，采样装置内部形成负压，可以保证沉积物柱不出现滑落现象。采样装置出水后，松开取样刀6，从取样外管底端取出取样内管5，打开取样内管5，获得原状沉积物柱状样。

Claims (9)

1.一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：它是由施力手柄、连接杆、顶盖、压盖、合页、取样外管、取样内管、取样刀、螺钉和密封装置组成，施力手柄上的椭圆形连接孔套在连接杆一端的椭圆形实心端上，用螺钉固定；连接杆另一端通过螺纹连接孔与顶盖连接，顶盖与取样外管固接，取样内管放置在取样外管内部，取样刀通过其上设置的外螺纹与取样外管内壁设置的内螺纹相连接；密封装置设置在压盖与顶盖上的排水口之间，压盖通过合页安装在顶盖上；

所述施力手柄是圆柱杆件，杆中部开有椭圆形连接孔与连接杆一端的椭圆形连接头相连；

所述连接杆是杆状件，其一头设置外螺纹与顶盖连接，另一头设置椭圆形连接头，供与施力手柄相连接；

所述顶盖是圆盘形件，其圆心部位设置有不透内螺纹孔，供与连接杆相连；在圆心及圆周中部位置设置有一台阶孔，大孔放置压盖，小孔即为排水口；顶盖下端圆周与取样外管上端圆周固接；

所述压盖是薄壁圆形件，起封盖作用；

所述合页是按要求选购的标准件，用于安装压盖；

所述取样外管是金属材料和高分子材料复合而成的圆管，其上端圆周与顶盖固接，其下端内壁设置内螺纹与取样刀上设置的外螺纹相连接；

所述取样内管是PVC、PMMA工程塑料制成的两个圆柱形半圆管，两个半圆管为一段圆管沿轴向均分而成，连接处为3-5个互相咬合的锯齿状凹凸结构；

所述取样刀是不锈钢材质制成的圆管件，上端外壁设置外螺纹，该外螺纹与取样外管内壁的内螺纹相匹配，下端倒角为刀刃，便于插入沉积物中进行采样；

所述密封装置是硅橡胶制品，按要求选购的标准件，起密封作用。

2.根据权利要求1所述的一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：该取样外管内径为100～200mm，管壁厚3～10mm，长度为500～1500mm。

3.根据权利要求1所述的一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：该取样内管外径为100～200mm，管壁厚3～10mm；长度为500～1500mm。

4.根据权利要求1所述的一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：该取样刀上端管壁厚度为3～10mm，高度为200～500mm，刀刃角为45°～70°的倒角。

5.根据权利要求1所述的一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：该顶盖上的压盖直径为40～60mm。

6.根据权利要求1所述的一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：该顶盖上的排水口直径为30～50mm。

7.根据权利要求1所述的一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：该连接杆外径30～60mm，壁厚3～5mm。

8.根据权利要求1所述的一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：该连接杆的长度根据水的深浅而定。

9.根据权利要求1所述的一种河流沉积物柱状采样装置，其特征在于：该连接杆采用螺纹方式由复数根相互连接而成。

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