CN105136514B - 一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样采集及分割一体采样器及其采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样采集及分割一体采样器及其采样方法，它具沉积物采集和分割为一体的功能，其沉积物采集系统主要由膨胀圈、双层钢管、充气管、活塞、活塞杆、拴孔、手柄、限位孔、充放气筒和底座组成。其中活塞主要由固定钢片、橡胶圈、加压钢片和活塞环加压阀等四部分组成。沉积物分割系统主要有具有厘米刻度尺的延伸管、底泥切割限位器和切割刀片组成。此套装置可以采集潜水湿地的沉积物，通过旋转钢管将沉积物缓慢压入管内，通过上下的活塞和膨胀圈对沉积物进行封闭，取出完整的干沉积物或泥沙状态下的柱状样品，然后定位分割器对所取柱状样品进行准确分割。具有组装方便，野外操作简单，样品分割快，效率高等特点。

Description

一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样采集及分割一体采样 器及其采样方法

技术领域

本发明涉及一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样采集及分割一体采样器及其采样方法。

背景技术

研究样地位于闽江河口区面积最大的天然洲滩湿地—鳝鱼滩湿地，地理坐标介于26°00′36″～26°03′42″N、119°34′12″～119°41′40″E，属于中亚热带与南亚热带的过渡区，气候暖热湿润，年均温度19.3 ℃，年降水量1380 mm左右。鳝鱼滩湿地为琅岐岛与长乐市潭头一文岭一梅花之间的梅花水道中，闽江水流从上游搬运来的泥沙在梅花水道中淤积，形成河口浅滩，经过长期的演变在浅滩上形成一条西北—东南走向，长约21 km，宽约20 m的沙洲，一般潮汐情况下显露于水面。湿地土壤为滨海盐土和沙土，植被主要为短叶茳芏、芦苇和互花米草等维管束植被类型，生物多样性较为显著，已于2007年建立省级自然保护区。在实际的沉积物采样过程中发现由于湿地植物茂盛，根系发达，导致很难采集完整的沉积物柱状样品，同时准确分割也存在很大问题，所以急需要研制一套沉积物采集及分割为一体的采样器。

发明内容

鉴于目前面临的上述问题，本发明的目的是设计一种能高效的对沉积物采集及分割为一体的设备及其采样方法。

本发明的目的是这样实现的，所述的一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样采集及分割一体采样器，包括沉积物采集系统和沉积物分割系统，其特点为所述沉积物采集系统包括膨胀圈、双层钢管、充气管、活塞、活塞杆、拴孔、手柄、限位孔、充放气筒和底座，在双层钢管的前端制成或连接有具有锋利的细锯齿状刃口，在位于细锯齿状刃口下面的双层钢管上设置有能膨胀使双层钢管的开口变小而达到切断底端沉积物的膨胀圈，膨胀圈与置于双层钢管的内管与外管之间所形成的夹层空腔中的充气管的一端连通，充气管的另一端外接充放气筒；在双层钢管的后端设置有手柄，通过施压手柄能使双层钢管前端压入土中，在双层钢管的后端开口处设有限位孔，在双层钢管的内管中设有活塞，活塞与置于双层钢管的内管中的活塞杆一端连接，活塞杆另一端穿过双层钢管的后端开口处设有的限位孔与底座连接，所述活塞内径小于双层钢管的内管的直径、使活塞能容易地在双层钢管的内管中移动，在活塞杆上每间隔一段距离设置有固定栓能穿过的拴孔，当固定栓穿过拴孔后能使活塞定位在双层钢管的内管中的某个所要求的位置中；所述活塞由固定钢片、橡胶圈、加压钢片和活塞环加压阀组成，在固定钢片和加压钢片之间设有橡胶圈，活塞杆一端穿过加压钢片、橡胶圈与固定钢片固定，活塞环加压阀包括栓头、定位栓和板钮，定位栓穿过加压钢片、橡胶圈和固定钢片后其栓头压在固定钢片的背面上，板钮位于加压钢片的前面且与定位栓转动连接，板钮的前端为板手、后端为钮头，当板手掰开后其钮头转动而顶在加压钢片上并向内压迫加压钢片，从而使加压钢片与固定钢片挤压其间的橡胶圈使之向外膨胀，膨胀的橡胶圈外缘紧压在双层钢管的内管壁上，当板钮的前端的板手复位后，其后端的钮头也复位不压住加压钢片，则橡胶圈复位，其外缘不会紧压在双层钢管的内管壁上，从而使活塞能在双层钢管的内管中自由移动；

所述沉积物分割系统包括具有刻度尺的延伸管、底泥切割限位器和切割刀片，所述底泥切割限位器中间设有竖向的限位器通孔，限位器通孔的内径与双层钢管的内管直径相同，使得沉积物样品能容易从双层钢管的内管进入底泥切割限位器中间所设有的竖向的限位器通孔中，所述延伸管的外径小于等于底泥切割限位器的竖向的限位器通孔的内径，以方便延伸管插入限位器通孔中，使得沉积物样品能容易进入延伸管中；在底泥切割限位器的侧面设有切割刀片能插入或移出的切割刀片槽，所述的切割刀片中心处设有中心孔，所述中心孔直径与限位器通孔的内径相匹配使得切割刀片在插入到切割刀片槽中后其中心孔能与限位器通孔对准。

本发明所述的一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样的采样和分割的方法，其特征在于将双层钢管的前端开口朝下，首先通过旋转手柄将双层钢管的下端具有锋利的细锯齿状刃口的双层钢管慢慢压入土中，活塞杆受到沉积物的顶托慢慢地沿着限位孔伸出双层钢管外，此时沉积物不断地进入双层钢管的内管中，待活塞上的活塞环加压阀露出双层钢管的顶端时将活塞环加压阀的板钮的前端板手掰开，此时夹在固定钢片和加压钢片之间的橡胶圈受到后端的钮头挤压后膨胀，从而使活塞的橡胶圈和双层钢管的内壁达到完全紧贴并使其双层钢管的内腔产生负压，此时通过充放气筒向设置在双层钢管的开口处内壁的膨胀圈进行充气，待充气使膨胀圈膨胀足够大而能切断双层钢管内的底端沉积物时停止充气，最后通过旋转手柄旋转充满沉积物的双层钢管，使之缓缓拔出等待沉积物分割；

将上述采集的沉积物进行分割，首先将沉积物采集系统采集的沉积物样品和双层钢管倒放并将底座放置在植物体上，然后启动充放气筒使膨胀圈内的气体抽出，膨胀圈恢复到初始位置并打开双层钢管上的活塞环加压阀使活塞能自由移动、以便推动沉积物柱状样进入底泥切割限位器的限位器通孔中；其次将切割刀片插入底泥切割限位器的切割刀片槽中使切割刀片中的孔与限位器通孔对准后套入双层钢管的底端；最后通过下压手柄使活塞产生推力将双层钢管内的沉积物慢慢地经切割刀片的中心孔后挤入延伸管中，根据延伸管壁上的刻度，当挤入到延伸管的沉积物达到要求的刻度时，抽拉切割刀片将延伸管中的沉积物与双层钢管中沉积物完全分开，然后将其中的沉积物装入到样品袋中待测。

本发明通过旋转钢管将沉积物缓慢压入管内，通过上下的活塞和膨胀圈对沉积物进行封闭，取出完整的干沉积物或泥沙状态下的柱状样品，然后定位分割器对所取柱状样品进行准确分割。

本发明的优点为：本发明的底端具有锯齿状的刀口，主要用途是通过旋转可以切割沉积物中植物根系，以便沉积物更容易进入到钢管中。另外底端的膨胀圈和活塞可以充气和加压形成钢管内负压的环境使松软或含水量大沉积物不会脱离或溢出采样钢管外，其中活塞直径要略小于钢管的内径，以避免活塞与钢管内壁产生摩擦对沉积物产生挤压。采样钢管采用双层设置，一方面为了底端的膨胀圈能够容易设置使之隐藏在管壁以内以避免对进入到钢管中的沉积物产生阻力，另一方面为了让充气管可以通过双层钢管的夹层空隙到达底端与膨胀圈连通。底端具有锯齿状的刀口部分与采样钢管通过旋转螺纹进行对接，以便对膨胀圈老化后进行更换。

样品分割系统中延伸管外壁上刻有厘米刻度尺（分度值1mm），以便对沉积物进行准确分割； 0.5mm切割刀片需要足够韧性的不锈钢，以免产生变形和生锈影响沉积物的切割。

本发明采用便携式沉积物采集及分割一体的方式，避免了湿地松软沉积物柱状样采样难、分割难的问题，并通过巧妙地设计上下活塞和膨胀圈的内部结构构造，可有效的防止固态和液态沉积物溢出的问题，具有组装方便，节省投资，取样效率高、可靠性强，便于维护，携带等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中的活塞放大结构图。

图3为图2的分解图。

图4为图3中的一种活塞环加压阀的结构示意图。

图4-1为图3中的另一种活塞环加压阀的结构示意图。

图5为图4中的板钮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构和工作原理及工作过程进行详细说明：

如图1所示，本发明所述的一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样采集及分割一体采样器，它具沉积物采集和分割为一体的功能，包括沉积物采集系统和沉积物分割系统，其结构特点为：沉积物采集系统主要由膨胀圈6、双层钢管7、充气管8、活塞9、活塞杆10、拴孔11、手柄12、限位孔13、充放气筒14和底座15组成。在双层钢管7的前端制成或连接有具有锋利的细锯齿状刃口，在细锯齿状刃口之下的双层钢管7上设置有能膨胀而堵塞达到缩小双层钢管的开口达到切断底端沉积物的膨胀圈6，膨胀圈6与置于双层钢管7的内管与外管之间所形成的夹层空腔中的充气管8的一端连通，充气管8的另一端外接充放气筒14，充放气筒14为现有技术，具有充气和放气功能，最简单的是采用大注射针筒，推进针筒的活塞则给膨胀圈6注入气体则膨胀圈6膨胀、膨胀圈6后可以逐渐封堵双层钢管7的前端开口，向外拉针筒的活塞则给膨胀圈6往外抽气，则使膨胀圈6缩小，从而可以使双层钢管7的前端开口回复原状；在双层钢管7的后端设置有手柄12，通过施压手柄12能使双层钢管7前端压入土中，在双层钢管7的后端开口处设有限位孔13，在双层钢管7的内管中设有活塞9，活塞9与置于双层钢管7的内管中的活塞杆10一端连接，活塞杆10另一端穿过双层钢管7的后端开口处设有的限位孔13与底座15连接，所述活塞内径小于双层钢管7的内管的直径、使活塞能容易地在双层钢管7的内管中移动，当伸缩底座15时、则能带动活塞杆10使活塞9在双层钢管7的内管中移动，在活塞杆10上每间隔一段距离设置有固定栓能穿过的拴孔11，这拴孔11也起到刻度作用，当固定栓穿过拴孔11后能使活塞9定位在双层钢管7的内管中的某个所要求的位置中；其中活塞9主要由固定钢片9-1、橡胶圈9-2、加压钢片9-3和活塞环加压阀9-4等四部分组成，在固定钢片9-1和加压钢片9-3之间设有橡胶圈9-2，活塞杆10一端穿过加压钢片9-3、橡胶圈9-2与固定钢片9-1固定，活塞环加压阀9-4包括栓头、定位栓9-4-1和板钮，定位栓穿过加压钢片9-3、橡胶圈9-2和固定钢片9-1后其栓头压在固定钢片9-1的背面上，板钮位于加压钢片9-3的前面且与定位栓转动连接，板钮的前端为板手9-4-2，其后端为钮头9-4-3，当板手掰开后其钮头转动而顶在加压钢片9-3上并向内压迫加压钢片9-3，从而使加压钢片9-3与固定钢片9-1挤压其间的橡胶圈9-2使之向外膨胀，从而达到膨胀的橡胶圈9-2外缘紧压在双层钢管7的内管壁上，使活塞不能在双层钢管7的内管中移动，当板钮的前端的板手9-4-2复位，其后端的钮头9-4-3也复位，则橡胶圈9-2复位，其外缘不会紧压在双层钢管7的内管壁上，从而使活塞能在双层钢管7的内管中自由移动。野外潮滩松软失地采样时，将双层钢管7的前端开口朝下，首先通过旋转手柄12将双层钢管7的下端具有锋利的细锯齿状刃口的双层钢管慢慢压入土中，活塞杆10受到沉积物的顶托将慢慢地沿着限位孔13伸出钢管外，此时沉积物不断地进入双层钢管的内管中，待活塞上的活塞环加压阀9-4露出双层钢管的顶端时将活塞环加压阀9-4的板钮的前端板手9-4-2掰开，此时夹在固定钢片9-1和加压钢片9-3之间的橡胶圈9-2受到挤压后膨胀，从而使活塞的橡胶圈9-2和双层钢管7的内壁达到完全紧贴并使其双层钢管7的内腔产生负压，此时通过充放气筒向设置在双层钢管7的开口处内壁的膨胀圈6进行充气，待充气使膨胀圈膨胀足够大而能切断双层钢管7内的底端沉积物时停止充气，最后通过旋转手柄12旋转充满沉积物的双层钢管7，使之缓缓拔出等待沉积物分割。

沉积物分割系统主要有具有厘米刻度尺（分度值1mm）的延伸管1（0-15cm）、底泥切割限位器2和0.5mm切割刀片3组成，所述底泥切割限位器2中间设有竖向的限位器通孔，限位器通孔的内径与双层钢管7的内管直径相同使得沉积物样品能容易从双层钢管7的内管进入底泥切割限位器2中间设有的竖向的限位器通孔中，所述延伸管的外径小于等于底泥切割限位器2的竖向的限位器通孔的内径，以方便延伸管插入限位器通孔中，使得沉积物样品能容易进入延伸管中；在底泥切割限位器2的侧面设有切割刀片3能插入或移出的切割刀片槽，所述的切割刀片3中心处设有中心孔，所述中心孔直径与限位器通孔的内径相匹配使得切割刀片3在插入到切割刀片槽中后其中心孔能与限位器通孔对准。将采集的沉积物柱状样进行分割具体操作步骤如下：首先将沉积物采集系统采集的沉积物样品和双层钢管7倒放并将底座放置在植物体上，然后启动充放气筒14使底端膨胀圈内的气体抽出，膨胀圈6恢复到初始位置并打开双层钢管7上的活塞环加压阀9-4使活塞能自由移动、以便推动沉积物柱状样进入底泥切割限位器2的限位器通孔中；其次将0.5mm切割刀片3插入底泥切割限位器2使其切割刀片中的孔与限位器通孔对准后将整个切割系统套入采集系统中双层钢管7的底端；最后通过下压手柄12使活塞9产生推力将双层钢管7内的沉积物慢慢地经切割刀片3的中心孔后挤入延伸管1中，根据延伸管壁上的刻度，当挤入到延伸管1的沉积物达到要求的刻度时，抽拉0.5mm切割刀片3将延伸管1中的沉积物与钢管中沉积物完全分开，移走切割系统将其中的沉积物装入到样品袋中待测。

Claims (2)

1.一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样采集及分割一体采样器，包括沉积物采集系统和沉积物分割系统，其特征在于：所述沉积物采集系统包括膨胀圈（6）、双层钢管（7）、充气管(8)、活塞 (9)、活塞杆（10）、拴孔（11）、手柄（12）、限位孔（13）、充放气筒(14)和底座(15)，在双层钢管（7）的前端制成或连接有具有锋利的细锯齿状刃口，在位于细锯齿状刃口下面的双层钢管（7）上设置有能膨胀使双层钢管的开口变小而达到切断底端沉积物的膨胀圈（6），膨胀圈（6）与置于双层钢管（7）的内管与外管之间所形成的夹层空腔中的充气管（8）的一端连通，充气管（8）的另一端外接充放气筒(14)；在双层钢管（7）的后端设置有手柄（12），通过施压手柄（12）能使双层钢管（7）前端压入土中，在双层钢管的后端开口处设有限位孔（13），在双层钢管（7）的内管中设有活塞（9），活塞（9）与置于双层钢管（7）的内管中的活塞杆（10）一端连接，活塞杆（10）另一端穿过双层钢管（7）的后端开口处设有的限位孔（13）与底座（15）连接，所述活塞内径小于双层钢管（7）的内管的直径、使活塞能容易地在双层钢管（7）的内管中移动，在活塞杆（10）上每间隔一段距离设置有固定栓能穿过的拴孔（11），当固定栓穿过拴孔（11）后能使活塞（9）定位在双层钢管（7）的内管中的某个所要求的位置中；所述活塞（9）由固定钢片（9-1）、橡胶圈、加压钢片（9-3）和活塞环加压阀(9-4)组成，在固定钢片（9-1）和加压钢片（9-3）之间设有橡胶圈（9-2），活塞杆（10）一端穿过加压钢片（9-3）、橡胶圈（9-2）与固定钢片（9-1）固定，活塞环加压阀(9-4)包括栓头、定位栓（9-4-1）和板钮，定位栓穿过加压钢片（9-3）、橡胶圈（9-2）和固定钢片（9-1）后其栓头压在固定钢片（9-1）的背面上，板钮位于加压钢片（9-3）的前面且与定位栓转动连接，板钮的前端为板手（9-4-2）、后端为钮头（9-4-3），当板手掰开后其钮头转动而顶在加压钢片（9-3）上并向内压迫加压钢片（9-3），从而使加压钢片（9-3）与固定钢片（9-1）挤压其间的橡胶圈（9-2）使之向外膨胀，膨胀的橡胶圈外缘紧压在双层钢管（7）的内管壁上，当板钮的前端的板手（9-4-2）复位后，其后端的钮头也复位不压住加压钢片（9-3），则橡胶圈（9-2）复位，其外缘不会紧压在双层钢管（7）的内管壁上，从而使活塞能在双层钢管（7）的内管中自由移动；

所述沉积物分割系统包括具有刻度尺的延伸管（1）、底泥切割限位器（2）和切割刀片，所述底泥切割限位器（2）中间设有竖向的限位器通孔，限位器通孔的内径与双层钢管（7）的内管直径相同，使得沉积物样品能容易从双层钢管（7）的内管进入底泥切割限位器（2）中间所设有的竖向的限位器通孔中，所述延伸管的外径小于等于底泥切割限位器（2）的竖向的限位器通孔的内径，以方便延伸管插入限位器通孔中，使得沉积物样品能容易进入延伸管中；在底泥切割限位器（2）的侧面设有切割刀片（3）能插入或移出的切割刀片槽，所述的切割刀片（3）中心处设有中心孔，所述中心孔直径与限位器通孔的内径相匹配使得切割刀片（3）在插入到切割刀片槽中后其中心孔能与限位器通孔对准。

2.一种适用于潮滩湿地松软沉积物柱状样的采样和分割的方法，其特征在于将双层钢管的前端开口朝下，首先通过旋转手柄（12）将双层钢管（7）的下端具有锋利的细锯齿状刃口的双层钢管慢慢压入土中，活塞杆（10）受到沉积物的顶托慢慢地沿着限位孔（13）伸出双层钢管外，此时沉积物不断地进入双层钢管的内管中，待活塞上的活塞环加压阀（9-4）露出双层钢管的顶端时将活塞环加压阀（9-4）的板钮的前端板手（9-4-2）掰开，此时夹在固定钢片（9-1）和加压钢片（9-3）之间的橡胶圈（9-2）受到后端的钮头（9-4-3）挤压后膨胀，从而使活塞的橡胶圈（9-2）和双层钢管（7）的内壁达到完全紧贴并使其双层钢管的内腔产生负压，此时通过充放气筒向设置在双层钢管（7）的开口处内壁的膨胀圈（6）进行充气，待充气使膨胀圈膨胀足够大而能切断双层钢管（7）内的底端沉积物时停止充气，最后通过旋转手柄（12）旋转充满沉积物的双层钢管（7），使之缓缓拔出等待沉积物分割；

将上述采集的沉积物进行分割，首先将沉积物采集系统采集的沉积物样品和双层钢管（7）倒放并将底座放置在植物体上，然后启动充放气筒（14）使膨胀圈内的气体抽出，膨胀圈恢复到初始位置并打开双层钢管（7）上的活塞环加压阀（9-4）使活塞能自由移动、以便推动沉积物柱状样进入底泥切割限位器（2）的限位器通孔中；其次将切割刀片（3）插入底泥切割限位器（2）的切割刀片槽中使切割刀片中的孔与限位器通孔对准后套入双层钢管（7）的底端；最后通过下压手柄（12）使活塞（9）产生推力将双层钢管（7）内的沉积物慢慢地经切割刀片（3）的中心孔后挤入延伸管（1）中，根据延伸管壁上的刻度，当挤入到延伸管的沉积物达到要求的刻度时，抽拉切割刀片（3）将延伸管（1）中的沉积物与双层钢管中沉积物完全分开，然后将其中的沉积物装入到样品袋中待测。