CN105547755A - 一种表层沉积物采样器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种表层沉积物采样器。所述采样器包括伸缩按钮和伸缩杆，可对采样器进行伸长缩短，且可以随时随地拆卸；第一卡紧块、第二卡紧块在采样封闭前后对伸缩杆进行固定；采样器横向延伸段，方便操作提拉；采样盒用来收集所采的底泥样品，减少采样器本身对底泥样品的干扰；还包括竖向支撑杆通过第一卡紧块、第二卡紧块和弹簧的作用，来控制钢板的启闭，采样后利用钢板来封闭采样器，以此来保证采样器中采样盒处于一个密闭空间，减少沉积物样品的扰动和混合；采样器上的锯齿大大降低了采样的难度，使采样器能适应更多采样环境。本发明具有操作简单、成本低廉、便于拆卸携带，且抗扰动性强，采样稳定性高和可灵活控制采样深度的优点。

Description

一种表层沉积物采样器

技术领域

本发明涉及一种对可以用于复杂水环境中表层沉积物采样装置，具体涉及一种表层沉积物采样器。

背景技术

底泥监测是水体环境调查和科学研究的重要组成部分，水下底泥沉积物中包含有大量的环境和气候的信息,是研究气候和环境变化规律的重要样品。因此,无扰动地进行表层沉积物采集工作对于重金属污染、生物扰动、营养盐通量、反硝化作用等研究工作的开展有着重要意义。

目前我国公知的沉积物采样器主要分为抓斗式沉积物采样器和柱状沉积物采样器。抓斗式采样器用于采集表层沉积物,采样时抓斗器张开,利用本身的重力陷入沉积物,再通过绳索牵引抓斗器闭合,将沉积物采集上来。通常使用抓斗式沉积物采样器来采集水下的表层沉积物，但是该采样器在采集后提离水面的过程中，容易造成所采集的表层沉积物的扰动与混合，甚至可能由于抓斗器在提离的过程张开了导致部分样品掉落。

目前抓斗式沉积物采样器最大的缺点是：依靠人为投抛并借助采样器自身重量使其插入沉积物，难以控制其采样深度，具有一定的盲目性；且它是通过绳索牵引并借助采样器自身重量实现抓斗启闭，这样的启闭效果往往不太好，极易造成沉积物在提离过程中掉落。

国内已有针对抓斗式沉积物采样器的缺点进行改进过后的专利申请，例如：授权公告号为CN204422245U（湖泊抓斗式底泥采样器），授权公告号为CN102967489A（一种抓斗式沉积物采样器），但都是依靠牵引绳或吊环连接左右抓斗，无法保证采样稳定性，且抗干扰性也较差。

授权公告号为CN202939054U（沉积物采样器），它则是在采样筒上方设置左右各半伞罩（材料为尼龙罩），通过收放绳连接左、右半伞罩在采样完毕后向上提令左、右半伞罩合拢，减少向上提时表层沉积物的扰动与混合。但尼龙罩并不是一个完全密闭的空间，始终会对沉积物存在一定的干扰，而且利用收放绳向上提无法确定其稳定性，若绳子断掉或左、右半伞罩合拢不完全也会对表层沉积物造成一定的扰动与混合。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、便于拆卸携带，且抗扰动性强，采样稳定性高和可控采样深度的表层沉积物采样器。

本发明的技术方案如下。

一种表层沉积物采样器，包括第一卡紧块、第二卡紧块、采样器横向延伸段、伸缩杆、竖向支撑杆、采样器、钢板、锯齿、采样盒和弹簧、转轴、轴套；

所述第一卡紧块、第二卡紧块设置于伸缩杆上；所述伸缩杆的底部左端设置有竖向支撑杆；所述第一卡紧块、第二卡紧块均可以分别向上向下翻转至竖直状态，所述第一卡紧块和第二卡紧块下端均连接有转轴；所述伸缩杆上设置有两个轴套；所述轴套与转轴套牢；所述采样器横向延伸段是采样器在顶部的横向延伸；所述弹簧上端固定在伸缩杆底部，弹簧下端固定在采样器底部；所述竖向支撑杆为伸缩杆的竖向延伸，与钢板固定在一起；所述采样盒固定在采样器底部；所述锯齿设置于采样器底部前端外侧面上，且当钢板封闭时，钢板与锯齿成密闭闭合。

上述表层沉积物采样器，还包括调节按钮；所述两个调节按钮与采样器第一收缩段与第二收缩段连接在一起，第一收缩段长度为70~90厘米，第二收缩段长度为90~110厘米，采样器底部段长度为140~160厘米，采样器即可在采样深度为2米以下的情况下只使用底部段进行采样，在采样深度为2米~3米的情况下将第二收缩段伸出进行采样，在采样深度为3米~3.5米的情况下将第一、二收缩段均伸出进行采样。

上述表层沉积物采样器，所述钢板在采样过程中的启闭是通过将第一卡紧块、第二卡紧块旋转至竖直状态，再将伸缩杆用力按下，待第一卡紧块进入采样器中，将第一卡紧块旋转至水平状态，此时钢板由于竖向支撑杆的下降而与锯齿闭合，形成封闭的采样空间。

上述表层沉积物采样器，所述整个采样器与锯齿的材料均为不锈钢材质，采样器由1~3个空心正方柱体组合而成。

上述表层沉积物采样器，所述采样盒材料为有机玻璃材质；所述伸缩杆采用金属带材或塑料片材卷制而成的可伸缩空心正方体杆；所述转轴和轴套材料均为铜制。

上述表层沉积物采样器，所述钢板采用20毫米~30毫米的厚钢板。

本发明的有益效果和显著优点：

（1）本发明与传统抓斗式表层沉积物采样器相比，它由于采样器利用伸缩按钮和伸缩杆，可对采样器进行伸长缩短，便于控制采样深度，对各类不同表层采样情况可灵活变动，并且可以对采样器进行拆卸，方便携带。

（2）它不同于传统抓斗式采样器那样“抓”取表层沉积物样品，而是使用“挖”+“刨”取的形式，通过人为施加压力，表层沉积物采样器上带有锯齿，可以根据不同沉积物情况（如软质沉积物和硬质沉积物、泥沙混合、泥石混合）自主控制采样量，采样稳定性和成功率大大提高。

（3）成功采取沉积物样品后，又通过伸缩杆、竖向支撑杆、钢板和弹簧相互的固定和拉伸作用，使钢板在成功采取沉积物样品后，完美紧紧地与锯齿密闭起来，再将采样器提拉起来，令沉积物样品在一个密封的空间里，极大的避免了对表层沉积物样品的扰动与混合。

（4）在采样器中固定了有机玻璃采样盒，再次避免采样器本身对表层沉积物样品的扰动与混合。

（5）整个采样过程操作简单，单人便可以完成采样工作，采样器本身所用材料价格比较低廉。

（6）运输方便，可在无法使用采样船的区域来回搬运，到达预定地点。

（7）与采样头连接的部分为强度很大的不锈钢（采样杆），区别于传统的抓斗采样器（采用钢索连接），因此本采样器可以应对水流急的状况，避免采样头被水流冲击导致偏离预定位置。

附图说明

图1为本发明表层沉积物采样器的平面结构示意图；

图2为本发明表层沉积物采样器未封闭状态下的剖面结构示意图；

图3为本发明表层沉积物采样器封闭状态下的剖面结构示意图；

图4为本发明表层沉积物采样器第二卡紧块的细部构造图。

图中各个部件如下：第一卡紧块1、第二卡紧块2、采样器横向延伸段3、伸缩按钮4、伸缩杆5、竖向支撑杆6、采样器7、钢板8、锯齿9、采样盒10、弹簧11、转轴12、轴套13。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例和采样器具体操作方法说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

如图1~图4所示，本发明表层沉积物采样器，包括第一卡紧块1、第二卡紧块2、采样器横向延伸段3、伸缩杆5、竖向支撑杆6、采样器7、钢板8、锯齿9、采样盒10和弹簧11、转轴12、轴套13；所述第一卡紧块1、第二卡紧块2设置于伸缩杆5上；所述伸缩杆5的底部左端设置有竖向支撑杆6；所述第一卡紧块1、第二卡紧块2均可以分别向上向下翻转至竖直状态，所述第一卡紧块1和第二卡紧块2下端均连接有转轴12；所述伸缩杆5上设置有两个轴套13；所述轴套13与转轴12套牢；所述采样器横向延伸段3是采样器7在顶部的横向延伸；所述弹簧11上端固定在伸缩杆5底部，弹簧11下端固定在采样器7底部；所述竖向支撑杆6为伸缩杆5的竖向延伸，与钢板8固定在一起；所述采样盒10固定在采样器7底部；所述锯齿9设置于采样器7底部前端外侧面上，且钢板8封闭时与锯齿9成密闭闭合。还包括调节按钮4；所述两个调节按钮4与采样器7第一收缩段与第二收缩段连接在一起，第一收缩段长度为70~90厘米，第二收缩段长度为90~110厘米，采样器7底部段长度为140~160厘米，采样器7即可在采样深度为2米以下的情况下只使用底部段进行采样，在采样深度为2米~3米的情况下将第二收缩段伸出进行采样，在采样深度为3米~3.5米的情况下将第一、二收缩段均伸出进行采样。所述钢板8在采样过程中的启闭是通过将第一卡紧块1、第二卡紧块2旋转至竖直状态，再将伸缩杆5用力按下，待第一卡紧块1进入采样器7中，将第一卡紧块1旋转至水平状态，此时钢板8由于竖向支撑杆6的下降而与锯齿9闭合，形成封闭的采样空间。所述整个采样器7与锯齿9的材料均为不锈钢材质，采样器7由1~3个空心正方柱体组合而成。所述采样盒10材料为有机玻璃材质；所述伸缩杆5采用金属带材或塑料片材卷制而成的可伸缩空心正方体杆；所述转轴12和轴套13材料均为铜制。所述钢板8采用20毫米~30毫米的厚钢板。

如图2剖面结构图（未封闭状态）所示，在采样前，先将采样盒10固定在采样器7的底部，进行检验，防止采样盒在采样过程中脱落；接着将伸缩杆（5）、采样器7组装起来，根据实际采样情况，将伸缩杆5、采样器7伸长缩短至合适的长度；然后伸缩杆5由于弹簧11与第二卡紧块2支撑和顶托作用下使其竖向支撑杆6撑住钢板8，令钢板8与采样器的锯齿9先不闭合；接下来采样人员抓住采样器横向延伸段3，方便使力，利用锯齿9根据不同沉积物情况（如软质沉积物和硬质沉积物），人为对采样器施力，以“挖”的形式采沉积物样品，采取所需采样量；

如图3剖面结构图（封闭状态）所示，在样品采取完毕后，将第一卡紧块（1）和第二卡紧块2分别向下翻转和向上翻转至竖直状态，将伸缩杆（5）用力往下按，按至第二卡紧块2进入到采样器7里，再将第二卡紧块2旋转至水平状态，便可放开伸缩杆5。此时，由于弹簧9向上的弹力作用和第二卡紧块2与采样器7的固定作用，便可使伸缩杆下降一定距离且固定住，那么由于竖向支撑杆6的下降，钢板8也从开口状态变为与锯齿9进行密闭闭合。这时候整个采样盒处于一个密封的状态，采样人员再通过采样器横向延伸段3将采样器7慢慢提拉出水面，将伸缩杆5恢复至未封闭前的状态。最后，将采样盒10从采样器7中取出来，再用盖子密封起来，带回实验室进行试验，再装入下一个采样盒10，重复上述步骤，进行下一个采样点的采样工作。图4为本发明表层沉积物采样器第二卡紧块的细部构造图，第一卡紧块与第二卡紧块相似。

本实施例中，采样器由提拉段尺寸为30cm×15cm×2cm（分别对应长宽高）、第一收缩段尺寸为15cm×15cm×80cm、第二收缩段尺寸为17cm×17cm×100cm和底部段尺寸为20cm×20cm×150cm的4段空心正方柱体组合而成，壁厚为0.6cm，均采用普通不锈钢材料制造；采样盒尺寸为20cm×20cm×25cm，采用有机玻璃材料制造；钢板厚度为20mm，长宽与采样盒匹配，且前段做成锯齿状与采样器紧密契合密闭；伸缩杆截面为6cm×6cm由金属带材制成的空心正方体，其伸缩长度分别与采样器各伸缩段和底部段对应。

实施例1

本实施例中，本发明与传统抓斗式采样器同时应用于河床复杂多变的城市河涌底泥样品采集，并且水面情况也受限于桥洞等，很难使用采样船。分别在某浅滩（水深约为0.3m~0.5m，大部分为硬底河床，部分河床长草，且其根部多被沙土、垃圾覆盖，泥量稀少，毗邻的堤岸均为“三面光”硬质堤）、某河涌干道（水深约为0.5m~1.0m，几年前经过疏浚，河床泥很少河底多河道整治工程抛弃的碎石，近年淤积的底泥在石缝间））和某个桥底河道（硬底化较为严重，桥墩周边全部是坚硬的混凝土，仅有极少数地方有少量淤泥）进行表层沉积物的采样。

传统抓斗式采样器在以上所述3种采样环境条件下，受到很大限制，采样工作无法进行。而本采样器在采样端设计有锯齿，在应对滩地多石头、河底多沙土覆盖与河道底硬底化较严重的情况下，可用锋利的锯齿先将石头或沙土移（铲）到一边，随后顺利进行正常的采样，且采样量与成功率均较高。

此外，由于无法使用采样船，就算是淤泥深厚的区域抓斗也基本无法发挥作用，加之运输困难。而本表层沉积物采样器其可拆卸与组装性，可任意拆卸放置在家用轿车的车尾箱（甚至放在小型运货车车内），携带方便，在复杂的狭小的城市河道堤岸路上来回穿梭，准确到达预定地点。且在对浅滩或采样深度较小的河流进行采样时，可仅携带其采样器底部段，最大限度地减轻负担。

实施例2

本实施例在某城市河道干流进行表层沉积物的采样工作，其干流水深约为2.0m~3.0m，且水较深并且水底暗流较急，拟采集水底3~5cm表层沉积物。本实施例使用本采样器和传统抓斗式采样器进行采样，采样步骤与上述一致。传统抓斗式采样器基本无法采集到沉积物样品，原因是：特别是水底暗流涌动，抓斗放下去就被冲歪，很难接触到底泥，特别是无法到达指定采样区域的底泥；即使触碰到底泥也极难抓取样品，就算抓去了样品也容易被水流冲走。而本采样器由于其密闭条件，在多次采样中均未明显观察到样品扩散现象，故在水深暗流急的情况下，本采样器采样稳定性与成功率均比较高。

本发明结构简单、成本低廉、便于拆卸携带，且抗扰动性强，采样稳定性高和可灵活控制采样深度，适用于表层沉积物采样，具有良好的经济性和实用性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种表层沉积物采样器，其特征在于，包括第一卡紧块（1）、第二卡紧块（2）、采样器横向延伸段（3）、伸缩杆（5）、竖向支撑杆（6）、采样器（7）、钢板（8）、锯齿（9）、采样盒（10）和弹簧（11）、转轴（12）、轴套（13）；

所述第一卡紧块（1）、第二卡紧块（2）设置于伸缩杆（5）上；所述伸缩杆（5）的底部左端设置有竖向支撑杆（6）；所述第一卡紧块（1）和第二卡紧块（2）下端均连接有转轴（12）；所述伸缩杆（5）上设置有两个轴套（13）；所述轴套（13）与转轴（12）套牢；所述采样器横向延伸段（3）是采样器（7）在顶部的横向延伸；所述弹簧（11）上端固定在伸缩杆（5）底部，弹簧（11）下端固定在采样器（7）底部；所述竖向支撑杆（6）为伸缩杆（5）的竖向延伸，与钢板（8）固定在一起；所述采样盒（10）固定在采样器（7）底部；所述锯齿（9）设置于采样器（7）底部前端外侧面上，且当钢板（8）封闭时，钢板（8）与锯齿（9）成密闭闭合。

2.根据权利要求1所述的表层沉积物采样器，其特征在于，还包括调节按钮（4）；所述两个调节按钮（4）与采样器（7）第一收缩段与第二收缩段连接在一起，第一收缩段长度为70~90厘米，第二收缩段长度为90~110厘米，采样器（7）底部长度为140~160厘米。

3.根据权利要求1所述的表层沉积物采样器，其特征在于，所述钢板（8）在采样过程中的启闭是通过将第一卡紧块（1）、第二卡紧块（2）旋转至竖直状态，再将伸缩杆（5）用力按下，待第一卡紧块（1）进入采样器（7）中，将第一卡紧块（1）旋转至水平状态，此时钢板（8）由于竖向支撑杆（6）的下降而与锯齿（9）闭合，形成封闭的采样空间。

4.根据权利要求1所述的表层沉积物采样器，其特征在于，所述整个采样器（7）与锯齿（9）的材料均为不锈钢材质，采样器（7）由1~3个空心正方柱体组合而成。

5.根据权利要求1所述的表层沉积物采样器，其特征在于，所述采样盒（10）材料为有机玻璃材质；所述伸缩杆（5）采用金属带材或塑料片材卷制而成的可伸缩空心正方体杆；所述转轴（12）和轴套（13）材料均为铜制。

6.根据权利要求1所述的表层沉积物采样器，其特征在于，所述钢板（8）采用20毫米~30毫米的厚钢板。