CN106840775B - 一种批量分层取样器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种批量分层取样器，包括底座以及固定到底座中间的立柱，立柱上设有可旋转的固定架，在底座上设有固定架动力装置，在立柱上设有取样动力装置，固定架上设有取样组件，取样组件包括内部中空的取样筒，在取样筒内部设有支杆，支杆的两端固定连接有端盖，端盖将取样筒上下端口封闭，端盖具有向外延伸端，纵向相邻的两个取样筒的延伸端通过螺栓固定连接，取样组件的轴心与取样动力装置的轴心相重合；固定架动力装置带动固定架旋转，取样组件随固定架旋转到取样动力装置下方停止，取样动力装置推动支杆向下运动，支杆沿取样筒内壁向下带动端盖与取样筒口脱离进行分层取样，取样筒下端设有活动连接的端盖复位装置。

Description

一种批量分层取样器

技术领域

本发明涉及海洋高浓度悬浮体采样设备，具体涉及一种海洋液体分层取样器。

背景技术

在海洋科学研究领域，我们常常需要对海水底层某区域的高浓度悬浮物进行取样，以便于对海洋环境条件及其变化因素进行更为深入的研究。由于高浓度悬浮物的特性会随着时间而逐渐产生变化，这就要求我们能对某一时间段内不同深度区域内的悬浮物进行连续取样，从而掌握该区域内悬浮物的相关特性。而连续取样时所取样本的时间一致性与位置一致性均与试验结果的准确度休憩相关，如何保证取样样品的有效性是取样工作中面临的难题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以实现批量自动分层取样，保证所取样本的时间一致性与取样位置的一致性，保证取样结果准确、可靠。

本发明所采取的技术方案如下：

一种批量分层取样器，包括底座以及固定到底座中间的立柱，所述立柱上设有可旋转的固定架，在底座上设有固定架动力装置，在立柱上设有取样动力装置，所述固定架上设有取样组件，所述取样组件包括内部中空的取样筒，在取样筒内部设有支杆，支杆的两端固定连接有端盖，端盖将取样筒上下端口封闭，所述端盖具有向外延伸端，纵向相邻的两个取样筒的延伸端通过螺栓固定连接，所述取样组件的轴心与取样动力装置的轴心相重合；所述固定架动力装置带动固定架旋转，所述取样组件随固定架旋转到取样动力装置下方停止，所述取样动力装置推动支杆向下运动，所述支杆沿取样筒内壁向下带动端盖与取样筒口脱离进行分层取样，所述取样筒下端设有活动连接的端盖复位装置。

进一步的，所述端盖复位装置包括底座，在底座上设有上方开口的容纳空间，所述容纳空间内开口处设有阻挡，内部安置有弹簧；设有轴肩的导向座安置在容纳空间内与弹簧上端面接触，所述导向座上端面与下端盖接触，在弹簧的作用下反推端盖复位。

进一步的，所述固定架包括旋转轴；所述旋转轴通过轴承固定到立柱上；以及设置在旋转轴两端的托盘；所述旋转轴上等间距的设有圆盘；所述托盘、圆盘上设有固定夹，所述固定夹以旋转轴为中心，均匀的分布到托盘上、圆盘上。

进一步的，所述取样组件为多个，与托盘、圆盘上的固定夹一一对应。

进一步的，所述取样筒为多个，与圆盘的数量差值为1。

进一步的，所述取样筒端口处设有端沿，所述端沿使取样筒端口处直径小于取样筒内部直径，所述取样筒内设有导向块，所述导向块内切于取样筒壁，所述导向块与支杆固定连接。

进一步的，所述固定架动力装置包括电机、通过电机支座与底座固定连接，通过齿轮箱与固定架连接。

进一步的，所述取样动力装置包括推手以及直线电机，所述直线电机通过第二支架固定到立柱上方，推手与直线电机轴固定，指向底座方向。

进一步的，所述取样器还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括控制器，所述控制器控制固定架动力装置、取样动力装置的开启。

进一步的，所述取样器还包括供电模块，所述供电模块与固定架动力装置、取样动力装置、控制器连接。

有益效果

本发明结构简单，使用便利，可以手动或是采用PLC自动调节，该取样器可按要求在相应的时间间隔内完成一次取样，每次取样时确保各层同时取，在一定的时间内完成要求的取样样本数。同时该取样器还应满足取样深度及使用周期的要求。

附图说明

图1本发明的总体结构示意图；

图2图1的俯视结构示意图；

图3本发明的取样器组件结构示意图一；

图4本发明的取样器组件结构示意图二；

以上各图中：1-取样组件、2-固定架、3-底座、4-电机支座、5-电机、6-主齿轮、7-从动齿轮、8-直线电机、9-供电模块、10-轴承、11-取样筒、12-端盖、13-密封圈、14-螺钉、15-导向座、16-底座，17-弹簧。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。

一种批量分层取样器，包括底座以及固定到底座中间的立柱，所述立柱上设有可旋转的固定架，在底座上设有固定架动力装置，在立柱上设有取样动力装置，所述固定架上设有取样组件，所述取样组件包括内部中空的取样筒，在取样筒内部设有支杆，支杆的两端固定连接有端盖，端盖将取样筒上下端口封闭，所述端盖具有向外延伸端，纵向相邻的两个取样筒的延伸端通过螺栓固定连接，所述取样组件的轴心与取样动力装置的轴心相重合；所述固定架动力装置带动固定架旋转，所述取样组件随固定架旋转到取样动力装置下方停止，所述取样动力装置推动支杆向下运动，所述支杆沿取样筒内壁向下带动端盖与取样筒口脱离进行分层取样，所述取样筒下端设有活动连接的端盖复位装置。

如图1、图2所示，一种批量分层取样器，包括底座以及固定到底座中间的立柱，立柱上可旋转的设有固定架，在底座上设有固定架动力装置，在立柱上设有取样动力装置，固定架上设有24组取样组件，每组取样组件纵向包括5个中空的取样筒，取样筒采用耐压壳体制成，可以承受海底的高压；在取样筒内部设有支杆，支杆的两端固定连接有端盖，端盖将取样筒上下端口封闭，端盖与取样筒端口之间设有密封圈，密封性好，可以保证采用结束之后，相邻两层的筒内样品不会彼此渗透影响，保证结果的准确性；端盖具有向外延伸端，纵向相邻的两个取样筒的延伸端通过螺栓固定连接；这样就使得上下相邻的两个取样筒之间具有间距，同时在取样时可以由取样动力装置统一操作控制，同样的复位关闭取样筒也是可以由复位装置统一复位，操作简单，动作可靠；取样组件的轴心与取样动力装置的轴心相重合，在取样打开取样筒的过程准确，无误；固定架动力装置带动固定架旋转，取样组件随固定架旋转到取样动力装置下方停止，取样动力装置推动支杆向下运动，支杆沿取样筒内壁向下带动端盖与取样筒口脱离进行分层取样，取样筒下端设有活动连接的端盖复位装置。

为了简化整体结构同时取样筒关闭迅速可靠，端盖复位装置包括底座，在底座上设有上方开口的容纳空间，容纳空间内开口处设有阻挡，内部安置有弹簧；设有轴肩的导向座安置在容纳空间内与弹簧上端面接触，导向座上端面与下端盖接触，导向座受挤压后反作用于下端盖；导向座的作用是确保端盖与弹簧之间同轴，避免复位不失效；并且保证弹簧不脱离容纳空间。与每个取样器组1的中心轴线正对。

在取样时，复位装置内的弹簧受到压缩变形，具有反向弹力，但此时取样动力装置在持续施力，弹簧无法恢复原状；当取样结束，取样动力装置对支杆的压力解除，弹簧要恢复弹性形变，对与端盖连接的支杆具有向上的推力，推动端盖复位将取样筒重新密封，采好的样品安全的留在筒内。

固定架包括旋转轴；旋转轴通过轴承固定到立柱上；以及设置在旋转轴两端的托盘；旋转轴上等间距的设有圆盘；托盘、圆盘上设有固定夹，固定夹以旋转轴为中心，均匀的分布到托盘上、圆盘上。

托盘、圆盘与旋转轴的连接可以采用可拆卸的，根据取样层数的需要而进行相应的拆卸，同样为了连接安全可靠也可以是固定的，在此不做限定。如图1所示，在本实施例中，选择上下两个托盘中间设置4层圆盘，焊接到旋转轴上，实现5个取样筒对海底进行5层样本采样；在旋转轴与立柱之间设有多个轴承，使两者之间能灵活转动。

为了实现批量采样，取样组件为多个，为了旋转平衡一般设置为双数，均匀的分布到固定架上，与托盘、圆盘上的固定夹一一对应。取样组件根据试验需要，可以进行10组、20组或是更多组的设置，在此不做限定。

同样为了取样层次的不同，取样筒为多个，与圆盘的数量差值为1。取样筒在实际的试验过程中根据实际的需要做3个取样筒纵向连接、5个取样筒纵向连接(如图1、3所示)，或是更多筒体的连接。

为了更好的实现密封，取样筒端口处设有端沿，端沿使取样筒端口处直径小于取样筒内部直径，取样筒内设有导向块，导向块内切于取样筒壁，导向块与支杆固定连接。

将取样筒的上下端口设置小于筒体的直径，这样可以在端口处设置成阶梯密封，密封效果更加可靠。

当端口直径小于筒体直径时，支杆移动时端盖将无法沿筒体壁移动，整个端盖将会倾斜，致使无法取样成功，因此在支杆上设有一体的导向块，使得支杆、端盖与导向块形成“王”字结构；并且导向块内切于取样筒，可以保证端盖与取样动力装置同轴，取样过程不会失效，安全可靠。

进一步的，固定架动力装置包括电机、通过电机支座与底座固定连接，通过齿轮箱与固定架连接。

电机支座为L形通过焊接或是螺栓固定到底座上；齿轮箱具有变向、变速的作用，根据实际的使用需要进行设计，在此不限定齿轮数量、种类以及齿轮之间相互啮合关系。

如图1所示，在本实施例中采用了主齿轮6和从动齿轮7两个锥形齿轮相互啮合，完成电机的到固定支架的变向，驱动平稳可靠。

进一步的，所述取样动力装置包括推手以及直线电机，所述直线电机通过第二支架固定到立柱上方，推手与直线电机轴固定，指向底座方向。

采用直线电机，作为推力开启取样筒，直线电机运动轨迹简单，相比普通的电机无需设置其他诸如变向、轨道等结构，使得整个装置的结构最简化，利于维护和操作、控制。

在实际的使用过程中，直线电机8与底座3的轴心间距离、与固定架1的分布圆半径相等。在初始状态时，直线电机8的轴心与某组取样器组1的轴心相重合。初始采样之后，直线电机与固定架旋转动力装置电机配合，完成后面的多组采样。

为了进一步提高整个装置的采样自动化，在取样器上设置了自动控制装置，采用PLC控制器，控制固定架动力装置、取样动力装置的开启。

例如：在本实施例中，设定本取样装置，每隔一定时间(30min-2hour)进行一次分层取样，每次5层同时取样并自动记录取样时间。

为了实现长时间的五人看守采样，述取样器还包括供电模块，供电模块与固定架动力装置、取样动力装置、控制器连接。

供电模块可以是做好防水耐压随采样装置在海底的锂电池；也可以是漂浮在海面，通过电缆连接的太阳能、风能发电装置，根据实际的采样需要而选择，在此不做限定。供电模块可以实现全程无人看管，长时间的枯燥采样工作，大大的降低了科研劳动者的体力劳动投入时间和精力，将更有效的时间和精力投入到有效的科研工作中。

本装置的取样过程如下：

工作时，直线电机8正转，电机轴与最顶端取样器的密封端盖12接触，推动其向下移动。由于每个取样筒1内的端盖12均通过螺钉14连接成一个整体，故每级密封端盖12均会同时沿着筒壁向下移动；端盖与取样筒脱开，使同一轴线上原本密封的多层取样筒同时打开进行悬浮体分层取样。与此同时，由于密封端盖12下移，将使复位弹簧17在导向座15的导向下被压缩。取样完毕后，直线电机8反转，回到初始位置，此时的端盖12在复位弹簧17的推动下向上复位，将已经充盈取样筒封闭。根据控制器的设定，到达规定的取样时间间隔后，固定架动力装置的，电机5通过齿轮箱驱动固定架2旋转一定的角度，保证旋转后的取样组件与直线电机8中心轴重合，如此反复循环，直至所有取样组件的取样筒都充盈，将该取样器回收，将各取样器组1拆下并断开连接螺钉14，此时每个取样器相互独立，可单独进行开启与关闭，对取样筒内样品进行定量定性分析。

本发明在工作时，能根据要求同时分多层取底层1m以内水层中的悬浮泥沙，提高了单次取样的效率，具有较好的可操作性；该取样器可按规定时间进行分层取样，每次分多层同时取样，可避免因取样时间不同步、取样深度不统一而带来的样品误差，提高取样的准确性。

本发明结构简单，使用便利，大大降低了以往的取样工作难、取样不准确的情况，简化了取样过程，实现了批量的取样，提高了样品之间的相关性，利于海洋科学研究。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种批量分层取样器，其特征在于：包括底座以及固定到底座中间的立柱，所述立柱上设有可旋转的固定架，在底座上设有固定架动力装置，在立柱上设有取样动力装置，所述固定架上设有取样组件，所述取样组件包括内部中空的取样筒，在取样筒内部设有支杆，支杆的两端固定连接有端盖，端盖将取样筒上下端口封闭，所述端盖具有向外延伸端，纵向相邻的两个取样筒的延伸端通过螺栓固定连接，所述取样组件的轴心与取样动力装置的轴心相重合；所述固定架动力装置带动固定架旋转，所述取样组件随固定架旋转到取样动力装置下方停止，所述取样动力装置推动支杆向下运动，所述支杆沿取样筒内壁向下带动端盖与取样筒口脱离进行分层取样，所述取样筒下端设有活动连接的端盖复位装置；

所述端盖复位装置包括底座，在底座上设有上方开口的容纳空间，所述容纳空间内开口处设有阻挡，内部安置有弹簧；设有轴肩的导向座安置在容纳空间内与弹簧上端面接触，所述导向座上端面与下端盖接触，在弹簧的作用下反推端盖复位；

所述固定架包括旋转轴；所述旋转轴通过轴承固定到立柱上；以及设置在旋转轴两端的托盘；所述旋转轴上等间距的设有圆盘；所述托盘、圆盘上设有固定夹，所述固定夹以旋转轴为中心，均匀的分布到托盘上、圆盘上。

2.根据权利要求1所述一种批量分层取样器，其特征在于，所述取样组件为多个，与托盘、圆盘上的固定夹一一对应。

3.根据权利要求2所述一种批量分层取样器，其特征在于，所述取样筒为多个，与圆盘的数量差值为1。

4.根据权利要求1所述一种批量分层取样器，其特征在于，所述取样筒端口处设有端沿，所述端沿使取样筒端口处直径小于取样筒内部直径，所述取样筒内设有导向块，所述导向块内切于取样筒壁，所述导向块与支杆固定连接。

5.根据权利要求1所述一种批量分层取样器，其特征在于，所述固定架动力装置包括电机、通过电机支座与底座固定连接，通过齿轮箱与固定架连接。

6.根据权利要求1所述一种批量分层取样器，其特征在于，所述取样动力装置包括推手以及直线电机，所述直线电机通过第二支架固定到立柱上方，推手与直线电机轴固定，指向底座方向。

7.根据权利要求1所述一种批量分层取样器，其特征在于，所述取样器还包括自动控制装置，所述自动控制装置包括控制器，所述控制器控制固定架动力装置、取样动力装置的开启。

8.根据权利要求7所述一种批量分层取样器，其特征在于，所述取样器还包括供电模块，所述供电模块与固定架动力装置、取样动力装置、控制器连接。