CN107941557A - 一种柱状沉积物分层采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱状沉积物分层采样装置，包括：采样头底部经法兰与采样管组件顶部固定密封连接，采样头周围设置导流翼片；采样头包括：连接部、连接杆、滑动配重锤击块和连接绳，连接部上固定设置连接杆，滑动配重锤击块滑动设置在连接杆上，连接绳与滑动配重锤击块连接；采样柱组件包括：单面滑动式密封方形空心采样柱和底部密封机构，单面滑动式密封方形空心采样柱上端经法兰与采样头的连接端底部固定连接；单面滑动式密封方形空心采样柱下端设置底部密封机构。该采样装置由于顶部的采样头和底部的采样柱组件均采样密封设施，双重保险同时存在，能够非常轻松的加大采样管径，单次能够获取更多的待取沉积物样品。

Description

一种柱状沉积物分层采样装置

技术领域

本发明涉及沉积物底泥采集、研究泥质分层特征领域，具体涉及一种柱状沉积物分层采样装置。

背景技术

研究表明，沉积物能够有效的记录有机质沉积过程和年代的演变特征，通过对沉积物柱状样品的测年及有机物含量组分分析，能够重现该流域历年的演变规律，其为行之有效的方法。因此，采集未扰动、连续性完整的沉积物柱状样品尤为重要。此外，研究黑臭底泥有机质释放规律对水体的影响，以及分析预测清淤前后的影响，都非常依赖样品的采集完整。

目前设计并推广使用且较为成功的采样器，多为抓斗式和箱式采样器，其优点为采集成功率高、操作方便，但最大的缺点是仅能够采集表层约20cm的底泥样品。而现有使用的柱状采样器多存在采样成功率低，密封性差，样品分层难等问题。针对底泥采样装置，已有不少科研人员研发，但设计的采样装置的采样柱基本都是圆柱体结构，其有采样承受强度大、采样量同等较大等优点，但在实施过程中发现，该采样结构样品分层仅能够采用底部或顶部推动的方式，通过推动整个采样柱样品，而后大多以环切的方式收集样品，如发明专利201410038627.6、201510255449.7等。其中在推动过程中极有可能产生不同层次底泥物质交换压缩变形等由于设计问题带来的样品采集失真。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种柱状沉积物分层采样装置，能解决采样困难、现有的采样装置失败率高、样品分层误差大等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种柱状沉积物分层采样装置，包括：

采样头、法兰、采样柱组件和导流翼片；其中，

所述采样头底部经法兰与所述采样管组件顶部固定密封连接，所述采样头周围设置所述导流翼片；

所述采样头包括：连接部、连接杆、滑动配重锤击块、单向过水气阀门、防漏垫圈和连接绳，所述连接部上固定设置所述连接杆，所述滑动配重锤击块滑动设置在所述连接杆上，所述连接绳与所述滑动配重锤击块连接；采样头的连接部底部设有采样柱固定位，其内设有防漏垫圈；所述采样柱固定位内设有排水气通道，所述排水气通道的上端设置单向过水气阀；

所述采样柱组件包括：单面滑动式密封方形空心采样柱和底部密封机构，所述单面滑动式密封方形空心采样柱上端经所述法兰与所述采样头的连接部的底部固定连接；所述单面滑动式密封方形空心采样柱的底部设置所述底部密封机构。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的柱状沉积物分层采样装置，其有益效果为：

通过设置采样头经法兰连接采样柱组件，并在采样头周围设置导流翼片，确保了采样时的该采样装置的垂直下沉；采样头设置滑动配重锤击块，方便锤击采样柱组件下沉对污泥取样，提升采样深度；采样头中部设有单向过水气阀门,保证采样柱下落时开启，上升时关闭，使得采样柱上提时达到顶部密封效果；采样柱组件采用单面滑动式密封方形空心采样柱，并在单面滑动式密封方形空心采样柱底部设置底部密封机构，能在对污泥采样后保证采样柱内底部密封性，避免了污泥样品与水混合，引起样品采集失真的问题；样品采集上岸后通过移动滑动挡板，使用分样器皿自上而下分层收集样品。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的柱状沉积物分层采样装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的采样装置的采样头的单向过水气阀示意图；

图3为本发明实施例提供的采样装置的采样柱组件的单面滑动式密封方形空心采样柱的结构及样品分层示意图；

图4为本发明实施例提供的采样装置的采样柱组件的底部密封机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的采样装置的采样柱组件的底部密封机构的A处放大示意图；

图6为本发明实施例提供的柱状沉积物分层采样装置的底部阻流塞结构示意图；

图7为本发明实施例提供的柱状沉积物分层采样装置的分样器皿结构示意图；

图8为本发明实施例提供的柱状沉积物分层采样装置的连接绳结构示意图；

图中：1-控制绳；1B-控制绳的内嵌绳索；2-连接杆；3-上限位节点；4-滑动配重锤击块；5-下限位节点；6-排水气通道；7-导流翼片；8-采样柱固定位；9-防漏垫圈；10-单向过水气阀门；11-采样柱；12-密封隔板；13-密封弹片；14-法兰；15-滑动挡板；16-防倒靶；17-磁力导向系统；18-磁性锁扣舱；19-密封螺旋弹片；20-手动控制阀；21-弹片充能收缩旋钮；22-磁性防倒弹头；23-防倒阻隔段；24-底部阻流塞；25-堵塞导向底座；26-分样器皿；27-采样头；28-固定挡板；29-配平预留孔；30-采样柱稳定箍；31-滑块配重区域；32-滑板固定预留孔；33-样品分层标尺。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种柱状沉积物分层采样装置，是一种方便有效，便于实施的采样装置，能解决采样困难、现有的采样装置失败率高、样品分层误差大等问题，包括：

采样头、法兰、采样柱组件和导流翼片；其中，

所述采样头底部经法兰与所述采样管组件顶部固定密封连接，所述采样头周围设置所述导流翼片；

所述采样头包括：连接部、连接杆、滑动配重锤击块、单向过水气阀门、防漏垫圈和连接绳，所述连接部上固定设置所述连接杆，所述滑动配重锤击块滑动设置在所述连接杆上，所述连接绳与所述滑动配重锤击块连接；采样头的连接部底部设有采样柱固定位，其内设有防漏垫圈；所述采样柱固定位内设有排水气通道，所述排水气通道的上端设置单向过水气阀；

所述采样柱组件包括：单面滑动式密封方形空心采样柱和底部密封机构，所述单面滑动式密封方形空心采样柱上端经所述法兰与所述采样头的连接部的底部固定连接；所述单面滑动式密封方形空心采样柱的底部设置所述底部密封机构。底部密封机构与单面滑动式密封方形空心采样柱使用的自上而下滑动挡板的方式收集样品。

上述采样装置中，采样头的连接杆的杆体上、下部分别设有对所述滑动配重锤击块限位的上、下限位节点；

所述连接杆的杆体为拆装组合杆体，拆装点处于所述上限位节点处；

所述滑动配重锤击块由多个配重块组成。

具体的，上述采样头的连接部中，通过在采样头的连接部设置单向过水气阀(可采用单向出水密封盖)，在采样柱放入水中下落时，水和气能通过该单向过水气阀处排出，当底泥样品采集后向上提起时，该单向过水气阀的密封盖依靠自重作用自动盖下，由于压强的作用，在水力扰动较小的时候，采集的样品不会脱落，本发明将单向过水气阀设置在采样头口径缩小的部位，排水气通道的密封槽内预留一定的空间存水，从而提升整体的密封性，在大气压的作用下基本能保证采集的样品在扰动小的水中不会掉落。

上述采样装置中，导流翼片为四片，分别设在所述采样头的连接部的四周。在采样头的连接部的四个棱角处加装了导流翼片，有助于保证采样器在下落过程中垂直于地面，更轻松的采集到更多的沉积物样品。

如图2所示，上述采样装置中，方形空心采样柱包括：三个固定挡板、一个滑动挡板、密封隔板和密封弹片；其中，

所述单面滑动式密封方形空心采样柱包括：三个固定挡板、一个滑动挡板和密封隔板；其中，

所述三个固定挡板固定连接成具有一面开口的结构体，所述一个滑动挡板滑动设在所述结构体的开口上形成一面能滑动打开的截面为正方形的正方形空心柱体；

所述滑动挡板上设有固定螺钉；

所述正方形空心柱体的底部经所述密封弹片设置密封隔板。

上述方形空心采样柱中，方形空心采样柱还包括：多个稳定箍，间隔套设在所述正方形空心柱体上。

上述方形空心采样柱中，滑动挡板为透明板体，该滑动挡板底部设有配重区域，可设置配重。

上述方形空心采样柱中，正方形空心柱体的开口处的固定挡板边沿上设有样品分层标尺。

具体的，上述的方形空心采样柱为长方体结构，其中三面为固定设置的固定挡板，一面为滑动挡板，形成的结构体的截面为正方形，这种方形空心结构采样柱入水前先固定滑动挡板，通过滑动挡板的左、右固定挡板上的螺丝固定，左、右固定挡板上各设置3～5个，滑动挡板上固定接触面均设有密封垫，保证样品采集后进行样品分层时能上下滑动而不漏气。本发明使用柱状采样结构，并采用一个滑动挡板，配合读取左、右固定挡板上的样品分层标尺的刻度，使用配套的分样铲，能满足沉积物样品不同分层要求的样品分层，且能够最大限度地保证样品的原有形态，这是目前圆柱形采样管无法做到的，传统的圆柱采样管多采用底部推动式分样，将样品由底部推往顶部，超过顶部的样品进行切割从而收集样品，其推动过程中易造成不同层次样品混合，而且由于底泥样品的不定形的特征对样品分层环切操作带来一定的难度。

如图3所示，上述采样装置中，采样柱组件的底部密封机构包括：

磁力导向系统、防倒靶和磁性锁扣舱、密封螺旋弹片、弹片充能收缩旋钮、防倒阻隔段、磁性防倒弹头、手动控制阀和控制绳；其中，

所述磁力导向系统、防倒靶和磁性锁扣舱内嵌设在所述方形空心采样柱的左侧固定挡板内，所述磁性锁扣舱设在所述磁力导向系统内，所述磁性锁扣舱内设置所述防倒靶；

所述密封螺旋弹片、弹片充能收缩旋钮、防倒阻隔段、磁性防倒弹头和手动控制阀内嵌设在所述方形空心采样柱的右侧固定挡板内，所述密封螺旋弹片的中间部位设置弹片充能收缩旋钮和弹片末端防倒阻隔段，所述磁性防倒弹头与所述密封螺旋弹片的自由端连接，所述手动控制阀设在所述磁性防倒弹头处；

所述手动控制阀与所述控制绳连接，所述控制绳上端经所述方形空心采样柱从所述采样头上部穿出。

上述的底部密封组件，起到在采集样品后，对采样柱底部密封的作用。对样品切割时，可根据需要滑动滑片，待先排出上覆水层，使用分样器皿取得。

上述采样柱组件中，为了增加样品采集的成功几率，强化采样柱的密封性，在采样柱的底部偏上3～5mm部位设置了密封隔板和密封弹片作为底泥样品止回设施，在采样柱进入水体前，密封住采样柱底部左右两边片状结构的手动控制阀开关，其中右侧固定挡板内嵌的手动控制阀受控制绳内部套绳控制，拉紧时能触发底部手动控制阀。当底泥采集深度足够时，触发手动控制阀，能打开右侧固定挡板内嵌的密封螺旋弹片，释放密封螺旋弹片，弹片头部设有具体防倒结构和磁性钥匙的磁性防倒弹头，当靠近左侧固定挡板内嵌的弹片目的地时，左侧固定挡板内嵌的磁性锁扣舱被打开，磁性锁扣舱内设有防倒靶，阻止底泥掉落。

上述采样装置还包括：为正面和上面开口的方形容器结构(参见图3、5)，该分样器皿宽度与所述单面滑动式密封方形空心采样柱的宽度相匹配，长度小于所述单面滑动式密封方形空心采样柱的长度。该分样器皿，便于收集待分层的沉积物样品。移动滑动挡板收集样品，通过采用分样器皿对样品切割收集，基本无扰动。

本发明的采样装置由于顶部的采样头和底部的采样柱组件均采样密封设施，双重保险同时存在，能够非常轻松的加大采样管径，单次能够获取更多的待取沉积物样品。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

下面详细描述本发明的实施例，所诉的实施例具体编号对应的核心元件在附图中示出，具体采样器包含但不限于图中所标示的元件。为了方便描述和对发明的理解，引入“前”、“左边”、“右边”、“顶部”、“底部”的描述。

如图1至图8所示，本发明的采样装置主要分为上部的采样头和下部的采样柱组件两大部分，采样头和采样柱组件使用法兰14进行连接，采样头27下端预留采样柱11所需的采样柱固定位8，并加设防漏垫圈9提升该采样装置整体密封性。本发明可胜任具有一定深度的河流湖泊沉积物样品采集工作，柱状样采集完成后，可以任意深度分层收集样品。

如图1所示，采样头27上部设有连接杆2，连接杆2可在对滑动配重锤击块限位的上限位节点3位置解开拆分，可增加滑动配重锤击块4的重量，方便采样工作，多个滑动配重锤击块4能连接扣为整体，滑动配重锤击块4上部设有预装的绳索扣，必要时可扣上第二根绳索。滑动配重锤击块4下端存在下限位节点5，阻止滑动配重锤击块4继续下落影响单向过水气阀10，在采样工作时，若采集深度不够，可在滑动配重锤击块4上套上连接绳，通过将滑动配重锤击块4的顶部缓慢运动到上限位节点3的底端，而后依靠重力作用向下锤击的方式上下运动，达到满意的取样深度。采样器向上提起时单向过水气阀10闭合，采样柱11处于密封状态，且排水气通道6设有一定的储水空间，强化采样装置整体气密性，能够将采集的样品平稳地垂直拉向水面。

采样头27周围设有四个导流翼片7，当采样装置下落时导流翼片7能够有效地控制采样装置垂直砸向目的地底部，提升采样质量。

如图2、3所示，采样柱11的横截面为正方形，其中三面为固定挡板28，采样柱11根据采样柱的尺寸需求，上中下部区域共设有2～3个稳定箍，滑动挡板15为可视透明材质，可能与其他采样柱挡板28密度不一致，考虑到力矩转动的影响，在滑动挡板15底部设有配重区域31，通过该配重区域能加设一块配重滑块，使得采样柱11能够在水下平稳下落。滑动挡板15滑动到顶端时采样柱11上端完全密封，再通过固定预留孔32进行固定。

特别地，该装置顶部设置单向过水气阀门采用单向过水密封方式，在水力条件扰动小的情况下，依靠大气压强差基本能成功采得样品；为提高样品采集成功率，在装置底部设置了强化密封的底部密封组件，该底部密封组件能实现底部泥水分离，同时承托装置内沉积物样品重量，以弥补现有采样装置出水后顶部密封组件即失效的缺陷，相比传统采样器，亦无需在水气封堵采样器底端，提升样品采集的安全性。

本发明在采样柱11底部设有强化气密性的底部密封隔板12和密封弹片13形成底泥样品止回设施，采样柱11底部设有底部密封机构，该底部密封机构包含左侧挡板内嵌的磁力导向系统17、防倒靶16和磁性锁扣舱18，以及右侧挡板内嵌的密封螺旋弹片19、弹片充能收缩旋钮21、弹片末端的防倒阻隔段23、磁性防倒弹头22和手动控制阀20等，采样开始前旋紧充能按钮21，锁闭手动控制阀20，手动控制阀20由控制绳1内嵌绳索1B控制，在采样器欲上拉时，拉动内嵌绳索1B即可触发该手动控制阀20，触发手动控制阀20后，磁性防倒弹头22即刻被释放，磁性防倒弹头22迅速向左侧固定挡板移动并切割样品，当到达左侧固定挡板附近时，磁力导向系统17进行牵引，由于磁性防倒弹头22携带磁性解锁信息，磁性锁扣舱18即刻被打开，磁性防倒弹头22进入防倒靶16内减速停下，此时右侧固定挡板上设置的防倒阻隔段23出现在设有防过设施右侧手动控制阀20边缘，随着采样装置向上移动，样品的下落趋势会加强稳定性，从而稳稳的托住底泥。由于采样柱11顶部和底部同时密封，样品采集量和成功率可大大提升。特别地，由于采样柱11的左侧固定挡板和右侧固定挡板下部结构不一样，在左侧挡板下部设有配平预留孔29，可根据固定挡板左右的重量进行调整，保证采样装置的平衡性。

样品采集出水后使用底部阻流塞24堵住采样柱下端，以便增加密封螺旋弹片19的使用寿命，堵塞过程中，底部阻流塞24上设置的导向堵塞底座25(参见图4、5)会提高堵塞的稳定性和可操作性。堵塞完成后，下一步进行样品分层操作，应先解开滑板固定预留孔32，根据采样需求，参考样品分层标尺33，合理的滑动滑动挡板15，利用分样器皿26进行样品的收集工作。样品收集完成后，拔出底部阻流塞24，压下防倒靶16，释放磁性防倒弹头22，关闭磁性锁扣舱18，重新旋紧磁性防倒弹头22充能收缩旋钮21，关闭手动控制阀20，重新扣上滑动挡板15即可进行下一次样品采集工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，包括：

采样头、法兰、采样柱组件和导流翼片；其中，

所述采样头底部经法兰与所述采样管组件顶部固定密封连接，所述采样头周围设置所述导流翼片；

所述采样头包括：连接部、连接杆、滑动配重锤击块、单向过水气阀门、防漏垫圈和连接绳，所述连接部上固定设置所述连接杆，所述滑动配重锤击块滑动设置在所述连接杆上，所述连接绳与所述滑动配重锤击块连接；采样头的连接部底部设有采样柱固定位，其内设有防漏垫圈；所述采样柱固定位内设有排水气通道，所述排水气通道的上端设置单向过水气阀；

所述采样柱组件包括：单面滑动式密封方形空心采样柱和底部密封机构，所述单面滑动式密封方形空心采样柱上端经所述法兰与所述采样头的连接部的底部固定连接；所述单面滑动式密封方形空心采样柱的底部设置所述底部密封机构。

2.根据权利要求1所述的柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，所述采样头的连接杆的杆体上、下部分别设有对所述滑动配重锤击块限位的上、下限位节点；

所述连接杆的杆体为拆装组合杆体，拆装点处于所述上限位节点处；

所述滑动配重锤击块由多个配重块组成。

3.根据权利要求1或2所述的柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，所述导流翼片为四片，分别设在所述采样头的连接部的四周。

4.根据权利要求1或2所述的柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，所述单面滑动式密封方形空心采样柱包括：三个固定挡板、一个滑动挡板、密封隔板和密封弹片；其中，

所述三个固定挡板固定连接成具有一面开口的结构体，所述一个滑动挡板滑动设在所述结构体的开口上形成一面能滑动打开的截面为正方形的正方形空心柱体；

所述滑动挡板上设有固定螺钉；

所述正方形空心柱体的底部经所述密封弹片设置密封隔板。

5.根据权利要求4所述的柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，所述单面滑动式密封方形空心采样柱还包括：

多个稳定箍，间隔套设在所述正方形空心柱体上。

6.根据权利要求4所述的柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，所述滑动挡板为透明板体，该滑动挡板底部设有配重区域。

7.根据权利要求4所述的柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，所述正方形空心柱体的开口处的固定挡板边沿上设有样品分层标尺。

8.根据权利要求1或2所述的柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，所述采样柱组件的底部密封机构包括：磁力导向系统、防倒靶和磁性锁扣舱、密封螺旋弹片、弹片充能收缩旋钮、防倒阻隔段、磁性防倒弹头、手动控制阀和控制绳；其中，

所述磁力导向系统、防倒靶和磁性锁扣舱内嵌设在所述方形空心采样柱的左侧固定挡板内，所述磁性锁扣舱设在所述磁力导向系统内，所述磁性锁扣舱内设置所述防倒靶；

所述密封螺旋弹片、弹片充能收缩旋钮、防倒阻隔段、磁性防倒弹头和手动控制阀内嵌设在所述方形空心采样柱的右侧固定挡板内，所述密封螺旋弹片的中间部位设置弹片充能收缩旋钮和弹片末端防倒阻隔段，所述磁性防倒弹头与所述密封螺旋弹片的自由端连接，所述手动控制阀设在所述磁性防倒弹头处；

所述手动控制阀与所述控制绳连接，所述控制绳上端经所述方形空心采样柱从所述采样头上部穿出。

9.根据权利要求1或2所述的柱状沉积物分层采样装置，其特征在于，还包括：分样器皿，为正面和上面开口的方形容器结构，该分样器皿宽度与所述单面滑动式密封方形空心采样柱的宽度相匹配，长度小于所述单面滑动式密封方形空心采样柱的长度。