CN108760382B - 一种海底表层沉积物低扰动取样器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海底表层沉积物低扰动取样器及其使用方法,取样器包括取样管、手柄、连接头、活塞和开关阀，取样管的顶部与连接头密封连接，取样管内设有活塞，所述的开关阀包括阀体、阀芯和推杆，阀体上设有推杆安装孔、阀芯安装孔、开关阀孔及进出水孔，推杆安装孔设置在阀芯安装孔顶部与阀芯安装孔连通，进出水孔与阀芯安装孔连通；推杆设置在推杆安装孔内，推杆上设有密封圈和阀芯收纳孔，阀芯安装在在阀芯安装孔内，阀芯顶部与推杆接触；阀芯底部与压缩弹簧的上端接触；开关阀孔通过水管与活塞与连接头之间的腔隙连通。本发明在沉积物样品转移过程中对样品扰动也非常小，且具有结构简单，操作方便、可靠，取样质量和取样成功率高的优点。

Description

一种海底表层沉积物低扰动取样器及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种海底表层沉积物取样装置，尤其是涉及一种海底表层沉积物低扰动取样器及其使用方法。
背景技术
海底表层沉积物中蕴藏着大量的微生物等生命群落，利用水下机器人采集海底表层沉积物样品，为人类认识和研究海洋生命演化、海底环境变化以及开展海底表层沉积物土工力学、锥尖阻力、侧壁摩擦力等科学研究提供重要技术支撑。然而，目前大多数水下机器人所使用的海底表层沉积物取样器的取样管仅为一根单一的钢化玻璃管（Push Core），由于排水需要，在取样管顶部径向上设有多个通水孔，在取样器完成海底表层沉积物取样后，当机械手将取样器从海底表层沉积物中拔出时，由于负压的作用使得海水从取样管顶部所设的通水孔倒流入取样管内，再加之取样管内壁非常光滑，极易造成取样管内的沉积物样品滑落，导致取样失败。与此同时，当需要将所采集的沉积物样品从取样管内向外转移时，其操作也十分不便，对样品扰动非常大，这将极不利于沉积物样品的高精度分析。为解决上述技术难题，亟待研制一种结构简单，操作方便、可靠，取样质量和取样成功率高的海底表层沉积物低扰动取样器。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便、可靠，取样质量和取样成功率高的海底表层沉积物低扰动取样器及其使用方法。
本发明采用的技术方案是：一种海底表层沉积物低扰动取样器，包括取样管、手柄、连接头、活塞和开关阀，所述的取样管的顶部与连接头密封连接，取样管内设有活塞，所述的开关阀包括阀体、阀芯和推杆，阀体上设有推杆安装孔、阀芯安装孔、开关阀孔及进出水孔，推杆安装孔垂直于阀芯安装孔设置在阀芯安装孔顶部，并与阀芯安装孔连通，进出水孔与阀芯安装孔连通；所述推杆设置在推杆安装孔内，推杆上设有密封圈和阀芯收纳孔，密封圈位于阀芯收纳孔外侧；阀芯安装在在阀芯安装孔内，阀芯顶部与推杆接触；阀芯安装孔底部与开关阀孔连通，开关阀孔内设有压缩弹簧，阀芯底部与压缩弹簧的上端接触；开关阀孔通过水管与活塞与连接头之间的腔隙连通；所述的手柄与取样管或连接头连接。
上述的海底表层沉积物低扰动取样器中，所述的活塞包括活塞体及橡胶挡板，活塞体的上端面上设有圆形槽，圆形槽底部设有多个导流孔；橡胶挡板设置在圆形槽内，通过螺钉与活塞体连接；所述的活塞体的侧壁上设有密封槽，密封槽内设有密封圈。
上述的海底表层沉积物低扰动取样器中，所述的手柄上设有橡胶套，手柄与连接头的顶部连接。
上述的海底表层沉积物低扰动取样器中，所述的连接头上设有通孔，通孔通过水管与开关阀连接。
上述的海底表层沉积物低扰动取样器中，所述取样管采用的是透明钢化玻璃管，取样管的壁厚为0.5~1毫米，取样管的长度为200~500毫米。
一种上述的海底表层沉积物低扰动取样器的使用方法，具体操作步骤如下：
1）利用水下机器人的一只机械手抓取所述的海底表层沉积物低扰动取样器的手柄，将海底表层沉积物低扰动取样器移动到垂直于海底表层沉积物表面的位置；
2）将海底表层沉积物低扰动取样器压入海底表层沉积物中，直至取样管全部压入海底表层沉积物为止；
3）利用水下机器人的另一只机械手推动开关阀的推杆，关闭开关阀；
4）将海底表层沉积物低扰动取样器从海底表层沉积物中拔出；
5）开启开关阀，利用外部水管连接开关阀的进出水孔，并向开关阀内通水，水通过开关阀进入取样管使得活塞缓慢推动海底沉积物样品向外移出。
上述的海底表层沉积物低扰动取样器的使用方法，步骤2）中取样器压入海底表层沉积物的速度为5-10mm/s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明的海底表层沉积物低扰动取样器结构简单、紧凑，外形尺寸小，特别适合于载人潜水器、无人潜水器、ROV等水下机器人的机械手操控。
（2）本发明完成海底取样操作后，只需关闭开关阀，取样管内的海底表层沉积物样品不容易从取样管内滑落，取样质量和取样成功率高。
（3）当需要将本发明取样管内的海底表层沉积物样品转移出来时，只需通过向开关阀的进出水孔打水，水进入活塞与连接头之间的腔隙内，推动活塞向下移动，活塞缓慢推动海底沉积物样品向外移出，对样品扰动非常小。
附图说明
图1是本发明的海底表层沉积物低扰动取样器的结构示意图。
图2是本发明的活塞的结构示意图。
图3是本发明的活塞的活塞体的结构示意图。
图中：1-橡胶套，2-手柄，3-开关阀，301-推杆安装孔，302-阀芯收纳孔，303-密封圈，304-推杆，305-进出水孔，306-阀芯，307-开关阀孔，308-压缩弹簧，4-水管，5-连接头，501-通水孔，502-密封圈，6-活塞，601-活塞体，602-橡胶挡板，603-螺钉，604-圆形槽，605-导流孔，606-密封槽，607-密封圈，7-取样管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的海底表层沉积物低扰动取样器包括取样管7、手柄2、连接头5、活塞6和开关阀3，所述的取样管7采用的是透明钢化玻璃管，取样管7的壁厚为0.5~1毫米，取样管7的长度为200~500毫米。取样管7的顶部与连接头5连接，通过密封圈501密封。取样管7内设有活塞6，如图2、3所示，所述的活塞6包括活塞体601及橡胶挡板602，活塞体601的上端面上设有圆形槽604，圆形槽604底部设有多个导流孔605；橡胶挡板602设置在圆形槽604内，通过螺钉603与活塞体601连接；所述的活塞体601的侧壁上设有密封槽606，密封槽606内设有密封圈607。橡胶挡板602能够允许取样管7内活塞下方的水向着活塞上方流动，禁止活塞上方的水向着活塞下方流动。
所述的开关阀3包括阀体、阀芯306和推杆304，阀体上设有推杆安装孔301、阀芯安装孔、开关阀孔307及进出水孔305，推杆安装孔301垂直于阀芯安装孔设置在阀芯安装孔顶部，并与阀芯安装孔连通，进出水孔305与阀芯安装孔连通。所述推杆304设置在推杆安装孔301内，推杆304上设有密封圈303和阀芯收纳孔302，密封圈303位于阀芯收纳孔302外侧。阀芯306安装在在阀芯安装孔内，阀芯306的顶部与推杆304接触，阀芯安装孔底部与开关阀孔307连通，开关阀孔307内设有压缩弹簧308，阀芯306底部与压缩弹簧308的上端接触。推动推杆304，阀芯306能够在弹簧308压力的作用下进入推杆304上的阀芯收纳孔302内。开关阀孔307通过水管4与连接头5上的通孔连接，连接头5上的通孔连通活塞6与连接头5之间的腔隙。所述的手柄1与连接头5连接。所述的手柄1上设有橡胶套2。
本发明的海底表层沉积物低扰动取样器的使用方法，包括如下步骤：
（1）利用水下机器人的一只机械手抓取所述的海底表层沉积物低扰动取样器的手柄1，将海底表层沉积物低扰动取样器移动到垂直于海底表层沉积物表面的位置。
（2）将海底表层沉积物低扰动取样器压入海底表层沉积物中，直至取样管7全部压入海底表层沉积物为止，取样器压入海底表层沉积物的速度为5-10mm/s，在取样管7压入海底表层沉积物过程中，取样管7内的海水将通过活塞6上开设的多个导流孔605进入活塞6与连接头5之间的腔隙，流经开关阀3的开关阀孔307，经进出水孔305向外排出。
（3）利用水下机器人的另一只机械手推动开关阀3的推杆34，关闭开关阀3。
（4）将海底表层沉积物低扰动取样器从海底表层沉积物中拔出。
（5）开启开关阀3，利用外部水管连接开关阀的进出水孔305，并向开关阀3内通水，水通过开关阀进入取样管7使得活塞6缓慢推动海底沉积物样品向外移出。

Claims (5)

1.一种海底表层沉积物低扰动取样器，其特征在于：包括取样管、手柄、连接头、活塞和开关阀，所述的取样管的顶部与连接头密封连接，取样管内设有活塞，所述的开关阀包括阀体、阀芯和推杆，阀体上设有推杆安装孔、阀芯安装孔、开关阀孔及进出水孔，推杆安装孔垂直于阀芯安装孔设置在阀芯安装孔顶部，并与阀芯安装孔连通，进出水孔与阀芯安装孔连通；所述推杆设置在推杆安装孔内，推杆上设有密封圈和阀芯收纳孔，密封圈位于阀芯收纳孔外侧；阀芯安装在阀芯安装孔内，阀芯顶部与推杆接触；阀芯安装孔底部与开关阀孔连通，开关阀孔内设有压缩弹簧，阀芯底部与压缩弹簧的上端接触；开关阀孔通过水管与活塞与连接头之间的腔隙连通；所述的手柄与取样管或连接头连接；
所述的活塞包括活塞体及橡胶挡板，活塞体的上端面上设有圆形槽，圆形槽底部设有多个导流孔；橡胶挡板设置在圆形槽内，通过螺钉与活塞体连接；所述的活塞体的侧壁上设有密封槽，密封槽内设有密封圈；所述的连接头上设有通孔，通孔通过水管与开关阀连接。
2.根据权利要求1所述的海底表层沉积物低扰动取样器，其特征在于：所述的手柄上设有橡胶套，手柄与连接头的顶部连接。
3.根据权利要求1所述的海底表层沉积物低扰动取样器，其特征是：所述取样管采用的是透明钢化玻璃管，取样管的壁厚为0.5~1毫米，取样管的长度为200~500毫米。
4.一种权利要求1-3中任一权利要求所述的海底表层沉积物低扰动取样器的使用方法，具体操作步骤如下：
1）利用水下机器人的一只机械手抓取所述的海底表层沉积物低扰动取样器的手柄，将海底表层沉积物低扰动取样器移动到垂直于海底表层沉积物表面的位置；
2）将海底表层沉积物低扰动取样器压入海底表层沉积物中，直至取样管全部压入海底表层沉积物为止；
3）利用水下机器人的另一只机械手推动开关阀的推杆，关闭开关阀；
4）将海底表层沉积物低扰动取样器从海底表层沉积物中拔出；
5）开启开关阀，利用外部水管连接开关阀的进出水孔，并向开关阀内通水，水通过开关阀进入取样管使得活塞缓慢推动海底沉积物样品向外移出。
5.根据权利要求4所述的海底表层沉积物低扰动取样器的使用方法，步骤2）中取样器压入海底表层沉积物的速度为5-10mm/s。
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