CN110057619B - 手动简易柱状沉积物采集装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手动简易柱状沉积物采集装置和方法。它包括采样管、气路控制管、第一连接杆和第二连接杆，其中采样管包括采样筒、变径接头、第一连接管、第一外螺纹活接头、气路钢管、气体软管、钢管堵头、采样管内螺纹堵头、采样管平滑堵头和打气筒；气路控制管包括四通管、第二连接管、第三连接管、第四连接管、第五连接管、第六连接管、第七连接管、止逆阀、第一球阀、第二外螺纹活接头、第一内螺纹活接头、气路控制管堵头和气嘴，气路控制管下端的第一内螺纹活接头与采样管上端的第一外螺纹活接头相接。第一连接杆和第二连接杆顺次连接固定在气路控制管上端。本发明可大幅提高采样效率、提高采样器携带便利性、降低采样器制作成本、降低采样风险。

Description

手动简易柱状沉积物采集装置及其方法

技术领域

本发明属于沉积物采集领域，具体涉及一种手动柱状沉积物采集装置及其方法。

背景技术

沉积物主要是指以各种形式进入水体且最终在絮凝作用、重力作用下沉积在水体底部的固态物质，研究水下沉积物对河海水文研究、生物多样性研究、环境监测、水体保护等具有重要作用。

传统沉积物采集器，一方面质量较大，不便于野外携带，且采集效率不高；另一方面价格昂贵，操作繁琐，采集成本高，不利于大范围推广。此外，传统手动沉积物采样器难以采集深层的密实沉积物，样品采集受沉积物质地的限制。

因此，设计一种简易、高效、实用的手动柱状沉积物采集器很有必要。

发明内容

本发明的目的是解决沉积物采样困难、采样成本高的难题，并提供一种手动简易柱状沉积物采集装置及其方法。

本发明的核心基础在于：通过实际采样发现，将采样筒插入沉积物的过程中，水和气体可通过止逆阀自下而上排出，在止逆阀的作用下，排出的空气和水不会在采样管上提的过程中又回到采样筒内，在负压差作用下，采样管内沉积物样品随采样管一起离开沉积物。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种手动简易柱状沉积物采集装置，其包括采样管、气路控制管、第一连接杆、第二连接杆；

所述采样管主体为采样筒，采样筒上端与变径接头连接，变径接头通过第一连接管与第一外螺纹活接头连接；采样筒侧面设有气路钢管，气路钢管上端与气体软管连接，气体软管另一端与打气筒出气端连接，气路钢管下端出口塞有钢管堵头，且钢管堵头上开设有贯通的出气孔；钢管堵头位置不高于采样筒底部；

所述气路控制管主体为四通管，四通管上端通过第二连接管与止逆阀下端连接，止逆阀上端通过第三连接管与第一球阀下端连接，第一球阀上端通过第四连接管与第二外螺纹活接头连接；四通管下端通过第五连接管与第一内螺纹活接头连接；四通管左端连接第六连接管一端，第六连接管另一端由气路控制管堵头密闭，气路控制管堵头上设有常闭的气嘴；四通管右端通过第七连接管与第二球阀连接；

所述第一连接杆主体为第八连接管，第八连接管上端与第三外螺纹活接头连接，第八连接管下端与第二内螺纹活接头连接；

所述第二连接杆主体为第九连接管，第九连接管上端与第三球阀连接，第九连接管下端与第三内螺纹活接头连接；

第三内螺纹活接头与第一连接杆上端的第三外螺纹活接头通过螺纹连接，第二内螺纹活接头与气路控制管上端第二外螺旋活接头通过螺纹连接，第一内螺纹活接头与采样管上端的第一外螺纹活接头通过螺纹连接。

作为优选，所述的采样筒为圆筒形，高度为100～2000mm，内径为30～200mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。

作为优选，所述的气路钢管的外径为3～5mm，气路钢管下端离采样管下端的距离为20～50mm。

作为优选，气路钢管与钢管堵头接口的承压能力大于1.0MPa。

作为优选，所述的第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管、第五连接管、第六连接管、第七连接管为圆筒形，长度为40～100mm，外径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。

作为优选，所述的第八连接管、第九连接管为圆筒形，长度为500～1000mm，外径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。

作为优选，所述的四通管的形状为十字架形，内径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。

作为优选，所述的止逆阀中流体的单向流动方向为由下至上。

作为优选，所述采样管中还配套有采样管内螺纹堵头和采样管平滑堵头，采样管内螺纹堵头用于封闭第一外螺纹活接头，采样管平滑堵头用于封闭采样筒的底部开口。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述任一方案所述采集装置的柱状沉积物采集方法，其具体做法为：首先，在采样地点将采样管上端第一外螺纹活接头与气路控制管下端第一内螺纹活接头通过螺纹连接，将气路控制管上端第二外螺纹活接头与第一连接杆下端第二内螺纹活接头通过螺纹连接，将第一连接杆上端第三外螺纹活接头与第二连接杆下端第三内螺纹活接头通过螺纹连接；然后，打开第一球阀和第三球阀，关闭第二球阀，通过按压第一连接杆和第二连接杆将采样筒插入沉积物中，沉积物从采样筒下部开口逐渐压入采样筒内，采样筒内的气体和水通过止逆阀自下而上单向排出；采样管达到设定深度后，关闭第三球阀；如果沉积物较蓬松，则直接将采样管拉出沉积物，最后打开第二球阀，利用重力作用使样品从采样管内滑出；如果沉积物较密实，无法直接拔出，则利用打气筒通过气体软管和气路钢管将气体压入采样筒下端的沉积物中，利用气体压力使采样管周边形成气体间隙，使采样管能够脱离沉积物取出，最后利用打气筒通过气路控制管左侧的气嘴将气体压入采样管的顶空，利用气体压力将样品挤出采样管。

作为优选，需要将样品保持原始分层形态时，可在采样后先将样品保留在采样筒内，然后将第一内螺纹活接头与第一外螺纹活接头分离，利用采样管内螺纹堵头封闭采样管顶端的第一外螺纹活接头，同时利用采样管平滑堵头封闭采样管底端，使所采沉积物样品留在采样管内，采样管保持垂直状态运回实验室处理。

本发明与现有技术相比具有的有益效果如下：

本发明具有以下四大优点：价格低、效率高、携带方便和安全可靠。

1)本发明所有零部件都已经广泛商业化，只需简单加工便可制作完成，无需制作模子或者进行车床加工，从而大幅降低成本。以采用PVC材料为例，本发明制作成本仅在100元之内，而同类型的进口产品价格通常在10万元人民币以上，国产产品也普遍在1000元以上。本发明只需简单的手动操作即可完成样品(包括较密实的沉积物)采集，无需任何电力和燃油，既降低采样成本，又提高采样器的便捷性和适用性。因此，本发明制作和使用费用都非常低，很容易推广应用，彻底解决沉积物采集难、采集贵的问题。

2)本发明利用止逆阀使气体和水只能自下而上单向排出采样管，而不会在采样管上提过程中自上而下返回到采样管，创造采样管顶空的真空，防止采样管上提过程沉积物滑出采样管。本发明不像抓泥斗、活塞式柱状沉积物采样器等存在敏感部件，误触这些部件会造成采样失败；本发明只需开启或闭合球阀便可完成采样，成功率大幅提高。基于以上优点，本发明大幅提高了采样效率。

3)本发明进行了模块化设计，主要部件之间可手动拆卸和组装，一方面使得每个部件的尺寸和重量都比较小，非常便于随身携带；另一方面可以实现不同规格部件的快速更换，比如：一个采样器可以配备多个不同长度、不同直径的采样管，可根据具体需求将特定型号的采样管装配到采样器上。

4)本发明利用气压差推动沉积物移动，解决了密实沉积物采样危险和取样困难的问题。在采集致密沉积物样品时，沉积物和采样管之间存在较大的摩擦和压差，如果使用传统的手拉采样器的方法提出采样管，在反作用力下，操作人员很容易跌入水中，存在非常大的安全隐患。本发明只需操作人员利用打气筒将气体压至采样筒低端，高的底部气压可将采样管抬出沉积物，此设计解决了传统采样的安全问题。此外，采样管内的密实沉积物一般不能利用重力自行滑出，本发明设计使用采样管顶空增压的方法将沉积物柱压出采样管，完成取样过程。

附图说明

图1为一种手动简易柱状沉积物采集装置的结构示意图；

图2为采样管的结构示意图；

图3为气路控制管的结构示意图；

图4为第一连接杆和第二连接杆的结构示意图。

图中：1、采样管；2、气路控制管；3、第一连接杆；4、第二连接杆；1.1、采样筒；1.2、变径接头；1.3、第一连接管；1.4、第一外螺纹活接头；1.5、气路钢管；1.6、气体软管；1.7、钢管堵头；1.8、采样管内螺纹堵头；1.9、采样管平滑堵头；1.10、打气筒；2.1、四通管；2.2、第二连接管；2.3、止逆阀；2.4、第三连接管；2.5、第一球阀；2.6、第四连接管；2.7、第二外螺纹活接头；2.8、第五连接管；2.9、第一内螺纹活接头；2.10、第六连接管；2.11、气路控制管堵头；2.12、气嘴；2.13、第七连接管；2.14、第二球阀；3.1、第八连接管；3.2、第三外螺纹活接头；3.3、第二内螺纹活接头；4.1、第九连接管；4.2、第三球阀；4.3、第三内螺纹活接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，本实施例中的一种手动简易柱状沉积物采集装置，主要包括采样管1、气路控制管2、第一连接杆3、第二连接杆4四大部分。

如图2所示，采样管1主体为采样筒1.1，采样筒1.1上端与变径接头1.2连接，变径接头1.2通过第一连接管1.3与第一外螺纹活接头1.4连接。采样筒1.1侧面贴壁设有气路钢管1.5，气路钢管1.5上端与气体软管1.6一端连接，气体软管1.6具有一定的长度，能够延伸到采样人员所在的位置，气体软管1.6另一端与打气筒1.10出气端连接。气路钢管1.5下端出口塞有钢管堵头1.7，且钢管堵头1.7上开设有贯通的出气孔；钢管堵头1.7位置不高于采样筒1.1底部。在使用时，可以通过打气筒1.10进行打气，气体从气体软管1.6进入气路钢管1.5，并从钢管堵头1.7上的出气孔中排出。气路钢管1.5的作用是对采样管1底部和周边进行鼓气，使得采样管1与周边的淤泥之间形成气体间隙，在对采样管1产生浮力的同时减少采样管1与周边的淤泥之间的粘滞阻力，使得采样管1能够从淤泥中方便的拉出。

另外，本实施例的采样管1中还配套有采样管内螺纹堵头1.8和采样管平滑堵头1.9，采样管内螺纹堵头1.8具有与第一外螺纹活接头1.4配合的内螺纹，采样管内螺纹堵头1.8可以旋紧于第一外螺纹活接头1.4上实现封闭。而采样管平滑堵头1.9呈一个无盖有底的圆柱形，且内径略小于采样筒1.1底部外径，能够以过渡配合或者过盈配合的形式罩在采样筒1.1的底部开口上，用于临时封闭采样筒1.1的底部开口。

如图3所示，气路控制管2主体为四通管2.1，四通管2.1上端通过第二连接管2.2与止逆阀2.3下端连接，止逆阀2.3上端通过第三连接管2.4与第一球阀2.5下端连接，第一球阀2.5上端通过第四连接管2.6与第二外螺纹活接头2.7连接；四通管2.1下端通过第五连接管2.8与第一内螺纹活接头2.9连接。四通管2.1左端连接第六连接管2.10一端，第六连接管2.10另一端由气路控制管堵头2.11密闭，气路控制管堵头2.11上设有气嘴2.12，气嘴2.12平时处于常闭状态，但气嘴2.12可以连接打气筒1.10，同按压打气筒1.10将气体通过气嘴2.12压入采样管1的顶空。四通管2.1右端通过第七连接管2.13与第二球阀2.14连接。止逆阀2.3中流体的单向流动方向为由下至上，即流体只能够按图中由下往上的方向流动，但不能由上往下流动。

如图4的左图所示，第一连接杆3主体为第八连接管3.1，第八连接管3.1上端与第三外螺纹活接头3.2连接，第八连接管3.1下端与第二内螺纹活接头3.3连接。

如图4的右图所示，第二连接杆4主体为第九连接管4.1，第九连接管4.1上端与第三球阀4.2连接，第九连接管4.1下端与第三内螺纹活接头4.3连接。

在本发明中，采样管1、气路控制管2、第一连接杆3、第二连接杆4是顺次连接形成一整条杆状采集器的，其中第三内螺纹活接头4.3与第一连接杆3上端的第三外螺纹活接头3.2通过螺纹连接，第二内螺纹活接头3.3与气路控制管2上端第二外螺旋活接头2.7通过螺纹连接，第一内螺纹活接头2.9与采样管1上端的第一外螺纹活接头1.4通过螺纹连接。第一连接杆3、第二连接杆4起到了伸长整体握持长度的作用，其具体长度可以根据目标采样水域的深度进行调节。

在本实施例中，采样管1、气路控制管2和第一连接杆3与第二连接杆4中的每个部件具体选型、参数优选如下：采样筒1.1为圆筒形，高度为100～2000mm，内径为30～200mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。气路钢管1.5的外径为3～5mm，气路钢管1.5下端离采样管1下端的距离为20～50mm，气路钢管1.5与钢管堵头1.7接口的承压能力大于1.0MPa。第一连接管1.3、第二连接管2.2、第三连接管2.4、第四连接管2.6、第五连接管2.8、第六连接管2.10、第七连接管2.13为圆筒形，长度为40～100mm，外径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。第八连接管3.1、第九连接管4.1为圆筒形，长度为500～1000mm，外径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。四通管2.1的形状为十字架形，内径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。当然各部件的具体参数尺寸需要结合试验效果进行调整。

基于上述采集装置，还可以提供一种柱状沉积物采集方法，其具体步骤如下：

首先，在采样地点将采样管1上端第一外螺纹活接头1.4与气路控制管2下端第一内螺纹活接头2.9通过螺纹连接，将气路控制管2上端第二外螺纹活接头2.7与第一连接杆3下端第二内螺纹活接头3.3通过螺纹连接，将第一连接杆3上端第三外螺纹活接头3.2与第二连接杆4下端第三内螺纹活接头4.3通过螺纹连接。

然后，打开第一球阀2.5和第三球阀4.2，关闭第二球阀2.14，通过按压第一连接杆3和第二连接杆4将采样筒1.1插入沉积物中，沉积物从采样筒1.1下部开口逐渐压入采样筒1.1内，采样筒1.1内的气体和水通过止逆阀2.3自下而上单向排出；采样管1达到设定深度后，关闭第三球阀4.2。然后根据沉积物的蓬松度，选择采样管1的拔出方式。如果沉积物较蓬松，即采样管1能够轻松拔出时，则直接将采样管1拉出沉积物。最后打开第二球阀2.14，利用重力作用使样品从采样管1内滑出。但如果沉积物较密实，手动拔出过程可能受到较大阻力，反作用力可能使操作人员跌入水中或泥潭中，在这种无法直接拔出的状态下，则可以利用打气筒1.10通过气体软管1.6和气路钢管1.5将气体压入采样筒1.1下端的沉积物中，利用气体压力使采样管1周边形成气体间隙，使采样管1能够脱离沉积物，通过自身浮力配合采样人员的拉力将采样管1取出。而且在这种状态下，沉积物由于较为密实无法在重力作用下从采样筒1.1中脱落，因此最后需要利用打气筒1.10通过气路控制管2左侧的气嘴2.12将气体压入采样管1的顶空，利用气体压力将样品挤出采样管1。

此外，如果对样品的完整度要求较高，需要将样品保持原始分层形态时，可将样品连同采样管1一起带回实验室。此时的做法为：在采样后先将样品保留在采样筒1.1内，然后将第一内螺纹活接头2.9与第一外螺纹活接头1.4分离，利用采样管内螺纹堵头1.8封闭采样管1顶端的第一外螺纹活接头1.4，同时利用采样管平滑堵头1.9封闭采样管1底端，使所采沉积物样品留在采样管1内。将采样管1保持垂直状态运回实验室进行后续处理，运送过程中也尽量避免震动。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种手动简易柱状沉积物采集装置，其特征在于包括采样管（1）、气路控制管（2）、第一连接杆（3）、第二连接杆（4）；

所述采样管（1）主体为采样筒（1.1），采样筒（1.1）上端与变径接头（1.2）连接，变径接头（1.2）通过第一连接管（1.3）与第一外螺纹活接头（1.4）连接；采样筒（1.1）侧面设有气路钢管（1.5），气路钢管（1.5）上端与气体软管（1.6）连接，气体软管（1.6）另一端与打气筒（1.10）出气端连接，气路钢管（1.5）下端出口塞有钢管堵头（1.7），且钢管堵头（1.7）上开设有贯通的出气孔；钢管堵头（1.7）位置不高于采样筒（1.1）底部；

所述气路控制管（2）主体为四通管（2.1），四通管（2.1）上端通过第二连接管（2.2）与止逆阀（2.3）下端连接，止逆阀（2.3）上端通过第三连接管（2.4）与第一球阀（2.5）下端连接，第一球阀（2.5）上端通过第四连接管（2.6）与第二外螺纹活接头（2.7）连接；四通管（2.1）下端通过第五连接管（2.8）与第一内螺纹活接头（2.9）连接；四通管（2.1）左端连接第六连接管（2.10）一端，第六连接管（2.10）另一端由气路控制管堵头（2.11）密闭，气路控制管堵头（2.11）上设有常闭的气嘴（2.12）；四通管（2.1）右端通过第七连接管（2.13）与第二球阀（2.14）连接；

所述第一连接杆（3）主体为第八连接管（3.1），第八连接管（3.1）上端与第三外螺纹活接头（3.2）连接，第八连接管（3.1）下端与第二内螺纹活接头（3.3）连接；

所述第二连接杆（4）主体为第九连接管（4.1），第九连接管（4.1）上端与第三球阀（4.2）连接，第九连接管（4.1）下端与第三内螺纹活接头（4.3）连接；

第三内螺纹活接头（4.3）与第一连接杆（3）上端的第三外螺纹活接头（3.2）通过螺纹连接，第二内螺纹活接头（3.3）与气路控制管（2）上端第二外螺旋活接头（2.7）通过螺纹连接，第一内螺纹活接头（2.9）与采样管（1）上端的第一外螺纹活接头（1.4）通过螺纹连接；

所述的采样筒（1.1）为圆筒形，高度为100～2000mm，内径为30～200mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢；

所述的气路钢管（1.5）的外径为3～5mm，气路钢管（1.5）下端离采样管（1）下端的距离为20～50mm。

2.根据权利要求1所述的一种手动简易柱状沉积物采集装置，其特征在于：所述的第一连接管（1.3）、第二连接管（2.2）、第三连接管（2.4）、第四连接管（2.6）、第五连接管（2.8）、第六连接管（2.10）、第七连接管（2.13）为圆筒形，长度为40～100mm，外径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种手动简易柱状沉积物采集装置，其特征在于：所述的第八连接管（3.1）、第九连接管（4.1）为圆筒形，长度为500～1000mm，外径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。

4.根据权利要求1所述的一种手动简易柱状沉积物采集装置，其特征在于：所述的四通管（2.1）的形状为十字架形，内径为10～450mm，材质为PVC、铝合金或者不锈钢。

5.根据权利要求1所述的一种手动简易柱状沉积物采集装置，其特征在于：所述的止逆阀（2.3）中流体的单向流动方向为由下至上。

6.根据权利要求1所述的一种手动简易柱状沉积物采集装置，其特征在于：所述采样管（1）中还配套有采样管内螺纹堵头（1.8）和采样管平滑堵头（1.9），采样管内螺纹堵头（1.8）用于封闭第一外螺纹活接头（1.4），采样管平滑堵头（1.9）用于封闭采样筒（1.1）的底部开口。

7.一种使用如权利要求1~6任一所述采集装置的柱状沉积物采集方法，其特征在于：首先，在采样地点将采样管（1）上端第一外螺纹活接头（1.4）与气路控制管（2）下端第一内螺纹活接头（2.9）通过螺纹连接，将气路控制管（2）上端第二外螺纹活接头（2.7）与第一连接杆（3）下端第二内螺纹活接头（3.3）通过螺纹连接，将第一连接杆（3）上端第三外螺纹活接头（3.2）与第二连接杆（4）下端第三内螺纹活接头（4.3）通过螺纹连接；然后，打开第一球阀（2.5）和第三球阀（4.2），关闭第二球阀（2.14），通过按压第一连接杆（3）和第二连接杆（4）将采样筒（1.1）插入沉积物中，沉积物从采样筒（1.1）下部开口逐渐压入采样筒（1.1）内，采样筒（1.1）内的气体和水通过止逆阀（2.3）自下而上单向排出；采样管（1）达到设定深度后，关闭第三球阀（4.2）；如果沉积物较蓬松，则直接将采样管（1）拉出沉积物，最后打开第二球阀（2.14），利用重力作用使样品从采样管（1）内滑出；如果沉积物较密实，无法直接拔出，则利用打气筒（1.10）通过气体软管（1.6）和气路钢管（1.5）将气体压入采样筒（1.1）下端的沉积物中，利用气体压力使采样管（1）周边形成气体间隙，使采样管（1）能够脱离沉积物取出，最后利用打气筒（1.10）通过气路控制管（2）左侧的气嘴（2.12）将气体压入采样管（1）的顶空，利用气体压力将样品挤出采样管（1）。

8.如权利要求7所述的柱状沉积物采集方法，其特征在于：需要将样品保持原始分层形态时，在采样后先将样品保留在采样筒（1.1）内，然后将第一内螺纹活接头（2.9）与第一外螺纹活接头（1.4）分离，利用采样管内螺纹堵头（1.8）封闭采样管（1）顶端的第一外螺纹活接头（1.4），同时利用采样管平滑堵头（1.9）封闭采样管（1）底端，使所采沉积物样品留在采样管（1）内，采样管（1）保持垂直状态运回实验室处理。