CN112747949A - 一种适用于深海沉积物取样操作的柱状-箱式集成取样器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于深海沉积物取样操作的柱状‑箱式集成取样器，所述柱状‑箱式集成取样器包括铲刀连杆系统、箱式取样系统、柱状取样系统和原位水文参数采集系统；铲刀连杆系统包括连接驱动机构的提升栏和固定在支架上的释放锁扣，通过连杆连接取样器底端的铲刀；箱式取样系统装有压载铅块，顶部装有密封的箱盖，底部设有取样箱体，外侧设有固定板，柱状取样系统连接在固定板上；柱状取样系统主体为取样管，取样管顶部安装有单向阀，底部装有刀头，内部套有衬管；原位水文参数采集系统位于压载铅块上方。本发明实现了柱状取样器、箱式取样器和水文信息的单次下放和原位采集，充分利用了取样器下放和回收所消耗的船时。
Description
技术领域
本发明属于海洋观测技术领域，具体涉及一种适用于深海沉积物取样操作的柱状-箱式集成取样器。
背景技术
目前，应用于海洋观测和研究领域的取样手段很多，针对海洋沉积物取样，常见的有箱式取样器和柱状取样器。箱式取样器可获取一定厚度的表层沉积物，而柱状取样器可获取带有完整沉积序列的沉积物。
但现有的箱式取样器仅能在触底时获取样品，然后在实验室对沉积物进行分析，获取数据。而取样器在海水中下放和回收的过程所消耗的船时最长，却无法进行任何原位数据采集。如果需要沉积物取样站位的水文信息，仅能依靠舯部甲板下放的CTD进行数据采集，但其无法覆盖接近海底沉积物的底层水体。
同样的，柱状取样器在实际使用过程中也存在缺陷。现有的柱状取样器虽能获取较长的沉积物岩芯，但单次下放仅能取到一根沉积物岩芯，无法做到原位一次取样器下放获取多根沉积物。
所以，许多取样操作人员选择同时使用箱式取样器和柱状取样器，但这样的方法也存在弊端。箱式取样器仅能搭载在观测平台上进行箱式取样，如需进行柱状取样，则需更换为柱状取样器进行再次取样。在同一监测点上进行箱式和柱状取样耗费的船时约为单次取样的两倍。这对于船时紧张的科学考察航次和极端环境（如极地多海冰环境）的取样工作极为不利。且将箱式取样器下放并回收后，如需再次下放柱状取样器，箱式取样器和柱状取样器的触底点不可能完全重合，无法做到原位取样。两者经常被用来进行比对研究，虽然经纬度非常接近，但由于海底地形复杂多变，其样品的化学特性和物质组成可能大相径庭。
发明内容
本发明提供了适用于深海沉积物取样操作的柱状-箱式集成取样器，目的是实现柱状取样器和箱式取样器的原位取样和单次下放，充分利用取样器下放和回收的船时。
另一设计目的是，实现同站位单次下放多个柱状的原位取样。
另外，实现水质多参数数据原位采集和水体数据剖面测量。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种适用于深海沉积物取样操作的柱状-箱式集成取样器，包括铲刀连杆系统、箱式取样系统和柱状取样系统；
所述铲刀连杆系统包括用于向上连接驱动机构的提升栏和固定在支架上的释放锁扣，通过连杆连接取样器底端的铲刀；
所述箱式取样系统装有压载铅块，顶部装有密封的箱盖，底部设有取样箱体，外侧设有固定板，所述柱状取样系统通过小固定板连接在所述固定板上。
进一步的，所述柱状取样系统有两套，安装在所述箱式取样系统的两侧。
进一步的，所述的柱状取样系统主体为取样管，所述取样管顶部安装有单向阀，底部装有刀头，内部套有衬管，所述衬管底部装有底阀，所述底阀为铜质或不锈钢双层花瓣底阀。
进一步的，所述柱状-箱式集成取样器的两侧可利用同轴缆/光电缆加装控制舱、摄像头、LED灯和高度计等设备做成可视化箱式取样器。
进一步的，所述压载铅块的上方装有原位水文参数采集系统，由固定支架和多参数水文记录仪组成，安装有 RBRmaestro 多通道水参数记录仪等设备。
进一步的，所述铲刀有两片，每片底部装有两个固定环。
进一步的，所述箱盖为对称开箱盖，内侧装有密封胶板；所述取样箱体的下部两边为圆弧形，与铲刀的弧面相吻合。
进一步的，所述柱状-箱式集成取样器的主体材料为优质316L不锈钢以及2205不锈钢；所述刀头为双密封伸缩刀头，内有一个双层弹簧花瓣，所述弹簧花瓣及刀头的材料为青铜和16Mn合金钢。
进一步的，所述柱状取样系统的底部略长于所述箱式取样系统的底部。
进一步的，所述柱状-箱式集成取样器配有外框架，所述外框架由四根竖杆和七根横杆组成。
与现有技术相比，本发明提出的柱状-箱式集成取样器的优点和有益效果为：
1、实现了深海环境下取样器单次下放的柱状-箱式联用取样，节省船时，取样效率更高；
2、实现了箱式和柱状取样同站位的原位取样，有利于后续对比研究；
3、实现了同站位单次下放多个柱状的原位取样，提高了工作效率；
4、实现了全水深的多参数水文数据原位采集，可实现水文数据剖面测量，充分利用了取样器下放和回收船时。
附图说明
图1 为所述柱状-箱式集成取样器的结构示意图；
图2 为所述柱状-箱式集成取样器的左视图；
图3 为所述柱状-箱式集成取样器的正视图；
图中，1、外框架，11、竖杆，12、横杆，2、铲刀连杆系统，21、提升栏，22、支架，23、释放锁扣，24、连杆，25、铲刀，26、固定环，3、箱式取样系统，31、箱盖，32、固定板，33、压载铅块，34、小固定板，35、取样箱体，4、柱状取样系统，41、单向阀，42、取样管，43、刀头，5、原位水文参数采集系统，51、固定支架，52、多参数水文记录仪。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
请参阅图1~3，本发明提供了一种适用于深海沉积物取样操作的柱状-箱式集成取样器，以箱式取样器为主体，附属柱状取样装置，用于深海大洋海床表层及次表层松散沉积物。其中箱式取样装置用于表层松散沉积物取样，附属柱状取样装置用于沉积层序岩心取样。该取样器具体包括外框架1、铲刀连杆系统2、箱式取样系统3和柱状取样系统4，该取样器的主体材料为优质316L不锈钢以及2205不锈钢。
外框架1由四根竖杆11和七根横杆12焊接组成，用于放置柱状-箱式集成取样系统。
铲刀连杆系统2包括用于向上连接驱动机构的提升栏21和固定在支架22上的释放锁扣23，通过连杆24连接取样器底端的铲刀25，铲刀25有两片，每片底部装有两个固定环26。释放锁扣23在下水时将提升栏21与取样箱体35锁止，使铲刀25保持开启，取样器触底并提拉后，释放锁扣23脱落，铲刀25闭合。取样器取样上甲板后，可通过在绳具穿过固定环26进行牵拉，便于打开铲刀25。
箱式取样系统3装有压载铅块33，顶部装有密封的箱盖31，底部设有取样箱体35，外侧设有固定板32，所述柱状取样系统4通过小固定板34连接在所述固定板32上。箱盖31为对称开箱盖，内侧装有密封胶板。取样箱体35的下部两边为圆弧形，与采样铲刀的弧面相吻合，从而可实现较好的密闭效果。
柱状取样系统4有两套，安装在箱式取样系统3的两侧，且柱状取样系统4的底部略长于箱式取样系统3的底部，这样可以使强度大的柱状取样装置先着底，有益于设备的稳定性。柱状取样系统4主体为取样管42，取样管42顶部安装有防止回收样品被海水侵扰的单向阀41，底部装有刀头43，内部套有衬管，衬管底部装有底阀，底阀为铜质或不锈钢双层花瓣底阀。刀头43为双密封伸缩刀头，内有一个双层弹簧花瓣，增加了取样的成功率，弹簧花瓣及刀头43的材料为青铜和16Mn合金钢。柱状取样系统4的上部位置配有上单向阀41，在取样器下放过程中能使水流透过单向阀41流通，在取样结束后的上行过程中起密封作用，可以对取得的样品进行有效的保护，避免水体对样品的冲刷。柱状取样系统4为便拆式，拆卸柱状取样系统4的采样器为独立普通箱式采样器。
原位水文参数采集系统5位于压载铅块33的上方，由固定支架51和多参数水文记录仪52组成，可安装 RBRmaestro 多通道水参数记录仪等设备。
柱状-箱式集成取样器的两侧可利用同轴缆/光电缆，另外加装控制舱、摄像头、LED灯和高度计等设备做成可视化箱式取样器。使其升级为具有可视功能及实时信息传输功能的高精度产品。
柱状-箱式集成取样系统的基本工作过程如下：下放的过程中，释放锁扣23将提升栏21与取样箱体35锁止，使采样铲刀25张开；装置接触到海底沉积物后，释放锁扣23依靠重力的作用自动释放，使提升栏21与取样箱体35解锁，刀头43插入沉积物中，取样箱体35和取样管42在压载铅块33的作用下自由贯入沉积物中，此时，箱式取样系统3和柱状取样系统4同时进行取样。在起重提升的过程中，拉动提升栏21上行，通过连杆24带动铲刀25旋转闭合，切断表层沉积物实现取样箱体35底部的密封，同时，取样管42上方的单向阀41关闭，完成箱式取样系统3和柱状取样系统4的取样动作。取样箱体35的下部两边为圆弧形，与采样铲刀25的弧面相吻合，从而可实现较好的密闭效果；箱体顶部密封箱盖31为对称开箱盖，装有密封胶板，下放时对称打开，上提时关闭密封，可防止上提过程水流对样品的冲刷。
箱式采样器与框架组合以后示意图如图1所示，在甲板取样时可作为采样箱的支撑架，保证操作方便及人员的安全。
柱状-箱式集成取样器需要定期进行装置表面及内部清洁工作，防止提升栏21、释放锁扣23、连杆24、取样箱体35等位置集聚大量泥污。每次作业完成后，应将附着于装置内部及表面的海水、泥污等清洁干净。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于深海沉积物取样操作的柱状-箱式集成取样器，包括铲刀连杆系统、箱式取样系统和柱状取样系统，其特征在于：
所述铲刀连杆系统包括用于向上连接驱动机构的提升栏和固定在支架上的释放锁扣，通过连杆连接取样器底端的铲刀；
所述箱式取样系统装有压载铅块，顶部装有密封的箱盖，底部设有取样箱体，外侧设有固定板，所述柱状取样系统通过小固定板连接在所述固定板上。
2.根据权利要求1所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述柱状取样系统有两套，安装在所述箱式取样系统的两侧。
3.根据权利要求2所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述的柱状取样系统主体为取样管，所述取样管顶部安装有单向阀，底部装有刀头，内部套有衬管，所述衬管底部装有底阀，所述底阀为铜质或不锈钢双层花瓣底阀。
4.根据权利要求3所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述柱状-箱式集成取样器的两侧可利用同轴缆/光电缆加装控制舱、摄像头、LED灯和高度计等设备做成可视化箱式取样器。
5.根据权利要求1所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述压载铅块的上方装有原位水文参数采集系统，由固定支架和多参数水文记录仪组成，安装有 RBRmaestro 多通道水参数记录仪设备。
6.根据权利要求1所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述铲刀有两片，每片底部装有两个固定环。
7.根据权利要求1所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述箱盖为对称开箱盖，内侧装有密封胶板；所述取样箱体的下部两边为圆弧形，与铲刀的弧面相吻合。
8.根据权利要求 3所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述柱状-箱式集成取样器的主体材料为优质316L不锈钢以及2205不锈钢；
所述刀头为双密封伸缩刀头，内有一个双层弹簧花瓣，所述弹簧花瓣及刀头的材料为青铜和16Mn合金钢。
9.根据权利要求1所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述柱状取样系统的底部略长于所述箱式取样系统的底部。
10.根据权利要求1所述的柱状-箱式集成取样器，其特征在于：所述柱状-箱式集成取样器配有外框架，所述外框架由四根竖杆和七根横杆组成。
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