CN113567175A - 一种海洋底泥采样系统及采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋底泥采样系统及采样方法，该海洋底泥采样系统包括支撑定位系统、采样系统和升降系统，所述升降系统设置于采样系统的上方，用于下降将采样系统按压进入海洋底泥，采样完毕后升起，将采样系统提升出海洋底泥，所述支撑定位系统围在采样系统四周，用于稳固采样系统和升降系统。该采样方法，打开上盖和下盖，处于平衡状态，下海到系统站立稳定后，下压升降系统，采样管插入底泥，底泥推动移动环上移，以及底泥充满采样管后，顶着上盖上翻，松开上盖拉绳和下盖拉绳，上盖在扭力教练，下盖在扭力弹簧的作用下，盖合采样管的上口和下口，将底泥封闭在采样管中，完成自动采样，采样过程自动进行，高效、准确，实用性强。

Description

一种海洋底泥采样系统及采样方法

技术领域

本发明涉及一种海洋底泥采样系统及采样方法，属于海底采样设备的技术领域。

背景技术

海洋沉积物质组成、沉积速率、底质微生物群落分布、污染物组成是研究海洋水动力、污染物、微生物的关键，海洋底泥采样是重要的研究手段。当前存在取样困难主要有：采样定位困难、洋流流速影响大等困难。可见研究出一套使用便捷、采样稳定的海洋底泥采样装置成为行业需求，且急迫待解决。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种海洋底泥采样系统及采样方法，其具体技术方案如下：

一种海洋底泥采样系统，包括支撑定位系统、采样系统和升降系统，所述升降系统设置于采样系统的上方，用于下降将采样系统按压进入海洋底泥，采样完毕后升起，将采样系统提升出海洋底泥，所述支撑定位系统围在采样系统四周，用于稳固采样系统和升降系统。

进一步的，所述支撑定位系统包括主支架，所述主支架包括多个底部呈圆形分散排布、顶部靠近、且连接于一个定位板上的支架杆，所述主支架靠近下部位置设置有主横梁，主横梁包括顺次连接相邻两个支架杆的杆子，所述主支架靠近上部位置设置有次横梁，次横梁包括顺次连接相邻两个支架杆的杆子；

所述次横梁与主支架之间的连接点采用槽契式连接，所述主横梁与与主支架之间的连接点采用碗扣式连接。

进一步的，每个所述支架杆的底部均设置有平脚托。

进一步的，所述升降系统包括多根穿过定位板的重力式压杆，所述重力式压杆的顶部设置有压杆连板，所述压杆连板的顶部设置有扣环，所述重力式压杆的底部设置有受压钢板，所述受压钢板，的下方设置有垂向压管板；

当按压或提拉压杆连板时，垂向压管板同步下移或上移。

进一步的，所述采样系统包括围绕在垂向压管板外部一圈的多个竖直设置的采样管，所述采样管的侧壁靠近顶部的位置通过连接杆与垂向压管板固定连接；

所述采样管的顶部设置有上盖，底部设置有下盖，所述采样管的外部套设有能够上下移动的移动环，所述上盖靠近垂向压管板通过扭力铰链与采样管的顶部连接，其相对侧连接上盖连接绳，所述垂向压管板侧壁设置有钩扣，所述上盖连接绳端部连接钩子，所述钩子钩住钩扣，上盖连接绳绷紧，上盖处于向上翻转、半打开状态，扭力铰链此时产生将上盖盖合的力；

所述上盖与移动环之间设置有一根或对称设置两根拉簧，所述拉簧的上端与上盖边缘、远离扭力铰链的位置连接，拉簧的下端与移动环连接；

所述下盖通过下盖连杆与移动环连接，所述下盖与下盖连杆连接的位置还连接有下盖连接绳，所述下盖连接绳的上端绷紧连接上盖倾斜向上的一端，所述下盖连接绳拉着下盖处于倾斜状态；

所述采样管的外部竖直设置有纵向杆，纵向杆的底部与移动环固定，所述采样管的顶部外侧固定设置有弹簧上端穿孔板，纵向杆的顶部竖直延伸穿过弹簧上端穿孔板，且纵向杆的顶端设置有重力球，所述纵向杆套设有弹簧，所述纵向杆靠近下端位置固定设置有弹簧下端固定板，所述弹簧位于弹簧上端穿孔板和弹簧下端固定板之间；

所述下盖连杆与弹簧下端固定板之间设置有扭力弹簧，所述扭力弹簧的扭力驱动着下盖连杆向下旋转直到竖直。

基于海洋底泥采样系统的底泥采样方法，包括以下步骤：

步骤1：下海前准备：将采样管调整为准备状态，上盖连接绳拉着上盖处于向上翻转打开状态，钩子钩挂在钩扣上，拉簧对移动环有着向上的拉力，弹簧对移动环有着向下的压力，最终平衡状态为移动环处于采样管靠近下端位置，所述下盖连接绳拉着下盖位于采样管旁边，此时扭力弹簧对下盖连杆向下压力；

步骤2：下海：通过绳索穿过扣环，将其悬于下海设备的下方，将海洋底泥采样系统竖直下放入海，直到平脚托接触海底底泥，调整海洋底泥采样系统的竖直方位，使主支架竖直，所有平脚托均平铺于海底底泥上；

步骤3：通过下海设备的施压臂向下压定位板，将所有平脚托均稳定站立在底泥上，海洋底泥采样系统稳定固定于海底底泥中；

步骤4：下压压杆连板，重力式压杆向下移动，带着所有的采样管向下移动，移动过程中，采样管的底部插入海底底泥中，海底底泥进入到采样管中，当海底底泥填满采样管时，移动环被底泥推动向上移动，且海底底泥顶着上盖，上盖被底泥顶着向上翻转，上盖连接绳松垮，钩子从钩环中松脱，此时，上盖在扭力铰链的作用下，发生盖合移动，上盖在盖合的过程中，下盖连接绳对下盖的拉力变小，下盖在扭力弹簧的作用下，发生向下移动；

步骤5：在采样管中采集满底泥后，整体设备上提，当采样管离开底泥面时，下盖旋转盖合到采样管的下端口，将底泥封闭在采样管；

步骤6：将海洋底泥采样系统移出海面，取出采样管中的采样底泥。

本发明的有益效果是：

本发明一次下海，可采集多管底泥试样，增加采样的数量。

本发明采样管采满底泥试样后，能够自动关闭上盖和下盖，提高底泥采样的成功率。

本发明采样部分均为无源设备，减少水下用电设备，且均为自动触发动作，设计巧妙，应用效果好。

附图说明

图1是本发明的整体示意图，

图2是本发明的采样管的示意图，

图3是本发明采样系统的俯视图，

图中：1.主支架；2.主横梁；3.次横梁；4. 定位板；5.连接环；6.平脚托；7.槽契式连接；8.碗扣式连接；9.重力式压杆；10.压杆连板；11.扣环；12.受压板；13.垂向压管板；14.采样管；15.连接杆；16.钩扣；17.钩子；18.上盖连接绳；19.采样固定器；20.上盖；21.拉簧；22.纵向杆；23.弹簧；24.下盖连接绳；25.弹簧下端固定板；26. 扭力弹簧；27.下盖连杆；28.移动环；29.下盖；30.弹簧上端穿孔板。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明的海洋底泥采样系统，包括支撑定位系统、采样系统和升降系统，所述升降系统设置于采样系统的上方，用于下降将采样系统按压进入海洋底泥，采样完毕后升起，将采样系统提升出海洋底泥，所述支撑定位系统围在采样系统四周，用于稳固采样系统和升降系统。

下面介绍支架定位系统，支架定位系统包括主支架1，主支架1由多个支架杆底部呈圆形分散排布，顶部靠近，连接于一个定位板4上构成，主支架1靠近下部位置设置有主横梁2，主横梁2包括顺次连接相邻两个支架杆的杆子，主支架1靠近上部位置设置有次横梁3，次横梁3包括顺次连接相邻两个支架杆的杆子。定位板4作为6根（图上举例采用6根）主支架1的连接件，也作为重力压杆9的下降活动轨道固定器，同时在起吊过程中作为整个采样系统的承重构件。

主支架1作为采样系统主要支撑结构，其承担着采样系统在竖直方向上的作用力，由较粗的钢材料制作而成，按照6根均匀分布。

主横梁2作为采样系统横向受力结构，由较粗的材料制作而成，连接靠近的相邻的两个支架杆。

次横梁3作为固定采样系统内部的架构，主要是承担在非采样期间内部系统的重力，其在采样期间作为重力压杆9的下降轨道。

次横梁3与主支架1之间的连接点采用槽契式连接7，主横梁2与与主支架1之间的连接点采用碗扣式连接8。槽契式连接7作为次横梁3与主支架1的连接件，槽契式连接7作为最后的连接件使得其他松散连接紧密相连，使得整个系统呈现刚性连接。碗扣式连接8作为主支架1与主横梁2连接件，力杆轴向传力，使整体在三维空间、结构强度高、整体稳定性好、并具有可靠的自锁性能。

支架杆的顶部沿其横截面的直径打孔，定位板4的边缘也打孔，通过连接环5穿过支架杆和定位板4的打孔，将其连接。连接环5作为圆钢板与主支架1结构的连接环5，能够使得主支架1能够具有微小的移动范围，使得整体结构在多个结构组建过程中便于微小误差情况的存在。

每根支架杆的底部均设置有平脚托6。平脚托6焊接在主支架1的底部，增加底部接触面积，较小底部深陷底泥，避免造成采样困难及难以提升等困难。

下面介绍升降系统，升降系统包括受压板12、施压板10和若干个重力压杆9，施压板10固定于重力压杆9的顶部，受压板12固定于重力压杆9的底部，受压板12的下方固定设有垂向压管13，采样管14通过连接杆15与垂向压管13连接。采样管14有多个，均匀设置于垂向压管13的水平四周，连接杆15水平设置。实现一次采集多管样品底泥。

重力压杆9由重力型粗钢制作而成，三根重力压杆9的重力能够使得采样系统完全压入底泥。

施压板10连接重力压杆9，一方面能够连接三根压杆，使得其稳固下降，也能够避免压杆下滑脱落，另一方面在取样完成后作为提升样品的受力构件。

在施压板10顶部中心设置扣环11，扣环11与施压板10焊接为一体，作为起吊过程中的直接受力件，便于绳索的连接。

受压板12选用钢板，作为重力压杆9下端连接件，也与垂向压管13板相连接，使得三根重力式压杆均匀施力于6根垂向压管13板。

垂向压管13主要驱动采样管14进入底泥，通过重力压杆9的施压，使其与采样管14一起进入底泥，其垂向布设主要由于增加其纵向刚度，不至于压力作用下弯曲。

采样管14 主要用于采集海洋底泥，其材料由有机玻璃材料构成，具有一定的刚性，在采样过程中不会变形。

连接杆15主要驱动采样管14进入底泥，通过垂向压管13板的施压，使其与采样管14一起进入底泥，其垂向布设主要由于增加其纵向刚度，不至于压力作用下弯曲。

采样固定器19主要是连接采样管和连接杆，使得在受压作用下采样管能够稳固下沉，其与采样管紧密相连。

下面介绍采样系统，结合图2和图3，采样系统包括围绕在垂向压管板13外部一圈的多个竖直设置的采样管14，所述采样管14的侧壁靠近顶部的位置通过连接杆15与垂向压管板13固定连接；

所述采样管14的顶部设置有上盖20，底部设置有下盖28，所述采样管14的外部套设有能够上下移动的移动环28，所述上盖20靠近垂向压管板13通过扭力铰链与采样管14的顶部连接，其相对侧连接上盖连接绳18，所述垂向压管板13侧壁设置有钩扣16，所述上盖连接绳18端部连接钩子17，所述钩子17钩住钩扣16，上盖连接绳18绷紧，上盖20处于向上翻转、半打开状态，扭力铰链此时产生将上盖20盖合的力；

所述上盖20与移动环28之间设置有一根或对称设置两根拉簧21，所述拉簧的上端与上盖20边缘、远离扭力铰链的位置连接，拉簧21的下端与移动环28连接；

所述下盖29通过下盖连杆27与移动环28连接，所述下盖29与下盖连杆27连接的位置还连接有下盖连接绳24，所述下盖连接绳24的上端绷紧连接上盖20倾斜向上的一端，所述下盖连接绳24拉着下盖29处于倾斜状态；

所述采样管14的外部竖直设置有纵向杆22，纵向杆22的底部与移动环28固定，所述采样管14的顶部外侧固定设置有弹簧上端穿孔板30，纵向杆22的顶部竖直延伸穿过弹簧上端穿孔板30，且纵向杆22的顶端设置有重力球，所述纵向杆22套设有弹簧23，所述纵向杆22靠近下端位置固定设置有弹簧下端固定板25，所述弹簧23位于弹簧上端穿孔板30和弹簧下端固定板25之间；

所述下盖连杆27与弹簧下端固定板25之间设置有扭力弹簧26，所述扭力弹簧26的扭力驱动着下盖连杆27向下旋转直到竖直。

本发明系统在具体应用于海底采泥时的过程为：

步骤1：下海前准备：将采样管14调整为准备状态，上盖连接绳18拉着上盖处于向上翻转打开状态，钩子17钩挂在钩扣16上，拉簧21对移动环28有着向上的拉力，弹簧23对移动环28有着向下的压力，最终平衡状态为移动环28处于采样管14靠近下端位置，所述下盖连接绳拉着下盖29位于采样管14旁边，此时扭力弹簧26对下盖连杆27向下压力。

步骤2：下海：通过绳索穿过扣环11，将其悬于下海设备的下方，将海洋底泥采样系统竖直下放入海，直到平脚托6接触海底底泥，调整海洋底泥采样系统的竖直方位，使主支架1竖直，所有平脚托6均平铺于海底底泥上；

步骤3：通过下海设备的施压臂向下压定位板4，将所有平脚托6均稳定站立在底泥上，海洋底泥采样系统稳定固定于海底底泥中；

步骤4：下压压杆连板10，重力式压杆9向下移动，带着所有的采样管14向下移动，移动过程中，采样管14的底部插入海底底泥中，海底底泥进入到采样管14中，当海底底泥填满采样管14时，移动环28被底泥推动向上移动，拉簧21对上盖20的拉力变小，且海底底泥顶着上盖20，上盖20被底泥顶着向上翻转，上盖连接绳18松垮，钩子17从钩环16中松脱，此时，上盖20在扭力铰链的作用下，发生盖合移动，上盖20在盖合的过程中，下盖连接绳24对下盖29的拉力变小，下盖29在扭力弹簧26的作用下，发生向下移动；

步骤5：在采样管14中采集满底泥后，整体设备上提，当采样管14离开底泥面时，下盖旋转盖合到采样管14的下端口，将底泥封闭在采样管14；

步骤6：将海洋底泥采样系统移出海面，取出采样管14中的采样底泥。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种海洋底泥采样系统，其特征在于：包括支撑定位系统、采样系统和升降系统，所述升降系统设置于采样系统的上方，用于下降将采样系统按压进入海洋底泥，采样完毕后升起，将采样系统提升出海洋底泥，所述支撑定位系统围在采样系统四周，用于稳固采样系统和升降系统。

2.根据权利要求1所述的海洋底泥采样系统，其特征在于：所述支撑定位系统包括主支架（1），所述主支架（1）包括多个底部呈圆形分散排布、顶部靠近、且连接于一个定位板（4）上的支架杆，所述主支架靠近下部位置设置有主横梁（2），主横梁（2）包括顺次连接相邻两个支架杆的杆子，所述主支架靠近上部位置设置有次横梁（3），次横梁（3）包括顺次连接相邻两个支架杆的杆子；

所述次横梁与主支架之间的连接点采用槽契式连接，所述主横梁与与主支架之间的连接点采用碗扣式连接。

3.根据权利要求2所述的海洋底泥采样系统，其特征在于：每个所述支架杆的底部均设置有平脚托（6）。

4.根据权利要求2所述的海洋底泥采样系统，其特征在于：所述升降系统包括多根穿过定位板（4）的重力式压杆（9），所述重力式压杆（9）的顶部设置有压杆连板（10），所述压杆连板（10）的顶部设置有扣环（11），所述重力式压杆（9）的底部设置有受压钢板（12），所述受压钢板（12），的下方设置有垂向压管板（13）；

当按压或提拉压杆连板（10）时，垂向压管板（13）同步下移或上移。

5.根据权利要求4所述的海洋底泥采样系统，其特征在于：所述采样系统包括围绕在垂向压管板（13）外部一圈的多个竖直设置的采样管（14），所述采样管（14）的侧壁靠近顶部的位置通过连接杆（15）与垂向压管板（13）固定连接；

所述采样管（14）的顶部设置有上盖（20），底部设置有下盖（28），所述采样管（14）的外部套设有能够上下移动的移动环（28），所述上盖（20）靠近垂向压管板（13）通过扭力铰链与采样管（14）的顶部连接，其相对侧连接上盖连接绳（18），所述垂向压管板（13）侧壁设置有钩扣（16），所述上盖连接绳（18）端部连接钩子（17），所述钩子（17）钩住钩扣（16），上盖连接绳（18）绷紧，上盖（20）处于向上翻转、半打开状态，扭力铰链此时产生将上盖（20）盖合的力；

所述上盖（20）与移动环（28）之间设置有一根或对称设置两根拉簧（21），所述拉簧的上端与上盖（20）边缘、远离扭力铰链的位置连接，拉簧（21）的下端与移动环（28）连接；

所述下盖（29）通过下盖连杆（27）与移动环（28）连接，所述下盖（29）与下盖连杆（27）连接的位置还连接有下盖连接绳（24），所述下盖连接绳（24）的上端绷紧连接上盖（20）倾斜向上的一端，所述下盖连接绳（24）拉着下盖（29）处于倾斜状态；

所述采样管（14）的外部竖直设置有纵向杆（22），纵向杆（22）的底部与移动环（28）固定，所述采样管（14）的顶部外侧固定设置有弹簧上端穿孔板（30），纵向杆（22）的顶部竖直延伸穿过弹簧上端穿孔板（30），且纵向杆（22）的顶端设置有重力球，所述纵向杆（22）套设有弹簧（23），所述纵向杆（22）靠近下端位置固定设置有弹簧下端固定板（25），所述弹簧（23）位于弹簧上端穿孔板（30）和弹簧下端固定板（25）之间；

所述下盖连杆（27）与弹簧下端固定板（25）之间设置有扭力弹簧（26），所述扭力弹簧（26）的扭力驱动着下盖连杆（27）向下旋转直到竖直。

6.基于权利要求1-5任一所述的海洋底泥采样系统的底泥采样方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：下海前准备：将采样管（14）调整为准备状态，上盖连接绳（18）拉着上盖处于向上翻转打开状态，钩子（17）钩挂在钩扣（16）上，拉簧（21）对移动环（28）有着向上的拉力，弹簧（23）对移动环（28）有着向下的压力，最终平衡状态为移动环（28）处于采样管（14）靠近下端位置，所述下盖连接绳拉着下盖（29）位于采样管（14）旁边，此时扭力弹簧（26）对下盖连杆（27）向下压力；

步骤2：下海：通过绳索穿过扣环（11），将其悬于下海设备的下方，将海洋底泥采样系统竖直下放入海，直到平脚托（6）接触海底底泥，调整海洋底泥采样系统的竖直方位，使主支架（1）竖直，所有平脚托（6）均平铺于海底底泥上；

步骤3：通过下海设备的施压臂向下压定位板（4），将所有平脚托（6）均稳定站立在底泥上，海洋底泥采样系统稳定固定于海底底泥中；

步骤4：下压压杆连板（10），重力式压杆（9）向下移动，带着所有的采样管（14）向下移动，移动过程中，采样管（14）的底部插入海底底泥中，海底底泥进入到采样管（14）中，当海底底泥填满采样管（14）时，移动环（28）被底泥推动向上移动，且海底底泥顶着上盖（20），上盖（20）被底泥顶着向上翻转，上盖连接绳（18）松垮，钩子（17）从钩环（16）中松脱，此时，上盖（20）在扭力铰链的作用下，发生盖合移动，上盖（20）在盖合的过程中，下盖连接绳（24）对下盖（29）的拉力变小，下盖（29）在扭力弹簧（26）的作用下，发生向下移动；

步骤5：在采样管（14）中采集满底泥后，整体设备上提，当采样管（14）离开底泥面时，下盖旋转盖合到采样管（14）的下端口，将底泥封闭在采样管（14）；

步骤6：将海洋底泥采样系统移出海面，取出采样管（14）中的采样底泥。

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