CN114397148B - 具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器 - Google Patents

Abstract

本发明属于取样器技术领域，且公开了具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器，包括主体框架，所述主体框架的前后两端的顶端均固定安装有吊板，所述主体框架的中部设有取样盒，所述取样盒的前后两个侧面均固定安装有连接杆，所述吊板的底面固定安装有固定管。本发明通过连接气管进入固定管的内腔中，使固定管的内腔充入海水将推杆向下推动，从而带动连接杆向下移动，使连接杆将取样盒相对于主体框架向下拉动，使取样盒的底端再次向下插入沉淀层，从而实现在不对沉淀层进行扰动的同时，保证了取样盒的下沉深度，从而避免出现在取样盒向下冲击时，对沉淀层扰动导致取样管取样失败，保证了样本的研究价值。

Description

具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器

技术领域

本发明属于取样器技术领域，具体为具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器。

背景技术

在常规的深海大洋科考作业中，每一次取样都耗费大量的船时，为了同时进行载重取样和原位的上覆水和表层沉积物交互面取样，通过多管联合取样器的设置，可以实现较高的工作效率。

现有的多管联合取样器大多通过箱式取样器和多管取样器的结合实现工作，但箱式取样器的工作原理为利用箱式取样器的下落的冲击力使箱式取样器插入沉淀物内，然后通过底板的闭合实现取样，而多管取样器的工作原理为缓慢插入沉淀物内并保证沉淀物和上覆水同时位于多管取样器内，这就需要保证在进行取样时，不能对沉淀物进行冲击扰动，但箱式取样器在取样时由于底板的移动会导致对沉淀物造成较大成都的扰动，因此在取样时会导致多管取样器内的样本换在扰动混合的情况，从而降低了多管取样器所取样样本的研究价值。

现有的多管联合取样器通常通过设置多管取样器实现对上覆水和表层沉积物交互面的样本进行取样，而现有的多管取样器在使用后，通过对取样管的上下两端封闭从而实现对样本的保存，但现有的多管取样器的封闭方式大多为机械传动机构带动闭合板翻转盖在取样管的上下两端，从而实现对取样管的封闭，但在闭合板翻转时，由于闭合板处于竖直状态插入沉淀层的下方，从而导致需要控制闭合板旋转所需的力矩较大，从而增加了装置的工作所需的电量，增加了装置的使用成本。

现有的多管联合取样器在使用时，大多采用钢索吊装的方式将多管联合取样器投放至海底，在多管联合取样器下沉时可能会受到洋流的干扰，从而可能会导致多管联合取样器出现偏移和歪斜的情况，从而在多管联合取样器在插入沉淀层时，导致箱式取样器的底部斜插至沉淀层，在进行取样时，导致单次取样量小于标准取样量，从而需要将多管联合取样器取出海面后再次投入海底进行二次取样，从而降低了装置的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器，包括主体框架，所述主体框架的前后两端的顶端均固定安装有吊板，所述主体框架的中部设有取样盒，所述取样盒的前后两个侧面均固定安装有连接杆，所述吊板的底面固定安装有固定管，所述连接杆底端的顶面固定安装有推杆，所述主体框架顶端的左右两侧均固定安装有支撑杆，所述支撑杆的顶端固定安装有连接板，所述连接板的前侧面固定安装有水泵，所述水泵的底端固定安装有四通管，所述四通管的底端固定安装有连接气管，通过连接气管进入固定管的内腔中，使固定管的内腔充入海水将推杆向下推动，从而带动连接杆向下移动，使连接杆将取样盒相对于主体框架向下拉动，使取样盒的底端再次向下插入沉淀层，所述取样盒的底端传动连接有驱动组件，所述连接板的后端固定安装有锁止组件，所述连接板的前端设有磁性闭合组件，所述主体框架左右两端的前后两侧均固定安装有取样管。

优选的，所述取样管的上下两端均固定安装有支撑环，所述支撑环的内部固定安装有气囊，所述连接气管的底端固定安装有副水管，利用装置的自重使主体框架、取样盒和取样管的底端向下插入沉淀层内，然后通过取样管对上覆水和表层沉积物交互面进行取样，使上覆水和表层沉积物交互面的样本位于取样管内。

优选的，所述主体框架顶面左右顶端的上下两侧均固定安装有排水管，所述排水管的底端固定安装有连接水管，当主体框架的右端向上倾斜时，四通管左端的电磁铁工作产生磁力对夹板吸附，从而使四通管对左端封闭，此时水泵抽入四通管内的海水完全通过四通管的右端和连接水管进入排水管内，并从主体框架右端的排水管向上喷出，从而为主体框架的右端施加向下的推力，将主体框架摆正。

优选的，所述推杆活动连接在固定管的内腔中，所述固定管和推杆的高度值相等，所述固定管的顶端与连接气管的底端连通，使取样盒具有向下运动的最大距离值，保证了取样盒下沉的距离，提高了单次取样量。

优选的，所述驱动组件包括底板，所述底板活动连接在取样盒的底端，所述底板的顶端固定安装有运动副，所述运动副的顶端活动连接有连杆，所述连杆活动连接在连接板的左右两侧，终端控制定位轴抽出锁止孔，并将旋转板与固定块分离，对固定块进行解锁，然后控制顶板带动连杆向上移动，从而使运动副带动底板向下摆动，从而使底板将取样盒的底端进出封闭，从而实现对沉淀层进行取样。

优选的，所述锁止组件包括固定块和固定架，所述固定块固定安装在连接板的后侧面，所述固定架固定安装在顶板顶端的中部，所述固定架的中部活动连接有旋转板，所述旋转板的顶端和固定块的底端均开设有锁止孔，连接板和旋转板的顶端与钢索连接，然后在固定块底端和旋转板顶端开设的锁止孔重叠后，在锁止孔内插入定位轴。

优选的，所述磁性闭合组件包括电磁铁和支撑架，所述电磁铁固定安装在连接板的前端，所述支撑架固定安装在夹板的前侧面上，所述支撑架的内腔活动连接有夹板，所述夹板和电磁铁分别位于四通管的前侧和后侧，主体框架上安装的水平仪可以实时反馈主体框架的姿态，此时位于四通管底端的电磁铁工作通电，从而将四通管底端的夹板向电磁铁吸附，从而将四通管的底端封闭。

优选的，所述气囊与副水管连通，所述副水管通过连接气管与四通管的底端连通，控制四通管左右两端的电磁铁通电，使四通管左右两端的夹板对四通管的左右两端封闭，此时水泵抽入四通管内的海水抽入连接气管和副水管内，并通过副水管进入气囊内，使气囊受到海水的输入向内膨胀，从而对取样管的顶端和底端进行封闭。

优选的，所述四通管的形状为十字形，所述四通管的左右两端与连接水管连通，通过控制四通管可以控制海水的流向，从而实现控制装置的姿态，保证了装置的稳定性。

优选的，所述气囊的侧壁由金属环制成，所述支撑环共有两个，两个所述支撑环分别位于气囊的上下两侧，所述金属环焊接在取样管的内壁上，利用支撑环对气囊进行定位，保证了气囊的稳定性。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过采用装置缓慢下沉的方式，带动装置与沉淀层接触，当水泵抽入的海水无法进入气囊内，从而通过连接气管进入固定管的内腔中，使固定管的内腔充入海水将推杆向下推动，从而带动连接杆向下移动，使连接杆将取样盒相对于主体框架向下拉动，使取样盒的底端再次向下插入沉淀层，从而实现在不对沉淀层进行扰动的同时，保证了取样盒的下沉深度，从而避免出现在取样盒向下冲击时，对沉淀层扰动导致取样管取样失败，保证了样本的研究价值。

2、本发明通过对四通管左右两端的电磁铁单独通电，使四通管左右两端的夹板对四通管的左右两端封闭，此时水泵抽入四通管内的海水抽入连接气管和副水管内，并通过副水管进入气囊内，使气囊受到海水的输入向内膨胀，从而对取样管的顶端和底端进行封闭，利用气囊的膨胀取代原有的封闭盖进行封闭，不需要消耗电量，从而降低了装置的使用成本。

3、本发明通过在主体框架的左右两端安装排水管，当主体框架的右端向上倾斜时，四通管左端的电磁铁工作产生磁力对夹板吸附，从而使四通管对左端封闭，使海水完全通过四通管的右端和连接水管进入排水管内向上喷出，从而为主体框架的右端施加向下的推力，将主体框架摆正，实现在主体框架与沉淀层接触后，主体框架的底面处于水平状态，从而保证了装置的单次取样量，不需要进行多次取样，提高了装置的操作效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构连杆连接示意图；

图3为本发明结构固定管剖视示意图；

图4为本发明结构驱动组件连接示意图；

图5为本发明结构副气管连接示意图；

图6为本发明结构取样管剖视示意图；

图7为本发明结构图1中A处放大示意图；

图8为本发明结构图2中B处放大示意图；

图9为本发明结构图3中C处放大示意图；

图10为本发明结构图6中D处放大示意图。

图中：1、主体框架；2、吊板；3、取样盒；4、连接杆；5、固定管；6、推杆；7、水泵；8、四通管；9、连接气管；10、支撑杆；11、连接板；12、驱动组件；121、底板；122、运动副；123、连杆；124、顶板；13、锁止组件；131、固定块；132、固定架；133、旋转板；134、锁止孔；14、磁性闭合组件；141、电磁铁；142、支撑架；143、夹板；15、取样管；16、支撑环；17、气囊；18、副水管；19、排水管；20、连接水管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1至图10所示，本发明实施例中，具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器，包括主体框架1，主体框架1的前后两端的顶端均固定安装有吊板2，主体框架1的中部设有取样盒3，取样盒3的前后两个侧面均固定安装有连接杆4，吊板2的底面固定安装有固定管5，连接杆4底端的顶面固定安装有推杆6，主体框架1顶端的左右两侧均固定安装有支撑杆10，支撑杆10的顶端固定安装有连接板11，连接板11的前侧面固定安装有水泵7，水泵7的底端固定安装有四通管8，四通管8的底端固定安装有连接气管9，通过连接气管9进入固定管5的内腔中，使固定管5的内腔充入海水将推杆6向下推动，从而带动连接杆4向下移动，使连接杆4将取样盒3相对于主体框架1向下拉动，使取样盒3的底端再次向下插入沉淀层，取样盒3的底端传动连接有驱动组件12，连接板11的后端固定安装有锁止组件13，连接板11的前端设有磁性闭合组件14，主体框架1左右两端的前后两侧均固定安装有取样管15。

其中，取样管15的上下两端均固定安装有支撑环16，支撑环16的内部固定安装有气囊17，连接气管9的底端固定安装有副水管18，利用装置的自重使主体框架1、取样盒3和取样管15的底端向下插入沉淀层内，然后通过取样管15对上覆水和表层沉积物交互面进行取样，使上覆水和表层沉积物交互面的样本位于取样管15内。

其中，主体框架1顶面左右顶端的上下两侧均固定安装有排水管19，排水管19的底端固定安装有连接水管20，当主体框架1的右端向上倾斜时，四通管8左端的电磁铁141工作产生磁力对夹板143吸附，从而使四通管8对左端封闭，此时水泵7抽入四通管8内的海水完全通过四通管8的右端和连接水管20进入排水管19内，并从主体框架1右端的排水管19向上喷出，从而为主体框架1的右端施加向下的推力，将主体框架1摆正。

其中，推杆6活动连接在固定管5的内腔中，固定管5和推杆6的高度值相等，固定管5的顶端与连接气管9的底端连通，使取样盒3具有向下运动的最大距离值，保证了取样盒3下沉的距离，提高了单次取样量。

其中，驱动组件12包括底板121，底板121活动连接在取样盒3的底端，底板121的顶端固定安装有运动副122，运动副122的顶端活动连接有连杆123，连杆123活动连接在连接板11的左右两侧，终端控制定位轴抽出锁止孔134，并将旋转板133与固定块131分离，对固定块131进行解锁，然后控制顶板124带动连杆123向上移动，从而使运动副122带动底板121向下摆动，从而使底板121将取样盒3的底端进出封闭，从而实现对沉淀层进行取样。

其中，锁止组件13包括固定块131和固定架132，固定块131固定安装在连接板11的后侧面，固定架132固定安装在顶板124顶端的中部，固定架132的中部活动连接有旋转板133，旋转板133的顶端和固定块131的底端均开设有锁止孔134，连接板11和旋转板133的顶端与钢索连接，然后在固定块131底端和旋转板133顶端开设的锁止孔134重叠后，在锁止孔134内插入定位轴。

其中，磁性闭合组件14包括电磁铁141和支撑架142，电磁铁141固定安装在连接板11的前端，支撑架142固定安装在夹板143的前侧面上，支撑架142的内腔活动连接有夹板143，夹板143和电磁铁141分别位于四通管8的前侧和后侧，主体框架1上安装的水平仪可以实时反馈主体框架1的姿态，此时位于四通管8底端的电磁铁141工作通电，从而将四通管8底端的夹板143向电磁铁141吸附，从而将四通管8的底端封闭。

其中，气囊17与副水管18连通，副水管18通过连接气管9与四通管8的底端连通，控制四通管8左右两端的电磁铁141通电，使四通管8左右两端的夹板143对四通管8的左右两端封闭，此时水泵7抽入四通管8内的海水抽入连接气管9和副水管18内，并通过副水管18进入气囊17内，使气囊17受到海水的输入向内膨胀，从而对取样管15的顶端和底端进行封闭。

其中，四通管8的形状为十字形，四通管8的左右两端与连接水管20连通，通过控制四通管8可以控制海水的流向，从而实现控制装置的姿态，保证了装置的稳定性。

其中，气囊17的侧壁由金属环制成，支撑环16共有两个，两个支撑环16分别位于气囊17的上下两侧，金属环焊接在取样管15的内壁上，利用支撑环16对气囊17进行定位，保证了气囊17的稳定性。

工作原理及使用流程：

在使用时，连接板11和旋转板133的顶端与钢索连接，然后在固定块131底端和旋转板133顶端开设的锁止孔134重叠后，在锁止孔134内插入定位轴，然后将装置投入海内；

在装置下沉时，主体框架1上安装的水平仪可以实时反馈主体框架1的姿态，此时位于四通管8底端的电磁铁141工作通电，从而将四通管8底端的夹板143向电磁铁141吸附，从而将四通管8的底端封闭，当主体框架1的右端向上倾斜时，四通管8左端的电磁铁141工作产生磁力对夹板143吸附，从而使四通管8对左端封闭，此时水泵7抽入四通管8内的海水完全通过四通管8的右端和连接水管20进入排水管19内，并从主体框架1右端的排水管19向上喷出，从而为主体框架1的右端施加向下的推力，将主体框架1摆正；

同理，当主体框架1的左端向上倾斜时，主体框架1左端的排水管19喷出向上的海水为主体框架1的左端施加向下的推力，将主体框架1摆正；

当主体框架1的底端与沉淀层接触后，利用装置的自重使主体框架1、取样盒3和取样管15的底端向下插入沉淀层内，然后通过取样管15对上覆水和表层沉积物交互面进行取样，使上覆水和表层沉积物交互面的样本位于取样管15内，然后控制四通管8左右两端的电磁铁141通电，使四通管8左右两端的夹板143对四通管8的左右两端封闭，此时水泵7抽入四通管8内的海水抽入连接气管9和副水管18内，并通过副水管18进入气囊17内，使气囊17受到海水的输入向内膨胀，从而对取样管15的顶端和底端进行封闭；

当气囊17完全膨胀后，海水无法进入气囊17内，从而通过连接气管9进入固定管5的内腔中，使固定管5的内腔充入海水将推杆6向下推动，从而带动连接杆4向下移动，使连接杆4将取样盒3相对于主体框架1向下拉动，使取样盒3的底端再次向下插入沉淀层；

然后终端控制定位轴抽出锁止孔134，并将旋转板133与固定块131分离，对固定块131进行解锁，然后控制顶板124带动连杆123向上移动，从而使运动副122带动底板121向下摆动，从而使底板121将取样盒3的底端进出封闭，从而实现对沉淀层进行取样。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器，包括主体框架（1），其特征在于：所述主体框架（1）的前后两端的顶端均固定安装有吊板（2），所述主体框架（1）的中部设有取样盒（3），所述取样盒（3）的前后两个侧面均固定安装有连接杆（4），所述吊板（2）的底面固定安装有固定管（5），所述主体框架（1）顶端的左右两侧均固定安装有支撑杆（10），所述支撑杆（10）的顶端固定安装有连接板（11），所述连接板（11）的前侧面固定安装有水泵（7），所述水泵（7）的底端固定安装有四通管（8），所述四通管（8）的底端固定安装有连接气管（9），所述取样盒（3）的底端传动连接有驱动组件（12），所述连接板（11）的后端固定安装有锁止组件（13），所述连接板（11）的前端设有磁性闭合组件（14），所述主体框架（1）左右两端的前后两侧均固定安装有取样管（15），所述取样管（15）的上下两端均固定安装有支撑环（16），所述支撑环（16）的内部固定安装有气囊（17），所述连接气管（9）的底端固定安装有副水管（18），所述主体框架（1）上端的左右两侧均固定有排水管（19），所述排水管（19）的数量为四个，所述排水管（19）的底端固定安装有连接水管（20），所述固定管（5）的内腔中活动连接有推杆（6），所述固定管（5）和推杆（6）的高度值相等，所述固定管（5）的顶端与连接气管（9）的底端连通，使取样盒（3）具有向下运动的最大距离值，保证了取样盒（3）下沉的距离，提高了单次取样量，所述磁性闭合组件（14）有四组，每组所述磁性闭合组件（14）包括电磁铁（141）和支撑架（142），所述电磁铁（141）固定安装在连接板（11）的前端，所述支撑架（142）的内腔活动连接有夹板（143），所述夹板（143）和电磁铁（141）分别位于四通管（8）的前侧和后侧，所述气囊（17）与副水管（18）连通，所述副水管（18）通过连接气管（9）与四通管（8）的底端连通，所述四通管（8）的形状为十字形，所述四通管（8）的左右两端与连接水管（20）连通，在取样器下沉时，主体框架（1）上安装的水平仪实时反馈主体框架（1）的姿态，此时位于四通管（8）底端的电磁铁（141）工作通电，从而将四通管（8）底端的夹板（143）向电磁铁（141）吸附，从而将四通管（8）的底端封闭，当主体框架（1）的右端向上倾斜时，四通管（8）左端的电磁铁（141）工作产生磁力对夹板（143）吸附，从而使四通管（8）对左端封闭，此时水泵（7）抽入四通管（8）内的海水完全通过四通管（8）的右端和连接水管（20）进入排水管（19）内，并从主体框架（1）右端的排水管（19）向上喷出，从而为主体框架（1）的右端施加向下的推力，将主体框架（1）摆正；

当主体框架（1）的左端向上倾斜时，主体框架（1）左端的排水管（19）喷出向上的海水为主体框架（1）的左端施加向下的推力，将主体框架（1）摆正；

当主体框架（1）的底端与沉淀层接触后，利用取样器的自重使主体框架（1）、取样盒（3）和取样管（15）的底端向下插入沉淀层内，然后通过取样管（15）对上覆水和表层沉积物交互面进行取样，使上覆水和表层沉积物交互面的样本位于取样管（15）内，然后控制四通管（8）左右两端的电磁铁（141）通电，使四通管（8）左右两端的夹板（143）对四通管（8）的左右两端封闭，此时水泵（7）抽入四通管（8）内的海水抽入连接气管（9）和副水管（18）内，并通过副水管（18）进入气囊（17）内，使气囊（17）受到海水的输入向内膨胀，从而对取样管（15）的顶端和底端进行封闭；

当气囊（17）完全膨胀后，海水无法进入气囊（17）内，从而通过连接气管（9）进入固定管（5）的内腔中，使固定管（5）的内腔充入海水将推杆（6）向下推动，从而带动连接杆（4）向下移动，使连接杆（4）将取样盒（3）相对于主体框架（1）向下拉动，使取样盒（3）的底端再次向下插入沉淀层。

2.根据权利要求1所述的具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器，其特征在于：所述驱动组件（12）包括底板（121），所述底板（121）活动连接在取样盒（3）的底端，所述底板（121）的顶端固定安装有运动副（122），所述运动副（122）的顶端活动连接有连杆（123），所述连杆（123）活动连接在连接板（11）的左右两侧。

3.根据权利要求1所述的具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器，其特征在于：所述锁止组件（13）包括固定块（131）和固定架（132），所述固定块（131）固定安装在连接板（11）的后侧面，所述固定架（132）固定安装在顶板（124）顶端的中部，所述固定架（132）的中部活动连接有旋转板（133），所述旋转板（133）的顶端和固定块（131）的底端均开设有锁止孔（134）。

4.根据权利要求2所述的具备抗洋流扰流能力的海底沉积物冲散式多管联合取样器，其特征在于：所述气囊（17）的侧壁由金属环制成，所述支撑环（16）共有两个，两个所述支撑环（16）分别位于气囊（17）的上下两侧，所述金属环焊接在取样管（15）的内壁上。