CN117949254A - 一种水底沉积物取样装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种水底沉积物取样装置，属于样本采集装置技术领域，装置包括：壳体内部具有安装腔，壳体的底部具有配重结构，壳体的外部沿圆周阵列设有至少三支喷嘴，喷嘴的出口倾斜朝向壳体外侧的下方。取样管垂直穿设于壳体的底板，取样管的上端设于一升降装置的活动杆下端。防护管设于壳体的底部下方，取样管同轴穿设于防护管内，防护管的下端沿圆周设有多块盖板，盖板摆动设于防护管的外部，且盖板与防护管之间设有顶紧弹簧。本方案可防止样本丢失或被水稀释，能排出水草对取样的影响，并且能在不同的水深环境下进行取样。

Description

一种水底沉积物取样装置

技术领域

本发明属于取样装置技术领域，尤其涉及一种水底沉积物取样装置。

背景技术

重金属是典型的累积型污染物，具有分布广泛、不易降解、生物累积性显著和毒性高等特征，可通过多途径进入水体，并富集在沉积物中，而沉积物是水生态环境的重要组成部分，沉积物中重金属可通过沉淀-溶解、吸附-解吸、释放等途径转化迁移，引发系列环境和健康问题。因此，沉积物中重金属含量是判定水环境质量的重要参考指标。

对于水底沉积物中的重金属检测，通常需要对水底的沉积物进行取样，然后再进行检测。现有的取样装置多数存在以下问题：第一，在取样容器上升的过程中，取样容器内部的沉积物容易被水稀释甚至完全冲走；第二，大多数河流湖泊的水底都长有水草，常规的采集管不便于对沉积物进行采集，采集管在插入水底的过程中不仅容易被水草堵塞，导致无法储存沉积物，而且还可能因水草太厚无法采集到的沉积物；第三，现有的取样装置通常设置在船上，其采集深度有限。

发明内容

为解决现有技术不足，本发明提供一种水底沉积物取样装置，可防止样本丢失或被水稀释，能排出水草对取样的影响，并且能在不同的水深环境下进行取样。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种水底沉积物取样装置，包括：壳体、取样管及防护管。

壳体内部具有安装腔，壳体的底部具有配重结构，壳体的外部沿圆周阵列设有至少三支喷嘴，喷嘴的出口倾斜朝向壳体外侧的下方，用于向外喷射流体。

取样管垂直穿设于壳体的底板，取样管的上端设于一升降装置的活动杆下端，升降装置设于安装腔的顶面。

防护管设于壳体的底部下方，取样管的下端同轴穿设于防护管内，防护管的下端沿圆周阵列设有多块盖板，盖板摆动设于防护管的外部，盖板转动的轴线垂直于防护管的轴线，且盖板与防护管之间设有顶紧弹簧；当取样管的下端位于防护管内部时，盖板的内壁与防护管的下端面贴合，且相邻盖板的侧壁之间相互贴合，盖板的内壁倾斜朝向防护管轴线的上方；当相邻盖板的侧壁相互贴合时，所有盖板外壁的下端构成圆锥结构。

本发明的有益效果在于：在取样管的外部设有防护管，并且防护管的底部设有盖板，盖板不仅可将防护管封闭，以防止样本被水稀释及防止样本掉落，而且盖板可拨开水草，使取样管更加容易取得沉积物的样本；取样装置可在水里下潜，可适应不同深度的水域。

附图说明

本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。

图1示出了本壳体的外部结构示意图。

图2示出了图1中A处的局部放大图。

图3示出了本申请优选实施例的剖视图。

图4示出了图3中B处的局部放大图。

图5示出了图3中C处的局部放大图。

图6示出了图3中D处的局部放大图。

图7示出了壳体的底部结构示意图。

图8示出了取样管向下伸出时本申请的剖视图。

图9示出了图8中E处的局部放大图。

图中标记：壳体-1、斜角-101、管接头-11、环形管-12、吊环-13、防护罩-14、喷嘴-2、条形槽-21、动力源-22、取样管-3、沉孔-301、排料管-31、取样泵-32、容器-33、圆柱弹簧-34、单向卡爪-35、销轴-351、弹簧片-352、升降装置-4、防护管-5、盖板-51、弧形槽-511、顶紧弹簧-52、圆盘-6、顶杆-61、销钉-611。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1至图3及图7、图8所示，一种水底沉积物取样装置，包括：壳体1、取样管3及防护管5。

具体的，如图1、图3所示，壳体1内部具有安装腔，壳体1的底部具有配重结构，以便于使取样装置在水里自动下潜；壳体1底部设有摄像装置，以便于操作者观测水底环境以及取样位置，壳体1的外部沿圆周阵列设有至少三支喷嘴2，喷嘴2的出口倾斜朝向壳体1外侧的下方，用于向外喷射流体，流体为气流或是水流，从而向壳体1提供向上的推力，通过控制喷嘴2出口喷出的流体速度便可调节取样装置的下潜速度或使取样装置悬浮于水中。

作为优选的，如图1、图3及图8所示，壳体1的外壁对应安装喷嘴2的部位均设有防护罩14，防护罩14的下方具有开口，用于设置喷嘴2的出口，喷嘴2设于防护罩14内部。

具体的，如图3所示，取样管3垂直穿设于壳体1的底板，取样管3的上端设于一升降装置4的活动杆下端，升降装置4设于安装腔的顶面。

具体的，如图2至图4以及图7、图8所示，防护管5设于壳体1的底部下方，取样管3的下端同轴穿设于防护管5内，防护管5的下端沿圆周阵列设有多块盖板51，盖板51摆动设于防护管5的外部，盖板51转动的轴线垂直于防护管5的轴线，且盖板51与防护管5之间设有顶紧弹簧52。

更具体的，顶紧弹簧52设于盖板51的上端与防护管5的外壁之间，而盖板51的转动轴线位于盖板51的中段。如图4所示，当取样管3的下端位于防护管5内部时，盖板51的内壁与防护管5的下端面贴合，且相邻盖板51的侧壁之间相互贴合，用于将防护管5的下端口封闭，此时顶紧弹簧52承受了预定的压力，以便于利用其反作用力顶紧盖板51。

作为优选的，如图4所示，盖板51的内壁倾斜朝向防护管5轴线的上方，相应的，防护管5的下端面为了与盖板51的内壁贴合，防护管5的下端面外部将设置为圆锥面，如此一来不仅利用圆锥面的配合方式提高了盖板51对防护管5的密封效果，而且盖板51的内壁设置为斜面，更加方便取样管3向下推动盖板51。

当升降装置4驱动取样管3向下伸出时，取样管3的下端将会把盖板51向外顶开，此过程中顶紧弹簧52将被进一步压缩。当相邻盖板51的侧壁相互贴合时，所有盖板51外壁的下端构成圆锥结构，以便于穿过水草并插入底泥，并且当取样管3将盖板51向外推动时，盖板51便会将周边的水草沿圆周向外拨开，从而使防护管5下方的沉积物裸露出来，以方便取样管3进行取样，并防止水草进入取样管3。取样完成之后，将取样管3收回，当取样管3的下端再次回到防护管5内部时，在顶紧弹簧52的弹力作用下将驱动盖板51将防护管5的下端口封闭，以防止样本被水稀释以及防止样本泄漏；在取样过程中通过控制喷嘴2出口喷出的流体速度使取样装置悬浮于水中。

优选的，如图3所示，取样管3的上端设有排料管31，排料管31依次与取样泵32及容器33相连，如此便可将采集的沉积物直接送入容器33内，从根本上避免样本丢失或被稀释；作为进一步优选的方案，取样泵32及容器33设于壳体1内或是设于航行于水面的船舶上，并且当取样泵32及容器33设于船舶上时，排料管31通过软管与取样泵32相连，软管为聚四氟乙烯管或是特氟龙管。

优选的，如图2、图4所示，盖板51外壁的下段开设有多圈弧形槽511，此结构可在盖板51向外摆动的过程中，利用弧形槽511卡住水草，从而更加可靠的将水草向外推动，以防止盖板51在水草上打滑，而导致无法向外推动水草，当相邻盖板51的侧壁相互贴合时，弧形槽511倾斜朝向防护管5下方的外侧，如此便可在取样装置上升的过程中使水草自动从弧形槽511内脱落。

优选的，喷嘴2摆动地设于壳体1的外壁，喷嘴2的摆动轴线垂直于壳体1的轴线，通过摆动喷嘴2可调节喷嘴2的喷射角度，从而调节对取样装置的支撑力；当喷嘴2喷出流体的速度处于恒定状态时，可通过控制喷嘴2的角度控制取样装置的升降速度或使取样装置悬浮于水中。

作为优选的，为了适应喷嘴2的摆动，喷嘴2末端通过软管与动力源22连接，动力源22用于向喷嘴2输入流体。

优选的，如图3、图5、图6及图9所示，壳体1的安装腔内设有圆盘6，取样管3从圆盘6的中部垂直穿过，取样管3外部套设有圆柱弹簧34，圆柱弹簧34位于圆盘6上方与取样管3的顶部之间，取样管3的侧壁对应圆盘6的下方设有单向卡爪35。

更具体的，如图9所示，当取样管3插入壳体1底板时，单向卡爪35向取样管3收回。如图5所示，当单向卡爪35位于壳体1的底板上方时，单向卡爪35的上段向取样管3外侧张开，单向卡爪35的顶面支撑于圆盘6的底面，以便于利用取样管3带动圆盘6一同上升。

更具体的，圆盘6的顶面对应喷嘴2的下方均设有顶杆61，顶杆61均平行于取样管3，顶杆61的顶部与喷嘴2滑动相连，滑动方向与喷嘴2的长度方向一致，且滑动轨迹与喷嘴2的摆动轴线沿着喷嘴2的长度方向错开。

通过上述结构设置，可利用升降装置4控制取样管3的升降，继而控制喷嘴2的摆动角度。本实施例中顶杆61在喷嘴2上的滑动轨迹设于喷嘴2底部的后段，而将喷嘴2的摆动轴线设于喷嘴2的中段，这样可使顶杆61尽量的靠近圆盘6的中部，以减小圆盘6本身的尺寸及安装空间。

上述结构具体工作原理如下：

如图3所示，当升降装置4控制取样管3下降时，在圆柱弹簧34的压力作用下，圆盘6也将向下移动，此时顶杆61带动喷嘴2的后端向下摆动，喷嘴2的前端，即出口端则向上摆动，喷嘴2与水面在夹角将减小。当喷嘴2喷射流体的速度恒定时，此时喷嘴2对取样装置产生的向上升力将减小。当喷嘴2后端向下带到摆动极限的位置时，圆盘6将不再继续下降。具体结构中可设置将圆盘6的与壳体1的底板接触时，作为圆盘6向下移动位置的极限，并将此极限作为喷嘴2后端向下摆动的极限位置。在此之后，升降装置4可驱动取样管3继续向下移动，圆柱弹簧34将被进一步压缩，以使取样管3具有更大的伸出范围，以便于采集不同深度的沉积物；作为优选的方案，通过调节喷嘴2喷射流体的压力，使得喷嘴2后端向下摆动至极限位置时，喷嘴2为取样装置提供的升力与取样装置在水里的下潜力处于平衡，从而使取样装置悬浮于水里，以方便取样。

取样完成之后，升降装置4控制取样管3上升，当单向卡爪35高过壳体1的底板时，单向卡爪35的上端将向外凸出，从而支撑于圆盘6的底面，从而利用单向卡爪35带动圆盘6向上移动，顶杆61将喷嘴2的后端向上顶起，喷嘴2的前端将向下摆动，此时喷嘴2与水平面的夹角将增大，喷嘴2产生的向上推力也将增大，如此便可驱动取样装置快速上升。

在取样装置上升或下降的过程中，也可通过取样管3带动圆盘6升降，从而调节喷嘴2的摆动角度。

作为优选的，如图6所示，顶杆61与喷嘴2滑动相连结构包括设于顶杆61底部的销钉611，销钉611与喷嘴2的摆动轴线平行，喷嘴2的底部沿长度方向设有条形槽21，销钉611穿设于条形槽21内，当顶杆61升降时，销钉611在条形槽21内往复移动。

优选的，如图4、图9所示，取样管3同截面的外壁沿圆周开设有多个沉孔301，沉孔301内均设有单向卡爪35，单向卡爪35的下端通过销轴351转动连接于沉孔301的侧壁，销轴351垂直于取样管3的轴线，单向卡爪35的上段与沉孔301的底面之间设有弹簧片352，用于将单向卡爪35的上端向外顶出，当弹簧片352呈自然状态时，单向卡爪35的上端凸出于取样管3的外侧，当取样管3穿设于壳体1的底板时，单向卡爪35容纳于沉孔301内。

进一步优选的，如图5所示，壳体1的底板上用于穿设取样管3的孔顶边沿具有斜角101，其不仅有利于引导单向卡爪35向取样管3中间收拢，而且在采样结束之后，取样管3上升的过程中，当单向卡爪35的顶面还未高出壳体1的底面时，单向卡爪35的上端将率先移动至斜角101处，此时因为斜角101的避让，使得单向卡爪35可提前向外摆动，以便于使单向卡爪35的上端提前凸出于取样管3的外壁，以防止单向卡爪35的上端卡在取样管3的外壁与圆盘6的孔壁之间。

优选的，如图3、图8所示，壳体1的侧壁对应喷嘴2均穿设有管接头11，管接头11与喷嘴2之间采用软管连接，以适应喷嘴2的摆动，管接头11位于壳体1内部的一端均连通于一环形管12，环形管12与动力源22相连，设置环形管12可使进入每个喷嘴2的流体压力保持恒定，以便于使取样装置在水中保持平衡；将环形管12设置于壳体1内部，可对环形管12及与其相连的结构起到更好的保护作用。

作为优选的方案，动力源22设于船舶上，动力源22与环形管12之间通过软管连接。

优选的，如图1所示，壳体1顶部设有吊环13，吊环13用于缆绳与船舶相连，以防止取样装置丢失。

优选的，如图1、图3及图7所示，壳体1的上下端均为圆锥结构，且壳体1包括上下拼接的两部分，以便于安装内部的零部件，拼接处采用螺钉连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种水底沉积物取样装置，其特征在于，包括：

壳体（1），其内部具有安装腔，壳体（1）的底部具有配重结构，壳体（1）的外部沿圆周阵列设有至少三支喷嘴（2），喷嘴（2）的出口倾斜朝向壳体（1）外侧的下方，用于向外喷射流体；

取样管（3），垂直穿设于壳体（1）的底板，取样管（3）的上端设于一升降装置（4）的活动杆下端，升降装置（4）设于安装腔的顶面；

防护管（5），设于壳体（1）的底部下方，取样管（3）的下端同轴穿设于防护管（5）内，防护管（5）的下端沿圆周阵列设有多块盖板（51），盖板（51）摆动设于防护管（5）的外部，盖板（51）转动的轴线垂直于防护管（5）的轴线，且盖板（51）与防护管（5）之间设有顶紧弹簧（52）；当取样管（3）的下端位于防护管（5）内部时，盖板（51）的内壁与防护管（5）的下端面贴合，且相邻盖板（51）的侧壁之间相互贴合，盖板（51）的内壁倾斜朝向防护管（5）轴线的上方；当相邻盖板（51）的侧壁相互贴合时，所有盖板（51）外壁的下端构成圆锥结构。

2.根据权利要求1所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，取样管（3）的上端设有排料管（31），排料管（31）依次与取样泵（32）及容器（33）相连。

3.根据权利要求1所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，盖板（51）外壁的下段开设有多圈弧形槽（511），当相邻盖板（51）的侧壁相互贴合时，弧形槽（511）倾斜朝向防护管（5）下方的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，喷嘴（2）摆动地设于壳体（1）的外壁，喷嘴（2）的摆动轴线垂直于壳体（1）的轴线。

5.根据权利要求4所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，壳体（1）的安装腔内设有圆盘（6），取样管（3）从圆盘（6）的中部垂直穿过，取样管（3）外部套设有圆柱弹簧（34），圆柱弹簧（34）位于圆盘（6）上方与取样管（3）的顶部之间，取样管（3）的侧壁对应圆盘（6）的下方设有单向卡爪（35）；

当取样管（3）插入壳体（1）底板时，单向卡爪（35）向取样管（3）收回；当单向卡爪（35）位于壳体（1）的底板上方时，单向卡爪（35）的上段向取样管（3）外侧张开，单向卡爪（35）的顶面支撑于圆盘（6）的底面，以便于利用取样管（3）带动圆盘（6）一同上升；

圆盘（6）的顶面对应喷嘴（2）的下方均设有顶杆（61），顶杆（61）均平行于取样管（3），顶杆（61）的顶部与喷嘴（2）滑动相连，滑动方向与喷嘴（2）的长度方向一致，且滑动轨迹与喷嘴（2）的摆动轴线沿着喷嘴（2）的长度方向错开。

6.根据权利要求5所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，取样管（3）同截面的外壁沿圆周开设有多个沉孔（301），沉孔（301）内均设有单向卡爪（35），单向卡爪（35）的下端通过销轴（351）转动连接于沉孔（301）的侧壁，销轴（351）垂直于取样管（3）的轴线，单向卡爪（35）的上段与沉孔（301）的底面之间设有弹簧片（352），用于将单向卡爪（35）的上端向外顶出。

7.根据权利要求5或6所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，壳体（1）的底板上用于穿设取样管（3）的孔顶边沿具有斜角（101）。

8.根据权利要求5所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，壳体（1）的侧壁对应喷嘴（2）均穿设有管接头（11），管接头（11）与喷嘴（2）之间采用软管连接，以适应喷嘴（2）的摆动，管接头（11）位于壳体（1）内部的一端均连通于一环形管（12），环形管（12）与动力源（22）相连。

9.根据权利要求1所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，壳体（1）顶部设有吊环（13），吊环（13）用于缆绳与船舶相连。

10.根据权利要求1所述的一种水底沉积物取样装置，其特征在于，壳体（1）的上下端均为圆锥结构，且壳体（1）包括上下拼接的两部分。