一种深水底部沉积物采样装置

摘要

本发明公开了一种深水底部沉积物采样装置，其特征在于，包括一个水平板状的安装平台，安装平台下端设置有采样机构，采样机构包括左右对称且可开合设置的一对采样斗，安装平台上端中部向上连接绳缆，安装平台上端中部还固定设置有液压缸，液压缸具有一个向下设置的伸缩臂，伸缩臂可活动地穿过安装平台和采样机构相连并用于控制采样斗的开合，安装平台上端还固定设置有一个液压油箱，液压油箱内设置有液压泵并和液压缸相连。本发明具有采样更加便捷，高效，可控性好，采样对象保护效果好等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及深水采样技术领域，具体涉及一种深水底部沉积物采样装置。

背景技术

人类活动对环境污染的污染物，往往最终均会排放进入到水体中，造成水体污染。随着社会的进步和人们环保意识的提升。怎样进行好水体环境保护成为人们越来越重视的问题。研究水体环境保护，需要先研究水体环境，有需要对水体底部的环境、生物等进行采样研究。

当水体环境较浅时，可以直接人工进行采样，但当水体环境较深（超过20米）时，怎样实现深水底部沉积物，包括泥沙以及部分固体生物体的采样，成为较难解决的问题。

现有技术中，实现深水底部泥沙采样，通常采用管道设备插入后抽吸或者依靠管道自身塞入泥沙后提起的方式实现采样。这种方式一来施工深度仍然有限，其次这种采样方式容易破坏泥沙的水平分层状况，不利于研究。

CN201821714182.9曾公开过一种可拆卸式深水底泥采样器，包括绳索，所述绳索的底部连接有固绳器，所述固绳器的一端连接有固定轴，所述固定轴上连接有固定组件，所述固定组件由两组固定抱箍、与固定板构成，所述固定抱箍均呈C型结构，且固定抱箍的C型开口两端均焊接有固定板，且固定板之间连接有固定螺钉，所述固定抱箍远离开口的一侧均焊接有连接杆，所述连接杆的底部连接有安装板，所述安装板的底部焊接有固定框，固定框的底部连接有转轴，且固定框通过转轴连接有两组采样抓斗，采样抓斗上均连接有拉绳。该装置能够依靠绳索下放入较深的水底，实现水底泥沙的采样。但仍然存在控制不便，泥沙采样效果较差的缺陷。同时该装置也不利于实现一些固体生物体，例如珊瑚、贝类、鱼骨等对象的采样，纯粹抓斗式的采样方式，容易将固态的采样对象夹碎或造成破坏，影响研究。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够提高采样便捷性和可靠性，提高对采样对象保护效果的深水底部沉积物采样装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种深水底部沉积物采样装置，其特征在于，包括一个水平板状的安装平台，安装平台下端设置有采样机构，采样机构包括左右对称且可开合设置的一对采样斗，安装平台上端中部向上连接绳缆，安装平台上端中部还固定设置有液压缸，液压缸具有一个向下设置的伸缩臂，伸缩臂可活动地穿过安装平台和采样机构相连并用于控制采样斗的开合，安装平台上端还固定设置有一个液压油箱，液压油箱内设置有液压泵并和液压缸相连。

这样，工作时，将采样装置用绳缆下放到待采样水域的水底，使得采样斗下沉嵌入到泥沙中，然后通过液压缸的伸缩臂控制采样斗合拢，然后再通过绳缆提升出水面，即可完成泥沙采样。故装置通过液压缸实现采样斗开合控制，采样更加方便可靠，利于深水采样的实现。

进一步地，安装平台上方还设置有电气仓，电气仓和液压泵相连并实现电气控制。

这样，更加方便通过电气仓内部的电气控制模块实现电气控制。

进一步地，电气仓和液压油箱分别固定在安装平台的左右两侧。

这样可以更好地保证重力平衡。

进一步地，采样装置还包括姿态传感器，姿态传感器和电气仓相连。

这样，通过设置的姿态传感器可以反馈装置自身的三维姿态和方位等位置信号，可以更好地实时反馈采样装置下放的位置。

进一步地，采样装置还包括摄像组件，摄像组件包括并列设置的摄像头和灯光，摄像头和灯光均和电气仓相连。

这样，可以通过设置的摄像头实时拍摄观察水底环境状况图像，这样极大地提高了采样控制的便捷性和针对性。同时，摄像头的摄像数据和状态传感器采集空间位置数据结合，可以供工作人员在电脑中虚拟还原描绘出水体底部三维空间环境实况，更加利于进行水底环境的研究考察。

进一步地，姿态传感器安装在一个姿态仓中，姿态仓和摄像组件分别安装固定在左右两个采样斗上。

这样，可以更好地采集获得采样斗的位置和附近的水底情况，方便更好地实现采样控制，同时分别设置在左右采样斗上有利于装置的平衡。

进一步地，安装平台上还安装有振动器，振动器的振动方向沿竖向设置。

这样，当采样斗接触水底泥沙后，待绳缆再下放一段距离，然后可启动振动器，采用上下振动的方式，使得呈张开状态的采样斗下端能够更好地主动插入到泥沙中，然后关闭振动器，通过液压缸控制采样斗合拢，将泥沙挖掘至采样斗内，再控制绳缆拉起，完成泥沙采样。能够解决采样装置采用绳索下放，没有支撑，导致采样斗无法主动施力挖掘，使得泥沙采样深度不够的问题。极大地提高了泥沙采样的深度，提高采样效果。

进一步地，振动器固定在安装平台下端中部位置。这样可以更好地利用振动效果为装置施加向下的力。

作为一种优化的安装结构，采样机构中，两个采样斗各自上端外侧位置向上延伸设置有一个斗柄，斗柄上端铰接安装在安装平台下表面两侧各自向下延伸的两个安装支耳上，两个采样斗上端表面还向上延伸设置有一个连接支耳，连接支耳各自和一个推杆下端铰接，推杆上端铰接在同一个水平设置的横杆两端，横杆中部和液压缸伸缩臂下端固定；两个采样斗的开口面相对竖向设置（合拢状态时开口面呈竖向），液压缸伸缩臂伸出时能够通过推杆推动两个采样斗呈张开状态（此时采样斗开口面呈八字形），液压缸伸缩臂缩回后能够拉动两个采样斗呈合拢状态（此时采样斗开口面对合扣拢）。

这样，采样斗采用铰接的结构，使得液压缸伸缩臂伸出时，能够使得采样斗呈八字形向外张开，这样采样斗下端张开面积更大，合拢时能够采集到更多的泥沙。

进一步地，安装支耳的外侧斜向下延伸设置有一个限位块。

这样限位块可以对两个采样斗的开口面张开角度进行限位，当液压缸伸缩臂伸出带动两个采样斗张开至斗柄和限位块相贴限位时，此时两个推杆仍然呈外端向下的八字形，推杆转动尚未越过水平位置，此时在液压缸伸缩臂推力作用下，两个采样斗呈稳定的张开状态，使得在振动器的作用下，采样斗下端能够更好地向下嵌入到泥沙中，能够避免采样斗在振动作用下来回转动导致降低嵌入效果。

作为另一种优化的安装结构，采样机构中，两个采样斗各自上端向上延伸设置有一个斗柄，斗柄上端可滑动地卡接在安装平台下表面沿左右方向设置的滑轨上，斗柄下端内侧还向内水平延伸设置有一个连接支耳，连接支耳各自和一个推杆的端部铰接，推杆另一端铰接在同一个水平设置的横杆两端，横杆中部和液压缸伸缩臂下端固定；两个采样斗的开口面相对竖向设置，液压缸伸缩臂缩回后能够拉动两个采样斗呈合拢状态。

这样，采样斗采用水平滑动的结构方式，采样斗呈张开状态时，开口侧是竖向设置的，和振动器垂直振动施力方向一致，使其用于泥沙采样时，在振动器的作用下采样斗下端能够更好地嵌入到泥沙中，避免振动对泥沙的干扰，更好地保持采样泥沙的水平层状结构，提高采样效果。同时，液压缸伸缩臂缩回时为带动采样斗水平滑动的方式实现合拢，这样水平合拢，也能够更好地保持泥沙的水平层状，避免铰接合拢的方式破坏泥沙的水平层状结构。同时当用于珊瑚、鱼骨、贝类等固体物件的采样时，水平合拢的方式也能够更好地保证采样对象的完整性，避免铰接合拢的方式导致采样对象因受力不平衡而破碎。

进一步地，两个采样斗下端呈向下的锐角结构。

这样，更加利于采样斗在振动器的作用下能够向下嵌入到泥沙中，更好地完成泥沙采样。

进一步地，还包括有两套易碎固体物件采样辅助模块，易碎固体物件采样辅助模块包括一个安装框，安装框可嵌入安装固定到采样斗开口侧，安装框内侧设置有一个柔性的夹持软包，夹持软包内部充有磁流变液，夹持软包相对两侧的安装框内还设置有电磁线圈。

这样，当用于珊瑚和鱼骨等易碎的固体物件采样时，可以将辅助模块安装到采样斗上，采样时依靠夹持软包合拢包覆住待采样对象，然后控制开启电磁线圈开关产生电磁场，磁流变液在电磁场作用下变硬，保持住采样对象位置，然后将装置提出水面，关闭电磁线圈开关并打开采样斗，完成采样。这样可以避免采样对象在采样过程中破碎损坏，能够完美地完成易碎固体物件的采样。

综上所述，本发明具有采样更加便捷，高效，可控性好，采样对象保护效果好等优点。

附图说明

图1为实施时第一种采样装置的结构示意图。

图2为实施时第二种采样装置的结构示意图。

图3为实施时易碎固体物件采样辅助模块的结构示意图。

图4为图3的侧视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式一：如图1所示，一种深水底部沉积物采样装置，包括一个水平板状的安装平台1，安装平台1下端设置有采样机构，采样机构包括左右对称且可开合设置的一对采样斗2，安装平台1上端中部向上连接绳缆3，安装平台1上端中部还固定设置有液压缸4，液压缸4具有一个向下设置的伸缩臂5，伸缩臂5可活动地穿过安装平台和采样机构相连并用于控制采样斗2的开合，安装平台1上端还固定设置有一个液压油箱6，液压油箱6内设置有液压泵并和液压缸相连。

这样，工作时，将采样装置用绳缆下放到待采样水域的水底，使得采样斗下沉嵌入到泥沙中，然后通过液压缸的伸缩臂控制采样斗合拢，然后再通过绳缆提升出水面，即可完成泥沙采样。故装置通过液压缸实现采样斗开合控制，采样更加方便可靠，利于深水采样的实现。

其中，安装平台1上方还设置有电气仓7，电气仓7和液压泵相连并实现电气控制。

这样，更加方便通过电气仓内部的电气控制模块实现电气控制。

其中，电气仓7和液压油箱6分别固定在安装平台的左右两侧。

这样可以更好地保证重力平衡。

其中，采样装置还包括姿态传感器，姿态传感器和电气仓相连。

这样，通过设置的姿态传感器可以反馈装置自身的三维姿态和方位等位置信号，可以更好地实时反馈采样装置下放的位置。

其中，采样装置还包括摄像组件，摄像组件包括并列设置的摄像头9和灯光10，摄像头9和灯光10均和电气仓相连。

这样，可以通过设置的摄像头实时拍摄观察水底环境状况图像，这样极大地提高了采样控制的便捷性和针对性。同时，摄像头的摄像数据和状态传感器采集空间位置数据结合，可以供工作人员在电脑中虚拟还原描绘出水体底部三维空间环境实况，更加利于进行水底环境的研究考察。

其中，姿态传感器安装在一个姿态仓8中，姿态仓8和摄像组件分别安装固定在左右两个采样斗上。

这样，可以更好地采集获得采样斗的位置和附近的水底情况，方便更好地实现采样控制，同时分别设置在左右采样斗上有利于装置的平衡。

其中，安装平台1上还安装有振动器11，振动器11的振动方向沿竖向设置。

这样，当采样斗接触水底泥沙后，待绳缆再下放一段距离，然后可启动振动器，采用上下振动的方式，使得呈张开状态的采样斗下端能够更好地主动插入到泥沙中，然后关闭振动器，通过液压缸控制采样斗合拢，将泥沙挖掘至采样斗内，再控制绳缆拉起，完成泥沙采样。能够解决采样装置采用绳索下放，没有支撑，导致采样斗无法主动施力挖掘，使得泥沙采样深度不够的问题。极大地提高了泥沙采样的深度，提高采样效果。

其中，振动器11固定在安装平台1下端中部位置。这样可以更好地利用振动效果为装置施加向下的力。

本采样装置的采样机构中，两个采样斗各自上端外侧位置向上延伸设置有一个斗柄12，斗柄12上端铰接安装在安装平台下表面两侧各自向下延伸的两个安装支耳13上，两个采样斗上端表面还向上延伸设置有一个连接支耳14，连接支耳各自和一个推杆15下端铰接，推杆上端铰接在同一个水平设置的横杆16两端，横杆16中部和液压缸伸缩臂下端固定；两个采样斗的开口面相对竖向设置（合拢状态时开口面呈竖向），液压缸伸缩臂伸出时能够通过推杆推动两个采样斗呈张开状态（此时采样斗开口面呈八字形），液压缸伸缩臂缩回后能够拉动两个采样斗呈合拢状态（此时采样斗开口面对合扣拢）。

这样，采样斗采用铰接的结构，使得液压缸伸缩臂伸出时，能够使得采样斗呈八字形向外张开，这样采样斗下端张开面积更大，合拢时能够采集到更多的泥沙。

其中，安装支耳13的外侧斜向下延伸设置有一个限位块17。

这样限位块可以对两个采样斗的开口面张开角度进行限位，当液压缸伸缩臂伸出带动两个采样斗张开至斗柄和限位块相贴限位时，此时两个推杆仍然呈外端向下的八字形，推杆转动尚未越过水平位置，此时在液压缸伸缩臂推力作用下，两个采样斗呈稳定的张开状态，使得在振动器的作用下，采样斗下端能够更好地向下嵌入到泥沙中，能够避免采样斗在振动作用下来回转动导致降低嵌入效果。

具体实施方式二：如图2所示，本实施方式中的深水底部沉积物采样装置，和图1装置区别仅仅在于采样机构的结构不同（其余部分结构相同故不再重复描述，相同部分结构包括安装平台1、采样斗2、绳缆3、液压缸4、伸缩臂5、液压油箱6、电气仓7、姿态仓8、摄像头9、灯光10和振动器11），本采样装置的采样机构中，两个采样斗各自上端向上延伸设置有一个斗柄12，斗柄12上端可水平滑动地卡接在安装平台1下表面沿左右方向设置的滑轨13上，斗柄下端内侧还向内水平延伸设置有一个连接支耳14，连接支耳14各自和一个推杆15的端部铰接，推杆15另一端铰接在同一个水平设置的横杆16两端，横杆16中部和液压缸伸缩臂5下端固定；两个采样斗2的开口面相对竖向设置，液压缸伸缩臂缩回后能够拉动两个采样斗呈合拢状态。

这样，采样斗采用水平滑动的结构方式，采样斗呈张开状态时，开口侧是竖向设置的，和振动器垂直振动施力方向一致，使其用于泥沙采样时，在振动器的作用下采样斗下端能够更好地嵌入到泥沙中，避免振动对泥沙的干扰，更好地保持采样泥沙的水平层状结构，提高采样效果。同时，液压缸伸缩臂缩回时为带动采样斗水平滑动的方式实现合拢，这样水平合拢，也能够更好地保持泥沙的水平层状，避免铰接合拢的方式破坏泥沙的水平层状结构。同时当用于珊瑚、鱼骨、贝类等固体物件的采样时，水平合拢的方式也能够更好地保证采样对象的完整性，避免铰接合拢的方式导致采样对象因受力不平衡而破碎。

其中，两个采样斗下端呈向下的锐角结构。

这样，更加利于采样斗在振动器的作用下能够向下嵌入到泥沙中，更好地完成泥沙采样。

另外，实施时，图1和图2的采样装置中，均还可以增加两套易碎固体物件采样辅助模块，参见图3和图4，易碎固体物件采样辅助模块包括一个安装框18，安装框18可嵌入安装固定到采样斗开口侧，安装框内侧设置有一个柔性的夹持软包19，夹持软包内部充有磁流变液，夹持软包相对两侧的安装框内还设置有电磁线圈20。

这样，当用于珊瑚和鱼骨等易碎的固体物件采样时，可以将辅助模块安装到采样斗上，采样时依靠夹持软包合拢包覆住待采样对象，然后控制开启电磁线圈开关产生电磁场，磁流变液在电磁场作用下变硬，保持住采样对象位置，然后将装置提出水面，关闭电磁线圈开关并打开采样斗，完成采样。这样可以避免采样对象在采样过程中破碎损坏，能够完美地完成易碎固体物件的采样。