卡式沉積物採樣器的製作方法
2023-09-11 03:04:15
專利名稱：卡式沉積物採樣器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及進行水環境研究時的水底沉積物採樣工具，特別是一種卡式沉積物採 樣器，屬機械領域。
背景技術：
水底沉積物是研究氣候和環境變化規律的重要樣品，包含有大量的環境和氣候的信 息，如何從水下把沉積物完整地採集上來，進行物理、化學和生物等方面的分析，就 需要水一土界面、沉積物的層與層之間不產生擾動是十分重要的。為了能測出沉積物 年代的序列，需要採集到百年以上的沉積物， 一般水中沉積物的沉積速率為每年幾個 毫米，必須採集到50cm以上的沉積物，因此採集沉積物是越深越好。沉積物的採集一 般都是在野外，甚至在船上使用的，還要求攜帶和操作方便。
現有的採樣器有蚌式(也稱抓斗式)和柱狀兩類。蚌式採樣器會破壞水體表層沉積 物和層序結構，而柱狀採樣器(ZL00234831.4)，採樣頭上的通孔面積由於結構的原因， 不可能和採樣管的面積相等，因此仍會產生水一土界面的擾動；在淺水中使用的採樣 器的接杆、採樣管都是靠螺紋連接的，在採樣過程中不能用力與螺紋相反方向轉動， 否則螺紋容易鬆動，甚至脫落，至少會使採樣管頂端不密封且使用螺紋連接仍然不夠 方便和快速，並且其設計只能在淺水中使用，不能在深水中使用。還有的柱狀採樣器 (ZL01245551.2，)採樣頭依靠閥門中的浮子閥門和採樣杆中的溢水孔將採樣管中的水
溢出，通孔面積更小於採樣管的面積，更會產生水一土界面的擾動。其次，採樣管是 通過徑向的橡皮圈密封和固定的，在水中採樣管裝滿了沉積物後，採樣管很重，很容 易滑脫；其重錘是一固定的重錘，在深水中只能依靠其本身的重力下壓，不能採到較 深的沉積物。 發明內容
本實用新型目的是解決現有技術的不足，提供一種卡式沉積物採樣器，它在淺水和 深水中都可以使用，不產生層序結構的變化和水一土界面的變化，攜帶和在野外操作 上十分方便而快捷，而且能採集到較深的沉積物。
為了達到上述目標，本實用新型採用以下技術方案卡式沉積物採樣器，含接杆、 採樣頭、採樣管及重錘，採樣管與採樣頭聯接，採樣頭與接杆聯接，採樣頭上設有溢 水孔，重錘設置在採樣頭上，其特徵是採樣管與採樣頭之間採用採樣頭上設置彈簧連 接的斜面卡塊與與採樣管外徑的臺階面配合活動聯接，採樣管內徑與採樣頭溢水孔直 徑相同，溢水孔上方設有徑向限位、上下自由浮動的閥蓋，重錘設置在採樣頭上方， 滑動套接在採樣頭的固定頂杆上，多根接杆之間以及最下端之接杆與頂杆之間採用互 相活動勾接，勾接處設有徑向定位套。
根據上述方案設計的一種結構及聯接關係是採樣管外徑上端固定套接一接頭， 接頭的外徑為階梯形，上大下小，在小徑上設有滑動配合、頂端為斜面的推環，推環 下端由活動設置在接頭小徑卡環槽內的卡環限位；採樣頭為上下兩件配合聯接而成，其上件為正置的瓶蓋形且蓋壁內徑為階梯形，上小下大，小徑大於採樣管接頭的大徑， 蓋面中心設有與採樣管內徑相同的溢水孔，蓋內面設有密封墊圈，採樣頭下件為倒置 的瓶蓋形，其蓋壁內徑與上件的蓋壁外徑螺紋聯接，下件蓋面中心亦設有圓孔，其孔 徑大於推環外徑；在採樣頭下件蓋內面與相對的上件臺階面之間的環腔內，設有至少 兩根對稱布置的彈簧，彈簧一端固接在上件蓋壁內徑的大徑周面上，彈簧的另一端固 接卡塊，卡塊上、下面分別與上件臺階面及下件蓋內面滑動配合，卡塊的另一面設置 為與推環頂端平行的斜面，兩斜面之間有間距，在採樣頭上件的臺階面與接頭外徑的 臺階面齊平位置，採樣管及其接頭頂端抵壓在採樣頭上件的密封墊圈上；採樣頭上件 的上表面固定有至少兩根對稱布置的立柱，立柱另一端與上蓋的底面活動固定，上蓋 中心設有螺紋通孔與一根下端設有外螺紋的空心頂杆聯接，設置一根由空心頂杆下端 伸入並與之滑動配合的滑杆，滑杆下端固接直徑大於溢水孔的閥蓋，闊蓋底面設有密 封圈；頂杆上端活動聯接多根與頂杆等直徑的接杆，每根接杆之間以及接杆與頂杆之 間採用活動勾接，勾接處設有滑套，滑套兩端設有定位銷，每根接杆上均設有徑向通 孔供手壓柄插入，頂杆上端設有繩索孔；上蓋的上方設置有中心孔的重錘，滑動套接 在頂杆上，重錘上設有繩索提環。
所說彈簧及卡塊為三個，沿圓周等分布置；立柱為四根，正方形布置。 所說滑套兩端的定位銷，上端為彈性定位銷，下端為固定定位銷，分別設置在兩 根勾接的接杆上，套管的長度與上一根接杆的彈簧銷到下一根接杆的固定銷的距離匹 配。
重錘與上蓋之間設有緩衝墊片，避免重錘直接擊打上蓋造成損傷。 本實用新型的優點及有益效果當採樣頭帶著採樣管在水中下降時，閥蓋依靠水流 的浮動自動升起打開，讓水流順利通過。溢水孔徑的大小決定了水一土界面擾動的大 小，當採樣管下降到水一土界面時，如果溢水孔徑比採樣管的口徑小，下降時，管內 的水柱對水一土界面形成了壓差，會把界面上的沉積物壓到採樣管外；溢水孔徑越小， 產生的壓差越大，擾動就越大，除非，採樣管非常緩慢地下降，使單位時間進入採樣 管中水的體積和採樣管排出的體積相等，而且進入和排出水的速度相差不大，才能減 小這一壓差，這在操作時是很難做到的。而當溢水孔徑和採樣管的內徑一樣大時，壓 差就可降低到最小程度，不會引起水一土界面的擾動，我們採用的溢水孔徑和採樣管 的內徑一樣大。當採樣頭帶著採滿沉積物的採樣管提升時，閥蓋會自動下降關閉，閥 蓋上的橡皮密封圈把溢水孔密封，使採樣管中的上部形成負壓狀態，這樣，沉積物就 不會從採樣管中掉出來；由於採樣管中充滿了沉積物和水，份量很重，採樣管和採樣 管接頭是成一體的，而採樣管接頭又是被彈簧卡塊卡住的，因此在提起採樣頭時採樣 管不會滑脫，保證了採樣的成功率。使用採樣管推環拆卸採樣管、使用勾接連接的接 杆都是為了操作方便快捷，使用手壓柄和活動重錘都是為了可以採集到較深的沉積物 而設計的。
圖l是本實用新型結構總圖； 圖2是接杆組件圖。 具體實 式參看圖l、 2，採樣管15外徑上端固定套接一接頭12，接頭的外徑為階梯形，上 大下小，在小徑上設有滑動配合、頂端為斜面、設有飛邊的推環13，推環下端由活動 設置在接頭小徑卡環槽內的卡環14限位；採樣頭為上下兩件配合聯接而成，其上件 IO為正置的瓶蓋形且蓋壁內徑為階梯形，上小下大，小徑大於採樣管接頭12的大徑， 蓋面中心設有與採樣管內徑相同的溢水孔17，蓋內面設有密封墊圈9，採樣頭下件18 為倒置的瓶蓋形，其蓋壁內徑與上件10蓋壁外徑螺紋聯接，下件18蓋面中心亦設有 圓孔，其孔徑大於推環13外徑；在採樣頭下件蓋內面與相對的上件臺階面之間的環腔 內，設有三根對稱布置的彈簧，彈簧一端固接在上件蓋壁內徑的大徑周面上，彈簧的 另一端固接卡塊11，卡塊11上、下面分別與上件臺階面及下件蓋內面滑動配合，卡 塊11的另一面設置為與推環13頂端平行的斜面，兩斜面之間有間距(此間距為推環 行程，應保證使彈簧卡塊壓縮至採樣管能夠脫離)，在採樣頭上件的臺階面與接頭外徑 的臺階面齊平位置，採樣管及其接頭頂端抵壓在採樣頭上件的密封墊圈9上；採樣頭 上件的上表面螺紋固定有四根對稱布置的立柱19，立柱另一端與上蓋5用螺母20固 定，上蓋中心設有螺紋通孔與一根下端設有外螺紋的空心頂杆3聯接，設置一根由空 心頂杆下端伸入並與之滑動配合的滑杆6，滑杆下端固接直徑大於溢水孔的閥蓋7，閥 蓋底面設有密封圈8;頂杆3上端活動聯接多根與頂杆等直徑的接杆1，每根接杆兩端 均設成勾狀，它們之間以及接杆與頂杆端勾之間採用活動勾接，勾接處設有滑套2， 滑套兩端設有定位銷，上端最好為彈性定位銷23，下端為固定定位銷24，分別設置在 兩根勾接的接杆上(即一根接杆上端是固定定位銷24，下端是彈性定位銷23，這樣的 設置可使滑套預置在上一根接杆上，便於攜帶和安裝，頂杆僅在上端設彈性定位銷 22)。套管的長度與上一根接杆的彈簧銷到下一根接杆的固定銷的距離匹配。每根接杆 上均設有徑向通孔可供手壓柄16插入，頂杆上端設有繩索孔25;上蓋的上方設置有 中心孔的重錘4，滑動套接在頂杆3上，重錘上設有繩索提環21。
當採樣管需要接入採樣頭時，由於卡塊ll的內徑呈斜面，下大上小，卡塊ll的上 表面和密封墊圈9的距離也正好是採樣管接頭12最大外徑的高度，當帶有採樣管接頭 12和採樣管推環13的採樣管15插入採樣頭時，採樣管接頭12的外緣從三個彈簧卡 塊的斜面部分把彈簧卡塊ll向外推動，採樣管接頭的頂端正好緊貼密封墊圈9密封， 同時，彈簧卡塊也正好在彈簧的作用下伸出，頂在採樣管接頭最大外徑的下端臺階面， 將採樣管接頭12抓住，採樣管接頭12和採樣管15是固接在一起的，採樣管推環13 可以在採樣管接頭12的較小外徑處上下推動(通過卡環14限位，不使其脫落)，需要 取下採樣管時，只要把採樣管接頭12上的採樣管推環13向上推，採樣管推環13的上 端正好能擠開彈簧卡塊ll，這樣就可以很方便快捷地取下採樣管了。水深在小於3 4 米時，採樣頭的頂杆可以和接杆相互勾接，接杆一般每根長一米， 一端有一個固定銷 釘24，另一端有一個彈簧銷釘23，兩銷釘之間有一個套管2套在接杆上。連接時，將 兩根接杆端相互勾接，按下彈簧銷釘23，把套管移到接頭處防止脫勾，套管的長度正 好是上一根接杆的彈簧銷釘到下一根接杆的固定銷釘的距離，套管上下都被銷釘卡住， 不能上下移動，接杆就不會脫鉤。拆接杆時，只要按下彈簧銷釘，移開套管，便可拆 下上一根接杆，使用時拆裝十分方便快捷。接杆上可每隔0. 5米有一個圓孔，將手壓 柄16卸開一端球形帽插入圓孔，可以用手向下加壓來採集到較深的沉積物， 一般可以
5連接4 5根接杆。水深在3 4米以上時(此時不用接杆)，可以使用繩索穿在頂杆上 端的圓孔25中，重錘4穿在頂杆3中可以上下滑動，用繩索穿系在活動重錘上方邊緣 的提環21中，先利用本身的自重把採樣頭壓入沉積物中，再用手牽動活動重錘4在採 樣頭的頂杆3上滑動，擊打緩衝墊片26並上蓋5進行採樣，比單純依靠自身的重力採 集的沉積物較深，也不會使沉積物產生層序上的變化。
權利要求1、卡式沉積物採樣器，含接杆、採樣頭、採樣管及重錘，採樣管與採樣頭聯接，採樣頭與接杆聯接，採樣頭上設有溢水孔，重錘設置在採樣頭上，其特徵是採樣管與採樣頭之間採用採樣頭上設置彈簧連接的斜面卡塊與與採樣管配合活動聯接，採樣管內徑與採樣頭溢水孔直徑相同，溢水孔上方設有徑向限位、上下自由浮動的閥蓋，重錘設置在採樣頭上方，滑動套接在採樣頭的固定頂杆上，多根接杆之間以及最下端之接杆與頂杆之間採用互相活動勾接，勾接處設有徑向定位套。
2、 根據權利要求1所述的卡式沉積物採樣器，其特徵是採樣管外徑上端固定套接一 接頭，接頭的外徑為階梯形，上大下小，在小徑上設有滑動配合、頂端為斜面的推環，推 環下端由活動設置在接頭小徑卡環槽內的卡環限位；採樣頭為上下兩件配合聯接而成，其 上件為正置的瓶蓋形且蓋壁內徑為階梯形，上小下大，小徑大於採樣管接頭的大徑，蓋面 中心設有與採樣管內徑相同的溢水孔，蓋內面設有密封墊圈，採樣頭下件為倒置的瓶蓋形， 其蓋壁內徑與上件的蓋壁外徑螺紋聯接，下件蓋面中心亦設有圓孔，其孔徑大於推環外徑； 在採樣頭下件蓋內面與相對的上件臺階面之間的環腔內，設有至少兩根對稱布置的彈簧， 彈簧一端固接在上件蓋壁內徑的大徑周面上，彈簧的另一端固接卡塊，卡塊上、下面分別 與上件臺階面及下件蓋內面滑動配合，卡塊的另一面設置為與推環頂端平行的斜面，兩斜 面之間有間距，在採樣頭上件的臺階面與接頭外徑的臺階面齊平位置，採樣管及其接頭頂 端抵壓在採樣頭上件的密封墊圈上；採樣頭上件的上表面固定有至少兩根對稱布置的立 柱，立柱另一端與上蓋的底面活動固定，上蓋中心設有螺紋通孔與一根下端設有外螺紋的 空心頂杆聯接，設置一根由空心頂杆下端伸入並與之滑動配合的滑杆，滑杆下端固接直徑 大於溢水孔的閥蓋，閥蓋底面設有密封圈；頂杆上端活動聯接多根與頂杆等直徑的接杆， 每根接杆之間以及接杆與頂杆之間採用活動勾接，勾接處設有滑套，滑套兩端設有定位銷， 每根接杆上均設有徑向通孔供手壓柄插入，頂杆上端設有繩索孔；上蓋的上方設置有中心 孔的重錘，滑動套接在頂杆上，重錘上設有繩索提環。
3、 根據權利要求1或2所述的卡式沉積物採樣器，其特徵是滑套兩端的定位銷，上 端為彈性定位銷，下端為固定定位銷，分別設置在兩根勾接的接杆上，套管的長度與上一 根接杆的彈簧銷到下一根接杆的固定銷的距離匹配。
4、 根據權利要求1或2所述的卡式沉積物採樣器，其特徵是重錘與上蓋之間設有緩 衝墊片。
5、 根據權利要求3所述的卡式沉積物採樣器，其特徵是重錘與上蓋之間設有緩衝墊片。
專利摘要卡式沉積物採樣器，其採樣管插入或脫離採樣頭的結構採用採樣頭上設置的彈簧及斜面卡塊與採樣管外徑的臺階面配合完成。採樣管內徑與採樣頭溢水孔等徑以及可上下自由浮動的閥蓋設計，保證了溢水孔的自動開啟和關閉，也實現了採集樣品時水—土界面的無擾動。使用多根接杆相互勾接並用滑套固定以適用不同水深，活動重錘的擊打更能採集到較深的沉積物樣品。
文檔編號G01N1/04GK201269821SQ200820159859
公開日2009年7月8日 申請日期2008年10月23日 優先權日2008年10月23日
發明者夏威嵐, 張恩樓, 吉 沈, 楚 王, 羊向東 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所