专利名称：一种抠抓式表层沉积物采样器的制作方法
技术领域：
本发明涉及环境科学领域河流、湖泊、水库以及浅海沉积物采集技术，尤其是一种抠抓 式表层沉积物采样器。
背景技术：
沉积物是河流、湖泊、水库以及海洋等水体的重要组成部分，它能够通过沉淀-溶解、吸 附-解吸等多种途径与上覆水体之间进行物质交换，对于水体中各种污染物的迁移转化和底栖
生物起着重要作用，因此沉积物监测是水体环境调査和科研工作中的重要环节。沉积物样品 采集是实现沉积物监测的必要前提。目前，较为常用表层沉积物采样器为蚌式采样器，该采 样器的主要特征和存在的问题是1)依靠人为投抛并借助采样器自身重量使其插入沉积物，
这种采样方式会使得取样深度难以控制，具有一定的盲目性；2)通过绳索牵引并借助采样器 自身重量实现采样器的开启与闭合，这种采样器的开/合控制方式往往效果欠佳，以造成提升 过程中样品回落。
发明内容
本发明的目的是提供一种抠抓式表层沉积物采样器，该沉积物采样器结构简单、造价低 廉、使用方便且采样效果良好。 本发明的技术方案
抠抓式表层沉积物采样器，包括取样斗、支撑系统和提升系统
取样斗是由无底面的棱柱和倒置的棱锥上下连接构成的腔体，棱柱与棱锥具有相等的底 边数和底边长度，棱锥由三角形的锥侧板合拢而成，锥侧板与棱柱的底边相连且能够绕底边 转动，取样斗是一个能够实现开合的腔体；
支撑系统由第一加厚框、支撑杆、加厚环、套管、第一扩展盘、承压杆、直立杆组成， 第一加厚框水平固定于棱柱上端并与"广'形支撑杆的斜边末端相连，支撑杆的水平边末端则 与加厚环相连，加厚环的环心位于棱柱的中轴线上并与套管底部相连，套管的顶部与第一扩 展盘相连，第一扩展盘的两头分别与两段承压杆水平相连，在承压杆上设有直立杆，直立杆
的顶端连接第一轴支架，第一转轴水平固定于第一轴支架上；
提升系统由第二连动杆、提升盘、提升杆、第二扩展盘、第一连动杆和旋转杆组成，锥 侧板的内壁靠下设有第六轴支架，第六转轴固定于第六轴支架上并与第二连动杆相连，第二 连动杆的另一端通过第四转轴和第四轴支架与提升盘相连，提升杆垂直固定于提升盘上且轴 心线与套管的轴心线重合，提升杆的另一端与第二扩展盘相连，在第二扩展盘上设有两个第 三轴支架，第三转轴固定于第三轴支架上并与第一连动杆相连，第一连动杆的另一端通过第 二转轴和第二轴支架与旋转杆相连，旋转杆的中部设有轴孔以连接第一转轴，由旋转杆和第 一连动杆的纵轴线形成的竖直投影与承压杆的纵轴线重合。
该采样器还包括加长系统，它由加长套管和加长提升杆组成，加长套管是一段两端设有 法兰盘的套管，加长提升杆是一段两端设有穿孔台和连接孔的提升杆，加长套管和加长提升杆的长度相等。
所述的套管由上套管、半管对和下套管组成，上套管的底端设有法兰盘，顶端则与第一 扩展盘相连，下套管的顶端设有法兰盘，底端则与加厚环相连，半管对为沿着一段两端设有 法兰盘的套管的纵轴线截成的两半，半管对处于上套管和下套管之间并通过法兰盘使三者连 成一体，半管对的作用是方便拆装加长提升杆；加长套管能够通过法兰盘与上套管、半管对 和下套管连成一体。
提升杆由上提升杆和下提升杆组成，上提升杆的顶端则与第二扩展盘相连，底部有穿孔 台和连接孔，下提升杆的顶部有穿孔台和连接孔，底端则与提升盘相连，上提升杆通过连接 孔、"["形螺杆、两端设孔的"I "形垫片和螺母与下提升杆连成一体，当采样器处于开启 状态时，上提升杆的下端伸出上套管，下提升杆的上端伸出下套管，二者伸出套管部分的长 度之和等于半管对的长度，权利要求2所述的加长提升杆能够通过连接孔、"["形螺杆、两 端设孔的"I "形垫片和螺母与上提升杆和下提升杆连成一体。
在第一扩展盘的盘面中央设有直径等同于套管内径的圆孔，圆孔周围均匀分布着四个螺 杆穿孔，第二扩展盘上也设有四个螺杆穿孔且通过螺杆和螺母与第一扩展盘固定在一起，当 两个扩展盘固定在一起时正好使取样斗处于开启状态。
旋转杆的末端设有第一穿孔，承压杆的末端设有第二穿孔，第一穿孔和第二穿孔可通过 绳索或铁丝相连，当两个扩展盘处于分离状态时，可拉紧绳索使取样斗处于闭合状态。
本发明的有益效果是l)该采样器结构简单，造价低廉，操作方便，可根据需要进行安
装与拆卸，易于携带和维护；2)该采样器配备不同长度的加长系统，可用于水深为0 3.0m 水体的表层沉积物样品采集，仅需2 3人即可完成现场采样工作，无需机械或电动驱动；3) 与绳索牵引型蚌式表层沉积物采样器相比，该采样器的开/合状态能够得到直接控制，有利于 采样器顺利插入沉积物，同时可有效防止采样器提升过程中的沉积物回落，因此取样效果较 好。
图1为本发明开启状态正视图
图2为本发明开启状态侧视图
图3为图1的F-G俯视图
图4为图1的F-G以上部分俯视图
图5为图1的垂直剖面图
图6为本发明闭合状态垂直剖面图
图7为图2和图3中ABCDE垂直剖面图
图8为提升盘俯视图
图9为套管及加长系统结构示意图.
图9a套管与提升杆(含半管对)图9b套管与提升杆(不含半管对)
图9c加长套管图9d加长提升杆图中l.旋转杆2.第一转轴3.承压杆4.第一扩展盘5.支撑杆6.棱柱7.锥侧板 8.第一穿孔9.第一轴支架IO.直立杆11.第二穿孔12.套管13.第一加厚框 14.第五轴支架15.第三转轴16.第二转轴17.螺杆18.第二扩展盘19.螺母 20.第二轴支架21.第一连动杆22.第三轴支架23.加厚环24.第二连动杆 25.提升杆26.第四轴支架27.第四转轴28.转鼓29.第六转轴30.第六轴支架 31.第五转轴32.提升盘33.第二加厚框34.法兰盘35.穿孔台36.连接孔37.半管对
具体实施例方式
本发明可通过以下实施例并结合附图进一步详述，但本实施例所叙述的技术内容是说明 性的，而不是限定性的，不应依此来局限本发明的保护范围。
一种抠抓式表层沉积物采样器，由取样斗、支撑系统、提升系统和加长系统组成；
取样斗是一个由棱柱6、第五轴支架14、第五转轴31、转鼓28和棱锥构成的腔体，棱 柱6呈柱筒状且无上底和下底，棱锥的锥顶朝下且无底，棱柱6与棱锥具有相等的底边数和 底边长度，在棱柱6每块侧壁的底部中间位置均设有"n"形第五轴支架14，第五轴支架14 的三块板均垂直穿透棱柱6的侧壁，第五转轴31水平固定于第五轴支架14上且轴心线位于 棱柱6的侧壁正下方，棱锥由块相互分离的三角形锥侧板7合拢而成，在每块锥侧板7的顶 部均设有转鼓，棱柱6的侧壁和锥侧板7通过第五转轴31和转鼓28相连接，因此取样斗是 一个能够实现开合的腔体，为了减小腔体闭合时棱柱6与锥侧板7之间的间隙，可在棱柱6 内侧壁的底端设第二加厚框33，第二加厚框33的横截面呈圆弧形；
支撑系统由第一加厚框13、支撑杆5、加厚环23、套管12、第一扩展盘4、承压杆3、 直立杆10、第一轴支架9和第一转轴2组成，第一加厚框13水平固定于棱柱6的上端并与"厂' 形支撑杆5的斜边末端相连，连接点均位于第一加厚框13的顶角处，支撑杆5的水平边末端 与加厚环23相连，加厚环23的环心位于棱柱6的中轴线上并与套管12底部相连，套管12 由上套管、半管对37和下套管组成(见图9a)，上套管的底端设有法兰盘34，顶端则与第一扩 展盘4相连，下套管的顶端设有法兰盘34，底端则与加厚环23相连，半管对37为沿一段两 端设有法兰盘的套管的纵轴线分成的两半，半管对(图9a)处于上套管和下套管之间并通过法 兰盘34、螺杆和螺母使三者连成一体，套管12的顶部与第一扩展盘4相连，在第一扩展盘4 的盘面中央设有直径等同于套管12内径的圆孔，圆孔周围均匀分布着四个螺杆穿孔，第一扩 展盘4的两头分别与两段承压杆3水平相连，承压杆3的末端设有第二穿孔11，在承压杆3 上设有直立杆IO，直立杆10的顶端连接第一轴支架9，第一转轴2水平固定于第一轴支架9 上；
提升系统由第六轴支架30、第六转轴29、第二连动杆24、第四轴支架26、第四转轴27、 提升盘32、提升杆25、第二扩展盘18、第三轴支架22、第三转轴15、第一连动杆21、第二 轴支架20、第二转轴16和旋转杆1组成，锥侧板7的内壁上设有第六轴支架30，第六转轴 29固定于第六轴支架30上并与第二连动杆24相连，第二连动杆24的另一端通过第四转轴27和第四轴支架26与提升盘32相连，提升杆25由上提升杆和下提升杆组成(见图9b)，上 提升杆的底部设有穿孔台35和连接孔36，顶端则与第二扩展盘18相连，下提升杆的顶部设 有穿孔台35和连接孔36，底端则与提升盘32相连，上提升杆通过连接孔36、"["形螺杆、 两端设孔的"I "形垫片和螺母与下提升杆连成一体，当采样器处于开启状态时，上提升杆 的下端伸出上套管，下提升杆的上端伸出下套管，二者伸出套管部分的长度之和等于半管对 (图9b)的长度，提升杆25垂直固定于提升盘32上且轴心线与套管12的轴心线重合，提升杆 25的另一端与第二扩展盘18相连，第二扩展盘18上设有四个螺杆穿孔且通过螺杆17和螺 母19与第一扩展盘4固定在一起，当两个扩展盘固定在一起时正好使取样斗处于开启状态， 在第二扩展盘18上设有两个第三轴支架22，第三转轴15固定于第三轴支架22上并与第一 连动杆21相连，第一连动杆21的另一端通过第二转轴16和第二轴支架20与旋转杆1相连， 旋转杆l的末端设有第一穿孔8，第一穿孔8和第二穿孔11可通过绳索或铁丝相连，当两个 扩展盘处于分离状态时，可拉紧绳索使取样斗处于闭合状态，旋转杆1的中部设有轴孔以连 接第一转轴2，由旋转杆1和第一连动杆21的纵轴线形成的垂直投影与承压杆3的纵轴线重 合；加长系统是为了使采样器能够适应不同水深而设计的，它由加长套管(图9c)和加长提升 杆(图9d)组成，加长套管(图9c)是一段两端设有法兰盘34的套管，加长套管(图9c)能够通过 法兰盘34、螺杆和螺母与上套管、半管对(图9a)和下套管连成一体，加长提升杆(图9d)是一 段两端设有穿孔台35和连接孔36的提升杆，加长提升杆(图9d)能够通过连接孔36、"["形 螺杆、两端设孔的"I "形垫片和螺母与上提升杆和下提升杆连成一体，加长套管(图9c)和 加长提升杆(图9d)的长度相等，因此能够同时对套管12和提升杆25进行等长度加长。
本实施例中，棱柱为正六棱柱，棱柱底边长度为15 cm、高度为25 cm、柱壁厚度为0.6 cm; 棱锥为正六棱锥，锥侧板底边长度为15cm、高度为13.5cm、板壁厚度为0.6cm;支撑杆的 垂直高度为12.5 cm;第一扩展盘、第二扩展盘的长宽均为12.5 cm;两段承压杆的长度均为 19.0 cm、宽度均为3.0cm;直立杆高度为10.0 cm，其位置距离承压杆的末端为10.0 cm;旋 转杆的总长度为20.0 cm;第三转轴和第二转轴之间的距离为3.0 cm;取样斗处于开启状态时， 提升杆下端伸出加厚环的长度为9.0cm，提升杆的直径为1.7 cm;上套管和下套管的长度均 为5.0cm、内径均为3.0cm、管壁厚度为0.7 cm;半管对的长度为7.0 cm、内径为3.0 cm、 管壁厚度为0.7cm;提升盘的直径为6.5 cm;第六转轴与第四转轴之间的距离为34.5 cm;棱 柱侧壁的底端与锥侧板的上端之间的间隙为0.25 cm。采样器的锥侧板采用硬质不锈钢材料制 造，其余部件采用普通不锈钢材料制造。除转轴与连动杆或转鼓以及螺杆与螺母之间的连接 方式以外，其余固定连接方法均为焊接。
本发明的使用方法1)根据采样站点的实际水深，若需要安装加长系统，选择适宜长度 的加长系统；水平放置采样器，拆下半管对(图9b)并使上提升杆和下提升杆分离，将加长提 升杆(图9d)的下端与下提升杆相连，从加长提升杆(图9d)的上端套下加长套管(图9c)，通过 法兰盘34将下套管与加长套管(图9c)相连，将加长提升杆(图9d)的上端与上提升杆相连，再 通过法兰盘34将半管对(图9a)安装于上套管和下套管之间；2)开启取样斗使用螺杆17和
7螺母19通过第一扩展盘4、第二扩展盘18上的四个螺杆穿孔将二者固定在一起，这一操作 能够通过提升杆25、提升盘32以及第二连动杆24的传递作用使锥侧板7处于开启状态；3) 采样器插入沉积物手握承压杆3，将采样器垂直插入沉积物，并通过水深确定采样器的插 入深度；4)闭合取样斗(抠抓取样)拆下螺杆17和螺母19使第一扩展盘4、第二扩展盘18 分开，手握旋转杆1和承压杆3的末端用力使二者靠近，这一操作可通过旋转杆l、第一连 动杆21、第二扩展盘18、提升杆25、提升盘32以及连动杆24的传递作用使锥侧板7趋于 合拢，并通过预先设定的提升高度使取样斗刚好完全闭合，采用绳索或铁丝通过第一穿孔8 和第二穿孔11将旋转杆1和承压杆3固定在一起；5)采样器拔出水面手握承压杆3，垂 直向上用力将采样器往上提升，在提升过程中也可手握套管12，最后将采样器拔出水面；6)
取出沉积物样品将沉积物样品袋或桶置于取样斗下方，拆下绳索或铁丝，轻轻向上推动旋
转杆，沉积物样品即可滑落到取样斗中，再使用刮泥板将残留在取样斗中的样品挖出，清洗 采样器、晾干，然后保存。
权利要求
1. 一种抠抓式表层沉积物采样器，其特征在于，包括取样斗、支撑系统和提升系统取样斗是由无底面的棱柱和倒置的棱锥上下连接构成的腔体，棱柱与棱锥具有相等的底边数和底边长度，棱锥由三角形的锥侧板合拢而成，锥侧板与棱柱的底边相连且能够绕底边转动，取样斗是一个能够实现开合的腔体；支撑系统由第一加厚框、支撑杆、加厚环、套管、第一扩展盘、承压杆、直立杆组成，第一加厚框水平固定于棱柱上端并与“”形支撑杆的斜边末端相连，支撑杆的水平边末端则与加厚环相连，加厚环的环心位于棱柱的中轴线上并与套管底部相连，套管的顶部与第一扩展盘相连，第一扩展盘的两头分别与两段承压杆水平相连，在承压杆上设有直立杆，直立杆的顶端连接第一轴支架，第一转轴水平固定于第一轴支架上；提升系统由第二连动杆、提升盘、提升杆、第二扩展盘、第一连动杆和旋转杆组成，锥侧板的内壁靠下设有第六轴支架，第六转轴固定于第六轴支架上并与第二连动杆相连，第二连动杆的另一端通过第四转轴和第四轴支架与提升盘相连，提升杆垂直固定于提升盘上且轴心线与套管的轴心线重合，提升杆的另一端与第二扩展盘相连，在第二扩展盘上设有两个第三轴支架，第三转轴固定于第三轴支架上并与第一连动杆相连，第一连动杆的另一端通过第二转轴和第二轴支架与旋转杆相连，旋转杆的中部设有轴孔以连接第一转轴，由旋转杆和第一连动杆的纵轴线形成的竖直投影与承压杆的纵轴线重合。
2. 如权利要求1所述的抠抓式表层沉积物采样器，其特征在于，该采样器还包括加长系 统，它由加长套管和加长提升杆组成，加长套管是一段两端设有法兰盘的套管，加长提升杆 是一段两端设有穿孔台和连接孔的提升杆，加长套管和加长提升杆的长度相等。
3. 如权利要求1所述的抠抓式表层沉积物采样器，其特征在于，所述的套管由上套管、 半管对和下套管组成，上套管的底端设有法兰盘，顶端则与第一扩展盘相连，下套管的顶端 设有法兰盘，底端则与加厚环相连，半管对为沿着一段两端设有法兰盘的套管的纵轴线截成 的两半，半管对处于上套管和下套管之间并通过法兰盘三者连成一体，加长套管能够通过法 兰盘与上套管、半管对和下套管连成一体。
4. 如权利要求1所述的抠抓式表层沉积物采样器，其特征在于，提升杆由上提升杆和下 提升杆组成，上提升杆的顶端则与第二扩展盘相连，底部有穿孔台和连接孔，下提升杆的顶 部有穿孔台和连接孔，底端则与提升盘相连，上提升杆通过连接孔、"["形螺杆、两端设孔 的"I"形垫片和螺母与下提升杆连成一体，当采样器处于开启状态时，上提升杆的下端伸 出上套管，下提升杆的上端伸出下套管，二者伸出套管部分的长度之和等于半管对的长度， 权利要求2所述的加长提升杆能够通过连接孔、"["形螺杆、两端设孔的"I "形垫片和螺 母与上提升杆和下提升杆连成一体。
5. 如权利要求1所述的抠抓式表层沉积物采样器，其特征在于，在第一扩展盘的盘面中 央设有直径等同于套管内径的圆孔，圆孔周围均匀分布着四个螺杆穿孔，第二扩展盘上也设 有四个螺杆穿孔且通过螺杆和螺母与第一扩展盘固定在一起，当两个扩展盘固定在一起时正 好使取样斗处于开启状态。
6.如权利要求1所述的抠抓式表层沉积物采样器，其特征在于，旋转杆的末端设有第一穿 孔，承压杆的末端设有第二穿孔，第一穿孔和第二穿孔可通过绳索或铁丝相连，当两个扩展 盘处于分离状态时，可拉紧绳索使取样斗处于闭合状态。
全文摘要
一种抠抓式表层沉积物采样器，由取样斗、支撑系统、提升系统和加长系统组成；取样斗是一个由棱柱和棱锥构成的腔体，棱锥由三角形锥侧板合拢而成，锥侧板通过转鼓、转轴和轴支架与棱柱的侧壁相连且能够围绕转轴转动；支撑系统由支撑杆、套管、第一扩展盘、承压杆和直立杆组成，对取样斗起支撑作用；提升系统由连动杆、提升盘、提升杆、第二扩展盘和旋转杆组成，并能够通过支撑系统控制取样斗的开启与闭合；加长系统由加长套管和加长提升杆组成，能够同时对套管和提升杆进行等长度加长，使采样器适应不同水深。该采样器取样效果好，且结构简单、操作方便、造价低廉，易于携带和维护。
文档编号G01N1/12GK101451927SQ20081015388
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者春 常, 田胜燕, 祝凌燕, 郝永俊 申请人:南开大学