专利名称：一种水体表层沉积物无扰动箱式采样器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种河流、湖泊、水库及浅海等水体表层沉积物的样品采集装置，特别涉及一种水体表层沉积物无扰动箱式采样器。
背景技术：
河流、湖泊、水库及浅海沉积物承载着流域来源的大量污染物质，这些污染物质往往富集于表层沉积物中；研究表层沉积物的物理、化学及生物特性是水环境监测的主要内容之一。诸如通过硅藻、摇蚊等进行的水体环境重建，需要建立表层沉积物硅藻、摇蚊等与现代水环境指标的转换函数，这通常依赖于精确采集表层I. Ocm的沉积物样品。表层沉积物也是底栖动物生活的主要场所，底栖动物生物量研究需要定量采集一定面积和体积的表层沉积物样品。沉积物多指标分析往往需要获取大量的表层沉积物样品。此外，河流、湖泊、 水库及浅海表层沉积物含水量较高，质地松软；因此，无扰动采集表层沉积物样品是确保研究结果真实可信的关键因素之一。目前使用的沉积物采样器主要分为柱状沉积物采样器及抓斗式采样器两种。柱状沉积物采样器制作与使用较为繁琐，成本较高，而且一次采集到的表层沉积物样品量较小， 往往需要多次采集才能满足分析所需的沉积物样品量，增加了野外工作量。抓斗式采样器通常由左右两个组合斗或多个颚板的开合(贝形抓斗或桔瓣抓斗)抓取和卸出沉积物样品， 其中机械式抓斗本身没有设置开合结构，通常由绳索或连杆等外力驱动，采样过程中沉积物表层受到扰动，水土界面不清，不利于特定厚度表层沉积物的收集；并且其圆弧形采泥斗设计使得所采集沉积物样品体积的计算不准确，无法满足诸如底栖生物生物量等定量研究的要求。
发明内容
针对上述沉积物采样器的不足，本发明的目的是提供一种水体表层沉积物无扰动箱式采样器，其特点是可无扰动采集河流、湖泊、水库、海洋等水体松软表层沉积物，所采集的沉积物，水土界面清晰、层序保持完好，利于特定厚度表层沉积物样品的收集，并可精确计算所采集沉积物体积。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案
一种水体表层沉积物无扰动箱式采样器，其特征在于，所述的采样器包括采泥斗、采泥斗提把、伸缩架、重锤和牵引绳；所述的采泥斗提把包括提把立柱和提把横梁，提把立柱固定连接采泥斗，提把横梁上开设一组小孔；所述的伸缩架包括伸缩架上板、伸缩架下板、伸缩架支柱、伸缩架立柱和压簧，伸缩架支柱与伸缩架上、下板固定连接，伸缩架立柱固定连接在伸缩架下板上，伸缩架支柱、伸缩架立柱与伸缩架上、下板垂直，并穿过提把横梁上的小孔，压簧套于伸缩架支柱上；所述的采泥斗包括采泥斗箱体和两个对称的采泥爪，采泥斗箱体为底部开口的长方体，箱体两侧设置轴头，采泥爪与轴头转动连接，采泥爪闭合后，封闭采泥斗箱体底部开口，两个采泥爪之间连接拉簧；采泥爪由绳索连接挂板，挂板悬挂于伸缩架立柱上采泥爪开启；所述的牵引绳一端连接在提把横梁上，另一端穿过伸缩架上板上的孔洞后，从重锤上的孔洞穿出。所述的采泥斗箱体通常由两块面板、两块侧板(焊接为一体)及一块可开启的盖板构成，盖板通过合页与箱体侧板上缘连接。采泥斗箱体两侧板焊接有轴头，用于连接采泥爪并使采泥爪绕轴头转动。采泥斗箱体两侧板下端优选采用弧形设计，可减小采泥斗箱体下端与采泥爪之间的间隙，避免发生泄漏而破坏沉积物层序。采泥斗箱体采用方形设计，易于计算所采集的沉积物体积，顶部活动盖板易于表层沉积物的直接收集。所述的采泥爪包括采泥爪下板和两侧的采泥爪侧板，两侧的采泥爪侧板分别与箱体两侧的轴头转动连接。所述的采泥爪下板优选为弧面，采泥爪侧板优选为L形，采泥爪下板接合后，形成弧面封闭采泥斗箱体底部开口。所述的伸缩架中，优选2个伸缩架支柱和2个伸缩架立柱，伸缩架支柱轴心的连线与伸缩架立柱轴心的连线相互垂直平分；伸缩架立柱及伸缩架支柱穿过提把横梁上对应位置的4个孔。所述伸缩架支柱的上端通过螺母与伸缩架上板连接。所述的伸缩架中，压簧套于伸缩架支柱上，位于提把横梁和伸缩架上板之间，优选伸缩架重量与压簧弹性力平衡时，伸缩架立柱上端略高于提把横梁。所述的提把横梁上焊接有固定圈，用于连接牵引绳。所述的牵引绳一端穿过伸缩架上板孔洞连接于固定圈上，用于采样器的投放与收取。牵引绳另一端穿过重锤孔洞握于采样者手中或固定于采样船上，牵引绳作为重锤下落的滑道。根据本发明的水体表层沉积物无扰动箱式采样器，采泥爪通过挂板连接伸缩架立柱，控制采泥爪的开启；采泥爪开启状态下，通过牵引绳把采样器放置于水底，人工控制重锤沿牵引绳做自由落体下降，击打伸缩架，伸缩架及伸缩架立柱下降，挂板由伸缩架立柱滑出，在拉簧拉力作用下(采泥斗不运动的状态下)采泥爪闭合，所采集的沉积物能完整的保存于采泥斗中。本发明的水体表层沉积物无扰动箱式采样器可用于水体表层沉积物采集，满足多指标分析中所需样品量较大的需求；其优点在于采样过程中表层沉积物不受扰动，所采集的表层沉积物水土界面清晰，沉积物层序保持完好，利于特定厚度表层沉积物样品的收集， 并可精确计算所采集沉积物体积。本发明的采样器操作方便，只需1-2人即可操作使用，造价低廉、易于携带和维护。下面结合具体实施例及附图对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式
为限，而是由权利要求加以限定。
图I水体表层沉积物无扰动箱式采样器采泥斗开启状态(采样前)侧面示意图。图2水体表层沉积物无扰动箱式采样器采泥斗闭合状态(采样后)侧面示意图。图3水体表层沉积物无扰动箱式采样器采泥斗闭合状态(采样后)正面示意图。图中I、螺母，2、伸缩架上板，3、伸缩架支柱，4、伸缩架立柱，5、伸缩架下板，6、压簧，7、固定圈，8、采泥斗提把横梁，9、采泥斗提把立柱，10、挂板，11、钢丝绳，12、采泥斗面板，13、采泥斗侧板，14、轴头，15、合页，16、盖板，17、采泥爪下板，18、采泥爪侧板，19、弹簧固定螺栓，20、拉簧，21、牵引绳，22、重锤。
具体实施例方式如图I至图3所示，一种水体表层沉积物箱式采样器，它包括采泥斗、采泥斗提把、 伸缩架、牵引绳和重锤。采泥斗包括采泥斗箱体和两个对称的采泥爪。采泥斗箱体为底面开口的长方体， 由两块采泥斗面板12和两块采泥斗侧板13 (焊接为一体)及一块可开启的盖板16构成， 盖板16通过合页15与箱体侧板上缘连接。采泥斗箱体两侧板13上分别焊接轴头14，用于固定采泥爪及使采泥爪绕轴头14转动。采泥斗箱体两侧板13下端采用弧形设计，可减小采泥斗箱体与采泥爪之间的间隙，使采集的沉积物样品及上覆水样品完整的保持于采泥斗中，避免发生泄漏以及沉积物层序的破坏。采泥爪包括采泥爪下板17和两侧的采泥爪侧板18，采泥爪下板17为弧面，采泥爪侧板18呈L形，两侧的采泥爪侧板18分别与采泥斗箱体两侧的轴头14转动连接，采泥爪可绕轴头14旋转。两个采泥爪对称设置，采泥爪下板17接合后，形成弧面封闭采泥斗箱体底部开口。采泥爪侧板18外侧设有弹簧固定螺栓19，两个采泥爪之间由两端分别固定在弹簧固定螺栓19上的拉簧20连接，在拉簧20拉力作用下采泥爪闭合。采泥爪上在非接合的一端还包括钢丝绳11连接的挂板10，挂板10上设有孔径大于伸缩架立柱4外径的小孔。挂板10悬挂在伸缩架立柱4上,可使米泥爪下板17完全打开,露出米泥斗箱体底面。采泥斗固定在采泥斗提把上。采泥斗提把包括提把立柱9和提把横梁8。提把立柱9分别设置于提把横梁8的两端，提把立柱9固定连接采泥斗，如焊接于采泥斗箱体两块侧板13的上缘。提把横梁8上设有4个孔，伸缩架立柱4及伸缩架支柱3穿在4个孔内可上下滑动。提把横梁8中心还焊接有固定圈7，用于连接牵引绳21。伸缩架包括了平行的伸缩架上板2和伸缩架下板5，2个较长的伸缩架支柱3、2个较短的伸缩架立柱4和压簧6，其中伸缩架支柱3、伸缩架立柱4下端垂直于并固定焊接在伸缩架下板5上，连接为一整体，伸缩架支柱3轴心的连线与伸缩架立柱4轴心的连线相互垂直平分；伸缩架立柱4及伸缩架支柱3穿过提把横梁8上的4个孔，伸缩架支柱3的上端通过螺母I与伸缩架上板2连接，以便于压簧6的更换。压簧6套于伸缩架支柱3上，位于提把横梁8和伸缩架上板2之间，作用在于限制伸缩架的位置，一是当伸缩架重量与压簧6 弹性力平衡时，伸缩架立柱4上端略高于提把横梁8，二是防止伸缩架下降幅度过大，避免伸缩架立柱4从提把横梁8中滑出。伸缩架上板2中心开有孔洞。伸缩架提升后，伸缩架立柱4突出于提把横梁8，拉动挂板10套于伸缩架立柱4 (如图1)，在挂板10和伸缩架立柱4摩擦力的作用下，即使考虑伸缩架重量，伸缩架立柱4 能保持突出于提把横梁8，采泥爪保持开启状态。提把横梁8焊接有固定圈7，牵引绳21 —端穿过伸缩架上板2孔洞连接于固定圈 7上，用于采样器的投放与收取。牵引绳21另一端穿过重锤22孔洞握于采样者手中，或固定于采样船上；牵引绳21作为重锤22下落的滑道。本发明的水体表层沉积物无扰动箱式采样器用于野外工作时，首先把牵引绳21 穿过伸缩架上板2后与固定圈7连接好。采样前，把伸缩架上板2提起，伸缩架立柱4凸出于提把横梁8，拉紧挂板10和钢丝绳11，把挂板10挂在伸缩架立柱4上，此时采泥爪下板 17处于张开状态。操作时，两个采泥爪下板17可同时拉起或分别拉起。保持牵引绳21穿过重锤22，重锤22可握于采样者手中或者放置于采样船上。通过牵引绳21把开启状态的采泥斗(见图I)放置于水体底部，依靠本身的重力采泥斗进入水底沉积物中。稍静止后，释放重锤22，使其沿着牵引绳21垂直下降做自由落体运动。重锤22撞击伸缩架上板2后，使伸缩架上板2、伸缩架支柱3、伸缩架下板5、伸缩架立柱4下降，挂板10从伸缩架立柱4上脱出，在拉簧20拉力作用下采泥爪绕轴头14相向运动，采泥爪下板17闭合，水体表层沉积物进入采泥斗箱体(见图2、图3)。完成采样后，可通过牵引绳21把采样器缓慢拉出水面放置于采样船上，通过虹吸法把采泥斗内沉积物上覆水吸出，根据需要可直接打开采泥斗箱体顶部盖板16进行特定厚度表层沉积物样品的收集，沉积物层序保持完好、不受扰动；或者通过钢丝绳11将采泥爪下板17拉开进行样品收集，除四周边缘受到少许扰动之外，沉积物中心部位层序也能保持完好。实际应用表明，本发明的采样器完全适用于我国湖泊、河流、水库、海洋等表层沉积物的采集。
权利要求
1.一种水体表层沉积物无扰动箱式采样器，其特征在于，所述的采样器包括采泥斗、采泥斗提把、伸缩架、重锤(22)和牵引绳(21);所述的采泥斗提把包括提把立柱(9)和提把横梁(8)，提把立柱(9)固定连接采泥斗，提把横梁(8)上开设一组小孔；所述的伸缩架包括伸缩架上板(2)、伸缩架下板(5)、伸缩架支柱(3)、伸缩架立柱(4)和压簧(6)，伸缩架支柱(3)与伸缩架上、下板(2、5)固定连接，伸缩架立柱(4)固定连接在伸缩架下板(5)上，伸缩架支柱(3)、伸缩架立柱(4)与伸缩架上、下板(2、5)垂直，并穿过提把横梁(8)上的小孔，压簧(6)套于伸缩架支柱(3)上；所述的采泥斗包括采泥斗箱体和两个对称的采泥爪，采泥斗箱体为底部开口的长方体，箱体两侧设置轴头(14)，采泥爪与轴头(14)转动连接，采泥爪闭合后，封闭采泥斗箱体底部开口，两个采泥爪之间连接拉簧(20);采泥爪由绳索(11)连接挂板(10)，挂板(10)悬挂于伸缩架立柱(4)上采泥爪开启；所述的牵引绳(21)—端连接在提把横梁(8)上，另一端穿过伸缩架上板(2)上的孔洞后，从重锤(22)上的孔洞穿出。
2.根据权利要求I所述的无扰动箱式采样器，其特征在于，所述的采泥斗箱体由焊接为一体的两块面板(12)和两块侧板(13),以及一块可开启的盖板(16)构成,盖板(16)通过合页(15)与箱体上缘连接。
3.根据权利要求2所述的无扰动箱式采样器，其特征在于，采泥斗箱体两侧板(13)下端为弧形。
4.根据权利要求I所述的无扰动箱式采样器，其特征在于，所述的采泥爪包括采泥爪下板(17)和两侧的采泥爪侧板(18)，两侧的采泥爪侧板(18)分别与箱体两侧的轴头(14)转动连接。
5.根据权利要求4所述的无扰动箱式采样器，其特征在于，所述的采泥爪下板(17)为弧面，采泥爪侧板(18)为L形，采泥爪下板(17)接合后，形成弧面封闭采泥斗箱体底部开□。
6.根据权利要求I所述的无扰动箱式采样器，其特征在于，所述的伸缩架中，包括2个伸缩架支柱(3)和2个伸缩架立柱(4)，伸缩架支柱(3)轴心的连线与伸缩架立柱(4)轴心的连线相互垂直平分；伸缩架立柱(4 )及伸缩架支柱(3 )穿过提把横梁(8 )上对应位置的4 个孔；所述伸缩架支柱(3)的上端通过螺母(I)与伸缩架上板(2)连接。
7.根据权利要求I所述的无扰动箱式采样器，其特征在于，所述的伸缩架中，压簧(6) 套于伸缩架支柱(3)上，位于提把横梁(8)和伸缩架上板(2)之间，伸缩架重量与压簧(6) 弹性力平衡时，伸缩架立柱(4 )上端略高于提把横梁(8 )。
8.根据权利要求I所述的无扰动箱式采样器，其特征在于，所述的提把横梁(8)上焊接有固定圈(7)。
全文摘要
一种水体表层沉积物无扰动箱式采样器，包括采泥斗、采泥斗提把、伸缩架、重锤和牵引绳；采泥斗提把包括提把立柱和提把横梁，提把立柱固定连接采泥斗，提把横梁上开设小孔；伸缩架包括伸缩架上、下板，伸缩架支柱与伸缩架上、下板固定连接，伸缩架立柱固定在伸缩架下板上，伸缩架支柱、立柱穿过提把横梁上的小孔，压簧套于伸缩架支柱上；采泥斗具有方形箱体和两个对称的采泥爪，箱体两侧设置轴头，采泥爪与轴头转动连接，采泥爪之间连接拉簧，采泥爪连接挂板；牵引绳穿过伸缩架上板连接提把横梁，另一端从重锤上的孔洞穿出。该采样器采集的表层沉积物水土界面清晰，沉积物层序保持完好，采样过程中不受扰动，并可精确计算所采集沉积物体积。
文档编号G01N1/12GK102607887SQ201210062438
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者刘恩峰, 沈吉, 王楚 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所