一种手持式带切泥刀口的柱状沉积物采集器的制作方法

本发明涉及水下沉积物采集装置领域，具体涉及一种能满足硬质沉积物柱状样品采集需求的沉积物采集器。

背景技术：

沉积物是水体污染物的储蓄库和归宿地，具有极高的科学研究价值。沉积物采集是开展沉积物分析的首要工序，对样品的分析要求不同，所选用的采集装置也不尽相同。沉积物采集装置根据工作原理大体可分为抽吸式、抓取式和钻取式三大类，钻取式沉积物采集器通常采集柱状样品，因此也被称为柱状沉积物采集器。与前两类相比，柱状沉积物采集器在采样过程中不会打乱沉积的自然层次，是获取沉积物分层样品的主要手段。

传统柱状沉积物采集器的工作原理是：在重力或外力作用下将采样管插入水底沉积物中，然后在负压以及采样管内壁对沉积物的附着作用下将柱状样品带离水面。目前适用于浅水水域（一般水深小于5米）的柱状沉积物采集器通常直接将采样管，即有机玻璃管的下缘作为取样刀口，当沉积物质地较硬时（如近岸带和清过淤的水域），具有一定壁厚的采样管难以插入或插入深度较小，难以完成采集或达不到预期的样品采集量。

技术实现要素：

本发明目的在于解决上述问题，提供了一种手持式带切泥刀口的柱状沉积物采集器，具体由以下技术方案实现：

一种手持式柱状沉积物采集器，包括：

柄杆（1）、提盖（2）、采样管（34）、采样管腔架（3）、采样头（33）、锁紧部件（4）和顶泥封口塞（6）；

所述提盖（2）上设置有溢水孔（241）和与溢水孔相配合的活动塞（25）；

所述柄杆（1）通过其底端螺纹与所述提盖（2）连接；所述采样管（34）放置于采样管腔架内；所述提盖（2）与所述采样管腔架（3）通过所述锁紧部件（4）连接；所述采样头（33）固定连接于所述采样管腔架（3）的底端；

所述顶泥封口塞（6）呈圆柱状，外壁与采样管（34）内壁紧密贴合；

处于采样状态时，所述提盖（2）通过锁紧部件（4）与所述采样管腔架（3）相对固定，所述溢水孔（241）与采样管（34）相连通，所述顶泥封口塞（6）与采样管（34）分离；

处于取出采样管状态时，所述提盖（2）与所述采样管腔架（3）分离；所述顶泥封口塞（6）将采样管（34）底端封闭。

优选的，所述采集器还包括底座（8），处于收纳状态时，所述柄杆（1）通过其底端螺纹与所述底座（8）连接。优选的，所属锁紧部件（4）为锁紧搭扣。

优选的，所述柄杆（1）共设置四节，每节杆尾设置有螺纹公头，杆头设置有螺纹母头，相邻两节之间通过螺纹连接；优选的，每节长度为1.2米，以便于汽车装载。

优选的，所述提盖（2）包括中空连接头（21），上板（22）、活动塞（25）、下板（24）、连接杆（23）以及固定套圈（26），上板与下板由对称分布的四根连接杆固定连接；所述活动塞（25）位于上板与下板之间；所述固定套圈（26）位于下板下方并与下板固定连接，处于采样状态时，所述固定套圈紧密扣压在所述采样管的上端口上；所述上板（22）中心位置开有一个贯穿螺纹孔，所述中空连接头（21）通过该螺纹孔与上板固定连接，所述柄杆（1）可通过中空连接头（21）与提盖（2）连接；所述下板中心处开有所述溢水孔（241）。所述活动塞能封住溢水孔。

优选的，所述活动塞（25）包括锥台形中空硅胶塞（252）、圆薄板以及限位杆（251），所述限位杆底部穿过圆薄板后与所述锥台形硅胶塞（252）连接，限位杆顶部始终位于所述中空连接头的腔体内，从而保证当活动塞下落到最低位时，限位杆上端仍在所述中空连接头的腔体中，以防止活动塞发生翻转。

优选的，所述上板（22）外缘对称开有四个圆孔（221），孔径大于所述柄杆（1）外径，使得柄杆能穿过上板；所述下板（24）外缘对称开有4个弧形凹槽，其位置分别与所述上板的4孔对应；处于收纳状态时，所述柄杆（1）穿过圆孔（221）并通过其底端螺纹与所述底座（8）连接。

优选的，所述固定套圈的外壁下缘，对称开有两个凹槽。

优选的，所述采样管腔架（3）包括护圈（31）、至少一片弧形护板（32）以及采样头（33），所述护圈（31）下缘与所述采样头（33）上缘分别与所述弧形护板（32）的上端和下端固定连接，三者外缘齐平；在任意一片弧形护板上，沿护板纵向开有顶托槽（35）；配合所述顶托槽设置有顶托部件（7）；所述顶托槽端部位于采样头外壁，顶托槽贯穿弧形护板和护圈；处于取出采样管状态时，所述顶托部件（7）垂直穿过顶托槽置于采样管底部；处于收纳状态时，所述顶托部件（7）可置于采样管内。

优选的，所述护圈（31）的上缘对称设置有两个与所述提盖护圈（61）下缘的凹槽相适配的两个凸起，二者配合用以快速准确地将锁紧搭扣的上下部件对齐，完成锁紧动作。

更优选的，所述顶托部件（7）为顶托短棍；所述顶泥封口塞（6）开有水平贯通槽（63）处于取出采样管状态时，所述水平贯通槽（63）的槽口与所述顶托槽（35）垂直连通，所述顶托短棍（7）垂直穿过顶托槽（35）后贯穿所述水平贯通槽（63）。

优选的，所述采样头（33）呈圆筒形，内部设置有环形承载面；所述环形承载面外径与所述采样管外径相同，自环形承载面向下，所述采样头内外壁半径差逐渐减小，其壁厚逐渐变薄，所述采样头下边沿形成锋利刀口。

优选的，所述采集器设置有独立的顶泥杆（5），所述顶泥杆长度大于等于采样管长度与顶泥封口塞（6）高度之差；所述顶泥封口塞（6）呈圆柱状，外径略小于采样管（34）内径，使其既能封闭采样管底部，又能整体穿过采样管；顶泥封口塞（6）底部内开喇叭口，喇叭口末端向内开有一个小槽（61），所述小槽（61）直径大于所述顶泥杆（5）外径，使得所述顶泥杆能快速方便地由喇叭口引导插入所述顶泥封口塞内部小槽；处于取出或切分样品状态时，所述顶泥杆顶端置于所述小槽（61）内；处于收纳状态时，所述顶泥封口塞（6）、顶泥杆（5）置于所述采样管腔架内。

本发明所述手持式带切泥刀口的柱状沉积物采集器的使用方法，包括如下步骤：

①采样前，将柄杆（1）连接于提盖（2）上，将采样管（34）置于采样管腔架（3）内；将提盖（2）与采样管腔架（3）通过锁紧部件（4）锁紧；

②采样时，将所述采集器的采样头（33）向下插入沉积物中，同时所述活动塞（25）呈打开状态；插入沉积物的深度达到预定深度后，用活动塞（25）封闭溢水孔（241），操作人员握住柄杆（1）向上提，并用顶泥封口塞（6）封闭采样管底端；

③取出采样管时，保持顶泥封口塞（6）封闭采样管底端，打开锁紧部件（4），将提盖（2）与采样管腔架（3）分离，再将采样管（34）整体向上移动并移出采样管腔架（3）；

④取出或切分样品时，将处于采样管（34）底端的顶泥封口塞（6）向上顶，使其在采样管内部向上移动，采样管内样品从采样管顶端被顶出，顶出的样品量达到预定量时，对样品取出或切分；

进一步地，收纳时，将采样管腔架置于底座（8）上，柄杆（1）连接于底座上，顶泥封口塞（6）置于采样管腔架中；提盖（2）与采样管腔架（3）通过锁紧部件（4）锁紧；

进一步地，收纳时，柄杆分拆为4节，每节通过穿过所述的圆孔（221）并通过其底端螺纹与所述底座连接。

进一步地，取出采样管时，所述顶托部件（7）穿过顶托槽置于采样管底部，操作人员手持顶托部件，将采样管整体向上顶托移动，移动过程中，所述顶托部件沿顶托槽运动；收纳时，所述顶托部件（7）置于采样管腔架内。

进一步地，取出或切分样品时，将所述顶泥杆顶端插入小槽（61），操作人员推动顶泥杆向上运动，通过顶泥杆辅助将顶泥封口塞向上顶；收纳时，所述顶泥杆置于采样管腔架内。

本发明的有益结果是：

1.将采样头作为切泥刀口，大大增强了采泥器应对硬质泥层的能力，扩大了采泥器的工作水域，不仅能轻松应对软质底泥，尤其是使采集清淤后的新生沉积物柱状样品成为可能。

2.将采样管夹持锁紧在采样管腔架内，相较于传统柱状采泥器，取样时保护采样管的同时，也不会发生丢失采样管的现象。

3.提盖与采样管腔架之间采用可调节锁紧搭扣的连接方式，以及采用顶托棍配合贯通槽口的托举方式，可方便快捷地打开提盖，取出或更换采样管，操作简便，效率高，仅仅更换采样管即可实现多次取样。

4.采样工作结束后，采样器主体和所有附件可以收纳组合成一个相对固定的整体，既方便携带，又能有效防止丢失配套附件。

5.本发明中的顶泥封口塞除了起到堵塞管口、不漏泥的作用外，另具有两种功能：1）配合顶托短棍和腔架的贯通槽口，可将采样管快速便捷地从腔架中移出；2）充当顶泥器的作用，当采完泥，需要现场切分的时候，直接将已经塞入底塞的采样管移至顶棍上，按压采样管，将泥从管上端顶出后切分，比起传统的柱状采泥器，减少了配件，同时方便了操作。

6.提盖和底座的结构设计巧妙地实现了4根手柄杆、顶泥器与采样器主体的装配，使其自成整体，而传统采泥器的手柄杆、顶泥器以及采样器主体通常是分开的，需要有专门的收纳袋或收纳箱，容易遗失，也增加了采样准备时间。

7.经过材料力学计算和实际试用，各组件在合理使用不同材料后，在保证整体结构强度的前提下，其总重量小于10kg，徒手提拿和使用不会造成疲劳。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是图1所示a向视图。

图3是图1所示b向视图。

图4是下板示意图。

图5是顶泥封口塞结构示意图。

图6是本发明收纳状态示意图。

图7是本发明取出或切分样品状态示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明。

结合图1至图7，该手持式沉积物采样器包括柄杆（1）、提盖（2）、采样管（34）、采样管腔架（3）、采样头（33）、锁紧部件（4）、顶泥封口塞（6）、底座（8）、顶托短棍（7）和顶泥杆（5）；

所述采样管（34）放置于采样管腔架内；所述提盖（2）与所述采样管腔架（3）通过所述锁紧部件（4）连接；所述采样头（33）固定连接于所述采样管腔架（3）的底端；

所述锁紧部件（4）为锁紧搭扣；

所述柄杆（1）通过其底端螺纹与所述提盖（2）连接；柄杆（1）共设置四节，每节杆尾设置有螺纹公头，杆头设置有螺纹母头，相邻两节之间通过螺纹可拆分地连接，每节长度为1.2米。所述柄杆（1）通过其底端螺纹与所述底座（8）连接。

所述提盖（2）包括中空连接头（21），上板（22）、活动塞（25）、下板（24）、连接杆（23）以及固定套圈（26），上板与下板由对称分布的四根连接杆固定连接；所述活动塞（25）位于上板与下板之间，同时被四根连接杆限位，只能上下活动；下板（24）中心开有溢水孔（241）；与溢水孔（241）相配合的活动塞（25）位于上板与下板之间；所述活动塞能封住溢水孔；所述固定套圈（26）位于下板下方并与下板固定连接；所述上板（22）中心位置开有一个贯穿螺纹孔，所述中空连接头（21）通过所述贯穿螺纹孔与上板固定连接，所述柄杆（1）可通过中空连接头（21）与提盖（2）连接；

所述活动塞（25）包括锥台形中空硅胶塞（252）、圆薄板以及限位杆（251），所述限位杆底部穿过圆薄板后与所述锥台形硅胶塞（252）通过螺纹连接，限位杆顶部始终位于所述中空连接头的腔体内，从而保证当活动塞下落到最低位时，限位杆上端仍在所述中空连接头的腔体中，以防止活动塞发生翻转；

所述上板（22）外缘对称开有四个圆孔（221），孔径大于所述柄杆（1）外径，使得柄杆能穿过上板；所述下板（24）外缘对称开有4个弧形凹槽，其位置分别与所述上板的4孔对应；

所述固定套圈（26）可扣压在所述采样管的上端口上，同时使溢水孔与采样管腔体连通；所述固定套圈的外壁上对称固定有两个所述锁紧搭扣的搭钩部件，在其外壁下缘，对称开有两个凹槽。

所述采样管腔架（3）包括护圈（31）、两片对称分布的弧形护板（32）以及采样头（33），所述护圈（31）下缘与所述采样头（33）上缘分别与所述两片弧形护板（32）的上端和下端固定连接，三者外缘齐平；在任意一片弧形护板上，沿护板纵向开有顶托槽（35）；配合所述顶托槽设置有顶托部件（7）；所述顶托槽端部位于采样头外壁，顶托槽贯穿弧形护板和护圈，顶托槽贯穿弧形护板和护圈；所述护圈（31）的上缘对称设置有两个与所述提盖护圈（61）下缘的凹槽相适配的两个凸起，二者配合用以快速准确地将锁紧搭扣的上下部件对齐，完成锁紧动作。

所述顶托部件（7）为顶托短棍；所述顶泥封口塞（6）开有水平贯通槽（63）；

所述采样头（33）呈圆筒形，内部设置有环形承载面；所述环形承载面外径与所述采样管外径相同，自环形承载面向下，所述采样头内外壁半径差逐渐减小，其壁厚逐渐变薄，所述采样头下边沿形成锋利刀口。

所述顶泥杆（5）长度大于等于采样管长度与顶泥封口塞（6）高度之差；

所述顶泥封口塞（6）呈圆柱状，外壁与采样管（34）内壁紧密贴合，使其既能封闭采样管底部，又能整体穿过采样管；顶泥封口塞（6）底部内开喇叭口，喇叭口末端向内开有一小槽（61），所述小槽（61）直径大于所述顶泥杆（5）外径，使得所述顶泥杆能快速方便地由喇叭口引导插入所述顶泥封口塞内部小槽；

采样前，根据工作水域水深，先将柄杆（1）的若干节首尾相接后连接于提盖（2）上，将采样管（34）置于采样管腔架（3）内，对齐固定套圈（26）外壁凹槽（261）和护圈凸起（311）后，将提盖（2）扣压在采样管（34）的上缘，扣紧锁紧搭扣（4）；

采样时，将所述采集器的采样头（33）向下插入沉积物中，此过程中水流依次经采样头（33）、采样管（34）后将活动塞（25）顶起呈打开状态，再经由溢水孔（241）流出；插入沉积物的深度达到预定深度后，活动塞（25）自由下落封闭溢水孔（241），操作人员握住柄杆（1）向上提，并用顶泥封口塞（6）封闭采样管底端；

取出采样管时，保持所述顶泥封口塞（6）将采样管（34）底端封闭；打开锁紧搭扣（4），将提盖（2）与采样管腔架（3）分离；所述顶泥封口塞（6）内部的水平贯通槽的槽口与所述顶托槽贯通，所述顶托短棍（7）垂直穿过顶托槽（35）后穿入水平贯穿槽；操作人员手持顶托短棍（7），将采样管整体向上顶托移动并移出采样管腔架（3），移动过程中，所述顶托短棍沿顶托槽向上运动；

取出或切分样品时，将顶泥杆（5）顶端置于所述小槽（61）内，操作人员对顶泥杆施以向上的力，通过顶泥杆（5）将处于采样管（34）底端的顶泥封口塞（6）向上顶，使其在采样管内部向上移动，采样管内样品从采样管顶端被顶出，顶出的样品量达到预定量时，对样品取出或切分；

收纳时，将柄杆（1）的4节分别穿过圆孔（221）并通过其底端螺纹与所述底座（8）连接；所述顶泥杆（5）顶端置于顶泥封口塞（6）的小槽（61）内，顶泥杆和顶泥封口塞置于采样管腔架内；所述顶托短棍（7）于采样管腔架内，连接在底座上。