一种便携式流体定深分层取样装置的制作方法

本实用新型涉及水样采集技术领域，具体涉及一种便携式流体定深分层取样装置。

背景技术：

水体是关系到地表生物和人类生存的重要因素，水源地水质的好坏直接影响社会经济的发展和居民的生活。

水样采集是水文地质调查、环境污染评价等环境与生态系统科学研究的必备工具之一。对于大深的水体采集、高精度的分层水样是顺利开展各项研究管理工作的前提和基础，如研究河流、湖泊、水库、浅层地下水的物理、生物、化学参数垂直分布特征，尤其是界面附近的分布特征研究。

浅层地下水，江河/湖泊，水库，水渠等各类水域的水样采集是水环境保护管理等政府职能部分工作的重要内容，是关乎民生和资源环境的公益性内容，与我们每个人的生活和子孙后代息息相关。水源的水质监测一直以来作为环境保护的重点，为了加强水环境质量监控，及时掌握水质现状情况，确定水体中污染物的分布状况，进而追溯污染物的来源/污染途径及对人体健康的影响，需要进行大量的原位水质取样监测工作，以求水质数据的时效性和准确性。其水质的好坏直接关系到国民经济发展和人民身体健康。水质监测是国家环保监管工作的主要内容，尤其是受到污水排放影响的水域/水源。

目前已有多种商业化的水样采集器，但存在不同程度的问题，如传统贝勒管，采样体积有限、重复采样复杂、难以控制取样速率，无法达到要求；部分分层采样设备多针对海洋科研工作设计，需专用船只和起重设备，存在结构复杂、操作难度大的缺点，不适应湖库轻便船只为载体的采样活动。综上所述，传统的取样装置存在诸多技术问题或使用的不便性，具体阐述如下：

1)取样容器，盖，杆组成的这类取样设备缺点在于，采样杆无刻度标记，不能实现精确的定深取样，分层取样时构件组装复杂、操作繁琐；

2)基于容器设置的分层取样设备容易因操作问题瓶盖或启动阀提前打开，导致分层取样失败或样品不具备代表性，重复取样操作复杂，不适宜长期监测；

3)真空式或负压式取样器由于瓶内气压存在使水进入瓶内阻力较大，取样速度慢，对水样污染；

4)现有采样器不够自动化，不能充分满足水体分层同步高效采样要求，等等。

研究水体长时间序列的演化特性或水质监控常需对不同水层或不同水样点同步采集水样，尤其研究水体物质垂直分层和界面物质交换。由于水中溶解气体(如CO₂、CH₄、N₂O)受到温度、气体分压等环境因素的影响较大，采样中或样品分装时的环境条件变化，可能严重影响分析测试精度，需要做到不同深度的原位开合及密封。因此，为快速测定水体中溶解气体的浓度和空间分布需要开发一种便于操作的、适合野外条件的、原位一次性获取不同深度代表性样品的、能识别溶解气体的高精度定深分层取样装置。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种便携式流体定深分层取样装置。

本实用新型所提供的技术方案如下：

一种便携式流体定深分层取样装置，包括：

一体化定深分层取样机箱，在所述一体化定深分层取样机箱内分别设置有第一取样接口、第二取样接口和第三取样接口，所述第一取样接口依次连接有第一嵌套式四口三通分流机构、竖向设置的软质的第一管中管和第一单向阀，所述第二取样接口依次连接有第二嵌套式四口三通分流机构、竖向设置的软质的第二管中管、第二单向阀和第一铅锤，所述第三取样接口依次连接有第三嵌套式四口三通分流机构、竖向设置的软质的第三管中管、第三单向阀和第二铅锤，所述第一管中管的下端设置有第一储流容器，所述第二管中管的下端设置有第二储流容器，所述第三管中管的下端设置有第三储流容器，所述第一取样接口连接有第一取样瓶，所述第二取样接口连接有第二取样瓶，所述第三取样接口连接有第三取样瓶；

水平的设置在所述一体化定深分层取样机箱中部的转轴，所述第一管中管、所述第二管中管和所述第三管中管的中部均同向的缠绕在所述转轴上，所述转轴的转动等长度的提升或下降所述第一管中管、所述第二管中管和所述第三管中管的下端的高度；

氮气瓶，所述氮气瓶依次连接气体加压接口和四通，所述四通分别连接所述第一嵌套式四口三通分流机构、所述第二嵌套式四口三通分流机构和所述第三嵌套式四口三通分流机构。

上述技术方案所提供的便携式流体定深分层取样装置能同时实现多个层位的定深取样功能，各层位的取样深度均可依据技术人员选择而设定，分层取样速度快，性能优于同类产品。

具体的，所述第一管中管包括第一外管和设置在所述第一外管内的第一内管。

具体的，所述第一外管与所述第一储流容器连通，且所述第一内管贯穿所述第一储流容器。

具体的，所述第一嵌套式四口三通分流机构包括第一内管接入口、与所述第一内管接入口连通的第一内管接出口、第一外管接入口和与所述第一外管接入口连通的第一外管接出口，所述第一取样瓶连通所述第一内管接入口，所述第一内管接出口连通所述第一内管，所述四通通过一个端口连通所述第一外管接入口，所述第一外管接出口连通所述第一外管。

具体的，所述第二管中管包括第二外管和设置在所述第二外管内的第二内管。

具体的，所述第二外管与所述第三储流容器连通，且所述第二内管贯穿所述第三储流容器。

具体的，所述第二嵌套式四口三通分流机构包括第二内管接入口、与所述第二内管接入口连通的第二内管接出口、第二外管接入口和与所述第二外管接入口连通的第二外管接出口，所述第二取样瓶连通所述第二内管接入口，所述第二内管接出口连通所述第二内管，所述四通通过一个端口连通所述第二外管接入口，所述第二外管接出口连通所述第二外管。

具体的，所述第三管中管包括第三外管和设置在所述第三外管内的第三内管；所述第三外管与所述第二储流容器连通，且所述第三内管贯穿所述第二储流容器。

具体的，所述第三嵌套式四口三通分流机构包括第三内管接入口、与所述第三内管接入口连通的第三内管接出口、第三外管接入口和与所述第三外管接入口连通的第三外管接出口，所述第三取样瓶连通所述第三内管接入口，所述第三内管接出口连通所述第三内管，所述四通通过一个端口连通所述第三外管接入口，所述第三外管接出口连通所述第三外管。

具体的：

所述第一单向阀的高度高于所述第二单向阀和所述第三单向阀的高度；

所述第二单向阀和所述第三单向阀的高度不同。

具体的：

所述第一管中管、所述第二管中管和所述第三管中管由第一管箍约束在所述第一管箍内横向移动；

所述第二管中管和所述第三管中管由第二管箍约束在所述第二管箍内横向移动；

所述第二管箍位于所述第一管箍固的下方。

进一步的，所述一体化定深分层取样机箱的上部可绕水平的转动轴线向下部折叠。

所述的第一取样接口、第二取样接口、第三取样接口为设置在一体化定深分层取样机箱里面的快速接头，通过管路接头连接第一取样瓶、第二取样瓶、第三取样瓶，该取样接口可以选用市场上较成熟的PU系列气动快插接头。

所述的嵌套式四口三通分流机构，为非标定制件，其连接方式在于连接管中管，并将其内管套外管的嵌套式结构分流为内管通过四通连接氮气瓶，外观经取样接口连接对应的取样瓶；其功能在于通过一个四口三通元件同时控制两种互不相同的流体(此处分别指氮气和水)，同时实现分流功能，详细可见实用新型专利“一种嵌套式四口三通分流机构”(CN201520642354.6)。

所述的转轴，其功能在于可分开控制(缠绕、固定、读取深度等)三个不同的管线系统。其结构在于设置三对各自独立转动的飞轮及位置可调的定位槽，飞轮的旋转实现管线系统的缠绕、收放与固定功能，而通过调节定位槽位置可匹配不同的飞轮，从而实现转轴分开控制三个不同管线系统的功能。其具体工作原理为，三对独立旋转的飞轮分别对应第一管中管、第二管中管、第三管中管，转轴上的定位槽通过左右移动位置实现不同飞轮的匹配，进而通过手动旋转转轴实现依次调节控制三个独立的管线系统。

所述的第一管箍、第二管箍，为市场已有技术，其作用在于固定多根管线及固定较重的元件，如第一储流容器、第二储流容器、第三储流容器、第一铅锤、第二铅锤。其中，第一管箍还选择性附带浮子功能，可承载起其它元件的重量漂浮在水面上。

所述的单向阀为市场已有技术，仅允许流体单向导通，逆向则封闭；

所述的第一铅锤、第二铅锤为常规产品，其作用在于将其连接的管路系统及各元件沉淀进入水底，其实现形式可采用不锈钢材质圆锥形加工，其具体重量依储流容器的空间决定。

各所述的管中管，为已公开的分层取样系列专利技术，其连接方式在于内管套外管的嵌套式结构，其工作原理基于气体推动式流体取样技术，内管充入一定压力的惰性气体，受限于管中管前端单向阀的逆向封闭功能，从而将内管外外管内的环形空间中储存的地下流体驱替出来，经地表取样口进入对应的取样瓶，详见实用新型专利“一种管中管地下流体分层取样装置(CN201510338566.X)”。

所述的氮气瓶为已有产品，要求不与目标流体发生化学反应及物理混合作用的惰性气体，如氦气、氖气、氮气等，最经济常用的为氮气，考虑野外取样便携，容积可选5L的标准小型氮气瓶，配置合适量程的稳压阀，使输出的压缩氮气保持恒定的压力值。

本实用新型与现有技术对比，其有益效果和优点在于：

1、该装置能实现不同深度流体的分层取样功能，基于气体推动式流体取样原理，采用最新的管中管取样技术，同时获取多个层位的流体样品；

2、该装置能同时实现多个层位的定深取样功能，各层位的取样深度均可依据技术人员选择而设定，分层取样速度快，性能优于同类产品；

3、该装置适用广泛，针对环境污染调查和水资源，具备非常好的商业推广价值和应用前景。适用于水文地质调查、湖泊水库水源地等水体多层同步采样与水质的分层精细监测、浅层地下水环境地质调查与污染追踪，水中溶解气体测定与分层评估、大型油罐等大型液体化学品分层取样抽检，尤其是机民井调查的地下水精细采样分析、河流、湖泊、水库等地表水体水质的变化情况、浅层地下水污染情况及其扩散范围和迁移速度等领域。

附图说明

图1是本实用新型所提供的便携式流体定深分层取样装置的整体结构示意图。

图2是本实用新型所提供的便携式流体定深分层取样装置的局部结构示意图。

图3是本实用新型所提供的便携式流体定深分层取样装置的工作原理图。

附图1、2、3中，各标号所代表的结构列表如下：

1、一体化定深分层取样机箱，2.1、第一取样接口，2.2、第二取样接口，2.3、第三取样接口，3.1、第一嵌套式四口三通分流机构，3.2、第二嵌套式四口三通分流机构，3.3、第三嵌套式四口三通分流机构，4、四通，5、气体加压接口，6、转轴，7.1、第一管箍，7.2、第二管箍，8.1、第一储流容器，8.2、第二储流容器，8.3、第三储流容器，9.1、第一单向阀，9.2、第二单向阀，9.3、第三单向阀，10.1、第一铅锤，10.2、第二铅锤，11.1、第一管中管，11.2、第二管中管，11.3、第三管中管，12.1、第一取样瓶，12.2、第二取样瓶，12.3、第三取样瓶，13、氮气瓶。

具体实施方式

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型提供的便携式流体定深分层取样装置，如图1所示，该装置井头部分至少包括一体化定深分层取样机箱1、第一取样瓶12.1、第二取样瓶12.2、第三取样瓶12.3及氮气瓶13。其具体连接方式在于，一体化定深分层取样机箱1内置的第一取样接口2.1连接第一取样瓶12.1，第二取样接口2.2连接第二取样瓶12.2，第三取样接口2.3连接第三取样瓶12.3，气体加压接口5连接氮气瓶13。其操作功能在于，氮气瓶13的压缩氮气通过四通4连接的第一嵌套式四口三通分流机构3.1、第二嵌套式四口三通分流机构3.2、第三嵌套式四口三通分流机构3.3在地表井头处加压，不同深度的流体分别通过第一取样接口2.1进入第一取样瓶12.1、第二取样接口2.2进入第二取样瓶12.2、第三取样接口2.3进入第三取样瓶12.3，从而实现设定的不同深度地下流体的取样操作。

如结构图2所示，一体化定深分层取样机箱1放置于欲取样点。其中，一体化定深分层取样机箱1内置集成分层取样模块包括：第一取样接口2.1、第二取样接口2.2、第三取样接口2.3、第一嵌套式四口三通分流机构3.1、第二嵌套式四口三通分流机构3.2、第三嵌套式四口三通分流机构3.3、四通4、气体加压接口5、转轴6、第一管箍7.1、第二管箍7.2、第一储流容器8.1、第二储流容器8.2、第三储流容器8.3、第一单向阀9.1、第二单向阀9.2、第三单向阀9.3、第一铅锤10.1、第二铅锤10.2、第一管中管11.1、第二管中管11.2、第三管中管11.3等。其具体连接方式在于，第一取样接口2.1通过第一嵌套式四口三通分流机构3.1连接第一管中管11.1、第一嵌套式四口三通分流机构3.1的另一接口通过四通4拟连接一体化定深分层取样机箱1外部的氮气瓶13；第一管中管11.1缠绕于转轴6，继续向下与第一储流容器8.1、第一单向阀9.1连接。第二取样接口2.2通过第二嵌套式四口三通分流机构3.2连接第二管中管11.2、第二嵌套式四口三通分流机构3.2的另一接口通过四通4拟连接一体化定深分层取样机箱1外部的氮气瓶13；第二管中管11.2缠绕于转轴6，继续向下与第二储流容器8.2、第二单向阀9.2、第一铅锤10.1连接。第三取样接口2.3通过第三嵌套式四口三通分流机构3.3连接第三管中管11.3、第三嵌套式四口三通分流机构3.3的另一接口通过四通4拟连接一体化定深分层取样机箱1外部的氮气瓶13；第三管中管11.3缠绕于转轴6，继续向下与第三储流容器8.3、第三单向阀9.3、第二铅锤10.2连接。其中，第一管箍7.1放置于第一储流容器8.1的上方，在管外固定该处的第一管中管11.1、第二管中管11.2、第三管中管11.3，同时具备浮子功能，放置于水下时管路系统在该第一管箍7.1处浮在水面，便于获取接近水面的第一层流体；第二管箍7.2放置于第二储流容器8.2的上方，用于固定该处的第二管中管11.2、第三管中管11.3。

结合结构图2和工作原理图3所示，所述的一种便携式流体定深分层取样装置，其定深分层取样操作步骤如下：第一步，获取接近水面的第一层流体，第一管中管11.1控制的第一储流容器8.1通过第一管箍7.1漂浮于水面而获取接近水面的第一层代表性流体，并通过转轴控制管线长度读出其取样深度；第二步，获取最深处的第三层流体(接近水体底部如地下水井井底、地表河流河底、水库湖泊湖底，或所需的最大取样深度)的第三层流体，第三管中管11.3控制的第三储流容器8.3通过第一铅锤10.1沉淀于水体底部或指定的最大取样深度，从而获取最深的第三层代表性流体，并通过转轴控制管线长度读出其取样深度；第三步在于获取中间层位的第二层流体，通过最大取样深度的第三层流体和最小取样深度的第一层流体判断，选取合适的中间层第二层取样深度，如最大取样深度和最小取样深度的平均值，或技术人员依实际情况判断的设定值，通过转轴6控制第二管中管11.2使第二储流容器8.2和第二单向阀9.2到达指定深度水域，获取该层位深度的第二层代表性流体，从而完成三个不同层位的定深分层取样操作。

值得指出的是，本实用新型中，为阐述方便仅给出了3个不同层位的定深分层取样装置的具体实施方式，按同样的设计思想和方法加工能获取2-10层甚至更多层位的定深分层取样装置；此外，本实施案例给出3个不同取样深度分别对应：水面处(第一层)、水底(第三层)及对应的中间深度(第二层)，仅作为案例说明，实际上各层位的具体取样深度可依技术人员意志在不超过量程的前提下任意选定。

本实用新型提供的一种便携式流体定深分层取样装置的工作原理如下：

按本实用新型实施方式连接，开启氮气瓶，恒定输出压力的高压氮气通过四通经第一嵌套式分流机构、第二嵌套式分流机构、第三嵌套式分流机构后分别进入第一管中管、第二管中管、第三管中管，进而同时获取第一层、第二层、第三层不同深度的代表性流体。其单层具体取样工作原理以第二层取样为例说明：水体中指定深度的代表性流体通过第二单向阀进入第二储流容器，经第二管中管进入的高压氮气因设置的第二单向阀只允许由下至上单向流通功能限制而将该第二储流容器中的流体驱替至地表，该流体经第二嵌套式四口三通分流机构和第二取样接口进入第二取样瓶，从而获取第二层深度的代表性流体。综上所述，按本实用新型要求将设备连接设定，打开氮气瓶加压，地表处的各取样瓶同时获取三个不同深度的代表性流体，从而完成定深分层取样。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。