一种湖底淤泥采样器及其采集方法与流程

本发明属于湖底取样领域。

背景技术：

传统的湖底淤泥采样只能在较浅的区域直接取样，在较深的区域往往还需要人工潜水进行，这样造成深湖淤泥取样工作具备很大的危险性。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种湖底淤泥采样器及其采集方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种湖底淤泥采样器，包括湖面以下竖向的淤泥采集筒，所述淤泥采集筒为上下贯通的筒体结构，且所述淤泥采集筒的筒内壁为光滑内壁；

所述淤泥采集筒的外壁上一体化同轴心设置有环柱状的气囊箱体，所述气囊箱体的内部同轴心设置有气囊容纳环腔，所述气囊容纳环腔的环腔上壁上均布镂空设置有若干上漏气孔，所述气囊容纳环腔的环腔下壁上均布镂空设置有若干下漏气孔，所述下漏气孔和上漏气孔将所述气囊容纳环腔与外界连通，所述气囊容纳环腔内同轴心设置有环状的弹性气囊，所述弹性气囊内为气囊腔；还包括柔性的供气管，所述供气管的上端连通连接湖面上的配气装置，所述柔性的供气管的下端连通所述弹性气囊内的气囊腔；所述配气装置能通过供气管向气囊腔抽取或注入气体，进而能使弹性气囊膨胀或收缩；所述弹性气囊的膨胀和收缩能使淤泥采集筒做下沉和上浮的运动。

进一步的，所述淤泥采集筒的下端外壁设置有一圈盘状的降落盘，所述降落盘的上侧轮廓边缘呈圆周阵列分布有若干竖向的导液管，各所述导液管的上端连通外界；所述淤泥采集筒的筒内壁下端呈圆周阵列分布有若干排液口；所述降落盘的内部呈圆周阵列分布有若干导液通道，各所述导液通道分别将若干所述导液管与若干所述排液口相互连通；所述降落盘的上侧还一体化同轴心设置有环状的金属配重。

进一步的，根据权利要求所述的一种湖底淤泥采样器，其特征在于：所述淤泥采集筒的筒内间距设置有上活塞和下活塞，上活塞和下活塞分别与所述淤泥采集筒的筒内壁紧配滑动配合，所述上活塞的上端设置有拉手柄，还包括沿淤泥采集筒轴线方向平行的四根联动杆，四根所述联动杆的两端分别固定连接上活塞和下活塞，且四根联动杆呈圆周阵列分布于所述上活塞和下活塞的轮廓边缘；所述上活塞和下活塞之间同轴心设置有气缸，所述气缸下端的推杆末端固定连接所述下活塞；所述气缸的上端通过若干支撑柱固定连接气缸抱紧装置；所述气缸抱紧装置位于所述上活塞和所述气缸之间；所述气缸抱紧装置能抱紧或松开所述淤泥采集筒的筒内壁；所述气缸抱紧装置和气缸均活动夹位于四根所述联动杆所围合的范围内。

进一步的，所述下活塞的下端同轴心连接有连接杆，所述连接杆的下端同轴心固定连接有陀螺状的采样杯，所述采样杯的尖端同轴心朝下设置；所述采样杯周向外壁上固定设置有一圈密封圈，所述密封圈与所述淤泥采集筒的筒内壁紧配滑动配合；所述采样杯的上侧凹陷设置有采样杯腔。

进一步的，气缸抱紧装置包括矩形壳体；所述矩形壳体的下端通过若干所述支撑柱固定连接所述气缸的上端；所述矩形壳体的内腔设置有圆锥体结构的顶出器，所述顶出器与所述淤泥采集筒同轴心设置，所述顶出器上端为圆锥体粗端，所述顶出器下端为圆锥体尖端；所述矩形壳体的内腔下壁体上设置有螺纹通孔，所述螺纹通孔与所述顶出器同轴心设置，所述矩形壳体的内腔上壁体上设置有传动杆穿过孔，所述传动杆穿过孔与所述顶出器同轴心设置；所述顶出器的尖端同轴心一体化连接有螺纹杆，所述螺纹杆与所述螺纹通孔螺纹配合连接；所述顶出器的内部同轴心设置有传动杆插入通道，所述传动杆插入通道的轴截面呈正多边形，所述传动杆插入通道从所述顶出器的粗端穿出；所述矩形壳体上还安装有电机支架，所述电机支架内安装有传动电机，所述传动电机的转动输出端同轴心连接有轴截面呈正多边形的传动杆；所述传动杆的末端穿过所述传动杆穿过孔，并且传动杆的末端滑动插入所述传动杆插入通道中；所述矩形壳体的四周壁体上分别镂空设置有抱紧片导柱穿过通孔，还包括若干抱紧片导柱，各所述抱紧片导柱分别活动穿过各所述抱紧片导柱穿过通孔，各所述抱紧片导柱的轴线均与所述顶出器的轴线垂直设置，各所述抱紧片导柱靠近所述顶出器的一端均一体化设置有球头，各所述球头的表面均接触所述顶出器的锥面；各所述抱紧片导柱远离所述顶出器的一端均一体化连接有抱紧弧面片，各所述抱紧弧面片的弯曲弧度与所述淤泥采集筒的筒内壁的弧度一致；各所述抱紧片导柱上均套设有弹簧，各所述弹簧的两端分别顶压所对应的球头和矩形壳体内壁；所述顶出器沿轴线向前进给能带动各所述抱紧弧面片向外抱紧所述淤泥采集筒的筒内壁。

进一步的，一种湖底淤泥采样器的采集方法：

步骤1：湖面漂浮物上的配气装置通过供气管向气囊腔注入气体，进而能使弹性气囊的体积膨胀至气囊容纳环腔体积的一半，此时弹性气囊所受浮力还无法完全克服淤泥采集筒和金属配重的重力，进而淤泥采集筒和气囊箱体在金属配重的带动下沿铅锤方向做缓慢的下沉运动，直至淤泥采集筒下端的降落盘的盘底平稳降落至湖底；

步骤2，启动传动电机，带动传动杆顺时针旋转，进而传动杆带动该顶出器同步旋转，而该顶出器的旋转带动螺纹杆旋转，由于螺纹杆与螺纹通孔螺纹配合，因此螺纹杆的顺时针旋转使自身向下持续进给，螺纹杆向前进给带动顶出器向下运动，而此时截面呈正多边形的传动杆相对于传动杆插入通道做轴线滑动；此时由于顶出器的向前运动使各球头由接触锥面的细端逐渐过渡到接触锥面的粗端，进而使各抱紧片导柱做逐渐远离顶出器的顶出运动，进而使各抱紧弧面片做逐渐远离顶出器的运动，直至各抱紧弧面片向外紧密抱紧淤泥采集筒的筒内壁；进而使气缸和气缸抱紧装置处于不能位移的状态；

步骤3，气缸驱动推杆做伸长的运动，进而推杆带动上活塞、联动杆、下活塞、连接杆和采样杯所构成的一体结构向下进给一段距离，待推杆做伸长的运动到达极限时，该采样杯的尖端还未触及湖底，因此采样杯还需继续向下位移一端距离；

步骤4，传动电机反向运转，进而使传动杆逆时针旋转，进而传动杆带动该顶出器逆时针同步旋转，而该顶出器的旋转带动螺纹杆的同步旋转，螺纹杆的逆时针旋转使自身向上持续进给，螺纹杆向上进给带动顶出器向上运动，而此时截面呈正多边形的传动杆相对于传动杆插入通道做轴线滑动；此时由于顶出器的向上运动使各球头由接触锥面的粗端逐渐过渡到接触锥面的细端，进而使各抱紧片导柱做逐渐靠近顶出器的运动，进而使各抱紧弧面片做逐渐靠近顶出器的运动，直至各抱紧弧面片向内脱离淤泥采集筒的筒内壁；进而使气缸和气缸抱紧装置处于能沿淤泥采集筒轴线滑动状态；

步骤5，此时重新启动气缸，进而气缸驱动推杆做缩短的运动，由于上活塞、下活塞和采样杯的外圈与筒内壁是紧配关系，而且各抱紧弧面片均脱离了淤泥采集筒的筒内壁，在推杆做缩短的运动状态下，该上活塞、联动杆、下活塞、连接杆和采样杯所构成的一体结构不发生相对位移，而驱动推杆做缩短的运动拉动气缸和气缸抱紧装置所构成的整体向下运动一端距离；但该状态下的采样杯相对步骤初始状态的采样杯所在位置有所下降；在采样杯沿淤泥采集筒下降的过程中，采样杯下方的筒内湖水通过若干导液通道连续向上挤出湖水中，避免导液通道内的湖水被向下挤入待采样位置的湖底淤泥中，防止待采样位置的湖底淤泥受到导液通道的冲刷，影响采样真实性；

步骤6，重复步骤至，直至采样杯的尖端下降至触及湖底，并且使采样杯向下进给至完全插入湖底的淤泥中一段距离，与此同时，湖面漂浮物上的配气装置通过供气管抽走气囊腔内的全部气体，进而使降落盘的盘底向下挤压采样杯陷入所在位置的湖底淤泥，使采样杯陷入所在位置的湖底淤泥顺利挤入采样杯腔中；完成湖底样品的采集；

步骤7，重复步骤，使各抱紧弧面片向外紧密抱紧淤泥采集筒的筒内壁；进而使气缸和气缸抱紧装置处于不能位移的状态；

步骤8，重新启动气缸，进而气缸驱动推杆做缩短的运动，进而使推杆带动上活塞、联动杆、下活塞、连接杆和采样杯所构成的一体结构向上进给一段距离；

步骤9，重复步骤，使气缸和气缸抱紧装置处于能沿淤泥采集筒轴线滑动状态；

步骤10，启动气缸驱动推杆做伸长的运动，驱动推杆做伸长的运动推动气缸和气缸抱紧装置所构成的整体向上运动一端距离；

步骤11，重复步骤至，直至采样杯向上位移至步骤时的初始状态，进而使采样杯内的采样杯腔处于密封状态；

步骤12，湖面漂浮物上的配气装置通过供气管向气囊腔注入气体，进而能使弹性气囊的膨胀至完全填充气囊容纳环腔，进而使弹性气囊所受浮力大于淤泥采集筒和金属配重的重力，进而淤泥采集筒和气囊箱体和金属配重做铅锤方向上浮的运动；直至完全淤泥采集筒上端浮出水面；

步骤13，重复步骤，使气缸和气缸抱紧装置处于能沿淤泥采集筒轴线滑动状态；

步骤14，用户手持上活塞上的拉手柄向上提，进而使上活塞、联动杆、下活塞、连接杆、采样杯、气缸和气缸抱紧装置所构成的一体结构整体向上拉出沿淤泥采集筒；

步骤15，收集采样杯内的采样杯腔内的淤泥样本。

有益效果：本发明的结构简单，采用配气装置通过供气管向气囊腔抽取或注入气体，进而能使弹性气囊膨胀或收缩；所述弹性气囊的膨胀和收缩能使淤泥采集筒做下沉和上浮的运动，进而模仿潜水过程进行湖底取样，避免人工潜水的情形，更多的技术进步详见说明书的具体实施例。

附图说明

附图1为本发明整体结构示意图；

附图2为本发明整体立体示意图；

附图3为本发明整体正剖示意图；

附图4为本发明整体立体剖开图；

附图5为气缸抱紧装置局部放大示意图；

附图6为上活塞、联动杆、下活塞、连接杆、采样杯、气缸和气缸抱紧装置所构成的一体结构立体图；

附图7为附图6的水平姿态正视图；

附图8为传动杆与顶出器配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至8所示的一种湖底淤泥采样器，包括湖面以下竖向的淤泥采集筒9，所述淤泥采集筒9为上下贯通的筒体结构，且所述淤泥采集筒9的筒内壁9.1为光滑内壁；

所述淤泥采集筒9的外壁上一体化同轴心设置有环柱状的气囊箱体42，所述气囊箱体42的内部同轴心设置有气囊容纳环腔43，所述气囊容纳环腔43的环腔上壁58上均布镂空设置有若干上漏气孔59，所述气囊容纳环腔43的环腔下壁60上均布镂空设置有若干下漏气孔63，所述下漏气孔63和上漏气孔59将所述气囊容纳环腔43与外界连通，所述气囊容纳环腔43内同轴心设置有环状的弹性气囊46，所述弹性气囊46内为气囊腔44；还包括柔性的供气管41，所述供气管41的上端连通连接湖面上的配气装置，所述柔性的供气管41的下端连通所述弹性气囊46内的气囊腔44；所述配气装置能通过供气管41向气囊腔44抽取或注入气体，进而能使弹性气囊46膨胀或收缩；所述弹性气囊46的膨胀和收缩能使淤泥采集筒9做下沉和上浮的运动。

进一步的，所述淤泥采集筒9的下端外壁设置有一圈盘状的降落盘55，所述降落盘55的上侧轮廓边缘呈圆周阵列分布有若干竖向的导液管53，各所述导液管53的上端连通外界；所述淤泥采集筒9的筒内壁9.1下端呈圆周阵列分布有若干排液口57；所述降落盘55的内部呈圆周阵列分布有若干导液通道56，各所述导液通道56分别将若干所述导液管53与若干所述排液口57相互连通；所述降落盘55的上侧还一体化同轴心设置有环状的金属配重54。

进一步的，根据权利要求1所述的一种湖底淤泥采样器，其特征在于：所述淤泥采集筒9的筒内37间距设置有上活塞39和下活塞49，上活塞39和下活塞49分别与所述淤泥采集筒9的筒内壁9.1紧配滑动配合，所述上活塞39的上端设置有拉手柄38，还包括沿淤泥采集筒9轴线方向平行的四根联动杆47，四根所述联动杆47的两端分别固定连接上活塞39和下活塞49，且四根联动杆47呈圆周阵列分布于所述上活塞39和下活塞49的轮廓边缘；所述上活塞39和下活塞49之间同轴心设置有气缸21，所述气缸21下端的推杆61末端固定连接所述下活塞49；所述气缸21的上端通过若干支撑柱22固定连接气缸抱紧装置36；所述气缸抱紧装置36位于所述上活塞39和所述气缸21之间；所述气缸抱紧装置36能抱紧或松开所述淤泥采集筒9的筒内壁9.1；所述气缸抱紧装置36和气缸21均活动夹位于四根所述联动杆47所围合的范围内。

进一步的，所述下活塞49的下端同轴心连接有连接杆51，所述连接杆51的下端同轴心固定连接有陀螺状的采样杯52，所述采样杯52的尖端62同轴心朝下设置；所述采样杯52周向外壁上固定设置有一圈密封圈61，所述密封圈61与所述淤泥采集筒9的筒内壁9.1紧配滑动配合；所述采样杯52的上侧凹陷设置有采样杯腔50。

进一步的，气缸抱紧装置36包括矩形壳体14；所述矩形壳体14的下端通过若干所述支撑柱22固定连接所述气缸21的上端；所述矩形壳体14的内腔4设置有圆锥体结构的顶出器25，所述顶出器25与所述淤泥采集筒9同轴心设置，所述顶出器25上端为圆锥体粗端，所述顶出器25下端为圆锥体尖端；所述矩形壳体14的内腔4下壁体17上设置有螺纹通孔23，所述螺纹通孔23与所述顶出器25同轴心设置，所述矩形壳体14的内腔4上壁体12上设置有传动杆穿过孔1，所述传动杆穿过孔1与所述顶出器25同轴心设置；所述顶出器25的尖端同轴心一体化连接有螺纹杆24，所述螺纹杆24与所述螺纹通孔23螺纹配合连接；所述顶出器25的内部同轴心设置有传动杆插入通道390，所述传动杆插入通道390的轴截面呈正多边形，所述传动杆插入通道390从所述顶出器25的粗端穿出；所述矩形壳体14上还安装有电机支架35，所述电机支架35内安装有传动电机3，所述传动电机3的转动输出端同轴心连接有轴截面呈正多边形的传动杆2；所述传动杆2的末端穿过所述传动杆穿过孔1，并且传动杆2的末端滑动插入所述传动杆插入通道390中；所述矩形壳体14的四周壁体上分别镂空设置有抱紧片导柱穿过通孔32，还包括若干抱紧片导柱11，各所述抱紧片导柱分别活动穿过各所述抱紧片导柱穿过通孔32，各所述抱紧片导柱11的轴线均与所述顶出器25的轴线垂直设置，各所述抱紧片导柱11靠近所述顶出器25的一端均一体化设置有球头15，各所述球头15的表面均接触所述顶出器25的锥面31；各所述抱紧片导柱11远离所述顶出器25的一端均一体化连接有抱紧弧面片8，各所述抱紧弧面片8的弯曲弧度与所述淤泥采集筒9的筒内壁9.1的弧度一致；各所述抱紧片导柱11上均套设有弹簧16，各所述弹簧16的两端分别顶压所对应的球头15和矩形壳体14内壁；所述顶出器25沿轴线向前进给能带动各所述抱紧弧面片8向外抱紧所述淤泥采集筒9的筒内壁9.1。

本方案的采集步骤，过程以及方法整理如下：

步骤1：湖面漂浮物上的配气装置通过供气管41向气囊腔44注入气体，进而能使弹性气囊46的体积膨胀至气囊容纳环腔43体积的一半，此时弹性气囊46所受浮力还无法完全克服淤泥采集筒9和金属配重54的重力，进而淤泥采集筒9和气囊箱体42在金属配重54的带动下沿铅锤方向做缓慢的下沉运动，直至淤泥采集筒9下端的降落盘55的盘底64平稳降落至湖底；

步骤2，启动传动电机3，带动传动杆2顺时针旋转，进而传动杆2带动该顶出器25同步旋转，而该顶出器25的旋转带动螺纹杆24旋转，由于螺纹杆24与螺纹通孔23螺纹配合，因此螺纹杆24的顺时针旋转使自身向下持续进给，螺纹杆24向前进给带动顶出器25向下运动，而此时截面呈正多边形的传动杆2相对于传动杆插入通道390做轴线滑动；此时由于顶出器25的向前运动使各球头15由接触锥面31的细端逐渐过渡到接触锥面31的粗端，进而使各抱紧片导柱11做逐渐远离顶出器25的顶出运动，进而使各抱紧弧面片8做逐渐远离顶出器25的运动，直至各抱紧弧面片8向外紧密抱紧淤泥采集筒9的筒内壁9.1；进而使气缸21和气缸抱紧装置36处于不能位移的状态；

步骤3，气缸21驱动推杆61做伸长的运动，进而推杆61带动上活塞39、联动杆47、下活塞49、连接杆51和采样杯52所构成的一体结构向下进给一段距离，待推杆61做伸长的运动到达极限时，该采样杯52的尖端还未触及湖底，因此采样杯52还需继续向下位移一端距离；

步骤4，传动电机3反向运转，进而使传动杆2逆时针旋转，进而传动杆2带动该顶出器25逆时针同步旋转，而该顶出器25的旋转带动螺纹杆24的同步旋转，螺纹杆24的逆时针旋转使自身向上持续进给，螺纹杆24向上进给带动顶出器25向上运动，而此时截面呈正多边形的传动杆2相对于传动杆插入通道390做轴线滑动；此时由于顶出器25的向上运动使各球头15由接触锥面31的粗端逐渐过渡到接触锥面31的细端，进而使各抱紧片导柱11做逐渐靠近顶出器25的运动，进而使各抱紧弧面片8做逐渐靠近顶出器25的运动，直至各抱紧弧面片8向内脱离淤泥采集筒9的筒内壁9.1；进而使气缸21和气缸抱紧装置36处于能沿淤泥采集筒9轴线滑动状态；

步骤5，此时重新启动气缸21，进而气缸21驱动推杆61做缩短的运动，由于上活塞39、下活塞49和采样杯52的外圈与筒内壁9.1是紧配关系，而且各抱紧弧面片8均脱离了淤泥采集筒9的筒内壁9.1，在推杆61做缩短的运动状态下，该上活塞39、联动杆47、下活塞49、连接杆51和采样杯52所构成的一体结构不发生相对位移，而驱动推杆61做缩短的运动拉动气缸21和气缸抱紧装置36所构成的整体向下运动一端距离；但该状态下的采样杯52相对步骤2初始状态的采样杯52所在位置有所下降；在采样杯52沿淤泥采集筒9下降的过程中，采样杯52下方的筒内37湖水通过若干导液通道56连续向上挤出湖水中，避免导液通道56内的湖水被向下挤入待采样位置的湖底淤泥中，防止待采样位置的湖底淤泥受到导液通道56的冲刷，影响采样真实性；

步骤6，重复步骤2至5，直至采样杯52的尖端下降至触及湖底，并且使采样杯52向下进给至完全插入湖底的淤泥中一段距离，与此同时，湖面漂浮物上的配气装置通过供气管41抽走气囊腔44内的全部气体，进而使降落盘55的盘底64向下挤压采样杯52陷入所在位置的湖底淤泥，使采样杯52陷入所在位置的湖底淤泥顺利挤入采样杯腔50中；完成湖底样品的采集；

步骤7，重复步骤2，使各抱紧弧面片8向外紧密抱紧淤泥采集筒9的筒内壁9.1；进而使气缸21和气缸抱紧装置36处于不能位移的状态；

步骤8，重新启动气缸21，进而气缸21驱动推杆61做缩短的运动，进而使推杆61带动上活塞39、联动杆47、下活塞49、连接杆51和采样杯52所构成的一体结构向上进给一段距离；

步骤9，重复步骤4，使气缸21和气缸抱紧装置36处于能沿淤泥采集筒9轴线滑动状态；

步骤10，启动气缸21驱动推杆61做伸长的运动，驱动推杆61做伸长的运动推动气缸21和气缸抱紧装置36所构成的整体向上运动一端距离；

步骤11，重复步骤7至10，直至采样杯52向上位移至步骤2时的初始状态，进而使采样杯52内的采样杯腔50处于密封状态；

步骤12，湖面漂浮物上的配气装置通过供气管41向气囊腔44注入气体，进而能使弹性气囊46的膨胀至完全填充气囊容纳环腔43，进而使弹性气囊46所受浮力大于淤泥采集筒9和金属配重54的重力，进而淤泥采集筒9和气囊箱体42和金属配重54做铅锤方向上浮的运动；直至完全淤泥采集筒9上端浮出水面；

步骤13，重复步骤4，使气缸21和气缸抱紧装置36处于能沿淤泥采集筒9轴线滑动状态；

步骤14，用户手持上活塞39上的拉手柄38向上提，进而使上活塞39、联动杆47、下活塞49、连接杆51、采样杯52、气缸21和气缸抱紧装置36所构成的一体结构整体向上拉出沿淤泥采集筒9；

步骤15，收集采样杯52内的采样杯腔50内的淤泥样本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。