专利名称：一种海底沉积物取样器的制作方法
技术领域：
本发明属于测量、测试领域的取样装置，具体地说是一种海底沉积物取样
器°
背景技术：
目前用于水下沉积物取样的柱状取样器多为重力活塞取样器和振动活塞取 样器，为了获取保存完好的长岩芯，对于铁板砂、硬粘土等硬底质沉积物多采
用振动活塞取样器。公告号CN 2360587Y的中国专利公开了一种"长岩芯重力 活塞取样器"技术，就是靠设备的自重，利用活动吊挂脱落而产生的冲力，使 取样管钻进水下沉积物中取样，受设备重量的限制，适于常规沉积物的采样。 而公告号CN 100334436C的中国专利公开了 "一种无边界扰动的单管沉积物采 样器"技术，是一种利用重锤重量的适于浅水区域的取样器，通过增减固定在 固定架上重锤的数量，调节对沉积物的采集量，通过不锈钢绳吊装在固定架上 的平衡环，使采样器在下沉采样时保持垂直状态，由于海底水流和地形情况复 杂，其垂直状态很难维持，而且也不适于铁板砂、硬粘土等的釆集。现有技术 中的振动活塞取样器，通常是采用托架或庞大的底盘使取样管垂直平衡于海底， 供电电缆需进入水下与振动器连接，利用电力驱动振动器产生振动效果，可以 获取特殊结构的样品，如铁板砂、硬粘土等。为了能够取代庞大的底盘，DDC-XZ-1
型悬垂振动活塞取样器，利用单独设置的位于取样器上方悬垂的浮体球保持取 样管在水下的垂向平衡，虽然减小了设备的底盘从而縮小了设备的体积，但是 保持取样管垂直只是一种理想的状态，实际作业时，在水流的作用下，很难达 到垂直平衡状态；同时该取样器除了必须有与振动器连接的供电电缆外，还需要附加一根与浮体球连接的钢丝，其设计复杂，体积大，远不如重力活塞取样 器实用方便。实际工作中，在不了解地质性质的情况下，人们往往习惯于先使 用重力活塞取样器，当遇到重力取样器无法取得特殊结构样品的情况后，再更 换振动活塞取样器来获取样品，为保证能够成功取样，通常需配备两种取样器， 或根据技术要求放弃重力取样。
发明内容
本发明就是为了克服上述技术中的缺陷，提出一种当利用重力无法取得特 殊结构样品时，不需要更换取样器，无需附加供电电缆，不需要托架或底盘， 取样快捷高效的海底沉积物取样器。
本发明的技术问题是由下述技术方案实现的 一种海底沉积物取样器，包 括导向尾翼、配重组合，带有取样刀口的取样管，配重组合上部装有空气储存 室，气流通道连接空气储存室和气振动器，气振动器的出气孔与垂直调节器连 通；阀门操控系统控制气流通道上的阀门。
配重组合在空气储存室下部，取样器重心低，能保持垂直，取样器依靠自 身重量，可以像现有重力取样器一样完成海底沉积物取样；阀门操控系统控制 阀门开启，空气储存室向气振动器提供气振动源，使气振动器振动时，可以像 现有电振动取样器一样完成海底沉积物取样，这时出气孔排出的气体进入垂直 调节器，垂直调节器随时纠正取样器产生的倾斜，以保持取样器垂直，无需附 加供电电缆，不需要托架或底盘，取样快捷高效。
垂直调节器的调节器顶罩罩住调节器浮体，调节器浮体可以自动转动，调 节器顶罩的周边有调节器气体喷出口。当取样器产生倾斜时，调节器浮体保持
水平状态，遮挡了倾斜相反方向上的调节器气体喷出口，而倾斜方向的调节器 气体喷出口更加通畅，由出气孔进入垂直调节器的气体从调节器气体喷出口喷出，在反作用力作用下，取样器恢复垂直。
调节器顶罩与调节器底罩固定连接在一起，调节器浮体在两者围成的空间 里，可以自由转动，调节器底罩周边有调节器气体入口。出气孔排出的气体由 调节器气体入口进入垂直调节器，从调节器气体喷出口喷出。
调节器浮体下方固定连接调节器垂体。调节器浮体连接调节器垂体后增加 了稳定性。
调节器底罩和调节器顶罩外形呈球冠状。
调节器气体喷出口、调节器气体入口是均匀分布的孔，可以是圆孔、长条 孔、椭圆孔等多种形状的孔。
垂直调节器安装在调节器底座里；垂直调节器、气振动器安装在取样管的 轴线上。调节器气体喷出口露在外面；垂直调节器纠正倾斜效果好，振动力量 传递效率高，结构简单。
气振动器安装在振动器仓内，振动器仓在导向尾翼中心，调节器底座在振 动器仓上方，两者固定连接。结构紧凑，气振动器受到振动器仓和导向尾翼的 双重保护。
阀门操控系统的控制开关和传感器相连接，控制开关安装在取样器上，传 感器位置可调的安装在取样管上；阀门是电控阀，控制开关是接触式电路开关; 控制开关与开关控制机构配合。开关控制机构作用于控制开关，能接通或断开 传感器的工作电路；传感器收集、传递取样长度的信息控制阀门开启或关闭。 传感器可调的固定安装在取样管外壁的滑槽或导轨或槽孔中。
开关控制机构包括安装在取样器上的固定支架、与固定支架上的定向孔滑 动配合的连杆、套装在连杆上的弹簧、固定在连杆上的弧面控制滑板，弹簧下 端接触弧面控制滑板，弧面控制滑板的弧面与控制开关配合，连杆上端钢缆连接取样钢缆。取样器吊起过程中，在钢缆拉力作用下，弹簧被压缩，连杆在固 定支架上的定向孔中上移，弧面控制滑板随连杆移动，弧面压下控制开关触头， 此时控制开关断开传感器的工作电路；取样器到达海底，钢缆拉力消失，弹簧
的弹力使弧面控制滑板下移复位，弧面脱离控制开关触头，此时控制开关接通 传感器的工作电路，传感器收集、传递取样长度的信息。
控制开关、开关控制机构位于振动器仓外壁与导向尾翼之间。控制开关、 开关控制机构得到保护。
使用时空气储存室充灌压縮空气，当取样器到达海底时，阀门操控系统的 传感器工作电路接通，传感器开始收集、传递取样长度的信息。如果取样器利 用自重获取的样品长度符合设计要求，传感器收集、传递的取样长度符合设计 要求的信息使阀门继续关闭，气振动器不工作，取样钢缆收起，钢缆被拉起， 弧面控制滑板上移，弧面压下控制开关触头，控制开关断开传感器的工作电路，
取样器以重力取样的方式完成了取样；如果取样器利用自重获取的样品长度没 有达到设计要求，传感器收集、传递的取样长度没有达到设计要求的信息使阀 门开启，气振动器开始工作，继续进行振动取样，当取样长度符合设计要求， 传感器收集、传递的取样长度符合设计要求的信息使阀门关闭，气振动器停止 工作，取样钢缆收起，钢缆被拉起，弧面控制滑板上移，弧面压下控制开关触 头，控制开关断开传感器的工作电路，取样器以重力和振动取样的方式完成了 取样。向海底投放一次取样器，取样器根据海底沉积物的特性自动完成重力或 重力与振动方式结合取样，极大地提高了取样作业效率。在适于重力取样的海 域取样时，空气储存室也可不充灌压缩空气，单纯以重力取样方式完成取样。
开关控制机构的连杆上设有保险装置。当要取样器以重力方式取样时，锁 住保险装置，阻挡了连杆下移，在空气储存室内充灌压缩空气或没有充灌压縮空气都可以实现重力方式取样。
本发明的优点是取样器的配重组合上部装有空气储存室、气振动器、垂 直调节器，具有重力和电振动两种取样器的取样功能，振动取样时，利用气振 动器排出的气体通过垂直调节器纠正取样器的倾斜，结构简单、紧凑、可靠， 不需要托架或底盘，无需供电电缆。 一次投放取样器，取样器根据海底沉积物 的特性自动完成重力或重力与振动相结合的方式取样，取样快捷高效。
图1是本发明一个实施例在吊起状态的示意图2是图1实施例在到达海底时的示意图3是图i实施例的局部分解图4是本实施例开关控制机构的放大示意图。
具体实施例方式
结合
。
图中所示带有取样刀口 7的取样管8上端通过法兰盘与配重组合6连接，
配重组合6与空气储存室9固定连接，空气储存室9的上端连接导向尾翼5，垂 直调节器3位于导向尾翼5的上方。图3所示是调节器底座2和振动器仓4部 位的分解图，垂直调节器3由调节器底罩33、固定连接在一起的调节器垂体31 和调节器浮体32、调节器顶罩34组成，调节器顶罩34和调节器底罩33的外形 呈蘑菇伞状，其周边分别有均匀分布的竖条状的调节器气体喷出口 35和调节器 气体入口 36，调节器顶罩34和调节器底罩33固定连接在调节器底座2上，调 节器垂体31和调节器浮体32在调节器顶罩34和调节器底罩33围成的空间里， 可以自由转动，为了说明清晰，图3中没有画出控制开关11、开关控制机构。 气振动器1是具有防水功能的等比牌QJQ5-60型活塞式振动器(带缓冲)，安装在振动器仓4内，振动器仓4在导向尾翼5中心。调节器底座2在振动器仓4 上方，两者由法兰盘固定连接。气振动器1上端的出气孔10连通垂直调节器3, 气振动器1工作排出的空气经出气孔10、调节器气体入口36、调节器气体喷出 口35喷出。气振动器l、垂直调节器3和取样管8在同一条轴线上。气流通道 12连接空气储存室9和气振动器1，气流通道12上的阀门19是电控阀门，非 工作时关闭，阀门19安放在空气储存室9上端的阀门仓内。空气储存室9是圆 柱形的压力罐体。阀门操控系统的控制开关11和传感器26相连接，传感器26 是光电传感器，安装在取样管8外壁的滑槽中，由螺栓固定，传感器26与取样 刀口 7的距离与设计要求的取样长度相同，例如l. lm、 L6m、 2. lm、 3.0m等， 本实施例中设计要求的取样长度是3.1m，控制开关ll是接触式电路开关，开关 控制机构作用于控制开关11能接通传感器26的工作电路，传感器26收集、传 递取样长度的信息控制阀门19，阀门操控系统的电池安放在配重导管13内，控 制开关ll、开关控制机构位于振动器仓4外壁与导向尾翼5之间，保护其不易 损坏。开关控制机构包括固定在振动器仓4外壁上的两个固定支架22、与固定 支架22上的定向孔滑动配合的连杆21、套装在连杆21上的弹簧23、固定在连 杆21上的弧面控制滑板25，弹簧23上端接触上固定支架22的下面，下端接触 弹簧垫片24，弹簧垫片24连接弧面控制滑板25，连杆21上端钢缆20连接取 样钢缆，固定支架22上的定向孔横截面呈两端半圆的长孔，连杆21只能在定 向孔中移动，不能转动，参见图4。取样器吊起过程中，在钢缆20拉力作用下， 弹簧23被压縮，连杆21在固定支架22上的定向孔中上移，弧面控制滑板25 随连杆21移动，弧面压下控制开关11触头，此时控制开关11断开传感器26 的工作电路；取样器到达海底，钢缆20拉力消失，弹簧23的弹力使弧面控制 滑板25下移复位，弧面脱离控制幵关ll触头，此时控制开关11接通传感器26的工作电路，传感器26收集、传递取样长度的信息。开关控制机构的连杆21 上设有保险装置18，保险装置18最简单的结构方式是位于下固定支架22上方 的连杆21上的圆孔与圆销配合，当要取样器以重力方式取样时，插入连杆21 上圆孔的圆销阻挡了连杆21下移，这样在空气储存室9内充灌了压縮空气也可 以实现重力方式取样，而当允许取样器以振动方式取样时，拔掉圆销，连杆21 可以在固定支架22上的定向孔中移动。在收起时，保险装置18始终处于断电 状态，保证取样器安全操作。
使用时空气储存室9充灌40个大气压力压縮空气，当取样器到达海底时， 阀门操控系统的传感器26工作电路接通，传感器26开始收集、传递取样长度 的信息。如果取样器利用自重获取的样品长度达到3. lm的设计要求，传感器26 收集、传递的取样长度符合设计要求的信息使阀门19继续关闭，气振动器l不 工作，取样钢缆收起，钢缆20被拉起，弧面控制滑板25上移，弧面压下控制 开关11触头，控制开关11断开传感器26的工作电路，取样器以重力取样的方 式完成了取样;如果取样器利用自重获取的样品长度没有达到3. lm的设计要求， 传感器26收集、传递的取样长度没有达到设计要求的信息使阀门19开启，气 振动器1开始工作，继续进行振动取样，当取样长度达到3. lm的设计要求，传 感器26收集、传递的取样长度符合设计要求的信息使阀门19关闭，气振动器1 停止工作，起到保真作用，取样钢缆收起，钢缆20被拉起，弧面控制滑板25 上移，弧面压下控制开关ll触头，控制开关11断开传感器26的工作电路，取 样器以重力和振动取样的方式完成了取样。向海底投放一次取样器，取样器根 据海底沉积物的特性自动完成重力或重力与振动方式结合取样，极大地提高了 取样作业效率。在适于重力取样的海域取样时，空气储存室9也可不充灌压縮 空气，单纯以重力取样方式完成取样。本发明取样器特别适用于海上调查，可以利用船载绞车或龙门吊将取样器 吊起释放，取样器依靠自身的重力或重力与空气驱动振动相结合的作用钻进海 底地层中获取沉积物柱状样品，然后将取样器从海底吊回取出获样。
根据技术要求，可以在取样管8上安装多个传感器26，完成不同设计要求 的取样长度。也可以在取样管8上安装多个测试探头，在完成重力取样的同时， 对其它参数进行实时探测。上述技术方案均在本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种海底沉积物取样器，包括导向尾翼(5)、配重组合(6)，带有取样刀口(7)的取样管(8)，其特征在于配重组合(6)上部装有空气储存室(9)，气流通道(12)连接空气储存室(9)和气振动器(1)，气振动器(1)的出气孔(10)与垂直调节器(3)连通；阀门操控系统控制气流通道(12)上的阀门(19)。
2、 根据权利要求1所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于垂直调节器 (3)的调节器顶罩(34)与调节器底罩(33)固定连接在一起，调节器浮体(32)在两者围成的空间里，可以自由转动，调节器顶罩(34)的周边有调节器气体 喷出口 (35)，调节器底罩(33)周边有调节器气体入口 (36)。
3、 根据权利要求2所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于调节器浮体(32) 下方固定连接调节器垂体(31)。
4、 根据权利要求2所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于调节器底罩(33) 和调节器顶罩(34)外形呈球冠状。
5、 根据权利要求1或2所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于垂直调 节器(3)安装在调节器底座(2)里；垂直调节器(3)、气振动器(1)安装在 取样管(8)的轴线上。
6、 根据权利要求1所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于气振动器(l) 安装在振动器仓(4)内，振动器仓(4)在导向尾翼(5)中心，调节器底座(2) 在振动器仓(4)上方，两者固定连接。
7、 根据权利要求1所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于阀门操控系 统的控制开关(11)和传感器(26)相连接，控制开关(11)安装在取样器上， 传感器(26)位置可调的安装在取样管(8)上；阀门(19)是电控阀，控制开 关(11)是接触式电路开关；控制开关(11)与开关控制机构配合。
8、 根据权利要求7所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于开关控制机 构包括安装在取样器上的固定支架(22)、与固定支架(22)上的定向孔滑动配 合的连杆(21)、套装在连杆(21)上的弹簧(23)、固定在连杆(21)上的弧 面控制滑板(25)，弹簧(23)下端接触弧面控制滑板(25)，弧面控制滑板(25) 的弧面与控制开关(11)配合，连杆(21)上端钢缆(20)连接取样钢缆。
9、 根据权利要求7或8所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于控制开 关(11)、开关控制机构位于振动器仓(4)外壁与导向尾翼(5)之间。
10、 根据权利要求8所述的一种海底沉积物取样器，其特征在于开关控制 机构的连杆(21)上设有保险装置(18)。
全文摘要
一种海底沉积物取样器，包括导向尾翼、配重组合，带有取样刀口的取样管，配重组合上部装有空气储存室，气流通道连接空气储存室和气振动器，气振动器的出气孔与垂直调节器连通；阀门操控系统控制气流通道上的阀门。取样器的配重组合上部装有空气储存室、气振动器、垂直调节器，具有重力和电振动两种取样器的取样功能，振动取样时，利用气振动器排出的气体通过垂直调节器纠正取样器的倾斜，结构简单、紧凑、可靠，不需要托架或底盘，无需供电电缆。一次投放取样器，取样器根据海底沉积物的特性自动完成重力或重力与振动相结合的方式取样，极大地提高了取样作业效率。
文档编号G01N1/02GK101592562SQ200910016650
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者丰爱平, 军 任, 吴桑云, 军 杜 申请人:国家海洋局第一海洋研究所