一种水下样本采集装置及其采样方法与流程

本发明属于样本分析技术领域，涉及一种水下样本采集装置及其采样方法。

背景技术：

无论是科学研究还是渔业养殖都需要对水下水质、水底的土壤矿砂等水下样本进行采集和分析。在研究分析特定水深的水质时，在采集水的过程中，该水深以上的水比该水深处的水更容易采集，从而导致采集到的水通常是该水深处水与该水深以上水的混合水，从而无法准确对该水深处水的成分进行有效分析。而在采集水底的土壤矿砂的过程中，一般采用的取样工具都是勺形的，由于水流的影响，采集到的土壤矿砂容易脱落，效率不高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种水下样本采集装置及其采样方法，本发明所要解决的技术问题是：如何采集特定深度的水而不是混合水，提高水底土壤矿砂的采集效率。

本发明通过下列技术方案来实现：一种水下样本采集装置，包括：

三通管，所述三通管具有：第一直管、第二直管和第三直管，所述第一直管、第二直管和第三直管之间形成有互相连通的容纳腔，所述容纳腔内活动设置有能够封堵第一直管或者第二直管或者第三直管的活动球，所述第一直管、第二直管和第三直管上均设置有能够驱动活动球运动的电磁铁组件；

排流管，所述排流管的下端与第三直管连接；

第一取样筒和第二取样筒，所述第一取样筒和第二取样筒分别与第一直管和第二直管连接；

充气机构，所述充气机构设置在排流管上并且能够给排流管充气。

在上述的一种水下样本采集装置中，所述第一取样筒上同轴设置有阻流管，所述阻流管的内壁上沿着周向设置有若干个能够在水流冲击下运动的翻折片。

在上述的一种水下样本采集装置中，所述第一取样筒和第二取样筒均竖直向下设置，所述第一取样筒和第二取样筒的上侧面分别连接有第一连接管和第二连接管，所述第一连接管和第二连接管的上端分别与第一直管和第二直管连接。

在上述的一种水下样本采集装置中，所述第一直管和第二直管相对的端部上同轴分别固连有第一锥形管和第二锥形管，所述第一锥形管与第一直管固连的端口小，另一端口大，第二锥形管与第二直管固连的端口小，另一端口大，所述第一锥形管和第二锥形管的两个大端口之间连接有弧形板，所述容纳腔由第一锥形管、第二锥形管、弧形板和第三直管之间形成，当任一组电磁铁组件驱动活动球运动时，活动球的外表面能够与第一锥形管的内壁或者第二锥形管的内壁或者第三直管的端口接触。

在上述的一种水下样本采集装置中，第一组所述电磁铁组件包括第一封板，所述第一封板固设在第一直管的内壁上，所述第一封板上开设有第一通槽，所述第一直管的外壁上环绕设置有第一线圈绕组；

第二组所述电磁铁组件包括第二封板，所述第二封板固设在第二直管的内壁上，所述第二封板上开设有第二通槽，所述第二直管的外壁上环绕设置有第二线圈绕组；

第三组所述电磁铁组件包括第三封板，所述第三封板固设在第三直管的内壁上，所述第三封板上开设有第三通槽，所述第三直管的外壁上环绕设置有第三线圈绕组；

所述第一线圈绕组、第二线圈绕组和第三线圈绕组电连接有蓄电池，所述蓄电池上电连接有控制器。

在上述的一种水下样本采集装置中，所述阻流管上设置有若干块能够阻挡翻折片向下运动的挡板。

在上述的一种水下样本采集装置中，所述翻折片上设置有第四橡胶层。

在上述的一种水下样本采集装置中，所述充气机构包括：空气压缩机，所述空气压缩机的输出端与排流管连接，所述空气压缩机的输出端上设置有第二截止阀。

一种利用该水下样本采集装置的采集方法，包括以下步骤：

步骤1：打开第一截止阀，关闭第二截止阀；

步骤2：通过排流管将本装置立在水体的底部上，水穿过第一取样筒和第二取样筒并通过第一截止阀排出；

步骤3：控制器向蓄电池发送电信号，使第二线圈绕组通电，活动球在第二封板的吸引下将第二直管封堵住；

步骤3：关闭第一截止阀，开启第二截止阀；

步骤4：开启空气压缩机，空气压缩机流进第一取样筒内，同时将第一取样筒内的水排出；

步骤5：水从第一取样筒内排出的过程中，带动翻折片向下运动并形成封闭结构；

步骤6：关闭第二截止阀和空气压缩机；

步骤7：控制器分别向第三线圈绕组和第二线圈绕组发送电信号，使第三线圈绕组通电，第二线圈绕组断电，活动球在第三封板的吸引下将第三直管封堵住，此时第二直管与第一直管连通；

步骤8：第一取样筒内的空气流进第二取样筒内，并将第二取样筒内的水排出，同时随着第一取样筒内的空气体积减小，水体底部的水下样本打开翻折片流进第一取样筒内；

步骤9：打开第一截止阀，控制器向第三线圈绕组发送电信号，使第三线圈绕组断电，此时第一直管、第二直管和第三直管均互相连通；

步骤10：第一取样筒和第二取样筒内的空气通过第一截止阀排出，随着第一取样筒和第二取样筒内的空气体积减少，水体底部的水下样本分别进入第一取样筒和第二取样筒内；

步骤11：关闭第一截止阀，并通过排流管回收本装置。

与现有技术相比，本装置具有以下优点：

1、本装置能准确地采集到特定水深处的水，而不会是混合水，有助于研究人员对水质进行有效分析。

2、翻折片与第一取样筒的内壁之间用于沉积土壤矿砂，防止土壤矿砂从第一取样筒内脱落，同时取下阻流管即可收集到土壤矿砂，提高土壤矿砂的采集效率。此外阻流管能为第一取样筒和第二取样筒的下端增加重量，让第一取样筒和第二取样筒在水中下沉时更加稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中a处的结构放大图。

图3是图2中b-b处的结构侧视图。

图4是图1中c处的结构放大图。

图5是图4中d-d处的结构俯视图。

图6是图1中e-e处的结构俯视图。

图中，1、第一取样筒；11、第一取样腔；12、第一连接孔；13、阻流管；14、翻折片；15、挡板；16、间隙；17、第四橡胶层；2、第二取样筒；21、第二取样腔；22、第二连接孔；3、第一连接管；31、第一连接端；4、第二连接管；41、第二连接端；5、三通管；51、第一直管；511、第一锥形管；512、第一橡胶层；52、第二直管；521、第二锥形管；522、第二橡胶层；53、第三直管；54、弧形板；55、容纳腔；56、第一线圈绕组；561、第一封板；562、第一通槽；57、第二线圈绕组；571、第二封板：572、第二通槽；58、第三线圈绕组；581、第三封板；582、第三通槽；6、活动球；61、第三橡胶层；7、排流管；71、第三连接端；72、第一截止阀；8、空气压缩机；81、第二截止阀；9、控制器；91、蓄电池。

具体实施方式：

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

参照图1至3所示，一种水下样本采集装置包括：三通管5，所述三通管5具有：第一直管51、第二直管52和第三直管53，所述第一直管51、第二直管52和第三直管53之间形成有互相连通的容纳腔55，所述容纳腔55内活动设置有能够封堵第一直管51或者第二直管52或者第三直管53的活动球6，所述第一直管51、第二直管52和第三直管53上均设置有能够驱动活动球6运动的电磁铁组件；

排流管7，所述排流管7的下端与第三直管53连接；

第一取样筒1和第二取样筒2，所述第一取样筒1和第二取样筒2分别与第一直管51和第二直管52连接；

充气机构，所述充气机构设置在排流管7上并且能够给排流管7充气。

优选地，第一直管51与第二直管53同轴设置，第三直管53的轴线与第一直管51的轴线垂直。排流管7上端开口，并在上端开口与充气机构之间设置有第一截止阀72。排流管7是柔性的软管。

第一取样筒1和第二取样筒2均呈圆筒形，并且第一取样筒1和第二取样筒2内分别开设有第一取样腔11和第二取样腔21，并且第一取样腔11和第二取样腔21分别贯通第一取样筒1和第二取样筒2的下侧面。

具体的，在水下样本取样之前，先开启第一截止阀72，使得第一取样腔11和第二取样腔21与外界大气连通。此时活动球6在重力作用下位于容纳腔55的底部。第一取样筒1和第二取样筒2在水中下沉时，水流进第一取样腔11和第二取样腔21内。水在将第一取样腔11和第二取样腔21充满后，经过三通管5和排流管7排出。由于第一取样筒1和第二取样筒2内均充满水，外界水流对第一取样筒1和第二取样筒2的影响较小，因此第一取样筒1和第二取样筒2能稳定的下沉。

第一取样筒1和第二取样筒2在采集水下样本的过程中，启动位于第二直管52上的电磁铁组件。在该电磁铁组件的作用下，活动球6靠近第二直管52，并且活动球6始终具有向该电磁铁组件运动的趋势，从而将第二直管52封堵。此时第三直管53和第一直管51互相连通。关闭第一截止阀72，启动充气机构，充气机构将空气排进第一取样筒1内，同时将第一取样筒1内的水排出筒外，使第一取样筒1内气压大于筒外水压。

关闭位于第二直管52上的电磁铁组件，启动位于第三直管53上的电磁组件。由于位于第二直管52上的电磁铁组件对活动球6的作用消失，使得活动球6对第二直管52封堵作用逐渐降低。由于位于第三直管53上的电磁组件的作用，活动球6朝第三直管53靠近，并且活动球6始终具有向位于第三直管53上的电磁组件运动的趋势，从而将第三直管53封堵。此时第二直管52和第一直管51互相连通。由于第二取样筒2内的水压小于第一取样筒1内的气压，第一取样筒1内的空气流向第二取样筒2并将第二取样筒2内的水排出。由于第一取样筒1内的空气体积减少，气压逐渐降低，在水压作用下，第一取样筒1外的水或者土壤矿砂流进第一取样筒1内。

因此，本装置能准确地采集到特定水深处的水，而不会是混合水，有助于研究人员对水质进行有效分析。此外，土壤矿砂位于第一取样腔11内，不会由于受到第一取样筒1外部水流的影响而脱落，提高采集效率。本装置的操作简单，成本低廉。

作为另外一种情况，操作步骤与上述基本相同，不同点在于：

第一取样筒1和第二取样筒2在采集水下样本的过程中，关闭第一截止阀72，启动充气机构。充气机构同时向第一取样筒1以及第二取样筒2内排进空气，并将第一取样筒1和第二取样筒2内的水排出。开启第一截止阀72，第一取样筒1和第二取样筒2内的空气通过排流管7的上端开口排至外界大气中。同时在水压作用下，第一取样筒1和第二取样筒2外的水或者土壤矿砂流进第一取样筒1和第二取样筒2内。第一取样筒1和第二取样筒2取回前，关闭第一截止阀72，从而使水或者土壤矿砂等水下样本不会从第一取样筒1和第二取样筒2内脱离。

参照图1、图4、图5和图6，具体来说，所述第一取样筒1上同轴设置有阻流管13，所述阻流管13的内壁上沿着周向设置有若干个能够在水流冲击下运动的翻折片14。

优选地，阻流管13的直径均小于第一取样筒1和第二取样筒2的直径。阻流管13的外壁上设置有外螺纹。第一取样筒1和第二取样筒2下端的内壁上均设置有内螺纹，阻流管13能分别与第一取样筒1和第二取样筒2螺纹连接，从而便于阻流管13的安装和拆卸。

翻折片14呈扇形，作为优选，翻折片14的数量为4个，4个翻折片14的弧形边沿沿着阻流管13的周向内壁均匀固设，翻折片14的两侧边沿倾斜朝上。4个翻折片14之间形成有间隙16。翻折片14的材料为具有良好延展性的金属，例如铝、铜。

在向第一取样筒1内排入空气的过程中，第一取样筒1内的水向下逐渐排出，并冲击翻折片14的上表面，使翻折片14绕着翻折片14的弧形边沿向下运动，从而使任意两个相邻的翻折片14的边沿互相接触，同时间隙16逐渐减小直至消失。此时形成密闭结构，该密闭结构将阻流管13分隔成上下两个部分。阻流管13上部分与第一取样筒1的第一取样腔11连通；阻流管13下部分与第一取样筒1外的水或者土壤矿砂等水下样本接触。

当第一取样筒1内的空气流向第二取样筒2时，第一取样筒1内的空气体积减少，气压降低。在水压作用下，第一取样筒1外的水或者土壤矿砂向第一取样筒1内流动，同时冲击翻折片14的下表面，使翻折片14绕着翻折片14的弧形边沿向上运动，间隙16逐渐增大，水或者土壤矿砂流进第一取样筒1的第一取样腔11内。此外，在回收本装置的过程中，翻折片14与第一取样筒1的内壁之间用于沉积土壤矿砂，防止土壤矿砂从第一取样筒1内脱落，同时取下阻流管13即可收集到土壤矿砂，提高土壤矿砂的采集效率。

此外阻流管13能为第一取样筒1和第二取样筒2的下端增加重量，让第一取样筒1和第二取样筒2在水中下沉时更加稳定。

具体来说，所述第一取样筒1和第二取样筒2均竖直向下设置，所述第一取样筒1和第二取样筒2的上侧面分别连接有第一连接管3和第二连接管4，所述第一连接管3和第二连接管4的上端分别与第一直管51和第二直管52连接。

优选地，第一取样筒1和第二取样筒2上侧面的中部分别开设有第一连接孔12和第二连接孔22。第一连接孔12与第一取样筒1的第一取样腔11连通，第二连接孔22与第二取样筒2的第二取样腔21连通，第一连接孔12和第二连接孔22内均具有内螺纹。

第一连接管3的上端设置有第一连接端31，下端具有外螺纹。第一连接端31的外壁上具有外螺纹，第一直管51内具有内螺纹，第一连接端31螺纹连接在第一直管51内，第一连接管3的下端螺纹连接在第一连接孔12内。第二连接管4的上端设置有第二连接端41，下端具有外螺纹。第二连接端41的外壁上具有外螺纹，第二直管52内具有内螺纹，第二连接端41螺纹连接在第二直管52内，第二连接端41的下端螺纹连接在第二连接孔22内。排流管7的下端设置有第三连接端71。第三连接端71的外壁上设置有外螺纹，第三直管53内具有内螺纹，第三连接端71螺纹连接在第三直管53内。该结构方便第一连接管3和第二连接管4的安装和拆卸。

第一连接管3和第二连接管4的材料采用钢管，有助于提高第一取样筒1和第二取样筒2的稳定性；第一连接管3和第二连接管4均呈弧形，有助于空气或者水在第一连接管3和第二连接管4稳定流动。第一连接端31、第二连接端41和第三连接端71的材料采用软铁，软铁有助于提高电磁铁组件的磁场强度，并且在关闭电磁铁组件后软铁的磁场能及时消失。

具体来说，所述第一直管51和第二直管52相对的端部上分别同轴固连有第一锥形管511和第二锥形管521，所述第一锥形管511与第一直管51固连的端口小，另一端口大，第二锥形管521与第二直管52固连的端口小，另一端口大，所述第一锥形管511和第二锥形管521的两个大端口之间连接有弧形板54，所述容纳腔55由第一锥形管511、第二锥形管521、弧形板54和第三直管53之间形成，当任一组电磁铁组件驱动活动球6运动时，活动球6的外表面能够与第一锥形管511的内壁或者第二锥形管521的内壁或者第三直管53的端口接触。

容纳腔55与第一直管51、第二直管52和第三直管53互相连通。活动球6呈圆球状，材料采用软铁。活动球6的直径均大于第一锥形管511和第二锥形管512小端口的直径。活动球6的外壁上设置有第三橡胶层61。第一锥形管511和第二锥形管521的内壁上沿着周向分别设置有第一橡胶层512和第二橡胶层522。

活动球6在不受到电磁铁组件的作用下，由于重力作用，活动球6一般位于弧形板54上。当启动位于第二直管52上的电磁铁组件时，活动球6沿着第二锥形管521的内壁靠近第二直管52，由于活动球6受到电磁铁组件的影响，始终具有向电磁铁组件运动的趋势，从而使活动球6上的第三橡胶层61与第二锥形管521内壁上的第二橡胶层522互相接触，进而将第二直管52封堵。当关闭位于第二直管52上的电磁铁组件，启动位于第三直管53上的电磁铁组件时，活动球6从第二锥形管521的内壁上脱离并靠近第三直管53，并使活动球6上的第三橡胶层61与第三直管53的端口接触，从而将第三直管53端部封堵。

具体来说，第一组所述电磁铁组件包括第一封板561，所述第一封板561固设在第一直管51的内壁上，所述第一封板561上开设有第一通槽562，所述第一直管51的外壁上环绕设置有第一线圈绕组56；

第二组所述电磁铁组件包括第二封板571，所述第二封板571固设在第二直管52的内壁上，所述第二封板571上开设有第二通槽572，所述第二直管52的外壁上环绕设置有第二线圈绕组57；

第三组所述电磁铁组件包括第三封板581，所述第三封板581固设在第三直管53的内壁上，所述第三封板581上开设有第三通槽582，所述第三直管53的外壁上环绕设置有第三线圈绕组58；

所述第一线圈绕组56、第二线圈绕组57和第三线圈绕组58电连接有蓄电池91，所述蓄电池91上电连接有控制器9。

优选地，第一封板561、第二封板571和第三封板581的材料均采用软铁，在开启电磁铁组件时有助于提高磁场强度，并在关闭电磁铁组件后，磁场及时消失。控制器9为单片机。

当第一线圈绕组56通电时，第一线圈绕组56产生磁场，并由第一连接端31和第一封板561增强磁场强度，从而驱动活动球6沿着第一锥形管511的内壁朝第一封板561靠近，并使得活动球6上的第三橡胶层61与第一锥形管511内壁上的第一橡胶层512接触，从而将第一直管51封堵。

当第二线圈绕组57通电时，第二线圈绕组57产生磁场，并由第二连接端41和第二封板571增强磁场强度，从而驱动活动球6沿着第二锥形管512的内壁朝第二封板581靠近，并使得活动球6上的第三橡胶层61与第二锥形管521内壁上的第二橡胶层522接触，从而将第二直管52封堵。

当第三线圈绕组58通电时，第三线圈绕组58产生磁场，并由第三连接端71和第三封板581增强磁场强度，从而驱动活动球6朝第三封板581靠近，并使得活动球6上的第三橡胶层61与第三直管53的端口边沿接触接触，从而将第三直管53封堵。

第一通槽562、第二通槽572和第三通槽582的设置有助于空气或者水的流动。

参照图1、图4、图5和图6，具体来说，所述阻流管13上设置有若干块能够阻挡翻折片14向下运动的挡板15。

优选地，挡板15倾斜向上地固设在翻折片14的内壁上，挡板15位于翻折片14的下方。挡板15的数量为4块。4块挡板15分别与4个翻折片14一一对应。当水冲击翻折片14时，在翻折片14绕着翻折片14的弧形边沿向下运动到相对应的挡板15上时，间隙16逐渐减小直至消失，此时任意两个相邻的翻折片14的边沿互相接触，从而形成密闭结构。

具体来说，所述翻折片14上设置有第四橡胶层17。

优选地，第四橡胶层17设置在翻折片14的两侧边沿上。在翻折片14绕着翻折片14的弧形边沿向下运动到相对应的挡板15上时，间隙16消失，任意两个相邻的翻折片14上的第四橡胶层17互相接触，从而提高密封效果。

具体来说，所述充气机构包括：空气压缩机8，所述空气压缩机8的输出端与排流管7连接，所述空气压缩机8的输出端上设置有第二截止阀81。

空气压缩机8能提供具有高压的空气，从而能够将第一取样筒1或者第二取样筒2内的水排出。第二截止阀81可以避免水进入空气压缩机8内。

一种利用该水下样本采集装置的采集方法，包括以下步骤：

步骤1：开启第一截止阀72，关闭第二截止阀81；

步骤2：通过排流管7将本装置立在水体的底部上，在此过程中，水分别穿过第一取样筒1和第二取样筒2，并通过第一截止阀72排出；

步骤3：控制器9向蓄电池91发送电信号，使第二线圈绕组57通电，活动球6在第二封板571的吸引下与第二锥形管521的内壁接触，从而封堵住第二直管52；

步骤3：关闭第一截止阀72，开启第二截止阀81；

步骤4：开启空气压缩机8，空气压缩机8产生的空气依次通过排流管7、第三直管53、第一直管51和第一连接管3流进第一取样筒1内，同时将第一取样筒1内的水排出；

步骤5：水从第一取样筒1内排出的过程中，带动翻折片14向下运动并形成封闭结构；

步骤6：关闭第二截止阀81和空气压缩机8；

步骤7：控制器9分别向第三线圈绕组58和第二线圈绕组57发送电信号，使第三线圈绕组58通电，第二线圈绕组57断电，活动球6在第三封板581的吸引下将第三直管53封堵住，此时第二直管52与第一直管51连通；

步骤8：第一取样筒1内的空气依次通过第一连接管3、第一直管51、第二直管52和第二连接管流进第二取样筒2内，并将第二取样筒2内的水排出，同时随着第一取样筒1内的空气体积减小，水体底部的水下样本打开翻折片14流进第一取样筒1内；

步骤9：打开第一截止阀72，控制器9向第三线圈绕组58发送电信号，使第三线圈绕组58断电，活动球6在重力作用下脱离第三直管53，运动至弧形板54上，此时第一直管51、第二直管52和第三直管53均互相连通；

步骤10：第一取样筒1和第二取样筒2内的空气通过第一截止阀72排出，随着第一取样筒1和第二取样筒2内的空气体积减少，水体底部的水下样本分别进入第一取样筒1和第二取样筒2内；

步骤11：关闭第一截止阀72，并通过排流管7回收本装置。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。