一种海底沉积物勘探柱状取样器的制作方法

1.本发明涉及海底沉积物取样器技术领域，尤其涉及一种海底沉积物勘探柱状取样器。


背景技术：

2.海底沉积物是指各种海洋沉积作用所形成的以海水为介质沉积在海底的物质的总称，对海底沉积物及其土力学性质进行研究可以为海底电缆、输油管道的铺设，石油钻井平台的设计和施工等海洋开发前期工程提供重要的科学依据，目前人们通过潜水器携带取样设备进行海底沉积物的取样，目前的取样设备结构较为简单，常见的有抓斗形，通过抓斗抓取海底沉积物进行取样，这种方式的缺点在于抓斗抓取过程中一方面会破坏海底沉积物原有的结构，不利于人们后期对不同深度的海底沉积物进行研究，另一方面抓斗在抓取后内部的沉积物容易脱落，并且在潜水器上浮过程中沉积物可能会受到海水的冲刷，不易保持完整。因此后续又出现了柱状的取样设备，通过将柱状取样设备插入海底沉积物中进行取样，可以保持不同深度的海底沉积物结构，但目前此类柱状取样设备在取样时不能实现水分与沉积物的分离，其所取样品中可能会混入较多的海水，不能满足人们多样化的分析需求。


技术实现要素：

3.鉴于此，本发明的目的在于提供一种海底沉积物勘探柱状取样器，以克服或至少部分解决现有技术所存在的上述问题。
4.为实现上述发明目的，本发明提供一种海底沉积物勘探柱状取样器，包括进样管和存样筒，所述进样管的两端均设有开口，所述存样筒中设置有存样腔，进样管右端开口与存样腔相连通，进样管的内侧壁上环绕设置有若干个凹槽，每个所述凹槽中均设置有挡板，所述挡板通过第一销轴与凹槽内侧壁转动连接，所述第一销轴的一端同轴套设有第一齿轮，所述存样筒上设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动第一齿轮转动，使得挡板可由平行于进样管轴心线转动至垂直于进样管轴心线，当挡板垂直于进样管轴心线时相邻挡板边缘依次相接，所述存样腔侧壁中由内至外依次设置有渗透层和储液层，所述渗透层中设置有半透膜，所述储液层中存储有浓度高于海水的溶液，并设置有液体浓度传感器，存样筒上设置有进液口和出液口，所述进液口输入端与第一水泵输出端相连通，其输出端与储液层相连通，所述第一水泵输入端与溶液罐相连通，所述出液口输入端与储液层相连通，其输出端与第二水泵输入端相连通，所述第二水泵输出端与混合液罐相连通，所述存样筒右端设置有用于连接机械臂的连接机构，所述第一驱动机构、液体浓度传感器、第一水泵、第二水泵、机械臂分别与控制器电连接。
5.进一步的，所述第一驱动机构包括驱动轴、第一伺服电机和第四齿轮，所述存样筒的外侧壁上设置有多个凸起部，存样筒右端设置有驱动腔，所述凸起部左端与一凹槽相连通，右端与驱动腔相连通，每个凸起部中均设置有所述驱动轴，所述第一伺服电机和第四齿
轮设置于所述驱动腔中，第一伺服电机用于驱动第四齿轮转动，所述驱动轴的左右两端分别设置有第二齿轮和第三齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮相啮合，所述第三齿轮与第四齿轮相啮合，所述第一伺服电机与控制器电连接。
6.进一步的，所述存样腔与驱动腔之间设置有过渡腔，所述过渡腔左端与存样腔右端相连通，过渡腔与存样腔连通处滑动设置有柱塞，所述柱塞右端面上设置有第一触点和弹簧，所述弹簧与过渡腔右端面相连接，过渡腔中设置有电源，所述电源与第一触点电连接，过渡腔右端面上正对第一触点处设置有第二触点，所述第二触点与第一伺服电机电连接，过渡腔外侧壁上还设有可打开的盖板。
7.进一步的，所述存样腔右侧端面上设置有测距传感器，所述测距传感器与控制器信号相连。
8.进一步的，所述凹槽内侧壁上还设置有扭簧，所述扭簧上连接有第二销轴，所述第二销轴上卷绕设置有阻水膜，所述阻水膜的一端固定连接在挡板上并覆盖挡板。
9.进一步的，所述渗透层包括外筒和内筒，所述外筒转动套设在内筒外，所述内筒上环绕设置有多个第一开口，所述外筒上环绕设置有多个第二开口，所述半透膜设置于所述第二开口中，所述存样腔右侧设置有用于驱动外筒转动的第二驱动机构。
10.进一步的，所述外筒端面上设置有圆杆，所述第二驱动机构包括第二伺服电机和连接杆，所述连接杆的一端侧面与第二伺服电机的转子相连接，另一端侧面与圆杆相连接，所述第二伺服电机与控制器电连接。
11.进一步的，所述进样管左端开口处套设有圆台形外包围。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.本发明所提供的一种海底沉积物勘探柱状取样器，在进行取样时由机械臂将取样器插入到海底沉积物中，海底沉积物通过进样管进入到存样腔中，随后第一驱动机构驱动凹槽中的挡板转动至垂直于进样管轴心线，从而封住存样腔的入口，完成取样，存样腔中的海底沉积物样品不会掉落，从而很好地保护了样品的完整性。同时存样腔中混入的海水由于渗透压的作用逐渐通过渗透层的半透膜渗透到储液层中，从而在取样的同时实现了对海底沉积物和水的分离，能够满足人们的多样化取样分析需求，提高后期分析效率。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本发明实施例提供的一种海底沉积物勘探柱状取样器截面结构示意图。
16.图2是本发明实施例提供的进样管局部结构截面示意图。
17.图3是本发明另一实施例提供的存样筒截面结构示意图。
18.图4是本发明另一实施例提供的一种海底沉积物勘探柱状取样器截面结构示意图。
19.图中，1进样管，101圆台形外包围，2存样筒，3存样腔，301渗透层，3011半透膜，3012外筒，3013内筒，3014第一开口，3015第二开口，3016圆杆，302储液层，303液体浓度传
感器，4凹槽，401挡板，402第一销轴，403第一齿轮，404第二销轴，405阻水膜，5进液口，6出液口，7第一水泵，8溶液罐，9第二水泵，10混合液罐，1101驱动轴，1102第一伺服电机，1103第四齿轮，1104第二齿轮，1105第三齿轮，12凸起部，13驱动腔，14过渡腔，1401柱塞，1402第一触点，1403电源，1404弹簧，1405第二触点，15第二伺服电机，16连接杆，17连接机构。
具体实施方式
20.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
21.参照图1，本实施例提供一种海底沉积物勘探柱状取样器，所述取样器包括进样管1和存样筒2，所述进样管1的两端均设有开口。所述存样筒2中设置有存样腔3，进样管1右端的开口与存样腔3相连通。进样管1的内侧壁上环绕设置有若干个凹槽4，每个凹槽4中均设置有挡板401，所述挡板401通过第一销轴402与凹槽4内侧壁转动连接，所述第一销轴402的一端同轴套设有第一齿轮403，同时在存样筒2上设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动第一齿轮403转动，当第一齿轮403转动时带动第一销轴402转动，使得挡板401可由平行于进样管1轴心线、收纳于凹槽4内的位置转动至垂直于进样管轴心线的位置，当挡板401垂直于进样管1轴心线时，相邻的挡板401的边缘依次相接，从而完全遮挡住由进样管1到存样腔3的连通处。所述存样腔3侧壁中由内至外依次设置有渗透层301和储液层302，所述渗透层301中设置有半透膜3011，储液层302中存储有浓度高于海水的溶液，并设置有用于监测溶液浓度的液体浓度传感器303。存样筒2上设置有进液口5和出液口6，所述进液口4输入端与第一水泵7输出端相连通，其输出端与储液层302相连通，所述第一水泵7输入端与溶液罐8相连通。所述出液口6输入端与储液层302相连通，其输出端与第二水泵9输入端相连通，所述第二水泵9输出端与混合液罐10相连通，所述存样筒2右端设置有用于连接潜水器机械臂的连接机构17。所述第一驱动机构、液体浓度传感器303、第一水泵7、第二水泵9、机械臂分别与控制器电连接。
22.本实施例中，通过潜水器将所述取样器携带至海底沉积物上方，在取样时，进样管1中的挡板401一开始收纳于凹槽4中，使得进样管1与存样腔3连通，在控制器的控制下，机械臂将所述取样器插入海底沉积物中，海底沉积物通过进样管1左端的开口一直进入到存样腔3中。取样完毕后，控制器控制第一驱动机构驱动第一齿轮403转动，从而令挡板401关闭进样管1到存样腔3之间的通道，使存样腔3内的海底沉积物样品不会脱落，潜水器上浮以便工作人员回收采集的样品。同时，存放于存样腔3中的海底沉积物样品中会带有一定量的海水，由于半透膜3011两端的海水和溶液存在浓度差，存样腔3中的水分将在渗透压的驱动下通过半透膜3011进入到储液层302中，从而在取样的同时实现对海底沉积物样品的脱水处理，进而提高样品的处理分析效率。储液层301中的溶液可以通过第二水泵9抽出排入混合液罐10，当液体浓度传感器303监测到储液层301中的溶液浓度降低时，控制器控制第一水泵7将溶液管8中的溶液泵往储液层301中，从而保持储液层301中的溶液浓度水平。
23.作为一种可选的实施方式，所述第一驱动机构包括驱动轴1101、第一伺服电机1102和第四齿轮1103，所述存样筒2的外侧壁上设置有多个内部中空的凸起部12，同时存样筒2的右端设置有驱动腔13，每个所述凸起部12的左端均与进样管1中的一个凹槽4相连通，其右端均与驱动腔13相连通，每个凸起部12中均设置有所述驱动轴1101，所述第一伺服电
机1102和第四齿轮1103设置于所述驱动腔13中，第一伺服电机1102用于驱动第四齿轮1103转动，具体的，第四齿轮1103套接在第一伺服电机1102的转子上。所述驱动轴1101的两端分别设置有第二齿轮1104和第三齿轮1105，所述第二齿轮1104与第一齿轮403相啮合，所述第三齿轮1105与第四齿轮1103相啮合，所述第一伺服电机1102与控制器电连接。
24.示例性地，在控制器的控制下，第一伺服电机1102驱动第四齿轮1103转动，第四齿轮1103驱动第三齿轮1105转动，从而依次带动第二齿轮1104、第一齿轮403转动，使得第一销轴402带动挡板401转动。第一伺服电机1102通过驱动第四齿轮1103正反转，即可实现驱动挡板401往不同方向转动。
25.作为一种可选的实施方式，所述存样腔3与驱动腔13之间设置有过渡腔14，所述过渡腔14左端与存样腔3右端相连通，过渡腔14与存样腔3的连通处滑动设置有柱塞1401，所述柱塞1401的右端面上设置有第一触点1402和弹簧1404，所述弹簧1404与过渡腔14右端面相连接，过渡腔14中设置有电源1403，所述电源1403与第一触点1402电连接，过渡腔14右端面上正对第一触点1402处设置有第二触点1405，所述第二触点1405与第一伺服电机1102电连接，同时过渡腔14外侧壁上还设有可打开的盖板(图中未示出)。
26.示例性地，在进行取样时，机械臂将所述取样器插入海底沉积物中后海底沉积物会随着插入深度的增加逐渐填充存样腔3，当存样腔3基本被填充满时，柱塞1401收到挤压会向过渡腔14方向移动，使得第一触点1402与第二触点1403相接触，电源1403与第一伺服电机1102之间形成通路，驱动挡板401关闭。本实施例中所述取样器能够在存样腔3被填满——即采集到的足够的样品时自动关闭挡板401，而无需人工判断。
27.作为另一种可选的实施方式，所述存样腔右侧端面上设置有测距传感器，所述测距传感器与控制器信号相连，测距传感器用于测量与存样腔3中的样品上端面的距离，从而根据存样腔3长度、截面面积等已知数据计算出已采集的样品体积，当控制器判断已采集的样品体积达到预设采集目标时，控制第一伺服电机1102驱动挡板401关闭，从而能够根据不同的样品采集需求实现定量取样。
28.作为本实施例一种可选的实施方式，参照图2，所述凹槽4内侧壁上还设置有扭簧(图中未示出)，所述扭簧上连接有第二销轴404，使得所述扭簧可以驱动第二销轴404转动，所述第二销轴404上卷绕有阻水膜405，所述阻水膜405的一端固定连接在挡板401上并覆盖挡板401，使得阻水膜405保持张紧状态。
29.示例性地，当挡板401关闭进样管1与存样腔3之间的通道时，阻水膜被挡板401拉长从而带动第二销轴404和扭簧转动，阻水膜405能够防止海水渗入存样腔3中，同时也能起到防止存样腔3中的样品脱出的效果。当第一驱动机构驱动挡板401回到凹槽4内时，扭簧复位从而带动第二销轴404转动，第二销轴404重新卷绕阻水膜405以调节其长度。
30.在本发明的另一个实施例中，参照图3，所述渗透层301包括外筒3012和内筒3013，所述外筒3012转动套设在内筒3013外，所述内筒3013上环绕设置有多个第一开口3014，所述外筒3012上环绕设置有多个第二开口3015，所述半透膜3011设置于第二开口3015中，所述存样腔右侧设置有用于驱动外筒3012转动的第二驱动机构。
31.本实施例中，可以根据是否对样品进行脱水的需求来调节外筒3012和内筒3013的相对位置，具体的，当需要对样品进行脱水时，第一驱动机构驱动外筒3012转动，使得第二开口3015与第一开口3014对准，露出第二开口3015中的半透膜3011，使得存样腔3中样品所
带有的水分能在渗透压作用下通过半透膜3011进入储液层301。当不需要对样品进行脱水时，第一驱动机构驱动外筒3012转动，使得第二开口3015被内筒3013的侧壁遮挡，此时半透膜3011接触不到样品，能够保持样品中的水分。本实施例所提供的取样器可以根据取样需求设置是否对样品进行脱水处理，使其能够应用于不同的场景。
32.参照图4，所述外筒3012端面上设置有圆杆3016，所述第二驱动机构包括第二伺服电机15和连接杆16，所述连接杆16的一端侧面与第二伺服电机15的转子相连接，另一端侧面与圆杆3016相连接，所述第二伺服电机15与控制器电连接。在控制器的控制下，第二伺服电机15通过驱动转子正反转一定角度，可以通过连接杆16和圆杆3016带动外筒3012转动一定角度，从而露出或隐藏第二开口3015。
33.另外，所述进样管1左端开口处套设有圆台形外包围101。所述圆台形外包围101能够减少所述取样器在插入海底沉积物时所受到的阻力，便于采集更深的海底沉积物样本。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。