水体底泥采样装置及采样方法与流程

1.本发明涉及淤泥采样装置技术领域，具体地说是一种水体底泥采样装置及采样方法。


背景技术：

2.底泥采样是指为了研究排入水体的污染物在底泥中的积累、分布、转化和迁移的规律，需要采集的底泥样品，能实现对水体的全方位监测和保护。现有采集底泥的装置一般是由采样抓斗和拉绳组成的污泥采样器，使用时需将抓斗打开投入到指定水域的底部位置处，然后通过抓斗的闭合抓取底泥并提出水面作为采集的样品，在实际使用过程中污泥采样器的抓斗张开时的入水阻力较大，由于底泥的含水量较多、流动性较大，抓斗闭合时很容易将底泥打散，很难实现对底泥样品的采集，给底泥采样操作带来了不同程度的麻烦。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种水体底泥采样装置及采样方法，由同轴心设置的内筒、外筒和钻头体组成，相比于传统的抓斗污泥采样器，其入水的阻力更小，能实现对底泥的有效收集，解决了现有技术中的问题。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种水体底泥采样装置，包括有同轴心设置的钻头体、内筒和外筒，其中内筒和外筒的底部安装有连接筒，连接筒和钻头体之间设有旋转开合装置，外筒能带动内筒及钻头体同步转动，所述钻头体包括底部圆周布置的若干个钻尖，若干个钻尖之间设有钻头腔，各钻尖均包括有弧形切削面和竖直面，在各钻尖内周面上均铰接安装有翻转挡板，翻转挡板的一端穿出竖直面并设有翻转斜面，翻转挡板能转动到钻头腔内，所述外筒套装在内筒的外周，内筒和外筒的上部之间安装有转动把手，转动把手的端部设有锁紧螺柱及定位柱，定位柱的直径大于锁紧螺柱的直径，在内筒上开设有与锁紧螺柱相配合螺纹孔，外筒上开设有与定位柱相配合的定位通孔，在连接筒上端面上设有定位环，定位环上开设有锁定孔，定位环的外周设有圆周布置的若干个定位圆柱，在内筒的底部开设有与定位环相配合的定位环槽，定位环槽内安装有与锁定孔相配合的锁定螺栓，外筒的底部开设有与定位圆柱相配合的定位圆孔，内筒、外筒和连接筒能同步转动，所述内筒透明设置，在内筒的侧壁上开设有沿长度方向布置的长条槽，长条槽内配合安装有橡胶条，其中橡胶条的两侧均设有定位凸棱，长条槽上开设有与定位凸棱相配合的定位凹槽，所述旋转开合装置包括有安装在连接筒底部的第一圆环板以及安装在钻头体顶部的第二圆环板，第一圆环板上开设有圆周布置的若干个第一导向槽，对应于第一导向槽的位置在第二圆环板上开设有第二导向槽，第一导向槽和第二导向槽的旋向相反，在各对应的第一导向槽和第二导向槽之间均安装有可以转动的开合板，开合板的上端面上安装有与第一导向槽相配合的长条块，开合板的下端面上安装有与第二导向槽相配合的导向柱，导向柱伸出第二导向槽的端部还安装有限位板，各开合板的端部均设有角状板，第一圆环板相对第二圆环板转动时，所有开合板的角状板能转动至同一点位置处，并将
第一圆环板和第二圆环板之间的圆形腔封堵，所有角状板的角度之和是360度。所述内筒和外筒的上部之间安装有密封圈。所述钻头体的底部设有圆周布置的四个钻尖。所述钻头体的顶部安装有圆周布置的若干个第一定位柱，第二圆环板的底部安装有与第一定位柱相对应设置的第二定位柱，在第一定位柱上安装有限位凸柱，第二定位柱底部开设有与限位凸柱相配合的限位槽，第一定位柱和第二定位柱相对接的位置处均设有凸沿，在钻头体上通过转轴安装有两根卡箍带，各卡箍带的内周面上均开设有与凸沿相配合的卡槽，两根卡箍带的另一端处配合安装有连接螺栓。所述第一圆环板上开设有圆周布置的十二个第一导向槽，第二圆环板上开设有圆周布置的十二个第二导向槽，各开合板上角状板的角度为30度，开合板在转动过程中不会伸出第一圆环板和第二圆环板的外周。所述外筒和旋转开合装置之间设有相对转动锁定机构，相对转动锁定机构包括有开设在外筒内壁上的两个竖孔，各竖孔内均配合安装有插柱，插柱的上端之间设有连接杆，插柱的底部穿出外筒、连接筒和第一圆环板，在第二圆环板上开设有与插柱相配合的两个第一插孔和两个第二插孔，在竖孔内还安装有拉簧，拉簧始终有使插柱进入到插孔内的趋势，当插柱位于第一插孔内时，第一圆环板和第二圆环板相对固定，开合板处于转动打开的状态，当插柱位于第二插孔内时，第一圆环板和第二圆环板相对固定，开合板处于转动闭合的状态。所述第一插孔和第二插孔之间的第二圆环板上开设有弧形浅槽，插柱伸出第一圆环板的一端套装有卡圈，卡圈上移至第一圆环板的底部位置时，插柱位于弧形浅槽内。使用水体底泥采样装置进行底泥采样的方法，包括下述步骤：
①
将旋转开合装置呈打开状态的水体底泥采样装置伸入到指定水域内；
②
待钻头体下移至与底泥相接触时，旋转转动把手让钻头体钻孔下移；
③
等步骤
②
中水体底泥采样装置的内筒下移至底泥内的设定采样深度后，将旋转开合装置关闭；
④
旋转开合装置完全关闭后，将水体底泥采样装置从采样水域中向上提出；
⑤
水体底泥采样装置完全脱离出水后，将转动把手从内筒上进行拆除，并将外筒从连接筒上拆下。在步骤
④
和步骤
⑤
之间还包括有下述操作：钻头体提出底泥后，在水中将钻头体拆除，并使用密封套筒套装在旋转开合装置和连接筒的外周；在步骤
⑤
之后还包括有下述操作：露出透明的内筒后，使用注射器扎入橡胶条内往外抽取多余水分，直到液面与底泥的高度位置相齐平。
5.本发明的积极效果在于：本发明所述的一种水体底泥采样装置，包括有同轴心设置的内筒、外筒和钻头体，外筒能带动内筒和钻头体同步转动，钻头体可以伸入到底泥内，随着不断的转动使整体采样装置下移，让底泥进入到筒内，之后反方向转动外筒能带动旋转开合装置将内筒和外筒的底部进行封堵，在采样装置提升过程中避免底泥的外漏，相比于传统的抓斗污泥采样器，入水的阻力更小，且不会将采样的底泥打散，实现底泥有效收集的同时还不会将底泥内部的各成分打乱，以便于进行后续的检测，也提升了整个底泥采集操作的效率。
附图说明
6.图1是本发明的结构示意图；
7.图2是图1的俯视图；
8.图3是图2中a-a向剖视图；
9.图4是图1中b-b向剖视图的放大视图；
10.图5是图3中i的局部放大视图；
11.图6是图1中c-c向剖视图的放大视图；
12.图7是连接筒的结构示意图；
13.图8是本发明去除内筒、外筒及连接筒的结构示意图；
14.图9是旋转开合装置的俯视图；
15.图10是旋转开合装置去除掉第一圆环板后的结构示意图；
16.图11是图10中d-d向剖视图的放大视图；
17.图12是旋转开合装置中开合板转动至封闭时的状态示意图；
18.图13是图12中去除掉第一圆环板后的结构示意图；
19.图14是旋转开合装置的仰视图；
20.图15是图14中e-e向剖视图的放大视图；
21.图16是外筒和旋转开合装置之间安装相对转动锁定机构的结构示意图；
22.图17是图16中f-f向剖视图的放大视图；
23.图18是图17中结构的插柱进入到第二插孔内的状态示意图；
24.图19是图16中ii的局部放大视图；
25.图20是使用密封套筒套装在连接筒外周的结构示意图。
具体实施方式
26.本发明所述的一种水体底泥采样装置，如图1-3所示，包括有同轴心设置的钻头体1、内筒2和外筒3，其中内筒2和外筒3的底部安装有连接筒4，连接筒4和钻头体1之间设有旋转开合装置5，外筒3能带动内筒2及钻头体1同步转动，以实现整体采样装置在底泥内的下移伸入，使底泥进入到内筒2的内腔中，需要将采样装置将底泥提出水面时，反向转动能让旋转开合装置5将内筒2的底部进行封堵，避免提升过程中采样底泥发生泄漏。
27.如图4所示，所述钻头体1包括底部圆周布置的若干个钻尖10，若干个钻尖10之间设有钻头腔15，钻头腔15与内筒2的内腔相联通。各钻尖10均包括有弧形切削面11和竖直面12，弧形切削面11上设置切削刃，当弧形切削面11在竖直面12的前侧进行旋转时，钻头体1能在底泥上钻孔下移伸入，而当进行反向旋转时，也就是竖直面12在弧形切削面11的前侧进行旋转，由于竖直面12与底泥之间的阻挡，钻头体1很难进行转动。
28.在各钻尖10内周面上均铰接安装有翻转挡板13，翻转挡板13的一端穿出竖直面12并设有翻转斜面14，当弧形切削面11在前进行旋转时，翻转挡板13贴紧在钻尖10的内周面上，不会影响钻头体1的正常转动，当竖直面12在前进行旋转时，由于翻转斜面14的存在，翻转挡板13会转动到钻头腔15内，进一步增加与底泥之间的接触面积，防止伸入到底泥中的钻头体1反向转动。
29.所述外筒3套装在内筒2的外周，内筒2和外筒3的上部之间安装有转动把手6，如图5所示，转动把手6的端部设有锁紧螺柱60及定位柱61，定位柱61的直径大于锁紧螺柱60的直径，在内筒2上开设有与锁紧螺柱60相配合螺纹孔20，外筒3上开设有与定位柱61相配合的定位通孔30。将转动把手6插入到定位通孔30内，使锁紧螺柱60旋转上紧在螺纹孔20内，同时定位柱61也位于定位通孔30内，实现对转动把手6的定位安装，在旋转转动把手6时，内筒2和外筒3可以进行同步转动。
30.为实现内筒2和外筒3在连接筒4上的安装，如图6和图7所示，在连接筒4上端面上
设有定位环40，定位环40上开设有锁定孔41，定位环40的外周设有圆周布置的若干个定位圆柱42，在内筒2的底部开设有与定位环40相配合的定位环槽21，定位环槽21内安装有与锁定孔41相配合的锁定螺栓22，外筒3的底部开设有与定位圆柱42相配合的定位圆孔31，通过上述结构实现内筒2和外筒3在连接筒4上的固定安装，让内筒2、外筒3和连接筒4能同步转动。
31.所述水体底泥采样装置在底泥进入到内筒2中之后，也就是底泥采集完毕后会进行提升，为了将内筒2的底部进行封堵，在连接筒4和钻头体1之间安装有旋转开合装置5。如图8-10所示，所述旋转开合装置5包括有安装在连接筒4底部的第一圆环板51以及安装在钻头体1顶部的第二圆环板52，第一圆环板51上开设有圆周布置的若干个第一导向槽511，对应于第一导向槽511的位置在第二圆环板52上开设有第二导向槽521，第一导向槽511和第二导向槽521的旋向相反。在各对应的第一导向槽511和第二导向槽521之间均安装有可以转动的开合板53，开合板53的上端面上安装有与第一导向槽511相配合的长条块531，开合板53的下端面上安装有与第二导向槽521相配合的导向柱532，如图11所示，导向柱532伸出第二导向槽521的端部还安装有限位板533。各开合板53的端部均设有角状板534，第一圆环板51相对第二圆环板52转动时，所有开合板53的角状板534能转动至同一点位置处，并将第一圆环板51和第二圆环板52之间的圆形腔封堵，所有角状板534的角度之和是360度。
32.如图9和图10所示，长条块531位于第一导向槽511的端部极限位置，导向柱532位于第二导向槽521的端部极限位置，当外筒3带动第一圆环板51在图9所示的方向上进行逆时针转动时，第一圆环板51会带动第二圆环板52进行同步转动，进而带动底部的钻头体1进行同步转动，此时是弧形切削面11在前的旋转，钻头体1可伸入到底泥内。当外筒3带动第一圆环板51在图9所示的方向上进行顺时针转动时，若钻头体1同步进行顺时针转动，则翻转挡板13转动打开阻止钻头体1的顺时针转动，同时底泥也对钻头体1的转动产生阻力，使位于底泥内的钻头体1相对静止，在第一导向槽511和第二导向槽521的导向作用下，开合板53会逐渐转动靠近，最终形成图12和图13所示的状态，所有开合板53转动靠近并将第一圆环板51和第二圆环板52之间的圆形腔封堵，收集到底泥的采样装置便能顺利提出水面。
33.当使用水体底泥采样装置时，让旋转开合装置5处于图9所示的打开状态下，将采样装置放入指定水域内，钻头体1在接触到底泥后，转动把手6在图9所示的方向上进行逆时针转动，在旋转开合装置5的带动下钻头体1同步带动，弧形切削面11在前进行转动，实现对底泥的钻孔伸入，在内筒2进入到底泥设定深度后，也就是底泥进入到了内筒2的内腔中，实现采集，之后将转动把手6进行顺时针转动，由于竖直面12和翻转挡板13的设置以及底泥对钻头体1的阻力，使钻头体1相对静止，旋转开合装置5内的开合板53转动靠近至图12所示状态，将连接筒4的底部进行封堵，从而使得内筒2中的底泥得以保留，随后将整体采样装置提出水面即可实现对底泥的采样操作，在上述过程中内筒2中的底泥不会发生泄漏等情况。外筒3外壁可设置刻度，以便于操作者观察插入底泥的深度是否合适。
34.为了在水体底泥采样装置出水之后，能对内筒2中的底泥进行有效观测，所述内筒2透明设置，在内筒2的侧壁上开设有沿长度方向布置的长条槽23，长条槽23不与内筒2的顶端或底端相联通，长条槽23内配合安装有橡胶条24，为了使安装到长条槽23内的橡胶条24保持有效的密封，在橡胶条24的两侧均设有定位凸棱25，长条槽23上开设有与定位凸棱25相配合的定位凹槽26。其中橡胶条24的设置是为了便于将内筒2中多余水分通过针筒抽出，
使液面降至与底泥高度相齐平，充分保留底泥在水域内的原有状态，以便于进行精准观测，同时抽出多余的水分能够避免水中杂质对底泥的影响。
35.进一步地，为了在入水采集底泥的过程中，保证内筒2和外筒3之间的密封性能，所述内筒2和外筒3的上部之间安装有密封圈7。
36.进一步地，为了能使钻头体1更便于在底泥内进行钻孔伸入，如图4所示，所述钻头体1的底部设有圆周布置的四个钻尖10。
37.进一步地，为了在整体采样装置提出水面之后，便于对内筒2中的底泥进行收集，所述钻头体1和旋转开合装置5之间可以进行可拆卸连接，如图14和图15所示，所述钻头体1的顶部安装有圆周布置的若干个第一定位柱16，第二圆环板52的底部安装有与第一定位柱16相对应设置的第二定位柱522，在第一定位柱16上安装有限位凸柱17，第二定位柱522底部开设有与限位凸柱17相配合的限位槽523，限位凸柱17和限位槽523的设置能使第一定位柱16和第二定位柱522对接配合时第二圆环板52不会相对钻头体1发生转动。第一定位柱16和第二定位柱522相对接的位置处均设有凸沿18，在钻头体1上通过转轴安装有两根卡箍带19，各卡箍带19的内周面上均开设有与凸沿18相配合的卡槽191，卡槽191能限制第一定位柱16和第二定位柱522的相对竖向位移，两根卡箍带19的另一端处配合安装有连接螺栓192，转动连接螺栓192能使两根卡箍带19锁紧连接，进而将所有凸沿18夹紧，以此来实现钻头体1和旋转开合装置5底部第二圆环板52之间的连接，旋转开合装置5能带动钻头体1同步转动。
38.当需要拆掉钻头体1，将内筒2中的底泥倒出时，只需转动连接螺栓192解除两根卡箍带19的连接，然后将卡箍带19以转轴为中心远离定位柱转动打开，解除对凸沿18的限位，第一定位柱16和第二定位柱522便能进行竖向分离，也就是实现钻头体1在旋转开合装置5上的拆卸。
39.进一步地，如图9、图10、图12和图13所示，所述第一圆环板51上开设有圆周布置的十二个第一导向槽511，第二圆环板52上开设有圆周布置的十二个第二导向槽521，各开合板53上角状板534的角度为30度，开合板53在转动过程中不会伸出第一圆环板51和第二圆环板52的外周。其中开合板53始终位于第一圆环板51和第二圆环板52之间能有效减少整体采样装置的横截面，降低入水过程中所受到的阻力，圆环板上也可设置10个或8个导向槽，相应的角状板534的角度则为36度或45度，以此进行递增或递减类推。
40.在使用上述底泥采样装置时，入水后只有逆时针旋转转动把手6才能带动钻头体1同步转动实现钻孔伸入，采集完毕将装置拔出水域底泥时不能对转动把手6进行转动，否则会出现底泥的泄漏，为了解决上述问题，便于进行钻孔以及后续提出的操作，所述外筒3和旋转开合装置5之间设有相对转动锁定机构，通过相对转动锁定机构来调节第一圆环板51和第二圆环板52之间的相对锁定状态。如图16和图17所示，相对转动锁定机构包括有开设在外筒3内壁上的两个竖孔70，各竖孔70内均配合安装有插柱71，插柱71的上端之间设有连接杆72，连接杆72能带动两个插柱71同步竖向升降。
41.插柱71的底部穿出外筒3、连接筒4和第一圆环板51，在第二圆环板52上开设有与插柱71相配合的两个第一插孔73和两个第二插孔74，当插柱71位于插孔内时，第一圆环板51和第二圆环板52相对固定能进行同步转动。在竖孔70内还安装有拉簧75，拉簧75始终有使插柱71进入到插孔内的趋势。当插柱71位于第一插孔73内时，如图17所示，开合板53处于
转动打开的状态，当插柱71位于第二插孔74内时，如图18所示，开合板53处于转动闭合的状态。
42.在底泥采样装置进行钻孔伸入时，插柱71位于第一插孔73内，开合板53处于转动打开的状态，底泥能进入到内筒2中，第一圆环板51和第二圆环板52相对固定能进行同步转动，只要转动把手6带动外筒3旋转，底部的钻头体1就能进行同步转动，可以通过正反向反复旋转转动把手6来实现底部钻头体1的钻孔伸入。在底泥进入到内筒2中采集完毕之后，则需要将连接杆72进行提升，使插柱71与第一插孔73相分离，此时第一圆环板51能相对第二圆环板52进行转动，开合板53能转动闭合，将内筒2的底部进行封堵，当开合板53转动至完全闭合时，松开连接杆72使插柱71在拉簧75的弹性作用下竖向下移，如图18所示，此时插柱71进入到第二插孔74内，重新实现第一圆环板51和第二圆环板52的锁定，第一圆环板51和第二圆环板52不会发生相对转动，闭合的开合板53不会在采样装置提升过程中打开，有效避免了底泥的泄漏。
43.进一步地，为了保证第一圆环板51在转动时，其上的插柱71能顺利经由第一插孔73移动至第二插孔74内，所述第一插孔73和第二插孔74之间的第二圆环板52上开设有弧形浅槽76，弧形浅槽76能对插柱71的移动产生导向作用，确保插柱71能在转动之后准确进入到插孔内。为了对插柱71竖向上移进行限位，保证在提起上移后仍能位于弧形浅槽76内，如图19所示，插柱71伸出第一圆环板51的一端套装有卡圈77，卡圈77能对插柱71的竖向上移进行限位，卡圈77上移至第一圆环板51的底部位置时，插柱71位于弧形浅槽76内。
44.使用上述水体底泥采样装置进行底泥采样的方法，包括下述步骤：
45.①
将旋转开合装置5呈打开状态的水体底泥采样装置伸入到指定水域内；
46.②
待钻头体1下移至与底泥相接触时，旋转转动把手6让钻头体1钻孔下移；
47.③
等步骤
②
中水体底泥采样装置的内筒2下移至底泥内的设定采样深度后，也就是内筒2中进入了采集所需的底泥量之后，将旋转开合装置5关闭，防止装置提出过程中底泥的泄漏；
48.④
旋转开合装置5完全关闭后，将水体底泥采样装置从采样水域中向上提出，同步将采集的底泥一同带出；
49.⑤
水体底泥采样装置完全脱离出水后，将转动把手6从内筒2上进行拆除，并将外筒3从连接筒4上拆下，露出透明的内筒2，同时内筒2中的水分会由开合板53之间的缝隙流出，待水分完全流失之后，可以观测到不含大量水分的底泥分层状态。
50.当需要对含有大量水分的底泥进行观测时，也就是充分保留底泥在水域内的原有状态，在步骤
④
和步骤
⑤
之间还包括有下述操作：钻头体1提出底泥后，在水中将钻头体1拆除，并使用密封套筒套装在旋转开合装置5和连接筒4的外周，避免内筒2中水分的流失，所述密封套筒可以为橡胶套或硅胶套，以确保其密封性能，上述操作过程可由操作人员配备潜水设备进行完成。在步骤
⑤
之后还包括有下述操作：露出透明的内筒2后，使透明的内筒2展示在检测人员的面前，使用注射器扎入橡胶条24内往外抽取多余水分，直到液面与底泥的高度位置相齐平，抽出多余的水分能够避免水中杂质对底泥的影响，提高对含水底泥观测的准确性。
51.本发明的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。