一种新型无扰动海洋沉积物取样刀头

本发明涉及海洋沉积物取样领域，具体涉及一种新型无扰动海洋沉积物取样刀头。

背景技术：

1、现有的海洋柱状沉积物取样器的取样刀头大多采用弹簧花瓣式刀头，在触底前花瓣始终处于闭合状态，在沉积物挤压下才能把花瓣冲开，不仅对沉积物进样产生阻力，降低了进样率，减小了取样长度，同时还对沉积物产生很大的扰动，破坏沉积物样品原始沉积层序和微结构，影响采样质量及后续样品的分析。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明提供一种新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其能够在最大限度地保护沉积物样品原始层序和结构的基础上提高进样率和样品采集质量。

2、为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案进行：

3、一种新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其包括：

4、内圆柱和外圆柱，所述外圆柱和所述内圆柱均为中空柱状结构，且所述外圆柱套设在所述内圆柱的外周面；以及，

5、耦合运动连接的翻转杠杆组件和花瓣组件，所述翻转杠杆组件和所述花瓣组件活动连接在所述外圆柱和所述内圆柱的连接处，所述翻转杠杆组件由多个矩形折板构成，所述花瓣组件由多个叶瓣构成，其中，

6、所述翻转杠杆组件的第一轴承安放于第一槽组中的第一方槽；所述翻转杠杆组件中的第二矩形板卡入花瓣组件中的第五凹槽中，当翻转杠杆组件中的第一矩形板受到向上的力时，花瓣组件中的第一叶片卡入第三槽组中，第一叶片相切于内圆柱第一圆柱段通孔内壁，花瓣组件张开，当翻转杠杆组件中的第一矩形板受到向下的力时，翻转杠杆组件中第一矩形板以第一轴承为支点通过第二矩形板撬动花瓣组件中的第一叶片，花瓣组件闭合，且花瓣组件闭合的孔径等于第一圆柱段通孔的内径。

7、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述内圆柱由上部的第一圆柱段通孔和下部的第一倒圆锥段通孔构成，所述第一圆柱段通孔内径等于第一倒圆锥段通孔内径，所述第一倒圆锥段通孔上部设有第一凹槽；

8、所述外圆柱由第二圆柱段通孔和底部第一凸起构成，所述外圆柱第二圆柱段通孔内径等于所述内圆柱上部的第一圆柱段通孔外径，所述外圆柱第二圆柱段通孔外径等于所述内圆柱下部的第一倒圆锥段通孔大径，所述第一凸起位于第二圆柱段通孔底部，第一凸起的形状大小与所述内圆柱下部的第一倒圆锥段通孔上部的第一凹槽相匹配。

9、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述第一圆柱段通孔下部孔壁沿径向设有第一壁孔组、第一槽组、第二槽组和第三槽组，所述第一壁孔组为从外壁穿透内壁的凸字形壁孔，凸字形壁孔上方矩形宽度大于翻转杠杆组件宽度，凸字形壁孔上方矩形高度为第一圆柱段通孔内径的六分之一，凸字形壁孔下方矩形宽度小于花瓣组件轴承长度，凸字形壁孔下方矩形的高度为第一圆柱段通孔内径的四分之一，第一壁孔组为沿经向均布的多个凸字形壁孔。

10、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述第一槽组位于第一壁孔组顶部上方矩形顶部两侧，其为“┐”型第一折槽，所述第一折槽弧长小于翻转杠杆组件轴承长度，所述第一折槽由第一折槽开口和第一方槽构成，第一折槽开口穿透第一圆柱段通孔内壁与第一方槽连通，第一方槽位于第一圆柱段通孔下部内壁与外壁之间，第一方槽的宽度小于第一圆柱段通孔壁厚，且与第一圆柱段通孔内壁的距离小于与第一圆柱段通孔外壁的距离，第一槽组为沿经向均布的多个第一折槽。

11、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述第二槽组位于第一壁孔组顶部下方矩形底部两侧，其为“┌”型第二折槽，所述第二折槽弧长略小于花瓣组件轴承长度，所述第二折槽由第二折槽开口和第二方槽构成，第二折槽开口穿透第一圆柱段通孔内壁与第二方槽连通，第二方槽位于第二圆柱段通孔下部内壁与外壁之间，第一方槽的宽度略小于第一圆柱段通孔壁厚，且与第一圆柱段通孔内壁的距离大于与第一圆柱段通孔外壁的距离，第二槽组为沿经向均布的多个第二折槽。

12、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述第三槽组设置于第一圆柱段通孔下部内壁，其具有由多个三角形凹槽组成的第一凹槽组，所述第一凹槽组由位于凸字形壁孔上方的等腰三角形第二凹槽、位于凸字形壁孔上部矩形两侧的直角三角形第三凹槽和位于凸字形壁孔下部矩形两侧的直角三角形第四凹槽构成，第三槽组为沿经向均布的多个第一凹槽组。

13、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述第二圆柱段通孔孔壁沿径向设有第二壁孔组，第二壁孔组为矩形形状的第一方形壁孔，所述第一方形壁孔的宽等于凸字形壁孔上方矩形的宽，第一方形壁孔的高为凸字形壁孔上方矩形高度的1.5倍，第二壁孔组为沿经向均布的多个第一方形壁孔，第二壁孔组与第一壁孔组沿轴向对齐，第二壁孔组顶部与第一圆柱段通孔顶部的距离小于第一壁孔组顶部与第一圆柱段通孔顶部的距离。

14、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述矩形折板由较长的第一矩形板、较短的第二矩形板和第一轴承构成，所述第一矩形板和第二矩形板连为一体且成一定夹角，所述第一轴承位于矩形折板转折处的两侧，所述第一轴承为圆柱，所述第一矩形板顶部设有斜口弧形凹槽。

15、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述叶瓣由第一叶片、第一卡板、第五凹槽和第二轴承构成，所述第一叶片与第一卡板连为一体，所述第二轴承位于第一叶片与第一卡板连接处的两侧，所述第二轴承主要特征为圆柱，第五凹槽位于第一叶片与第一卡板之间，所述第一卡板宽度小于内圆柱凸字形壁孔下部矩形宽度，所述第一叶片为扇形，其半径小于第一圆柱段通孔的半径，其圆心角小于360度除以叶瓣的个数，所述第一叶片底面平直，其厚度从第二轴承处往第一叶片扇形圆心处由厚变薄，所述第一叶片靠近第二轴承处两侧厚度减薄。

16、如上所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，进一步的，所述第一圆柱段通孔下部第二槽组中的第二折槽和花瓣组件中的叶瓣数量对应设置，所述花瓣组件中的第二轴承安放于第二折槽中的第二方槽；所述第一圆柱段通孔下部第一槽组中的第一折槽和翻转杠杆组件的矩形折板的数量对应设置。

17、本发明与现有技术相比，其有益效果在于：在取样器向下运动时，利用水流、沉积物对翻转杠杆向上的力卡住花瓣，保持花瓣在整个取样过程始终是张开的状态，在取样器取样完成开始往上提的时候，利用沉积物对翻转杠杆有向下的作用力，以翻转杠杆的轴承为支点，撬动花瓣，使花瓣闭合。因此刀头利用水流、沉积物等产生的天然阻力，通过翻转杠杆和花瓣的联动，保证整个取样过程花瓣始终是张开状态且紧贴内壁，能够有效解决弹性花瓣对沉积物进样产生扰动和阻力的问题，在提刀时借助沉积阻力及翻转杠杆的作用可以保证花瓣能及时关闭，在有效封堵沉积物样品泄漏的同时，提高取样效率、减少花瓣对沉积物的扰动，提高采样质量。

技术特征：

1.一种新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述内圆柱(1)由上部的第一圆柱段通孔(101)和下部的第一倒圆锥段通孔(102)构成，所述第一圆柱段通孔(101)内径等于第一倒圆锥段通孔(102)内径，所述第一倒圆锥段通孔(102)上部设有第一凹槽(109)；

3.根据权利要求1所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述第一圆柱段通孔(101)下部孔壁沿径向设有第一壁孔组、第一槽组、第二槽组和第三槽组，所述第一壁孔组为从外壁穿透内壁的凸字形壁孔(105)，凸字形壁孔(105)上方矩形宽度大于翻转杠杆组件(3)宽度，凸字形壁孔(105)上方矩形高度为第一圆柱段通孔(101)内径的六分之一，凸字形壁孔(105)下方矩形宽度小于花瓣组件(4)轴承长度，凸字形壁孔(105)下方矩形的高度为第一圆柱段通孔(101)内径的四分之一，第一壁孔组为沿经向均布的多个凸字形壁孔(105)。

4.根据权利要求3所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述第一槽组位于第一壁孔组顶部上方矩形顶部两侧，其为“┐”型第一折槽，所述第一折槽弧长小于翻转杠杆组件(3)轴承长度，所述第一折槽由第一折槽开口(103)和第一方槽(104)构成，第一折槽开口(103)穿透第一圆柱段通孔(101)内壁与第一方槽(104)连通，第一方槽(104)位于第一圆柱段通孔(101)下部内壁与外壁之间，第一方槽(104)的宽度小于第一圆柱段通孔(101)壁厚，且与第一圆柱段通孔(101)内壁的距离小于与第一圆柱段通孔(101)外壁的距离，第一槽组为沿经向均布的多个第一折槽。

5.根据权利要求4所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述第二槽组位于第一壁孔组顶部下方矩形底部两侧，其为“┌”型第二折槽，所述第二折槽弧长略小于花瓣组件(4)轴承长度，所述第二折槽由第二折槽开口(107)和第二方槽(108)构成，第二折槽开口(107)穿透第一圆柱段通孔(101)内壁与第二方槽(108)连通，第二方槽(108)位于第二圆柱段通孔(201)下部内壁与外壁之间，第一方槽(104)的宽度略小于第一圆柱段通孔(101)壁厚，且与第一圆柱段通孔(101)内壁的距离大于与第一圆柱段通孔(101)外壁的距离，第二槽组为沿经向均布的多个第二折槽。

6.根据权利要求5所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述第三槽组设置于第一圆柱段通孔(101)下部内壁，其具有由多个三角形凹槽组成的第一凹槽组，所述第一凹槽组由位于凸字形壁孔(105)上方的等腰三角形第二凹槽(106)、位于凸字形壁孔(105)上部矩形两侧的直角三角形第三凹槽(112)和位于凸字形壁孔(105)下部矩形两侧的直角三角形第四凹槽(113)构成，第三槽组为沿经向均布的多个第一凹槽组。

7.根据权利要求6所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述第二圆柱段通孔(201)孔壁沿径向设有第二壁孔组，第二壁孔组为矩形形状的第一方形壁孔(202)，所述第一方形壁孔(202)的宽等于凸字形壁孔(105)上方矩形的宽，第一方形壁孔(202)的高为凸字形壁孔(105)上方矩形高度的1.5倍，第二壁孔组为沿经向均布的多个第一方形壁孔(202)，第二壁孔组与第一壁孔组沿轴向对齐，第二壁孔组顶部与第一圆柱段通孔(101)顶部的距离小于第一壁孔组顶部与第一圆柱段通孔(101)顶部的距离。

8.根据权利要求7所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述矩形折板由较长的第一矩形板(302)、较短的第二矩形板(303)和第一轴承(304)构成，所述第一矩形板(302)和第二矩形板(303)连为一体且成一定夹角，所述第一轴承(304)位于矩形折板转折处的两侧，所述第一轴承(304)为圆柱，所述第一矩形板(302)顶部设有斜口弧形凹槽(301)。

9.根据权利要求8所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述叶瓣由第一叶片(401)、第一卡板(402)、第五凹槽(403)和第二轴承(404)构成，所述第一叶片(401)与第一卡板(402)连为一体，所述第二轴承(404)位于第一叶片(401)与第一卡板(402)连接处的两侧，所述第二轴承(404)主要特征为圆柱，第五凹槽(403)位于第一叶片(401)与第一卡板(402)之间，所述第一卡板(402)宽度小于内圆柱(1)凸字形壁孔(105)下部矩形宽度，所述第一叶片(401)为扇形，其半径小于第一圆柱段通孔(101)的半径，其圆心角小于360度除以叶瓣的个数，所述第一叶片(401)底面平直，其厚度从第二轴承(404)处往第一叶片(401)扇形圆心处由厚变薄，所述第一叶片(401)靠近第二轴承(404)处两侧厚度减薄。

10.根据权利要求9所述的新型无扰动海洋沉积物取样刀头，其特征在于，所述第一圆柱段通孔(101)下部第二槽组中的第二折槽和花瓣组件(4)中的叶瓣数量对应设置，所述花瓣组件(4)中的第二轴承(404)安放于第二折槽中的第二方槽(108)；所述第一圆柱段通孔(101)下部第一槽组中的第一折槽和翻转杠杆组件(3)的矩形折板的数量对应设置。

技术总结
本发明公开了一种新型无扰动海洋沉积物取样刀头，包括外圆柱、内圆柱、翻转杠杆组件和花瓣组件，在取样器向下运动时，利用水流、沉积物对翻转杠杆向上的力卡住花瓣，保持花瓣在整个取样过程始终是张开的状态，在取样器取样完成开始往上提的时候，利用沉积物对翻转杠杆有向下的作用力，撬动花瓣，使花瓣闭合。本发明的刀头，利用水流、沉积物等产生的天然阻力，通过翻转杠杆和花瓣的联动，保证整个取样过程花瓣始终是张开状态且紧贴内壁，能够有效解决弹性花瓣对沉积物进样产生扰动和阻力的问题，在提刀时借助沉积物阻力及翻转杠杆的作用可以保证花瓣能及时关闭，在有效封堵沉积物样品泄漏的同时提高取样效率、减少花瓣对沉积物的扰动。

技术研发人员：钟福昌,向荣,徐珂,杨艺萍,李先鹏,余凌晖,杨舟,戚永锋,邢焕林,钟宛宣,杨英,毛华斌,严圣甫
受保护的技术使用者：中国科学院南海海洋研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12