直线共振式冰下海底沉积物取样器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明设计用于冰下海底表层钻进以便取得沉积物样品的设备，尤其是涉及一种直线共振式冰下海底沉积物取样器。
【背景技术】
[0002]冰下海底沉积物蕴藏大量关键性地质信息，如冰架漂移参考、冰下微生物生命形态等重要信息，尤其是冰下湖封闭水体内沉积物还包含古气候、古微生物等珍贵的原始信息。目前冰下海底环境的探索尚处于起步阶段，仅为数不多的科研机构通过特殊的设备获得了冰下沉积物样品，如英国南极调查局在南极使用的3m小直径锤击式沉积物取样器及Im重力取样器等。冰下沉积物取样难以开展的原因主要存在于以下几个方面:(I)冰层上先导孔尺寸较小，常规取样器难以通过；(2)先导孔再结冻速度快，工作时间受限；(3)作用距离较远，难以实现精确控制；(4)需尽量避免样品被大范围扰动及压实现象的出现。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有冰下沉积物取样器存在的上述技术问题，而提供一种直线共振式冰下海底沉积物取样器，本发明能实现径向尺寸小、取样效率高、样品径向压实度低、操作简便等特性，以应对需通过尺寸受限先导孔的海底沉积物取样情况，尤其适用于冰层下的海底沉积物取样工况。
[0004]本发明是由共振振动机构和取样存储机构组成，所述的共振振动机构包括有电缆接线机构、高压密封舱和共振振动器；
[0005]所述的电缆接线机构是由铠装电缆、外铠连接器和接线端连接板组成，外铠连接器连接铠装电缆的外铠并分离出内部电缆芯线，内部电缆芯线经由高压防水接头通入密封内部，外铠连接器通过带孔销与接线端连接板形成铰链联接，接线端连接板通过双头螺柱及六角螺母与密封舱上端盖连接；
[0006]所述的高压密封舱是由密封舱上端盖、密封舱外筒和密封舱下端盖组成，密封舱上端盖和密封舱下端盖通过六角螺栓连接到密封舱外筒的上下端，其间分别安装有密封垫片;
[0007]所述的共振振动器是由振动器上板、阶梯轴、套筒、振动电机、振动器中间板和振动器下板组成，振动器上板、振动器中间板和振动器下板通过阶梯轴和套筒连接成三层结构，并通过阶梯轴两端安装圆螺母紧固；共振振动器安置在高压密封舱内，并通过碟簧组实现共振振动器在高压密封舱的紧固；
[0008]所述的取样存储机构是由单向泥浆阀、取样筒外管、取样筒内管、爪簧和切削头组成，取样筒外管上端通过螺纹连接在密封舱下端盖上，单向泥浆阀和取样筒内管依次安装在取样筒外管内，切削头通过螺纹与取样筒外管连接，爪簧通过其上的阶梯固定在切削头上，爪簧位于取样筒外管中。
[0009]本发明的有益效果是:
[0010]1、将两个振动电机垂直对称放置，使设备的整体径向尺寸大大缩小，克服了常规振动取样器径向尺寸大的缺点，可适应各种需要通过先导孔的取样环境；
[0011]2、采用共振自同步理论，对环境适应性强，且能实现所取沉积物样品低扰动、低压实；将电器元件密封在高压密封舱内，可根据海水的深度调节密封舱上下板及外筒的厚度，可靠性高、替代性强。对于取样深度要求较大且需要通过先导孔的应用场合特别适合。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的结构示意图。
[0013]图2是本发明的共振振动器的立体结构示意图。
[0014]图3是本发明的使用状态示意图。
[0015]图中:1.铠装电缆；2.外铠连接器；3.电缆芯线；4.带孔销；5.六角螺母；6.接线端连接板；7.双头螺柱；8.密封舱上端盖；9.高压防水接头；10.六角螺栓；11.密封垫片；12.碟簧组；13.圆螺母；14.振动器上板；15.阶梯轴；16.套筒；17.振动电机；18.振动器中间板；19.密封舱外筒；20.振动器下板；21.密封舱下端盖；22.单向泥浆阀；23.取样筒外管；24.取样筒内管；25.爪簧；26.切削头。
【具体实施方式】
[0016]如图1和图2所示，本发明是由共振振动机构和取样存储机构组成，所述的共振振动机构包括有电缆接线机构、高压密封舱和共振振动器；
[0017]所述的电缆接线机构是由铠装电缆1、外铠连接器2和接线端连接板6组成，外铠连接器2连接铠装电缆I的外铠并分离出内部电缆芯线3，内部电缆芯线3经由高压防水接头9通入密封内部，外铠连接器2通过带孔销4与接线端连接板6形成铰链联接，接线端连接板6通过双头螺柱7及六角螺母5与密封舱上端盖8连接；
[0018]所述的高压密封舱是由密封舱上端盖8、密封舱外筒19和密封舱下端盖21组成，密封舱上端盖8和密封舱下端盖21通过六角螺栓10连接到密封舱外筒19的上下端，其间分别安装有密封垫片11 ;
[0019]所述的共振振动器是由振动器上板14、阶梯轴15、套筒16、振动电机17、振动器中间板18和振动器下板20组成，振动器上板14、振动器中间板18和振动器下板20通过阶梯轴15和套筒16连接成三层结构，并通过阶梯轴15两端安装圆螺母13紧固；共振振动器安置在高压密封舱内，并通过碟簧组12实现共振振动器在高压密封舱的紧固；
[0020]所述的取样存储机构是由单向泥浆阀22、取样筒外管23、取样筒内管24、爪簧25和切削头26组成，取样筒外管23上端通过螺纹连接在密封舱下端盖21上，单向泥浆阀22和取样筒内管24依次安装在取样筒外管23内，切削头26通过螺纹与取样筒外管24连接，爪簧25通过其上的阶梯固定在切削头26上，爪簧25位于取样筒外管24中。
[0021]本发明之直线共振的关键技术:
[0022]1.垂直直线共振:如图2所示，振动电机17成对使用，其间无刚性传动，通过振动电机17的自同步特性产生垂直激振力，径向扰动力小，能最大程度的保证原长度取样；成对的振动电机17竖置安放，保证了径向尺寸小。
[0023]2.高压密封舱密封:如图1所示，密封舱上端盖8与电缆连接机构相连，并通过高压防水接头9将电缆接入密封舱内部，实现高压水环境的正常供电；使用简易的上下端盖式密封舱，可根据不同的海水深度更厚度不同的换密封舱，模块化强。
[0024]3.半开式的取样存储机构:如图1所示，取样筒外管23开孔处设置有单相泥浆阀22，实现取样过程中取样存储机构内外压力平衡，取样结束后，协同爪簧25保证设备上提过程中样品流失少；取样筒外管23和取样筒内管24双层取样筒结构，方便样品的取出及后期处理。
[0025]4.减阻的切削头:如图1所示，切削头26的直径较取样筒外管23的直径大，在取样过程中可在取样筒外管23的周围形成一定环状间隙，减小进尺阻力。
[0026]本发明的工作过程如下:如图3所示，
[0027](I)取样器经由预先得到的先导孔，并下放至冰下水体中，整个过程中铠装电缆不供电，因取样器直径较小，故穿过先导孔时不会出现卡钻等事故；
[0028](2)在取样器底部触碰到海底沉积物层后，经由地表的钻压检测装置判断取样器在水下的深度；
[0029](3)将取样器上提一段距离至垂直后停止上提，开始为铠装电缆I供电，驱动高压密封舱内成对的振动电机17，使取样器进入直线共振状态；
[0030](4)以一定的速度下放取样器，开始进行沉积物样品的直线共振振动取样，因取样器设备整体振动方向主要是垂直方向的，故不会造成所取沉积物样品的剧烈扰动，微量的横向扰动会降低进尺阻力，且成对的振动电机17的共振自同步性可适应多种地层；
[0031](5)经由地表的钻压检测装置判断取样器不再进尺后，铠装电缆I停止供电、绞车停止下放；
[0032](6)绞车开始上提取样器，因取样存储机构内安装有单相泥浆阀22和爪簧25，可有效的防止上提过程中样品由于海水冲刷造成流失；
[0033](7)取样器被提至地表后拆下，完成整个沉积物取样过程。
【主权项】
1.一种直线共振式冰下海底沉积物取样器，其特征在于:是由共振振动机构和取样存储机构组成，所述的共振振动机构包括有电缆接线机构、高压密封舱和共振振动器； 所述的电缆接线机构是由铠装电缆(I)、外铠连接器(2)和接线端连接板(6)组成，夕卜铠连接器(2)连接铠装电缆(I)的外铠并分离出内部电缆芯线(3)，内部电缆芯线(3)经由高压防水接头(9)通入密封内部，外铠连接器(2)通过带孔销(4)与接线端连接板(6)形成铰链联接，接线端连接板(6)通过双头螺柱(7)及六角螺母(5)与密封舱上端盖(8)连接; 所述的高压密封舱是由密封舱上端盖(8)、密封舱外筒(19)和密封舱下端盖(21)组成，密封舱上端盖(8)和密封舱下端盖(21)通过六角螺栓(10)连接到密封舱外筒(19)的上下端，其间分别安装有密封垫片(11); 所述的共振振动器是由振动器上板(14)、阶梯轴(15)、套筒(16)、振动电机(17)、振动器中间板(18)和振动器下板(20)组成，振动器上板(14)、振动器中间板(18)和振动器下板(20)通过阶梯轴(15)和套筒(16)连接成三层结构，并通过阶梯轴(15)两端安装圆螺母(13)紧固；共振振动器安置在高压密封舱内，并通过碟簧组(12)实现共振振动器在高压密封舱的紧固； 所述的取样存储机构是由单向泥浆阀(22)、取样筒外管(23)、取样筒内管(24)、爪簧(25)和切削头(26)组成，取样筒外管(23)上端通过螺纹连接在密封舱下端盖(21)上，单向泥浆阀(22)和取样筒内管(24)依次安装在取样筒外管(23)内，切削头(26)通过螺纹与取样筒外管(24)连接，爪簧(25)通过其上的阶梯固定在切削头(26)上，爪簧(25)位于取样筒外管(24)中。
【专利摘要】本发明公开了一种直线共振式冰下海底沉积物取样器，是由共振振动机构和取样存储机构组成，共振振动机构包括有电缆接线机构、高压密封舱和共振振动器；电缆接线机构的外铠连接器连接铠装电缆的外铠，内部电缆芯线经由高压防水接头通入密封内部，外铠连接器通过带孔销与接线端连接板形成铰链联接，接线端连接板与密封舱上端盖连接；高压密封舱的密封舱上端盖和密封舱下端盖连接到密封舱外筒的上下端，共振振动器安置在高压密封舱内。本发明的整体径向尺寸大大缩小，可适应各种需要通过先导孔的取样环境；对环境适应性强，且能实现所取沉积物样品低扰动、低压实；适合取样深度要求较大且需要通过先导孔的场合使用。
【IPC分类】G01N1-08
【公开号】CN104792574
【申请号】CN201510212156
【发明人】达拉拉伊帕维尔, 宫达, 曹品鲁, 郑志川, 张楠, 王如生, 刘昀忱, 范晓鹏, 杨阳, 胡正义, 杨成
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月29日