CN109916655B - 水下运载器搭载式深海沉积物取样器 - Google Patents

Abstract

本发明专利属于深海地质勘探领域，具体涉及水下运载器搭载式深海沉积物取样器。其包括弹性收缩封口管、下部热流值传感器、闭合压板、取样外筒、取样内筒、上部热流值传感器、通水阀门等。本发明利用弹性管实现采样后封口，配以机械锁定，利用锁定和解锁机构实现二次采样。本发明利用封闭样品存储空间，减少样品的损失和扰动，二次采样功能可以大大提高取得有效样品的效率，完整的保存特定位置的原位海水样品以及未扰动的原位沉积物样品，实时采集表层沉积物原位的热流值，为后期生物、化学、地质等方面的研究提供原位海水和沉积物样品。

Description

水下运载器搭载式深海沉积物取样器

技术领域

本发明专利属于深海地质勘探领域，具体涉及水下运载器搭载式深海沉积物取样器。

背景技术

现有的潜水器搭载的沉积物取样器结构相对简单，潜水器到达深海采样点后，利用机械手抓住取样器直接插到沉积物中，取得样品后放到样品框中，完成采样。但是取样器插到沉积物中往上提的过程中，取样器里面的沉积物容易脱落(如果是沙子的话，特别容易脱落)，而且在潜水器上升的过程中，如果密封不好的话，容易被海水冲洗，很难保持样品的完整性，很难不被扰动。同时不能保存取样位置的海水样品，并且不具备二次采样能力。

发明内容

本发明旨在解决背景技术中提到的问题，本发明提出了水下运载器搭载式深海沉积物取样器，其采用的技术方案如下：

水下运载器搭载式深海沉积物取样器，包括弹性收缩封口管、下部热流值传感器、闭合压板、取样外筒、下操作筒、操作压板、上操作筒、上部端盖、取样器标签、端部安装盖、封口扭簧、取样内筒、取样筒复位弹簧、上部热流值传感器、夹持复位扭簧、牵引齿条板、解锁滑块、解锁复位弹簧、锁定滑块、锁定复位弹簧、传动齿轮、通水阀门、传动压块、柔性封闭膜、换向传递液和底部封口端盖，以本发明采样端为下端方向，以操作端为上端方向，其中所述取样外筒采用透明材料制成，安装在取样内筒外侧，上部连接牵引齿条板，所述下操作筒一侧布置有铰接座，铰接座同侧上部布置有挡板，轴线布置有通水阀门的安装孔和牵引齿条板的安装槽，所述操作压板下端布置有铰接孔，上部两侧布置有侧板，通过销轴操作压板安装在下操作筒的铰接座上，操作压板两侧的侧板压紧传动压块左右侧销轴，在下操作筒和操作压板之间的安装孔中安装夹持复位扭簧，所述上操作筒中央布置有安装沉孔，一侧开有解锁滑块和锁定滑块的滑槽，以及解锁复位弹簧的安装孔，所述上部端盖下侧开有解锁滑块的滑槽，以及锁定复位弹簧的安装孔，安装在上操作筒上部，上侧安装取样器标签，所述端部安装盖安装在上操作筒的沉孔中，并与通水阀门的上部管道连接，所述取样内筒采用透明材料制成，为台阶形结构，下部连接弹性收缩封口管，上部连接通水阀门的下部管道，所述牵引齿条板安装在下操作筒的安装槽中，上部接触柔性封闭膜，下部连接取样外筒，中间与传动齿轮配合，所述锁定滑块下部开有带斜面凸台，上部两侧分别开有带斜面的滑槽和锁定复位弹簧的安装孔，安装在上操作筒的轴向滑槽中，锁定滑块的滑槽斜面可与解锁滑块的侧板斜面接触，所述锁定复位弹簧安装在上操作筒和上部端盖的安装孔中，一端面接触上操作筒，另一端面接触上部端盖，所述传动压块为倒U型结构，两侧布置有销轴，安装在下操作筒和上操作筒之间，传动压块左右两侧板、下操作筒上部挡板和安装槽、上操作筒之间形成调整空间，所述底部封口端盖位于最下部，安装在取样外筒外侧的弹性收缩封口管安装端；在使用本发明之前，首先将本发明安放在采样框中，并将底部封口端盖底部连接在采样框上，在使用本发明时，利用机械手夹持下操作筒，将本发明抓取提起，找准采样点，将本发明***采样沉积物中，机械手下压下操作筒，推动弹性收缩封口管、下部热流值传感器、闭合压板、取样外筒和取样内筒逐渐***沉积物，透过取样外筒和取样内筒观察确定取样的深度，待取样深度满足要求后，利用机器手夹持操作压板，经传动压块、柔性封闭膜、换向传递液，使牵引齿条板平动带动传动齿轮旋转，进而转动通水阀门封闭取样内筒上部，牵引齿条板经取样外筒带动弹性收缩封口管下移，弹性收缩封口管脱离取样内筒外壁的部分在自身弹力的作用下收缩，并逐渐封闭取样内筒下部，当闭合压板脱离取样内筒外壁后，将收拢进一步压紧弹性收缩封口管，封紧取样内筒下部，当需二次采样时，利用机械手夹持解锁滑块，解锁锁定滑块，之后取样筒复位弹簧推动取样外筒和牵引齿条板上移，取样外筒上移带动闭合压板展开，同时带动弹性收缩封口管转移至取样外筒外侧，进而打开取样内筒下部，牵引齿条板平动带动传动齿轮旋转，进而转动通水阀门打通取样内筒上部，此时，配合机械手抖动本发明即可加快原有样品释放，准备进行二次采样。

所述弹性收缩封口管采用高弹性材料制成，一端安装固定在取样内筒下端内侧，另一端安装固定在取样外筒下端外侧，所述闭合压板通过销轴安装在取样外筒下端外侧的铰接座上，并在闭合压板和取样外筒之间的安装孔中安装封口扭簧；使用本发明采样时，待取样深度满足要求后，利用机器手夹持操作压板，经传动压块、柔性封闭膜、换向传递液、牵引齿条板经取样外筒带动弹性收缩封口管下移，弹性收缩封口管脱离取样内筒外壁的部分在自身弹力的作用下收缩，并逐渐封闭取样内筒下部，当闭合压板脱离取样内筒外壁后，在封口扭簧的弹力作用下将收拢进一步压紧弹性收缩封口管，封紧取样内筒下部，当需要二次采样时，利用机械手夹持解锁滑块，解锁锁定滑块，之后取样筒复位弹簧推动取样外筒和牵引齿条板上移，取样外筒上移带动闭合压板展开，同时带动弹性收缩封口管转移至取样外筒外侧，进而打开取样内筒下部。

所述下部热流值传感器安装在取样外筒下端的安装凸台上，所述上部热流值传感器安装在取样外筒上端的安装凸台上；在使用本发明采样时，下部热流值传感器***沉积物后将测量表层沉积物的原位热流值，同时上部热流值传感器将测量底层覆水附近的原位热流值。

所述取样筒复位弹簧安装在取样外筒和取样内筒之间，上部接触取样外筒端面，下部接触取样内筒端面，所述解锁滑块下侧布置有轴向支撑板，上侧中间布置有解锁复位弹簧的安装孔，上侧两端布置有下部带斜面的侧板，安装在上操作筒和上部端盖的径向滑槽中，所述解锁复位弹簧安装在上操作筒和上部端盖之间，一端表面接触上操作筒的安装孔，另一端面接触解锁滑块的安装孔；使用本发明进行二次采样时，利用机械手夹持解锁滑块，解锁锁定滑块，之后取样筒复位弹簧推动取样外筒和牵引齿条板上移，取样外筒上移带动闭合压板展开，同时带动弹性收缩封口管转移至取样外筒外侧，进而打开取样内筒下部，牵引齿条板平动带动传动齿轮旋转，进而转动通水阀门打通取样内筒上部，此时，配合机械手抖动本发明即可加快原有样品释放，准备进行二次采样。

所述传动齿轮位于下操作筒的安装槽中，安装在通水阀门的球阀操控端上，所述通水阀门安装在下操作筒和上操作筒的轴线安装孔中，一端连接取样内筒，另一端连接端部安装盖固定上部端盖；使用本发明取样时，待取样深度满足要求后，利用机器手夹持操作压板，后经传动压块、柔性封闭膜、换向传递液，使牵引齿条板平动带动传动齿轮旋转，进而转动通水阀门封闭取样内筒上部，需要二次采样时，利用机械手夹持解锁滑块解锁锁定滑块，之后取样筒复位弹簧推动取样外筒和牵引齿条板上移，使牵引齿条板平动带动传动齿轮旋转，进而转动通水阀门打通取样内筒上部。

所述柔性封闭膜采用柔性材料制成，安装在下操作筒、上操作筒和传动压块之间的调整空间，并与调整空间的四壁接触，内装换向传递液；使用本发明，待取样深度满足要求后，利用机器手夹持操作压板，经传动压块推动柔性封闭膜内的换向传递液沿径向移动，换向传递液产生轴向移动经柔性封闭膜推动牵引齿条板下移，需要二次采样时，利用机械手夹持解锁滑块解锁锁定滑块，之后取样筒复位弹簧推动取样外筒和牵引齿条板上移，牵引齿条板推动柔性封闭膜内的换向传递液沿轴向移动，换向传递液产生径向移动经柔性封闭膜推动传动压块。

本发明具有如下优点：在采样完成后，可以封闭采样口，以免在转移的过程中样品损失；采样筒采用透明材料，便于观察采样过程，控制采样量；开关阀的使用，便于保留采样点原位海水样品，也便于二次采样时，原样品的释放；柔性膜的使用，便于利用液体换向，结构简单紧凑；热流值传感器的使用，可以在获取样品的同时，实时采集表层短柱状沉积物和表层覆水的热力值；能保存取样位置的海水样品以及不被扰动破坏的沉积物，为后期生物、化学、地质等方面的研究提供未被扰动的海水和沉积物样品；标签的使用便于分辨和记录采样的信息。

附图说明

图1：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的整体图，

图2：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的未采样状态内部图，

图3：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的未采样状态取样部分结构图，

图4：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的未采样状态操作部分结构图，

图5：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的未采样状态剖视图，

图6：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的未采样状态取样部分剖视图，

图7：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的未采样状态操作部分剖视图，

图8：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的采样后整体图，

图9：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的采样后状态内部图，

图10：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的采样后状态取样部分结构图，

图11：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的采样后状态操作部分结构图，

图12：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的采样后状态剖视图，

图13：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的采样后状态取样部分剖视图，

图14：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的采样后状态操作部分剖视图，

图15：本发明水下运载器搭载式深海沉积物取样器的二次采样状态操作部分剖视图。

1.弹性收缩封口管，2.下部热流值传感器，3.闭合压板，4.取样外筒，5.下操作筒，6.操作压板，7.上操作筒，8.上部端盖，9.取样器标签，10.端部安装盖，11.封口扭簧，12.取样内筒，13.取样筒复位弹簧，14.上部热流值传感器，15.夹持复位扭簧，16.牵引齿条板，17.解锁滑块，18.解锁复位弹簧，19.锁定滑块，20.锁定复位弹簧，21.传动齿轮，22.通水阀门，23.传动压块，24.柔性封闭膜，25.换向传递液，26.底部封口端盖。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：

如图1-图15所示，本发明的水下运载器搭载式深海沉积物取样器，包括弹性收缩封口管1、下部热流值传感器2、闭合压板3、取样外筒4、下操作筒5、操作压板6、上操作筒7、上部端盖8、取样器标签9、端部安装盖10、封口扭簧11、取样内筒12、取样筒复位弹簧13、上部热流值传感器14、夹持复位扭簧15、牵引齿条板16、解锁滑块17、解锁复位弹簧18、锁定滑块19、锁定复位弹簧20、传动齿轮21、通水阀门22、传动压块23、柔性封闭膜24、换向传递液25和底部封口端盖26，以本发明采样端为下端方向，以操作端为上端方向，其中所述弹性收缩封口管1采用高弹性材料制成，一端安装固定在取样内筒12下端内侧，另一端安装固定在取样外筒4下端外侧，所述下部热流值传感器2安装在取样外筒4下端的安装凸台上，所述闭合压板3通过销轴安装在取样外筒4下端外侧的铰接座上，并在闭合压板3和取样外筒4之间的安装孔中安装封口扭簧11，所述取样外筒4采用透明材料制成，安装在取样内筒12外侧，上部连接牵引齿条板16，所述下操作筒5一侧布置有铰接座，铰接座同侧上部布置有挡板，轴线布置有通水阀门22的安装孔和牵引齿条板16的安装槽，所述操作压板6下端布置有铰接孔，上部两侧布置有侧板，通过销轴操作压板6安装在下操作筒5的铰接座上，操作压板6两侧的侧板压紧传动压块23左右侧销轴，在下操作筒5和操作压板6之间的安装孔中安装夹持复位扭簧15，所述上操作筒7中央布置有安装沉孔，一侧开有解锁滑块17和锁定滑块19的滑槽，以及解锁复位弹簧18的安装孔，所述上部端盖8下侧开有解锁滑块17的滑槽，以及锁定复位弹簧20的安装孔，安装在上操作筒7上部，上侧安装取样器标签9，所述端部安装盖10安装在上操作筒7的沉孔中，并与通水阀门22的上部管道连接，所述取样内筒12采用透明材料制成，为台阶形结构，下部连接弹性收缩封口管1，上部连接通水阀门22的下部管道，所述取样筒复位弹簧13安装在取样外筒4和取样内筒12之间，上部接触取样外筒4端面，下部接触取样内筒12端面，所述上部热流值传感器14安装在取样外筒4上端的安装凸台上，所述牵引齿条板16安装在下操作筒5的安装槽中，上部接触柔性封闭膜24，下部连接取样外筒4，中间与传动齿轮21配合，所述解锁滑块17下侧布置有轴向支撑板，上侧中间布置有解锁复位弹簧18的安装孔，上侧两端布置有下部带斜面的侧板，安装在上操作筒7和上部端盖8的径向滑槽中，所述解锁复位弹簧18安装在上操作筒7和上部端盖8之间，一端表面接触上操作筒7的安装孔，另一端面接触解锁滑块17的安装孔，所述锁定滑块19下部开有带斜面凸台，上部两侧分别开有带斜面的滑槽和锁定复位弹簧20的安装孔，安装在上操作筒7的轴向滑槽中，锁定滑块19的滑槽斜面可与解锁滑块17的侧板斜面接触，所述锁定复位弹簧20安装在上操作筒7和上部端盖8的安装孔中，一端面接触上操作筒7，另一端面接触上部端盖8，所述传动齿轮21位于下操作筒5的安装槽中，安装在通水阀门22的球阀操控端上，所述通水阀门22安装在下操作筒5和上操作筒7的轴线安装孔中，一端连接取样内筒12，另一端连接端部安装盖10固定上部端盖8，所述传动压块23为倒U型结构，两侧布置有销轴，安装在下操作筒5和上操作筒7之间，传动压块23左右两侧板、下操作筒5上部挡板和安装槽、上操作筒7之间形成调整空间，所述柔性封闭膜24采用柔性材料制成，安装在下操作筒5、上操作筒7和传动压块23之间的调整空间，并与调整空间的四壁接触，内装换向传递液25，所述底部封口端盖26位于最下部，安装在取样外筒4外侧的弹性收缩封口管1安装端。

在使用本发明之前，首先将本发明安放在采样框中，并将底部封口端盖26底部连接在采样框上；在使用本发明时，利用机械手夹持下操作筒5，将本发明抓取提起，找准采样点，将本发明***采样沉积物中，机械手下压下操作筒5，推动弹性收缩封口管1、下部热流值传感器2、闭合压板3、取样外筒4和取样内筒12逐渐***沉积物，透过取样外筒4和取样内筒12观察确定取样的深度，在***的过程中，沉积物经弹性收缩封口管1逐渐进入取样内筒12，底层覆水经弹性收缩封口管1逐渐进入取样内筒12，部分底层覆水经通水阀门22排出，下部热流值传感器2***沉积物后将测量表层沉积物的原位热流值，同时上部热流值传感器14将测量底层覆水附近的原位热流值；待取样深度满足要求后，利用机器手夹持操作压板6，操作压板6通过上部侧板压紧传动压块23两侧的销轴，传动压块23推动柔性封闭膜24内的换向传递液25沿径向移动，传动压块23移动接近末端时，传动压块23将压紧锁定滑块19的凸台斜面，从而推动锁定滑块19上移，当传动压块23通过锁定滑块19后，锁定滑块19在锁定复位弹簧20的弹力作用下下移锁死传动压块23，换向传递液25产生轴向移动经柔性封闭膜24推动牵引齿条板16下移，牵引齿条板16平动带动传动齿轮21旋转，进而转动通水阀门22封闭取样内筒12上部，牵引齿条板16经取样外筒4带动弹性收缩封口管1下移，并压缩取样筒复位弹簧13，弹性收缩封口管1脱离取样内筒12外壁的部分在自身弹力的作用下收缩，并逐渐封闭取样内筒12下部，当闭合压板3脱离取样内筒12外壁后，在封口扭簧11的弹力作用下将收拢进一步压紧弹性收缩封口管1，封紧取样内筒12下部，利用机械手将本发明从沉积物中提起，并***到采样框中相应的底部封口端盖26上，完成采样；若发现采样后的样品不符合要求，可将原样品释放再次进行采样，利用机械手夹持解锁滑块17，解锁滑块17压缩解锁复位弹簧18，解锁滑块17侧板斜面接触锁定滑块19的滑槽斜面，从而推动锁定滑块19上移直至解除对传动压块23的锁定，之后取样筒复位弹簧13推动取样外筒4和牵引齿条板16上移，取样外筒4上移带动闭合压板3展开，同时带动弹性收缩封口管1转移至取样外筒4外侧，进而打开取样内筒12下部，牵引齿条板16平动带动传动齿轮21旋转，进而转动通水阀门22打通取样内筒12上部，同时牵引齿条板16推动柔性封闭膜24内的换向传递液25沿轴向移动，换向传递液25产生径向移动经柔性封闭膜24推动传动压块23，此时，配合机械手抖动本发明即可加快原有样品释放，准备进行二次采样。

Claims (5)

1.水下运载器搭载式深海沉积物取样器，其特征在于：包括弹性收缩封口管（1）、下部热流值传感器（2）、闭合压板（3）、取样外筒（4）、下操作筒（5）、操作压板（6）、上操作筒（7）、上部端盖（8）、取样器标签（9）、端部安装盖（10）、封口扭簧（11）、取样内筒（12）、取样筒复位弹簧（13）、上部热流值传感器（14）、夹持复位扭簧（15）、牵引齿条板（16）、解锁滑块（17）、解锁复位弹簧（18）、锁定滑块（19）、锁定复位弹簧（20）、传动齿轮（21）、通水阀门（22）、传动压块（23）、柔性封闭膜（24）、换向传递液（25）和底部封口端盖（26），其中弹性收缩封口管（1）采用高弹性材料制成，一端安装固定在取样内筒（12）下端内侧，另一端安装固定在取样外筒（4）下端外侧，闭合压板（3）通过销轴安装在取样外筒（4）下端外侧的铰接座上，并在闭合压板（3）和取样外筒（4）之间的安装孔中安装封口扭簧（11），取样外筒（4）采用透明材料制成，安装在取样内筒（12）外侧，上部连接牵引齿条板（16），下操作筒（5）一侧布置有铰接座，铰接座同侧上部布置有挡板，轴线布置有通水阀门（22）的安装孔和牵引齿条板（16）的安装槽，操作压板（6）下端布置有铰接孔，上部两侧布置有侧板，通过销轴操作压板（6）安装在下操作筒（5）的铰接座上，操作压板（6）两侧的侧板压紧传动压块（23）左右侧销轴，在下操作筒（5）和操作压板（6）之间的安装孔中安装夹持复位扭簧（15），上操作筒（7）中央布置有安装沉孔，一侧开有解锁滑块（17）和锁定滑块（19）的滑槽，以及解锁复位弹簧（18）的安装孔，上部端盖（8）下侧开有解锁滑块（17）的滑槽，以及锁定复位弹簧（20）的安装孔，安装在上操作筒（7）上部，上侧安装取样器标签（9），端部安装盖（10）安装在上操作筒（7）的沉孔中，并与通水阀门（22）的上部管道连接，取样内筒（12）采用透明材料制成，为台阶形结构，下部连接弹性收缩封口管（1），上部连接通水阀门（22）的下部管道，牵引齿条板（16）安装在下操作筒（5）的安装槽中，上部接触柔性封闭膜（24），下部连接取样外筒（4），中间与传动齿轮（21）配合，锁定滑块（19）下部开有带斜面凸台，上部两侧分别开有带斜面的滑槽和锁定复位弹簧（20）的安装孔，安装在上操作筒（7）的轴向滑槽中，锁定滑块（19）的滑槽斜面可与解锁滑块（17）的侧板斜面接触，锁定复位弹簧（20）安装在上操作筒（7）和上部端盖（8）的安装孔中，一端面接触上操作筒（7），另一端面接触上部端盖（8），传动压块（23）为倒U型结构，两侧布置有销轴，安装在下操作筒（5）和上操作筒（7）之间，传动压块（23）左右两侧板、下操作筒（5）上部挡板和安装槽、上操作筒（7）之间形成调整空间，底部封口端盖（26）位于最下部，安装在取样外筒（4）外侧的弹性收缩封口管（1）安装端。

2.根据权利要求1所述的水下运载器搭载式深海沉积物取样器，其特征在于：下部热流值传感器（2）安装在取样外筒（4）下端的安装凸台上，上部热流值传感器（14）安装在取样外筒（4）上端的安装凸台上。

3.根据权利要求1所述的水下运载器搭载式深海沉积物取样器，其特征在于：取样筒复位弹簧（13）安装在取样外筒（4）和取样内筒（12）之间，上部接触取样外筒（4）端面，下部接触取样内筒（12）端面，解锁滑块（17）下侧布置有轴向支撑板，上侧中间布置有解锁复位弹簧（18）的安装孔，上侧两端布置有下部带斜面的侧板，安装在上操作筒（7）和上部端盖（8）的径向滑槽中，解锁复位弹簧（18）安装在上操作筒（7）和上部端盖（8）之间，一端表面接触上操作筒（7）的安装孔，另一端面接触解锁滑块（17）的安装孔。

4.根据权利要求1所述的水下运载器搭载式深海沉积物取样器，其特征在于：传动齿轮（21）位于下操作筒（5）的安装槽中，安装在通水阀门（22）的球阀操控端上，通水阀门（22）安装在下操作筒（5）和上操作筒（7）的轴线安装孔中，一端连接取样内筒（12），另一端连接端部安装盖（10）固定上部端盖（8）。

5.根据权利要求1所述的水下运载器搭载式深海沉积物取样器，其特征在于：柔性封闭膜（24）采用柔性材料制成，安装在下操作筒（5）、上操作筒（7）和传动压块（23）之间的调整空间，并与调整空间的四壁接触，内装换向传递液（25）。

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