基于pushcore的沉积物原位分层固定取样器及方法

本发明属于海洋沉积取样，具体地说是一种基于pushcore(沉积物取样装置)的沉积物原位分层固定取样器及方法。

背景技术：

1、海底沉积物中蕴藏着大量的微生物等生命群落，这些微生物群落是人类认识和研究深渊生命演化及深渊环境变化的重要途径，要开发利用这些海底资源，必须开展沉积物取样器的研制工作。由于海底特殊的高压环境条件，在海底沉积物采集过程中必须尽可能减小微生物的外部环境的波动，避免外部压力的变化对微生物生命特征的影响；因为保真采样可以为海洋资源环境研究提供最真实的样本，还可以通过深海生物研究发现大自然新的特性。保真取样包含三层意思:无扰动取样、保压保温取样、固定存储取样。

2、针对固定存储取样，于2013年8月28日公开、公开号为cn 103267657a的“一种海底沉积物保真二次取样设备”，虽实现了低扰动取样、提高了取样率，仍然存在沉积物获取和沉积物像样品舱内转移时需要复杂操作，作业成功率的缺陷。于2021年10月22日公开、公开号为cn113532906a的“一种沉积物原位固定取样器”，其利用rov机械手可以进行海底沉积物的固定取样，但是无法分层固定，进行层序分析。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，结合海底沉积物原位固定方式的特点，本发明的目的在于提供一种基于pushcore的沉积物原位分层固定取样器及方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明的固定取样器包括pushcore及沉积物分层分割机构；

4、所述pushcore包括抓手柱、滑柱、取样管锁帽、样品压环及取样管，所述取样管的一端与取样管锁帽螺纹连接，所述取样管的另一端为进样口，所述滑柱的一端与抓手柱相连，所述样品压环位于取样管锁帽与取样管形成的内部空间中，所述样品压环与取样管的内壁密封抵接、且能够相对运动，所述滑柱的另一端与样品压环螺纹连接；所述取样管锁帽上安装有限位装置，所述限位装置在pushcore取样过程中限制样品压环运动，所述pushcore完成取样放入沉积物分层分割机构的过程中，所述限位装置解除对样品压环的限制；所述取样管锁帽及样品压环上分别开设有用于pushcore取样下压过程中排水的通水孔，所述取样管锁帽内设有用于pushcore取样上提过程中密封样品压环上通水孔的密封装置；

5、所述沉积物分层分割机构包括压杆、丝杠机构、随动机构、pushcore放置桶、放置桶固定板、凸块、样品板、样品存储盒、支撑腿、丝杠驱动装置及转盘驱动装置，所述样品板外边缘安装有多个支撑腿，所述样品存储盒位于样品板下方、并与所述样品存储盒密封转动连接，所述样品存储盒上沿圆周方向设有多个样品盒；所述pushcore放置桶固定在样品板上，完成取样的所述pushcore放入pushcore放置桶内，所述样品板上对应pushcore放置桶的部位为通孔、且在通孔下方设有切割网，所述切割网位于样品板与样品存储盒之间；所述丝杠机构、丝杠驱动装置及转盘驱动装置分别安装在样品板上，所述丝杠驱动装置通过丝杠机构带动随动机构升降，所述压杆的一端转动安装于随动机构上，所述放置桶固定板固定在pushcore放置桶上，所述压杆与放置桶固定板上设置的凸块始终抵接，并在所述随动机构下降过程中通过凸块的作用实现翻转，所述压杆的另一端在翻转后压在所述pushcore的抓手柱上。

6、其中：所述样品压环的中部与滑柱的另一端螺纹连接，所述样品压环上的通水孔为内部通水孔，所述内部通水孔为多个，在所述样品压环与滑柱螺纹连接的中部外围圆周方向均匀开设，所述样品压环的外缘分别设有限位块槽及密封圈槽，所述限位装置容置于限位块槽内、且能够相对取样管锁帽沿径向往复移动，所述密封圈槽内容置有与取样管内壁实现密封的o形密封圈。

7、所述样品压环呈倒“t”形，所述“t”形竖边中部沿轴向开孔，且孔壁上制有用于与滑柱另一端螺纹连接的固定螺纹，孔底设有对所述滑柱限位的限位板，各所述内部通水孔均开设在“t”形竖边、位于中部开孔的外围，沿轴向贯穿样品压环；所述密封圈槽开设在“t”形横边的外侧面上，所述“t”形横边与竖边之间形成限位块槽。

8、所述限位装置包括限位块、压簧及限位螺栓，所述限位螺栓安装在取样管锁帽上，所述限位块包括限位活动柱及限位活动块，所述限位活动块的一侧与限位活动柱固接或为一体结构，所述限位活动块的另一侧开设有盲孔，所述压簧的一端插设于盲孔内，所述压簧的另一端与限位螺栓抵接；所述取样管锁帽上开设有供限位块沿径向往复移动的限位槽，所述限位槽的两端分别开设至取样管锁帽相对的外侧面。

9、所述限位活动块为方形，所述限位活动柱为圆柱，所述取样管锁帽上与限位活动块对应的限位槽的形状为长条状，用于将所述限位块放入取样管锁帽内，所述取样管锁帽上与限位活动柱对应的限位槽的形状为圆孔，所述限位活动柱的末端在压簧的作用下由圆孔伸出。

10、所述密封装置包括弹簧、硬尼龙环及软性密封环，所述硬尼龙环及软性密封环由下至上设置在样品压环的顶部，所述滑柱的另一端分别由硬尼龙环及软性密封环穿过，所述弹簧套设在滑柱的另一端，所述弹簧的一端固接在取样管锁帽内部，所述弹簧的下端与软性密封环抵接。

11、所述取样管锁帽为下端开放的中空结构，中间开设有阶梯孔，所述取样管锁帽上的通水孔为上端通水孔，所述上端通水孔为多个，沿圆周方向均匀开设在所述阶梯孔的外围，且分别与所述取样管锁帽内部联通。

12、所述抓手柱的内部设有滑柱固定插头，所述抓手柱的外侧面及滑柱的一端均开设有固定孔，所述滑柱的一端插入滑柱固定插头内，通过插入所述抓手柱外侧面及滑柱一端的固定孔内的固定杆实现与抓手柱的连接；所述滑柱固定滑头外围的抓手柱内沿圆周方向均匀螺纹连接有多个牙体，每个所述牙体的顶部均为露出抓手柱的牙头，所述牙头为压杆的阻挡件，在所述压杆下压过程中通过各牙头防止脱离抓手柱。

13、所述压杆为“u”形，所述“u”形的两侧为转动杆，所述“u”形的底部为压杆柱，两侧的所述转动杆的一端分别与随动机构转动连接，两侧的所述转动杆的另一端通过压杆柱连接，所述压杆柱在压杆翻转后压在pushcore的抓手柱上。

14、所述丝杠机构包括支撑端齿轮、安装座、丝杠及螺母座，所述丝杠驱动装置包括咬合齿轮及丝杠电机，所述丝杠电机固定在样品板上，所述丝杠电机的输出轴上连接有咬合齿轮，所述安装座固接在放置桶固定板上，所述丝杠的下端转动安装在样品板上，所述丝杠的上端与安装座转动连接，所述支撑端齿轮安装在丝杠上、并与丝杠联动，且所述支撑端齿轮与咬合齿轮啮合传动，所述丝杠上螺纹连接有螺母座，所述螺母座与随动机构相连。

15、所述随动机构包括转动杆挡块及随动支撑架，所述随动支撑架呈“u”形，所述“u”形开口的两端均开设有用于与压杆转动连接的转动孔，所述“u”形开口的两端端面均设有用于对压杆翻转进行限位的转动杆挡块，所述“u”形的底部开设有用于与丝杠机构连接的螺母座固定孔。

16、所述pushcore放置桶为两端开放的中空圆柱，所述pushcore放置桶的顶部内壁为由上至下向内倾斜的导向面，所述导向面在pushcore放入pushcore放置桶的过程中挤压限位装置，进而使所述限位装置在取样管锁帽上沿径向向内移动，解除对所述样品压环的限制；所述导向面下方设有用于支撑取样管锁帽的pushcore托举台，所述pushcore放入pushcore放置桶后，所述pushcore托举台与取样管锁帽下沿平齐。

17、所述放置桶固定板的两侧与中间相倾斜，在所述放置桶固定板的每侧均设有放置桶侧面支撑板，所述放置桶侧面支撑板的一端与放置桶固定板固接，所述放置桶侧面支撑板的另一端设有凸块。

18、所述样品板与样品存储盒的中间通过t型转动杆相连，所述t型转动杆的t型横边位于样品板上方，所述t型横边上放置有齿轮压板，所述齿轮压板通过压板螺丝与样品板固接，进而将所述t型转动杆与样品板压紧；所述t型转动杆的t型竖边端部由样品存储盒穿出、并与托举帽螺纹连接，所述t型竖边上转动安装有转盘咬合齿轮，所述转盘咬合齿轮通过样品槽固定螺栓与样品存储盒固接联动；所述转盘驱动装置包括转盘电机及转盘电机齿轮，所述转盘电机固定在样品板上，所述转盘电机的转盘电机轴上连接有转盘电机齿轮，所述转盘电机齿轮及转盘咬合齿轮均位于样品板与样品存储盒之间、且相互啮合传动。

19、所述样品存储盒为圆盘状，中间为转盘，所述转盘外围沿圆周方向均匀设有多个样品盒，所述样品盒内放有固定液，各所述样品盒外围设有密封槽，所述密封槽内容置有用于与样品板实现密封的密封圈，实现所述样品存储盒转动过程中的密封；所述样品板上安装有多个滚轮，所述滚轮与转盘滚动接触，所述样品板上还开设有与样品盒数量相同、一一对应的孔组，每组孔组均包括固定液注射孔及泄压孔，所述固定液注射孔向对应样品盒内注射固定液，所述泄压孔用于样品盒泄压。

20、本发明基于pushcore的沉积物原位分层固定取样器的使用方法，包括如下步骤：

21、步骤a，岸基端清洗所述pushcore及样品存储盒上的各样品盒；

22、步骤b，清洗后进行组装，初始状态下在所述样品盒内注入固定液，把所述固定取样器整体放入潜器中，所述pushcore单独放置；

23、步骤c，利用潜器将固定取样器带放海底，利用机械手手持所述pushcore进行取样；完成取样后，将所述pushcore放入pushcore放置桶内，在放入过程中，所述pushcore放置桶挤压限位装置，使所述限位装置解除对样品压环的限制，所述样品压环能够相对取样管运动；所述丝杠驱动装置驱动丝杠机构工作，带动所述随动机构下降，在所述随动机构下降的过程中，所述压杆在凸块的作用下同时实现翻转，完成所述抓手柱下压，所述抓手柱通过滑柱带动样品压环向下移动，使所述取样管内部的沉积物完成下压，通过所述切割网的切割后进入样品盒；

24、步骤d，所述转盘驱动装置工作，驱动所述样品存储盒旋转，使相邻的下一个样品盒转至所述切割网的下方，完成所述样品盒的更换；

25、步骤e，所述丝杠驱动装置反向工作，通过所述丝杠机构带动随动机构及压杆上升，所述压杆在凸块的作用下翻转复位；利用机械手向上拉动所述抓手柱，进而通过所述滑柱上拉样品压环复位，当pushcore由所述pushcore放置桶中取出时，所述限位装置复位，对所述样品压环进行限位；

26、步骤f，重复步骤c、步骤d、步骤e，完成多层沉积物样品固定的操作；

27、步骤g，利用rov带回所述固定取样器；

28、步骤h，回收后，拆卸所述样品存储盒，打开所述样品板，露出所述样品存储盒上的各样品盒，获取样品。

29、本发明的优点与积极效果为：

30、1.本发明满足海底沉积物的原位固定需求，大部分为非金属材料耐腐蚀性能强；固定存储按照需要可进行转动替换，满足存放要求。

31、2.本发明基于水下机器人系统，可以利用机器人的精确定位、实时观测、机器手操作等特点，使用机械手控制pushcore完成沉积物取样，使用新型原位分割固定方式，确保沉积样品的固定。

32、3.本发明解决了沉积物获取和沉积物样品分层固定的功能，全程使用自动化流程，避免了复杂操作的问题，达到了简化设备和简化操作的效果，提高了作业成功率和作业效率。同时利用水下机器人的操作和携带，更加准确有效。