一种海洋地质环境勘探取样器及取样方法与流程

1.本发明涉及勘探取样技术领域，具体提供了一种海洋地质环境勘探取样器及取样方法。


背景技术：

2.无论是进行海洋地层学以及古海洋学的研究，还是进行海洋地质环境的利用开发，对选定的海洋区域的地质环境进行取样，尤其指的是对海底沉积层的取样自然是必不可少的勘探方式。为了提高对沉积层取样样品分析的可靠性和准确度，当然得最大程度消除外界影响因素，保证取样后的取样样品能够尽可能维持取样前的分布形式和状态，而现有针对海洋地质沉积层取样基本采用重力取样器或箱式取样器进行取样，但现有的取样装置依然存在平衡性差、稳定性差、取样样品质量欠佳或失效的问题，因为取样器在海底受不可控的影响因素较大，例如取样器下沉至海底沉积层后相对沉积层的垂直度不佳，未能竖直取样从而影响取样质量，海底存在暗流冲击以及海底生物的侵扰都会造成取样器在取样过程中失去平衡和稳定，从而扰乱取样样品的分布状态，不利于进行沉积层地层分析；除上述以外，现有的取样器在单次取样任务中只能完成单个取样样品的取样，容易造成单次取样失败及其无法进行多样品对比分析。
3.申请号为cn201711196175.4的中国专利公开了一种振动式海洋水合物保压取样器，其是由定位机构、振动取心机构、液力提升机构、冲洗机构和保压机构组成。该专利提供的取样器解决了针对海洋水合物保压取样的问题，但是也并没有解决上述分析中存在的取样时平衡性差、稳定性差、取样样品质量欠佳或失效的问题，以及只能进行单样品取样的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种海洋地质环境勘探取样器及取样方法，可以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：一种海洋地质环境勘探取样器，包括机壳、多工位取样机构、封板机构和取样稳定机构。
6.所述机壳包括传动箱体、保温筒和多个键槽导套；所述传动箱体和所述保温筒均为圆柱状结构，且所述传动箱体与所述保温筒同轴设置，多个所述键槽导套固定连接在所述传动箱体与所述保温筒之间且围绕所述保温筒中心轴圆周均匀分布，所述键槽导套两端分别与所述传动箱体和所述保温筒导通；所述保温筒包括共同固定安装在多个所述键槽导套一端的筒体、分隔导套和底端板，所述分隔导套居中固定在所述筒体内端面上，所述分隔导套上贯通设置有多个与多个所述键槽导套一一对应同轴设置的圆形通道，所述底端板固定在所述筒体以及分隔导套一端，所述筒体与所述分隔导套以及所述底端板围成的空间为用于储水的保温空间。
7.所述多工位取样机构包括多个一一对应滑动设置在多个所述圆形通道中用于同
步取样的取样筒，所述底端板上在位于每个所述圆形通道位置开设有用于避开对应位置所述取样筒的避位圆孔，所述底端板上还设置有多个与多个所述避位圆孔一一对应设置且围绕所述保温筒中心轴圆周均匀分布的进水孔，所述进水孔与所述保温空间导通。
8.所述封板机构包括装配在所述机壳上的开闭驱动组件、多个与所述取样筒数量相等的侧翼导轨和多个一一对应滑动装配在多个所述侧翼导轨上的滑动封板；多个所述侧翼导轨水平固定在所述筒体外侧壁上且围绕所述筒体中心轴圆周均匀分布，所述避位圆孔与对应位置的所述进水孔以及所述侧翼导轨沿所述保温筒径向依次分布设置，所述侧翼导轨的导向方向沿所述筒体的径向设置，所述开闭驱动组件用于同步驱动多个所述滑动封板沿所述侧翼导轨滑动控制相应位置的所述避位圆孔以及所述进水孔的开启与闭合。
9.每个所述侧翼导轨上的对应设置有所述取样稳定机构，所述取样稳定机构包括由所述开闭驱动组件驱动的竖直升降设置的重力插块。
10.优选的，所述取样稳定机构还包括外壳体、滑动楔块和拉簧；所述外壳体固定在所述侧翼导轨上，所述外壳体内侧壁上设置有竖直滑轨，所述滑动楔块呈直角梯形结构，所述滑动楔块上位于长底边位置设置有与所述竖直滑轨滑动配合的滑动脚，所述滑动楔块直角边位置上与所述外壳体内顶端面之间固定连接有多个所述拉簧，所述滑动封板上远离所述筒体中心的一端水平转动安装有滚轮，所述滚轮与所述滑动楔块的斜面滚动接触，所述重力插块竖直固定在所述滑动楔块的底端面上。
11.优选的，所述传动箱体包括圆筒壳体和固定在所述圆筒壳体底端的端头盘；多个所述键槽导套一端共同固定在所述端头盘底端面上。
12.优选的，所述多工位取样机构还包括步进电机、驱动螺杆和行程螺套；所述步进电机竖直固定在所述圆筒壳体的顶端，所述步进电机的输出轴上设置有位于所述圆筒壳体内的驱动齿轮，每个所述键槽导套中对应竖直滑动配合安装有所述行程螺套，每个所述行程螺套中对应螺纹连接有所述驱动螺杆，所述驱动螺杆通过轴承转动安装在所述圆筒壳体上，所述驱动螺杆上设置有与所述驱动齿轮啮合的从动齿轮，所述取样筒顶端与所述行程螺套底端固定连接。
13.优选的，所述开闭驱动组件包括电动缸、行程板、行程导套、行程杆和连杆；所述电动缸竖直固定安装在所述端头盘的底端面上，所述行程板水平固定安装在所述电动缸的输出端，所述筒体的外侧壁上设置有多个与多个所述侧翼导轨一一相对设置的行程导套，每个所述行程导套上对应竖直贯穿滑动设置有所述行程杆，所述行程杆的顶端与所述行程板的底端固定连接，所述行程杆的底端与所述滑动封板之间通过所述连杆两端铰接连接设置。
14.优选的，所述重力插块呈圆柱状，所述重力插块的底端呈圆锥结构，所述重力插块外壁上设置有多个沿轴向分布设置的抓地环。
15.优选的，所述行程板上设置有多个与多个所述行程杆一一对应的翼板，所述行程杆顶端固定在对应位置的所述翼板上，所述翼板上设置有滑套，多个所述翼板通过所述滑套与多个所述键槽导套一一对应滑动配合。
16.优选的，所述端头盘的侧壁上圆周均匀分布设置有多个吊环。
17.此外，本发明还提供了一种海洋地质环境勘探取样方法，其取样方法具体如下：s1、通过船只航行至待勘探海洋区域位置，随后通过船载缆绳收放系统将取样器竖直释放
至海域中。
18.s2、当取样器触底放置在海底沉积层上后，通过开闭驱动组件驱动滑动封板将所有的避位圆孔以及进水孔开启，并同步驱动所有的重力插块进一步插入沉积层中。
19.s3、通过多工位取样机构完成多个取样样品的同步取样，并在完成取样后将取样筒收置在圆形通道内。
20.s4、再次通过开闭驱动组件驱动所有的滑动封板将所有的避位圆孔以及进水孔重新闭合，并同步带动所有的重力插块从沉积层中向上提出。
21.s5、通过收卷缆绳将取样器提拉至船上，从而结束海洋地质环境沉积层勘探取样。
22.上述技术方案具有如下优点或者有益效果：1、本发明提供了一种海洋地质环境勘探取样器，该取样器本身结构重心分布在靠下的位置且位于自身中轴线上，圆周均匀分布的多个取样稳定机构增大了与海底沉积层的覆盖面积，且下沉触底后能够直接平稳插入沉积层中，另外通过启动开闭驱动组件带动滑动封板向外滑动打开的同时可进一步带动重力插块插入沉积层中，因此能够更好维持竖直取样状态，增强了取样器取样过程中的稳定性和平衡性，有效抑制了海底暗流冲击以及海底生物的侵扰对于取样稳定性的影响，保证了取样样品分布状态的真实性。
23.2、本发明提供了一种海洋地质环境勘探取样器，通过设置的开闭驱动组件带动滑动封板向外滑动时，可同步开启避位圆孔和进水孔，在进水孔打开后以及在稳定取样的过程中，位于取样区域的海水将自动进入进水孔，在取样完成后，通过滑动封板可对避位圆孔以及进水孔进行封闭，一方面在保温筒内通过同位置水源水浴保温的方式对取样样品进行短期保温，从而降低温度因素对于取样样品分析的影响，另一方面可以封堵取样样品，避免样品的流失和扰动。
24.3、本发明提供了一种海洋地质环境勘探取样器，采用设置的多工位取样机构进行多样品取样，从而可在单次取样任务中获得多份取样样品，可降低在单次取样任务中取样失效的可能性，同时可对多份取样样品进行对比分析从而获得更准确真实的取样分析结果。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分，并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
26.图1是本发明提供的一种海洋地质环境勘探取样器的立体结构示意图。
27.图2是本发明提供的一种海洋地质环境勘探取样器的立体结构剖视图。
28.图3是图2中a处的局部放大示意图。
29.图4是图2中b处的局部放大示意图。
30.图5是图3中c处的局部放大示意图。
31.图6是本发明提供的一种海洋地质环境勘探取样器在主视视角下的剖视图。
32.图7是本发明提供的一种海洋地质环境勘探取样器的俯视图。
33.图8是本发明提供的一种海洋地质环境勘探取样器的仰视图。
34.图9是本发明提供的一种海洋地质环境勘探取样方法的方法流程图。
35.图中：1、机壳；11、传动箱体；111、圆筒壳体；112、端头盘；1121、吊环；12、键槽导套；13、保温筒；131、筒体；132、分隔导套；1321、圆形通道；133、底端板；1331、避位圆孔；1332、进水孔；2、多工位取样机构；21、步进电机；211、驱动齿轮；22、驱动螺杆；221、从动齿轮；23、行程螺套；24、取样筒；3、封板机构；31、开闭驱动组件；311、电动缸；312、行程板；3121、翼板；3122、滑套；313、行程导套；314、行程杆；315、连杆；32、侧翼导轨；33、滑动封板；331、滚轮；4、取样稳定机构；41、外壳体；411、竖直滑轨；42、滑动楔块；421、滑动脚；43、拉簧；44、重力插块；441、抓地环。
具体实施方式
36.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施，但不作为对本发明的限定。
37.参阅图1，一种海洋地质环境勘探取样器，包括机壳1、多工位取样机构2、封板机构3和取样稳定机构4。本发明提供的取样器跟现有的海洋地质勘探取样器一样是与缆绳连接，在进行海底沉积层勘探取样时通过船只航行至待勘探海域位置，随后通过释放缆绳将取样器释放至海底位置，当然与取样器电性连接的电缆将一同随缆绳释放，另外，必要的，为了方便在海底取样，可以在取样器上安装自带光源的摄像装置方便进行取样状态画面检测。
38.参阅图1、图3、图4、图5、图6、图7和图8，机壳1包括传动箱体11、保温筒13和四个键槽导套12；传动箱体11和保温筒13均为圆柱状结构，且传动箱体11与保温筒13同轴设置，传动箱体11包括圆筒壳体111和通过螺栓固定在圆筒壳体111底端的端头盘112，端头盘112的侧壁上圆周均匀分布设置有四个吊环1121，由于本发明取样器中心本身就位于中轴线上，而用于收放的缆绳一端分散安装在四个吊环1121位置，从而也能更好地保持取样器下放时保持竖直向下的状态；四个键槽导套12焊接在端头盘112与保温筒13之间且围绕保温筒13中心轴圆周均匀分布，键槽导套12两端分别与传动箱体11和保温筒13导通；保温筒13包括共同焊接在四个键槽导套12一端的筒体131、分隔导套132和底端板133，分隔导套132居中焊接在筒体131内端面上，分隔导套132上贯通设置有四个与四个键槽导套12一一对应同轴设置的圆形通道1321，底端板133焊接在筒体131以及分隔导套132一端，筒体131与分隔导套132以及底端板133围成的空间为用于储水的保温空间。
39.参阅附图1、图2、图3、图6、图7和图8，封板机构3包括装配在机壳1上的开闭驱动组件31、四个侧翼导轨32和四个一一对应滑动装配在四个侧翼导轨32上的滑动封板33；四个侧翼导轨32水平焊接在筒体131外侧壁上且围绕筒体131中心轴圆周均匀分布，避位圆孔1331与对应位置的进水孔1332以及侧翼导轨32沿保温筒13径向依次分布设置，侧翼导轨32的导向方向沿筒体131的径向设置，开闭驱动组件31用于同步驱动四个滑动封板33沿侧翼导轨32滑动进而控制相应位置的避位圆孔1331以及进水孔1332的开启与闭合。开闭驱动组件31包括电动缸311、行程板312、行程导套313、行程杆314和连杆315；电动缸311通过螺栓竖直固定安装在端头盘112的底端面上，行程板312通过螺栓水平固定安装在电动缸311的输出端，行程板312上设置有四个与四个行程杆314一一对应的翼板3121，行程杆314顶端通过螺栓固定在对应位置的翼板3121上，翼板3121上设置有滑套3122，四个翼板3121通过滑
套3122与四个键槽导套12一一对应滑动配合，行程板312通过翼板3121与键槽导套12滑动配合提高了向下运动的稳定性，筒体131的外侧壁上设置有四个与四个侧翼导轨32一一相对设置的行程导套313，每个行程导套313上对应竖直贯穿滑动设置有行程杆314，行程杆314的底端与滑动封板33之间通过连杆315两端铰接连接设置。
40.参阅图1、图2、图6和图8，每个侧翼导轨32上的对应设置有取样稳定机构4，取样稳定机构4包括由开闭驱动组件31驱动的竖直升降设置的重力插块44，重力插块44呈圆柱状，重力插块44的底端呈圆锥结构，圆锥结构能够使得重力插块44更好地插入海底沉积层中，重力插块44外壁上设置有多个沿轴向分布设置的抓地环441，抓地环441能够提高重力插块44与沉积层之间的附着性，更利于保持重力插块44插入沉积层后的稳定性，进而方便稳定取样。取样稳定机构4还包括外壳体41、滑动楔块42和拉簧43；外壳体41焊接在侧翼导轨32上，外壳体41内侧壁上设置有竖直滑轨411，滑动楔块42呈直角梯形结构，滑动楔块42上位于长底边位置设置有与竖直滑轨411滑动配合的滑动脚421，滑动楔块42直角边位置上与外壳体41内顶端面之间焊接有两个拉簧43，两个拉簧43分布在滑动楔块42的主体两侧，滑动封板33上远离筒体131中心的一端水平转动安装有滚轮331，滚轮331与滑动楔块42的斜面滚动接触，重力插块44竖直焊接在滑动楔块42的底端面上。
41.在进行正式的海洋地质环境沉积层勘探取样时，通过船载缆绳收放系统将本发明取样器释放在待取样海域位置，随着释放过程最终取样器将与海底沉积层接触，且四个重力插块44将插在沉积层中，需要说明的是，本发明取样器的重心基本集中在靠下端位置，且位于取样器的中轴线上，另外四个取样稳定机构4进一步增大了与沉积层的接触范围，因此相比较传统的海洋勘探取样器，本发明取样器能够基本保持竖直状态触底放置在沉积层上，有利于后续多工位取样机构2进行竖直取样。
42.当取样器触底停放在沉积层上后，便可启动封板机构3将四个滑动封板33打开，具体的，通过启动电动缸311带动行程板312竖直向下运动，从而带动四个行程杆314顺着行程导套313随着行程板312同步向下运动，继而行程杆314通过连杆315带动滑动封板33顺着侧翼导轨32向着外侧滑动，当电动缸311输出端达到最大伸出量时，四个滑动封板33将同步打开，所有的避位圆孔1331以及进水孔1332将全部处于开启状态，其中进水孔1332在开启的同时，位于勘探位置的海水将随之进入到保温空间内，另外，在打开滑动封板33的同时，滚轮331将随着滑动封板33同步运动，继而滚轮331将贴着滑动楔块42的斜面滚动，并通过挤压使得滑动楔块42顺着竖直滑轨411向下滑动，继而重力插块44将进一步随着滑动楔块42更深入地插向沉积层中。通过开闭驱动组件31同步滑动打开滑动封板33的同时，也同步驱动四个重力插块44进一步插入沉积层中，即在完成取样准备工作的同时进一步提高了取样器在沉积层上摆正放置的稳定性，可降低取样过程中取样器受到海底复杂环境，例如海底暗流冲击、海洋生物侵扰等不可控因素造成的取样器状态倾斜或倾倒造成取样质量不佳甚至取样样品失效的问题。
43.参阅图3、图4、图5和图6，多工位取样机构2包括四个一一对应滑动设置在四个圆形通道1321中用于同步取样的取样筒24，底端板133上在位于每个圆形通道1321位置开设有用于避开对应位置取样筒24的避位圆孔1331，底端板133上还设置有四个与四个避位圆孔1331一一对应设置且围绕保温筒13中心轴圆周均匀分布的进水孔1332，进水孔1332与保温空间导通，当在浅层海域海底的沉积层进行勘探取样时，打开进水孔1332后位于取样区
域的海水可自动进入保温空间内，进入保温空间内的海水维持了取样位置的环境温度，继而通过水浴保温的方式可对取样后的沉积层样品形成保温，维持取样样品的温度保温需求。多工位取样机构2还包括步进电机21、驱动螺杆22和行程螺套23；步进电机21通过螺栓竖直固定在圆筒壳体111的顶端，步进电机21的输出轴上设置有位于圆筒壳体111内的驱动齿轮211，每个键槽导套12中对应竖直滑动配合安装有行程螺套23，每个行程螺套23中对应螺纹连接有驱动螺杆22，驱动螺杆22通过轴承转动安装在圆筒壳体111上，驱动螺杆22上设置有与驱动齿轮211啮合的从动齿轮221，取样筒24顶端与行程螺套23底端焊接。传统的取样器在单次取样任务中只能获得单个取样样品，而设置多工位取样机构2的目的便在于执行单次取样任务便可获得多个独立的取样样品，从而提高了单次取样的有效性，增加了取样样品分析的对比度。
44.在将滑动封板33打开后，便可通过多工位取样机构2进行多样品取样，具体的，通过启动步进电机21带动驱动齿轮211转动，驱动齿轮211将驱动四个从动齿轮221同步转动，从而带动四个驱动螺杆22同步转动，驱动螺杆22将驱动行程螺套23顺着键槽导套12竖直滑动，从而在步进电机21的驱动下四个取样筒24将随着各自连接的行程螺套23同步下降，取样筒24将竖直插入沉积层中直到最大深度为止，沉积层样品将被挤压进取样筒24中，完成取样后，再次启动步进电机21反向转动，从而将四个取样筒24连同取样样品上升至圆形通道1321内，随后，再次启动开闭驱动组件31，一方面将同步带动四个滑动封板33将所有的避位圆孔1331以及进水孔1332闭合，继而取样样品将被封闭保存在取样筒24中，能够维持取样原状，进水孔1332闭合使得保温空间形成了封闭的水浴保温空间，另一方面滚轮331随着滑动封板33退回使得在拉簧43弹力下重力插块44从沉积层中向上提。随后通过收卷缆绳将取样器从海水中提拉至船上。
45.另外，需要补充说明的是，因为本发明取样器的取样环境位于海水中，考虑到电力部件的防水性，因此本取样器中可直接采用装配市面上成熟的且具备防水性能的步进电机21以及电动缸311即可达到防水取样要求。
46.参阅图9，此外，本发明还提供了一种海洋地质环境勘探取样方法，其取样方法具体如下：s1、通过船只航行至待勘探海洋区域位置，随后通过船载缆绳收放系统将取样器竖直释放至海域中；s2、当取样器触底放置在海底沉积层上后，通过开闭驱动组件31驱动滑动封板33将所有的避位圆孔1331以及进水孔1332开启，并同步驱动所有的重力插块44进一步插入沉积层中；s3、通过多工位取样机构2完成多个取样样品的同步取样，并在完成取样后将取样筒24收置在圆形通道1321内；s4、再次通过开闭驱动组件31驱动所有的滑动封板33将所有的避位圆孔1331以及进水孔1332重新闭合，并同步带动所有的重力插块44从沉积层中向上提出；s5、通过收卷缆绳将取样器提拉至船上，从而结束海洋地质环境沉积层勘探取样。
47.本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
48.以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述
特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。