同步采集近底层悬沙和表层床沙的采样器的制作方法

1.本实用新型涉及一种采样器，尤其涉及一种同步采集近底层悬沙和表层床沙的采样器。


背景技术：

2.在一个流域和地区要了解河床的冲刷和淤积，就要了解河流流速和泥沙的特征、来源、数量及其时空变化。在对不同水深的泥沙浓度测量分析时，同时对河床表面泥沙粒径大小进行分析，可以了解河流悬移质和河床表面泥沙的交换情况。在分析悬移质的基本特性时，同时分析河床表面泥沙的基本特性，可以分析它们之间的相互影响。所以，同步采集近底层悬沙和表层床沙有重要作用。
3.国际上有各种各样的悬沙采样器和底沙采样器，无论是发达国家还是发展中国家，到目前为止，均是独自采样。并没有同步采集近底层悬沙和表层床沙的装置。
4.目前我国已知的表层床沙采样器主要为抓斗式床沙采样器。采样时抓斗器张开，利用本身的重力陷入沉积物，再通过绳索牵引抓斗器闭合，将沉积物采集上来。但是在采集后提离水面的过程中，容易造成所采集的表层沉积物的扰动与混合。甚至可能抓斗器在提离过程张开，导致部分样品掉落。
5.现阶段的底沙采样器，操作步骤繁琐，且采样容易丢失，不能适应较深水底和流速较大的水域，不能同步取到悬沙和底沙。所以要达到所述要求，需要一种同步采集近底层悬沙和表层床沙的采样器装置，且能适应较大水深和较大流速的水域。


技术实现要素：

6.实用新型目的：本实用新型目的是提供一种同步采集近底层悬沙和表层床沙的采样器，能够同步采集近底层悬沙和表层床沙，避免了分步采样，能够有效减小因分步采样而产生的数据不同时性，大大减少了工作量，提高了工作效率。
7.技术方案：本实用新型包括铅鱼，所述的铅鱼顶部连接有悬沙采样器，底部连接有表层床沙采样器，所述的表层床沙采样器包括中心柱，中心柱上部设有螺纹，螺纹与螺母连接，中心柱下部设有采泥孔，中心柱中部的左右两侧均设有限位点，所述中心柱的下部套有套筒，所述的套筒底部设有挡板，套筒两侧均设有限位凹槽，所述的限位凹槽能够卡在限位点上，套筒顶部与螺母之间的中心柱上套有弹簧。
8.所述的中心柱底部设有柱尖，便于中心柱插入泥沙中。
9.所述的限位点与中心柱焊接，通过限位点与限位凹槽的配合限制封闭套筒的移动范围。
10.所述挡板的大小根据下面公式进行确定：
11.12.其中，b为挡板的半径；f为圆盘所受压力；z为下陷量；kc为黏聚变形模量；为摩擦变形模量；n为土壤变形指数，为无量纲参数。
13.所述的套筒为封闭套筒，所述的封闭套筒与中心柱紧密贴合。
14.所述的封闭套筒底部与挡板整体连接。
15.所述的封闭套筒受到弹簧弹力后能够快速回位，使封闭套筒完全封闭采泥孔，保证采取泥样不丢失。
16.所述的表层床沙采样器顶部通过螺旋与铅鱼结合，该表层床沙采样器不仅可以与悬沙采样器12结合，也可以和其他形式的采水样器或者探测设备相结合。
17.工作原理：将采样器放入水中，随着下水深度加深到河底时，表层床沙采样器的中心柱柱尖插入泥中，档板被周围泥沙阻挡，弹簧被压缩，直到挡板到达限位点，此时中心柱插在泥沙中，泥沙进入采泥孔。与此同时，悬沙采样器可采集近底层悬沙样品，之后提起采样器，封闭套筒受到弹簧弹力的作用，迅速回位，紧紧封闭住采泥孔，所采取的表层床沙样品不易丢失，当采泥器被提到水面上后，把悬沙样品和底沙样品取出，从而同步完成对近底层悬沙和表层床沙的采集。
18.有益效果：本实用新型用表层床沙采样器替代了传统的抓斗式，避免了在采样过程中采样丢失，增加了工作的有效性；与悬沙采样器同时搭接，可同步完成对近底层悬沙和表层床沙的采集，避免了分步采集，减少了采集工作量，极大的减少了工作时间和工作量；本装置可在同一时间和同一垂线下完成近底层悬沙和表层床沙的采集，可为研究泥沙垂线分布、悬沙与底沙的交换提供技术支持；表层床沙采样器可单独连接铅鱼或重锤，作为一个单独的表层床沙采样器，单独完成对表层床沙的采样；当水流流速较大时，本装置可以采用金属材质，通过增加采样器重量保持稳定。
附图说明
19.图1为本实用新型的整体结构示意图；
20.图2为本实用新型表层床沙采样器的侧视图；
21.图3为本实用新型的中心柱主视图；
22.图4为本实用新型的封闭套筒和挡板的侧视图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
24.如图1至图4所示，本实用新型包括铅鱼11，铅鱼11顶部连接有悬沙采样器12，底部连接有表层床沙采样器，表层床沙采样器顶部通过螺旋与铅鱼11结合，表层床沙采样器与悬沙采样器12相结合，可同步采集近底层悬沙和表层床沙。如图2和图3所示，表层床沙采样器包括中心柱2，中心柱2上部设有螺纹9，螺母1通过螺纹9螺旋到中心柱2上部，中心柱2下部设有采泥孔5，底部被磨成圆锥状柱尖7，中心柱2中部的左右两侧均焊接有限位点3。
25.中心柱2的下部套有封闭套筒4，封闭套筒4与中心柱2紧密贴合，封闭套筒4底部与挡板6整体连接，如图4所示，封闭套筒4两侧均设有限位凹槽10，封闭套筒4可通过两侧的限位凹槽10卡在中心柱2两侧的限位点3上，从而使封闭套筒4套在中心柱2上，进而限制封闭套筒4的移动范围。封闭套筒4顶部与螺母1之间的中心柱上套有弹簧8，通过螺母1使弹簧8
稍稍受到压缩，此时为初始状态，即封闭套筒4完全封闭着采泥孔5。本装置可以通过调节螺母1位置调节弹簧8弹力，也可更换不同弹性系数的弹簧8来调节弹簧弹力，使挡板6在采样时可以快速回位。
26.本装置在中心柱底部尖端插入泥沙中时，挡板6受到周围泥沙的阻力不能进入泥沙中。当挡板6达到限位点3处，弹簧8被压缩，中心柱2完全插入泥沙中，泥沙进入采泥孔5，之后将采样器提起。提起时封闭套筒4受到弹簧8弹力快速回位，封闭套筒4完全封闭采泥孔5，保证采取泥样不丢失。
27.为了能够精确取到河床表层泥样，挡板6不可过度陷入泥中，可适当调节挡板6的大小来达到此目的。圆盘形挡板的大小可根据下面公式进行确定：
[0028][0029]
其中，b为圆盘挡板的半径，单位m；f为圆盘所受压力，单位kn，与自重和搭载的铅鱼和悬沙采样器的重量有关；z为下陷量，单位m，为了精确取到表层泥样，下陷量控制在0.005m以内；kc为黏聚变形模量，单位kn/m
(n 1)
；为摩擦变形模量，单位kn/m
(n 2)
；n为土壤变形指数，为无量纲参数，对于河床泥沙n随含水率的不同而变化，变化范围在0.32～0.52之间。
[0030]
工作过程如下：
[0031]
在开始取样之前，把表层床沙采样器和悬沙采样器12分别与铅鱼11结合起来，使其都处于可工作状态。准备工作完成后，将采样器放入水中。随着下水深度加深到河底时，表层床沙采样器的中心柱柱尖插入泥中，档板6被周围泥沙阻挡，弹簧8被压缩，直到挡板6到达限位点3。此时中心柱2插在泥沙中，泥沙进入采泥孔5。与此同时，悬沙采样器12可采集近底层悬沙样品。之后提起采样器，封闭套筒4受到弹簧8弹力的作用，迅速回位，紧紧封闭住采泥孔5，这样所采取的表层床沙样品不易丢失。当采泥器被提到水面上后，把悬沙样品和底沙样品取出。从而同步完成对近底层悬沙和表层床沙的采集。
[0032]
本装置的表层床沙采样器采用弹簧机械结构，无需人为操作，极大的减少了工作量，提高了工作效率；该表层床沙采样器不仅可以与悬沙采样器12结合，也可以和其他形式的采水样器或者探测设备相结合。本实用新型的表层床沙采样器也可以单独连接铅鱼11或重锤，做为一个单独的表层床沙采样器，单独完成对表层床沙的采样。
[0033]
本装置可以采用多种材料制作，面对水流较大的情况，可以采用钢铁材料制作，使其自重增大，防止水流对其产生较大晃动，增加采样的准确性。本装置结构简单，携带方便，成本廉价，操作简单，采样准确，易推广。采样时对悬沙和底沙扰动小，有利于对悬沙和表层底沙的准确研究。