高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置及采样方法与流程

1.本发明涉及海洋勘探技术领域，具体涉及高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置及采样方法。


背景技术：

2.海底沉积物的分析测试是海洋勘探工作的重要组成部分，无论是资源勘查还是环境评价均离不开相关样品的分析测试。获取足量且多样的样品是保证分析测试质量的关键，但是现有的浅海沉积物采集存在以下问题：一是不能同时完成沉积物多点、多个深度的样品采集，需要多次潜入海底重复采样，同时从海底到海面过程中，由于海水冲洗极易造成样品损失，从而无法满足取样要求；二是现有采样装置普遍为固定结构，不可调节，为了扩大一次采样的范围，会扩大采样装置体积，在采样装置四周都布置采样管，但体积的增加导致采样装置的收纳搬运都极为不便。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，包括支撑架，可折叠的翻转装置，用于采集海底沉积物的取样装置，其特征在于：
4.所述支撑架包括可折叠的主架体，分别安装在主架体左右两侧的一对支撑框；
5.所述翻转装置包括安装在支撑框上的驱动组件，安装在驱动组件上的翻转板；
6.所述取样装置包括安装在翻转板上的传动组件，安装在传动组件上且用于采集多个深度海底沉积物的采样结构。
7.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述主架体包括立架，关于立架左右对称分布且为u形结构的一对支架，一端与支架铰接且可上下转动的过渡架a，一端与过渡架a铰接且另一端与立架铰接、与过渡架a关于铰接点对称的过渡架b，一端与支架铰接且分别位于支架前后两侧的一对过渡杆a，两个过渡杆a关于支架前后对称，过渡杆a可前后转动，安装在过渡杆a上且位于过渡杆a远离支架一端的支柱a，一端与立架铰接且分别位于立架前后两侧的一对过渡杆b，两个过渡杆b关于支架前后对称，过渡杆b可前后转动，安装在过渡杆b上且位于过渡杆b远离立架一端的支柱b，支柱a与支柱b铰接，安装在支架上且伸缩杆与立架连接的调节电动推杆，支撑框安装在支架顶部，支撑框为u形结构，
8.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述支柱a、支柱b、支架、立架底部均为尖锥形；
9.过渡杆a、过渡杆b、过渡架a、过渡架b长度均为l1。
10.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述翻转装置为多个，翻转装置分别安装在支撑框前后两侧，翻转装置关于支撑框左右对称地设置。
11.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述驱动组件包括通过安装在支撑框顶部的横柱，通过滚动轴承转动安装在横柱上且沿x方向分布的第一轴、第二轴、第三轴，第一轴位于横柱远离支架一端，安装在横柱上且输出轴与第一轴连接的驱动电机，安装在第一轴上的第一驱动齿轮，安装在第二轴上且与第一齿轮啮合的第二驱动齿轮，安装在第三轴上且与第二驱动齿轮啮合的第三驱动齿轮，一端安装在第一轴上的驱动杆a，一端安装在第一轴上且与驱动杆a之间的夹角为180
°
的驱动杆b，驱动杆b位于驱动杆a后侧，一端安装在第三轴上且始终与驱动杆a平行的驱动杆c，驱动杆c位于驱动杆a后侧，安装在驱动杆c上且位于驱动杆c 远离第三轴一端的第四驱动齿轮，一端与驱动杆a铰接且为l形结构的驱动杆d，驱动杆弯折位置处与第四驱动齿轮圆心处铰接，通过滚动轴承转动安装在驱动杆d上且位于驱动杆d远离驱动杆a一端的第五驱动齿轮，第五驱动齿轮与第四驱动齿轮啮合，安装在第五驱动齿轮上且为l形结构的支撑臂，翻转板安装在支撑臂上。
12.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述传动组件包括安装在翻转板上的防护罩，安装在防护罩内的升降电动推杆，安装在升降电动推杆伸缩杆上的升降板，安装在升降板上的保护壳，安装在保护壳内的传动电机，安装在传动电机输出轴上的传动板。
13.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述采样结构安装在传动板上；采样结构包括沿传动电机中心轴线方向分布的多个采样组件，相邻两个采样组件之间相互连接；
14.采样组件包括固定筒，位于固定筒远离传动板一端且与固定筒同轴设置的固定板，一端安装在固定筒上且另一端安装在固定板上的主轴，通过滚动轴承转动安装在主轴上的传动轴a，安装在传动轴a上的固定盘，固定盘上设有多个围绕固定盘中心轴线圆周分布的驱动槽，通过滚动轴承转动安装在传动轴a上且位于固定盘与固定筒之间的传动轴b，安装在传动轴b上且的第一传动齿轮，第一传动齿轮上设有多个围绕第一传动齿轮中心轴线圆周分布的传动槽，安装在固定盘上的第一电机，安装在第一电机输出轴上且与第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮，安装在传动轴a上且位于第一传动齿轮与固定筒之间的第三传动齿轮，安装在固定筒内的第二电机，安装在第二电机输出轴上且与第三传动齿轮啮合的第四传动齿轮；
15.采样组件还包括移动地安装在驱动槽内的驱动柱，移动地安装在传动槽内且一端与驱动柱连接的传动柱，安装在驱动柱上的采样块。
16.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述驱动槽内安装有一对滑轨，驱动柱安装在滑轨上；传动槽为弧形结构，传动槽内安装有一对滑柱，传动柱上设有与滑柱形状配合的环形滑槽，滑柱插入环形滑槽内。
17.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述采样块为扇形结构，采样块与固定盘同轴设置；采样块两端设有采样槽；
18.所述固定盘圆周面上设有多个围绕固定盘中心轴线环形阵列的容置槽，容置槽一一对应且与驱动槽连通；容置槽与采样块形状配合；容置槽远离驱动槽的一端设有密封条。
19.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述采样结构还包括安装在固定筒上且位于固定筒靠近固定板一端的外筒a，安
装在固定板上且位于固定板靠近固定筒一端的外筒b，安装在固定筒圆柱面上且为螺旋结构的切割片，安装在距传动板最远的固定板上的切割头。
20.本发明公开的一种优选的高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置，其特征在于，所述外筒a、外筒b直径均为d1，固定筒直径为d2，d1＜d2。
21.本发明的采样步骤如下：
22.s1：在海面上，支撑架展开，通过卷扬机沉入海底；
23.s2：支撑架着陆后，驱动组件带动翻转板转动，使翻转板展开与x方向平行；
24.s3：传动组件带动采样结构靠近海底沉积物，采样结构钻孔，采样结构插入沉积物内；
25.s4：到达需要深度时，其中一个采样组件带动采样块径向移动，使采样块插入海底沉积物内，采样组件带动采样块转动，海底沉积物进入采样槽内；然后采集组件带动采样块径向移动，采样块回到容置槽内；
26.s5：重复s3、s4，获得多个不同深度的样本，使不同深度的样本储存在不同采样组件内。
27.本发明具有有益效果：本发明克服了现有技术的不足，提供了一种专门用于浅海礁石区域海底沉积物的采样装置，该结构解决了现有沉积物不能多点、多个深度采集的问题，同时解决了现有采样装置普遍为固定结构，不可调节的问题。
附图说明
28.图1为本发明在海水内下降时的主视图；
29.图2为本发明在海底着陆时的主视图；
30.图3为本发明支撑架主视图；
31.图4为本发明主架体俯视图；
32.图5为本发明主架体未安装过渡架a、过渡架b时的俯视图；
33.图6为本发明翻转装置合拢时的主视图；
34.图7为本发明翻转装置展开时的主视图；
35.图8为本发明取样装置主视方向的部分剖视图；
36.图9为本发明采样组件主视方向的部分剖视图；
37.图10为本发明固定盘俯视图；
38.图11为本发明采样块俯视图；
39.图12为本发明收纳时的主视图。、
40.图中标记如下：
41.100-支撑架，101-主架体，102-支撑框，103-立架，104-支架，105-过渡架a， 106-过渡架b，107-过渡杆a，108-过渡杆b，109-支柱a，110-支柱b，111-调节电动推杆，112-挂钩。
42.200-翻转装置，201-驱动组件，202-翻转板，203-横柱，204-第一轴，205
‑ꢀ
第二轴，206-第三轴，207-第一驱动齿轮，208-第二驱动齿轮，209-第三驱动齿轮，210-驱动杆a，211-驱动杆b，212-驱动杆c，213-第四驱动齿轮，214-驱动杆d，215-第五驱动齿轮，216-支撑臂。
43.300-取样装置，301-传动组件，302-采样结构，303-防护罩，304-升降电动推杆，305-升降板，306-保护壳，307-传动电机，308-传动板，309-采样组件， 310-固定筒，311-固定板，312-主轴，313-传动轴a，314-固定盘，315-驱动槽， 316-传动轴b，317-第一传动齿轮，318-传动槽，319-第二传动齿轮，320-第三传动齿轮，321-第二电机，322-第四传动齿轮，323-驱动柱，324-传动柱，325
‑ꢀ
采样块，326-采样槽，327-容置槽，328-外筒a，329-外筒b，331-切割头，332
‑ꢀ
滑柱。
具体实施方式
44.下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明。
45.如图1、图2、图12所示，高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置及采样方法，包括支撑架100，可折叠的翻转装置200，用于采集海底沉积物的取样装置300。
46.如图3、图4、图5所示，支撑架100包括可折叠的主架体101，分别安装在主架体101左右两侧的一对支撑框102。
47.主架体101包括立架103，关于立架103左右对称分布且为u形结构的一对支架104，一端与支架104铰接且可上下转动的过渡架a105，一端与过渡架a105 铰接且另一端与立架103铰接、与过渡架a105关于铰接点对称的过渡架b106，一端与支架104铰接且分别位于支架104前后两侧的一对过渡杆a107，两个过渡杆a107关于支架104前后对称，过渡杆a107可前后转动，安装在过渡杆a107 上且位于过渡杆a107远离支架104一端的支柱a109，一端与立架103铰接且分别位于立架103前后两侧的一对过渡杆b108，两个过渡杆b108关于支架104 前后对称，过渡杆b108可前后转动，安装在过渡杆b108上且位于过渡杆b108 远离立架103一端的支柱b110，支柱a109与支柱b110铰接，安装在支架104 上且伸缩杆与立架103连接的调节电动推杆111，支撑框102安装在支架104 顶部，支撑框102为u形结构。支撑框102上设有用于与卷扬机钢丝绳连接的挂钩112。
48.支柱a109、支柱b110、支架104、立架103底部均为尖锥形；过渡杆a107、过渡杆b108、过渡架a105、过渡架b106长度均为l1。
49.通过支撑架100解决了现有采样装置普遍为固定结构，不可调节的问题；通过支架104、立架103、过渡杆、过渡架等铰接形成可折叠结构，方便收纳搬运，同时满足了采样范围的大小；通过框架结构的支架104、立架103、过渡架等减小对海水的扰动，为采样做好准备，同时减小浮力，避免浮力影响整个采样装置的下降；通过设置多根底部为尖锥形的支柱a109、支柱b110、立架103、支架104，方便支撑架100插入海底，提高整个采样装置的稳定性。
50.通过调节电动推杆111伸缩杆的伸长，使支架104与立架103之间的距离增加，过渡架a105、过渡架b106向下转动，过渡杆a107、过渡杆b108向外转动，支柱a109、支柱b110底部与支架104底部平齐，使支撑架100展开。
51.如图6、图7所示，翻转装置200为多个，翻转装置200分别安装在支撑框 102前后两侧，翻转装置200关于支撑框102左右对称地设置。翻转装置200 包括安装在支撑框102上的驱动组件201，安装在驱动组件201上的翻转板202。
52.驱动组件201包括通过安装在支撑框102顶部的横柱203，通过滚动轴承转动安装在横柱203上且沿x方向分布的第一轴204、第二轴205、第三轴206，第一轴204位于横柱203远离支架104一端，安装在横柱203上且输出轴与第一轴204连接的驱动电机，安装在第一轴
204上的第一驱动齿轮207，安装在第二轴205上且与第一齿轮啮合的第二驱动齿轮208，安装在第三轴206上且与第二驱动齿轮208啮合的第三驱动齿轮209，一端安装在第一轴204上的驱动杆 a210，一端安装在第一轴204上且与驱动杆a210之间的夹角为180
°
的驱动杆 b211，驱动杆b211位于驱动杆a210后侧，一端安装在第三轴206上且始终与驱动杆a210平行的驱动杆c212，驱动杆c212位于驱动杆a210后侧，安装在驱动杆c212上且位于驱动杆c212远离第三轴206一端的第四驱动齿轮213，一端与驱动杆a210铰接且为l形结构的驱动杆d214，驱动杆弯折位置处与第四驱动齿轮213圆心处铰接，通过滚动轴承转动安装在驱动杆d214上且位于驱动杆d214远离驱动杆a210一端的第五驱动齿轮215，第五驱动齿轮215与第四驱动齿轮213啮合，安装在第五驱动齿轮215上且为l形结构的支撑臂216，翻转板 202安装在支撑臂216上。通过驱动杆a210、驱动杆b211、驱动杆c212的前后设置，避免运动过程中发生干涉，影响驱动杆的转动。
53.第一驱动齿轮207、第二驱动齿轮208、第三驱动齿轮209、第四驱动齿轮 213机械参数均相同，驱动杆a210、驱动杆c212长度相同。
54.通过翻转装置200带动翻转板202转动，使翻转板202与x方向垂直，或翻转板202与x方向平行，从而起到减小整个采集装置的体积效果，避免翻转板202展开时，影响整个采样装置的下降。
55.通过驱动电机带动第一驱动齿轮207转动，通过齿轮啮合，第三驱动齿轮 209转动，驱动杆a210、驱动杆b211、驱动杆c212转动，驱动杆a210、驱动杆c212、驱动杆d214之间形成平行四边形结构，驱动杆d214始终保持不动，驱动杆d214始终与x方向平行，第四驱动齿轮213随驱动杆c212运动，第四驱动齿轮213与第五驱动齿轮215啮合，第五驱动齿轮215转动，支撑臂216、翻转板202随第五驱动齿轮215运动，从而完成翻转板202的合拢与展开，为取样装置300的工作做好准备。
56.如图8所示，取样装置300包括安装在翻转板202上的传动组件301，安装在传动组件301上且用于采集多个深度海底沉积物的采样结构302。
57.通过取样装置300解决了现有采样装置不能同时完成沉积物多点、多个深度的样品取样，利用设置在支撑框102上的四个取样装置300，同时完成多点取样，每个取样装置300上的采样结构302完成多深度取样，取样多样性和取样效率大大提高。
58.传动组件301包括安装在翻转板202上的防护罩303，安装在防护罩303内的升降电动推杆304，安装在升降电动推杆304伸缩杆上的升降板305，安装在升降板305上的保护壳306，安装在保护壳306内的传动电机307，安装在传动电机307输出轴上的传动板308。采样结构302安装在传动板308上。通过传动组件301带动采样结构302靠近海底，为采样结构302的钻孔做好准备。
59.采样结构302包括沿传动电机307中心轴线方向分布的多个采样组件309，相邻两个采样组件309之间相互连接；
60.如图9、图10所示，采样组件309包括固定筒310，位于固定筒310远离传动板308一端且与固定筒310同轴设置的固定板311，一端安装在固定筒310 上且另一端安装在固定板311上的主轴312，通过滚动轴承转动安装在主轴312 上的传动轴a313，安装在传动轴a313上的固定盘314，固定盘314上设有多个围绕固定盘314中心轴线圆周分布的驱动槽315，通过滚动轴承转动安装在传动轴a313上且位于固定盘314与固定筒310之间的传动轴b316，安
装在传动轴 b316上且的第一传动齿轮317，第一传动齿轮317上设有多个围绕第一传动齿轮317中心轴线圆周分布的传动槽318，安装在固定盘314上的第一电机，安装在第一电机输出轴上且与第一传动齿轮317啮合的第二传动齿轮319，安装在传动轴a313上且位于第一传动齿轮317与固定筒310之间的第三传动齿轮320，安装在固定筒310内的第二电机321，安装在第二电机321输出轴上且与第三传动齿轮320啮合的第四传动齿轮322；
61.采样组件309还包括移动地安装在驱动槽315内的驱动柱323，移动地安装在传动槽318内且一端与驱动柱323连接的传动柱324，安装在驱动柱323上的采样块325。
62.驱动槽315内安装有一对滑轨，驱动柱323安装在滑轨上；传动槽318为弧形结构，传动槽318内安装有一对滑柱332，传动柱324上设有与滑柱332 形状配合的环形滑槽，滑柱332插入环形滑槽内。
63.如图11所示，采样块325为扇形结构，采样块325与固定盘314同轴设置；采样块325两端设有采样槽326；固定盘314圆周面上设有多个围绕固定盘314 中心轴线环形阵列的容置槽327，容置槽327一一对应且与驱动槽315连通；容置槽327与采样块325形状配合；容置槽327远离驱动槽315的一端设有密封条，保证采样块325回到容置槽327内的密封性，避免采样槽326内的样品被海水冲洗造成损失。
64.通过第一电机带动第二传动齿轮319转动，第二传动齿轮319与第一传动齿轮317啮合，传动柱324在传动槽318内移动，带动驱动柱323沿驱动槽315 移动，使采样块325插入海底沉积物内；通过第二电机321带动第四传动齿轮 322转动，第四传动齿轮322与第三传动齿轮320啮合，固定盘314转动，采样块325随固定盘314转动，沉积物进入采样槽326内；通过容置槽327为采样块325提供放置空间，避免采样槽326内的样品被海水冲洗，同时避免样品被污染。
65.采样结构302还包括安装在固定筒310上且位于固定筒310靠近固定板311 一端的外筒a328，安装在固定板311上且位于固定板311靠近固定筒310一端的外筒b329，安装在固定筒310圆柱面上且为螺旋结构的切割片，安装在距传动板308最远的固定板311上的切割头331。外筒a328、外筒b329直径均为 d1，固定筒310直径为d2，d1＜d2。通过切割片、切割头331，完成钻孔，使采样组件309达到不同深度进行采样。
66.本技术的控制系统采用性能稳定的可编程数控系统plc作为控制系统，实现翻转装置、取样装置的全自动控制，并根据实际情况设置参数。控制系统具有示校功能、断点记忆功能、断弧保护功能。
67.本发明高稳定性可调节浅海礁石区域海底沉积物采样装置的工作原理如下：
68.s1：在海面上，支撑架100展开，通过卷扬机沉入海底；
69.s2：支撑架100着陆后，驱动组件201带动翻转板202转动，使翻转板202 展开与x方向平行；
70.s3：传动组件301带动采样结构302靠近海底沉积物，采样结构302钻孔，采样结构302插入沉积物内；
71.s4：到达需要深度时，其中一个采样组件309带动采样块325径向移动，使采样块325插入海底沉积物内，采样组件309带动采样块325转动，海底沉积物进入采样槽326内；然后采集组件带动采样块325径向移动，采样块325 回到容置槽327内；
72.s5：重复s3、s4，获得多个不同深度的样本，使不同深度的样本储存在不同采样组
件309内。
73.不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。