本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境治理及沉積物樣本采集技術領域，涉及到水庫、湖泊、河流等內陸的沉積物樣本采集，特別涉及到內陸水域的深水下的層理性沉積物樣本采集。

背景技術：

水庫運行50、60年后，各種污染物蓄積在水底，以沉積物形式存在，厚度達半米以上，呈現出明顯的分層現象且較為稀軟。沉積物逐年積累造成的環(huán)境問題越來越突出，沉積物樣本的采集是研究水體污染蓄積過程和污染風險的第一步。

目前廣泛用于水底沉積物取樣的設備主要有抓斗式采泥器，重力式沉積物采樣器和振動式沉積物采樣器等。其中，抓斗式采泥器只能采集表層沉積物，使用時會對樣品產生較大的擾動，破壞了沉積物原始的存在形態(tài)，僅適合于沉積物樣品的綜合采樣調研。重力式沉積物采樣器依靠儀器本身的重力貫入沉積物中，取樣的深度取決于配重的重量，取樣深度較為被動，采樣器整體重量較大，使用時需要借助絞車，加大了工作人員的勞動強度；且由于此種采樣器重量集中在上部，采樣時容易產生傾斜，導致采集不到沉積物樣品，采樣成功率低；該采樣器依靠橡膠浮力閥和花瓣式堵頭來實現采樣管的上封下堵，浮力閥密封效果較差，花瓣式堵頭對采集過程中樣品的邊界擾動較大，若采集到的沉積物過于稀軟，樣本還會從花瓣式堵頭漏出，造成樣品的流失。振動式沉積物采樣器采用振動方式，利用各種形式的振動器帶動采樣管振動進入沉積物中獲取相應沉積物樣品，采樣效率相比前兩種儀器顯著提高。例如丹麥kc-denmark公司生產的haps振動器，可以搭配在相應的沉積物柱狀取樣器上使用，以振動的方式采集沉積物樣品，重量達到168kg，操作起來非常不方便，同樣需要借助絞車，其所配有的支架難以在水庫稀軟的沉積物中站立，且會對采樣點附近的沉積物產生較大的擾動；中國發(fā)明專利授權公告號101713709公開了一種液體振動取樣器，利用海水作為振動器的能量源，從而以振動方式進行沉積物取樣，但是這種取樣器需要配備較大的氣倉，以儲備流進來的水，而且該采樣器的振動頻率不可以進行調節(jié)。美國的sdi公司生產了一種聲波振動采泥器，單是采樣頭重量就達到35kg，重心集中在上部，采樣過程中受到水流的擾動時該設備容易發(fā)生傾斜，無法準確采集到垂直的樣本，甚至造成取樣失敗。為解決此問題該型采泥器在采樣管下部增加了圓形配重、在振動機構旁加了兩個浮球來克服重心過高和容易傾倒的問題，這導致了設備整體重量的進一步增加，增大了操作的難度；同時底部的配重會壓縮表層稀軟的沉積物，造成了樣品的擾動；且該設備價格較高，約為50萬人民幣，這就增大了水庫沉積物調查的成本，推廣性較差；該設備采樣管底部的封堵同樣采用花瓣式堵頭，在進入沉積物的過程中對邊界的擾動很大，樣品的保真性難以得到保證。在一般水庫的沉積物采樣調查中，采樣船只多為小型船只，并沒有專用的大型絞車等設備，若采用重力式或振動式采泥器，由于這幾種設備重量都較大，很難通過人工進行操作采樣，所以在水庫的沉積物采集中設備輕便很重要，能夠通過人力方便快捷完成取樣工作，以適應各種野外復雜情況、采樣條件有限的實際采樣環(huán)境。

顯然，前述設備均不能滿足內陸水域層理性沉積物樣品的采集，尤其是采樣管上部的密封裝置和下部的堵漏裝置效果較差，難以獲取保真性較好的沉積物樣品。需要研發(fā)適用于內陸水域的保真層理性沉積物采樣器。

本發(fā)明專利受到“國家自然科學基金儀器基礎專項-水源水庫水質多維保真采樣設備項目(51327004)”的資助。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種保真層理沉積物采集器，使其適用于內陸水域層理性沉積物樣本的采集。

本發(fā)明的技術方案是：

一種保真層理沉積物采集器，包括振動機構、排水密封器、采樣管、管卡、堵頭機構、電纜、堵頭機構纜繩、振動器纜繩。通過振動機構帶動采樣管振動，使得采樣管壁周圍沉積物“液化”，采樣管下沉，從而實現層理性沉積物樣本的采集。

振動機構包括直流振動電機、方形密封箱、水密接頭、固定支座、連接支座。直流振動電機為偏振塊式，電機兩端輸出軸各連接一相同的半圓形偏振塊，通過電機的轉動產生偏振力，配有的調頻器可調節(jié)振動的頻率，通過螺栓將其固定在固定支座上；方型密封箱上蓋板通過螺栓和密封圈同桶體連接，為可拆卸式，其由不銹鋼材料制成，以承受較大的水下壓力，上蓋板開有小孔放置水密接頭，電纜通過水密接頭與直流振動電機相連；連接支座用來連接排水密封器和堵頭機構。

排水密封器包括主體支座、頂桿、密封蓋、彈簧、連接體和四個卡簧。主體支座和頂桿通過銷軸連接在一起，連接體內徑同采樣管外徑相同，采樣時將采樣管插入連接體中，通過管卡將采樣管與排水密封器牢固連接在一起；在未采完樣時，密封蓋處于打開狀態(tài)，采樣管中的水可順利快速從上面流出，采樣完成后，振動器纜繩拉動兩個頂桿做旋轉運動，頂桿推動密封蓋向下運動，使密封蓋完全嵌入連接體中將采樣管上部堵死，通過卡簧的限位作用使密封蓋保持同連接體的緊密貼合狀態(tài)。在密封蓋打開狀態(tài)下，彈簧僅受到密封蓋的重力，同時起到連接的作用；密封蓋為橡膠材質，下部的錐形錐度同連接體上部的開口錐度相同，可保證兩者緊密貼合。

采樣管材料為亞克力有機玻璃，其下底面為楔形，同采樣管中軸線成一定角度，這樣既可以減少采樣管鉆入沉積物過程中的阻力，同時可以與楔形的封堵頭緊密貼合，保證樣本不會流失。

管卡為不銹鋼材料，其結構為兩半圓卡箍對接式，通過調節(jié)兩個松緊螺栓來實現同采樣管的快速緊密連接；兩個豎直的連接螺柱用來同排水密封器相連接。

堵頭機構包括連接桿、拉桿、封堵頭。拉桿和連接桿之間用銷軸連接實現兩桿的自由轉動；采樣器下放過程中，通過堵頭機構纜繩連接拉桿，將封堵機構拉至采樣器上部，保證其不會影響采樣管的采樣；在采集完樣品后，將采樣器拉出底泥后，此時釋放堵頭機構纜繩，使堵頭機構自由向下翻轉實現同采樣管的接合；接合后再拉動拉桿，由于連接桿為一圓弧形，對拉桿施加的拉力會對連接桿產生水平方向的分力，從而使得封堵頭同采樣管的緊密貼合，保證樣品不會流出采樣管。

振動器纜繩承載整個儀器的重量，采樣開始釋放儀器入水時，此纜繩的圓環(huán)掛在振動機構上部的掛鉤上，這樣使得排水密封器的頂桿不受拉力，密封蓋處于打開狀態(tài)，隨著采樣的進行，采樣管進入沉積物中，振動器纜繩不再受拉力，繼續(xù)釋放時此纜繩的圓環(huán)從掛鉤中脫出，采樣結束上提此儀器時，此纜繩開始拉動排水密封器的頂桿運動，使密封蓋將采樣管上部堵死；堵頭機構纜繩用來控制堵頭機構同采樣管的配合狀態(tài)；電纜提供電力供應，不受力，電力由24v直流蓄電池提供。

本發(fā)明的效果和益處是相比于現有的抓斗采泥器和柱狀采泥器，設計了一款輕便高效的，通過排水密封器和堵頭機構實現上封下堵，采用振動“液化”垂直采集內陸水域層理沉積物樣本的采集器。彌補了當前采集設備在采樣工況、設備重量、采樣環(huán)境的限制，發(fā)明了適用于內陸水域沉積物深層理、微擾動、原狀保真采集的設備，具有代表性強、操作便捷、造價低等特點。

附圖說明

圖1是保真層理沉積物采集器整體結構示意圖；

圖2是振動機構示意圖；

圖3是排水密封器示意圖；

圖4是管卡示意圖；

圖5是堵頭機構示意圖；

圖中：1振動機構；2排水密封器；3采樣管；4管卡；5堵頭機構；6電纜；7堵頭機構纜繩；8振動器纜繩；1-1直流振動電機；1-2方形密封箱；1-3水密接頭；1-4固定支座；1-5連接支座；2-1主體支座；2-2頂桿；2-3密封蓋；2-4彈簧；2-5連接體；2-6卡簧；4-1半圓卡箍；4-2松緊螺栓；4-3連接螺柱；5-1連接桿；5-2拉桿；5-3封堵頭。

具體實施方式

以下結合技術方案(和附圖)詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式。

一種保真層理沉積物采集器，包括振動機構、排水密封器、采樣管、管卡、堵頭機構、電纜、堵頭機構纜繩、振動器纜繩。通過振動機構帶動采樣管振動，使得采樣管壁周圍沉積物“液化”，采樣管下沉，從而實現層理性沉積物樣本的采集。振動機構的直流振動電機固定在固定支座上，方型密封箱上蓋板開有小孔放置水密接頭，電纜通過水密接頭與直流振動電機相連；連接支座用來連接排水密封器和堵頭機構。排水密封器用于實現采樣管上部的排水和封堵，堵頭機構用于實現采樣管(3)下部封堵。采樣管材料為亞克力有機玻璃，下底面為楔形。管卡為不銹鋼材料，其結構為兩半圓卡箍對接式，通過調節(jié)兩個松緊螺栓來實現同采樣管的快速緊密連接。

保真層理沉積物采集器具體實施步驟如下：

步驟1：將排水密封器2通過螺栓同振動機構1的連接支座1-5相連接，將振動器纜繩8穿過振動機構1兩側的通孔和連接支座1-5上的中心孔同排水密封器2的頂桿2-2連接。

步驟2：將管卡4套裝在采樣管3上部，調節(jié)松緊螺栓4-2使管卡4同采樣管3緊密貼合；將采樣管3上部插入排水密封器2的連接體2-5內，通過管卡4的連接螺柱4-3使采樣管3同排水密封器2相連接。

步驟3：將堵頭機構5通過銷軸連接在振動機構1的連接支座1-5下部兩邊的水平通孔中，將堵頭機構纜繩7拴在拉桿5-2上，并將堵頭機構5翻轉至采樣器上部。

步驟4：將振動器纜繩8的圓環(huán)套在振動機構1上部的掛鉤上，振動電機電纜6連接至24v直流電源，打開開關，調節(jié)調頻器檢驗直流振動電機1-1能否正常運轉。

步驟5：檢測無誤后，將此采樣器緩慢下放至水底，注意振動器纜繩8承受整個儀器的全部重量，堵頭機構纜繩7僅起到拉住堵頭機構5使其不翻轉至下方的作用；接觸至水底沉積物時，待儀器穩(wěn)定后接通電源，振動機構1工作，通過振動將采樣管3周圍沉積物“液化”，采樣管3勻速鉆進采集泥樣，此時采樣管3中的水通過排水密封器2排出，保障采樣管3內外沒有壓差，泥樣順利進入采樣管3。

步驟7：待采樣完成后，關閉直流振動電機1-1電源，繼續(xù)釋放一截振動器纜繩8使此纜繩的圓環(huán)脫離掛鉤，此時拉動振動器纜繩8，纜繩的拉力將作用在排水密封器2的頂桿2-2上，頂桿2-2推動密封蓋2-3向下運動將采樣管3頂部封死。將采樣器提出底泥，采樣器完全從底泥中出來后釋放堵頭機構纜繩7，此時堵頭機構5在自身重力下向下翻轉將采樣管3下口堵死，為保證封堵緊實，再拉動堵頭機構纜繩7，拉桿5-2產生的水平方向的分力進一步使封堵頭同采樣管3配合更加緊密，保證樣品不會流出。

步驟8：更換新的采樣管3進行下一個采樣點的采集，其余步驟如前所述。