一种海底低扰动智能重力取样器

本发明属于海底采样设备，具体涉及一种海底低扰动智能重力取样器。

背景技术：

1、海底富含矿产资源，但我们对其了解还很有限，因此急需获取大量的海底样品以供研究，目前海底取样设备中重力取样器成本较低，有大规模应用的潜力，但其仍存一些不足。

2、例如专利cn201320578747.6所述的一种重力活塞取样器，其通过绳索将取样器下放至海底，然后通过机械装置触发贯入海底沉积物内，最后通过绳索将取样器收回至科考船，但由于所需携带绳索较重，同时在整个取样过程中，科考船无法移动，因此取样效率较低。

3、此外，由于重力取样器贯入沉积物的初始速度较大，所以扰动较大，再有重力取样器的实际取样点并不在海面下方点的正下方，其准确位置受复杂洋流影响，所以也存在取样精度较低的不足。因此为解决以上问题，设计一种海底低扰动智能重力取样器是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、成本较低、取样点精确的海底低扰动智能重力取样器。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种海底低扰动智能重力取样器，包括浮力块、控制模块、配重块、桨叶、套管、取样管、存样组件、封口组件、控制座、释放弹簧、芯杆及活塞;

4、所述芯杆上端固定有浮力块，下端固定有活塞，芯杆穿过控制座，控制座的下部与取样管上端固定连接，控制座上固定有控制模块，控制座与释放弹簧上端固定连接，释放弹簧下端抵在配重块上，配重块套在释放弹簧、控制座以及控制模块的外侧，控制模块上安装有两个桨叶；配重块下端固定在套管上，套管套在取样管外侧，取样管下端固定安装存样组件，存样组件下端设有封口组件；活塞置于取样管内，桨叶、超声波接收器及超声波发射器连接控制模块，并露在配重块和浮力块外侧；

5、所述控制模块包括固定在控制座上的控制板及固定在控制板上的封口马达、锁杆磁铁、释放磁铁、电池、加速度传感器、两个桨叶马达；封口马达输出端靠近控制座上的通槽设置，封口马达输出端上绕有拉绳，拉绳穿过控制座上的通槽与封口组件主体连接；锁杆磁铁的活动端抵接芯杆，用来卡紧和松开芯杆；释放磁铁的活动端抵接配重块的内壁上，用来卡紧和松开配重块；两桨叶马达位于控制板的上端，两桨叶马达分别与两桨叶连接。

6、进一步的，所述活塞包括活塞体、单向套、封口球、压片及o型密封圈；活塞体轴线处设有中心孔，中心孔内固定芯杆，活塞体内周向设若干水孔，水孔上部为方形，下部为圆形，方形边长小于圆形直径，水孔下部内设过盈配合的单向套；单向套为塑料材质，单向套上部为圆筒状，下部为圆锥筒状，圆锥筒底部开设小口；每个单向套内设有封口球，封口球的直径小于单向套上部圆筒内径，大于小口内径；封口球能将从上到下的水流阻断，仅能使从下到上的水流通过；活塞体底部设有压片，压片上对应于活塞体中心孔和水孔处分别设有大圆孔和小圆孔，小圆孔直径小于水孔下部直径。

7、进一步的，活塞体侧面设有密封圈槽，密封圈槽内设有o型密封圈。

8、进一步的，控制座上部外径大于下部外径，控制座上部为圆盘状，中心设有与芯杆直径相等的芯杆孔，周向设有通槽；控制座下部为圆筒状，外径小于取样管内径，控制座下部设有多个径向设置的螺纹孔ⅰ，取样管侧壁上对应于每个螺栓孔ⅰ处分别设有一螺栓孔ⅱ，控制座与取样管由多个螺栓固定在一起。

9、进一步的，存样组件包括存样袋和袋套，袋套为薄壁圆筒状，固定在取样管下端，存样袋分为袋体和袋座，袋体为塑料材质的薄圆筒，直径大于取样管内径，多个袋座延周向均匀固定在袋体下端，袋座中心设螺钉孔ⅰ；存样袋折叠压缩后套在袋套外侧壁上，存样袋下端的袋座固定在取样管下端，存样袋上端套在压片上，并卡紧在活塞体和压片之间。

10、进一步的，所述取样管下端孔内设有台阶面，并沿周向均匀设多个径向的螺钉孔ⅱ，螺钉孔ⅱ位于台阶面下方；袋套上部内径等于取样管中台阶面上方的内径，外径小于取样管中台阶面下方的内径；袋套中部内径等于取样管中台阶面上方的内径，外径等于取样管中台阶面下方的内径，中部周向均匀设有多个径向的螺纹孔ⅰ，螺纹孔ⅰ分别与螺钉孔ⅱ一一对应，并通过螺钉与取样管固定连接，多个袋座分别由螺钉固定在袋套和取样管之间；袋套下部外径等于中部外径，内径大于取样管中台阶面上方的内径，袋套下部沿周向均匀设有多个径向的螺钉孔ⅲ，袋套下部还设有绳孔ⅰ和绳孔ⅱ；袋套上端面与取样管台阶面之间距离大于存样袋壁厚。

11、进一步的，封口组件包括拉绳、封口片及封口套，封口套固定在袋套下端，封口片包括绳圈、片体和片座，片体为塑料材质的薄壁圆筒，绳圈为塑料材质的薄壁圆管，绳圈外壁面与片体上端面固定连接，片体下端沿周向设多个片座，片座中心设有螺钉孔ⅳ；取样管侧面上设竖直的通槽，封口片折叠压缩后套在封口套上，拉绳一端固定在存样套上绳孔ⅰ内，另一端依次穿过绳圈、绳孔ⅱ、取样管侧面上的通槽固定在封口马达输出端上，片座固定在封口套和存样套之间。

12、进一步的，封口套内径等于取样管内径，封口套上部外径小于袋套下部内径；封口套下部外径等于袋套下部内径，封口套下部沿周向均匀设多个径向的螺纹孔ⅱ，螺纹孔ⅱ与螺钉孔ⅲ一一对应，并通过螺钉与袋套固定连接，多个片座分别由螺钉固定在封口套和袋套之间；封口套上部上端面与袋套中部下端面之间距离大于封口片绳圈外径。

13、进一步的，绳孔ⅱ中心线与取样管侧面上的通槽中心线位于同一平面上，取样管侧面上的通槽内圆直径大于拉绳直径，绳孔ⅱ直径小于封口片绳圈内径，大于拉绳直径。

14、1.本发明结构简单，成本较低，其无需繁重的绳索，在科考船上可以一次性装载较多取样器，可以同时进行多点位的取样。

15、2.本发明设有控制模块和两个桨叶，其中的加速度传感器可以检测速度变化情况，进而控制两个桨叶调整取样器的位姿，使本发明可以保持在预设点贯入海底面取样，具有较高的取样精度。

16、3.本发明设有存样组件和封口组件，在取样器贯入海底的过程中，存样袋与沉积物同步运动，沉积物几乎不与存样袋产生摩擦作用，同时封口片可以在一个平整平面上切割分离沉积物，具有较小的扰动。

17、4.本发明设有加速度传感器、超声波发射器以及超声波接收器，能够协同作业，进而控制模块能够更准确地控制浮力块的释放时机，使活塞精准发挥抽吸作用，实现沉积物的低扰动取样过程。

18、5.本发明设有超声波接收器和发射器，以及两个桨叶，能够与科考船通过超声波进行信息交流，从而可以在上升过程中主动向科考船靠近，具有较高回收效率。

19、6.本发明的取样管与控制座之间为间隙配合，并由螺栓连接，拆卸方便。

20、7.本发明设有释放弹簧和管套，在取样器贯入海底时，管套能够包裹住取样管，避免沉积物对取样管产生过大黏粘力，同时释放弹簧也能够辅助取样管拔出海底，具有较强的逃生返回能力。

技术特征：

1.一种海底低扰动智能重力取样器，其特征是：包括浮力块、控制模块、配重块、桨叶、套管、取样管、存样组件、封口组件、控制座、释放弹簧、芯杆及活塞;

2.根据权利要求1所述的海底低扰动智能重力取样器，其特征是：所述活塞包括活塞体、单向套、封口球、压片及o型密封圈；活塞体轴线处设有中心孔，中心孔内固定芯杆，活塞体内周向设若干水孔，水孔上部为方形，下部为圆形，方形边长小于圆形直径，水孔下部内设过盈配合的单向套；单向套为塑料材质，单向套上部为圆筒状，下部为圆锥筒状，圆锥筒底部开设小口；每个单向套内设有封口球，封口球的直径小于单向套上部圆筒内径，大于小口内径；封口球能将从上到下的水流阻断，仅能使从下到上的水流通过；活塞体底部设有压片，压片上对应于活塞体中心孔和水孔处分别设有大圆孔和小圆孔，小圆孔直径小于水孔下部直径。

3.根据权利要求1或2所述的海底低扰动智能重力取样器，其特征是：活塞体侧面设有密封圈槽，密封圈槽内设有o型密封圈。

4.根据权利要求1所述的海底低扰动智能重力取样器，其特征是：控制座上部外径大于下部外径，控制座上部为圆盘状，中心设有与芯杆直径相等的芯杆孔，周向设有通槽；控制座下部为圆筒状，外径小于取样管内径，控制座下部设有多个径向设置的螺纹孔ⅰ，取样管侧壁上对应于每个螺栓孔ⅰ处分别设有一螺栓孔ⅱ，控制座与取样管由多个螺栓固定在一起。

5.根据权利要求1所述的海底低扰动智能重力取样器，其特征是：存样组件包括存样袋和袋套，袋套为薄壁圆筒状，固定在取样管下端，存样袋分为袋体和袋座，袋体为塑料材质的薄圆筒，直径大于取样管内径，多个袋座延周向均匀固定在袋体下端，袋座中心设螺钉孔ⅰ；存样袋折叠压缩后套在袋套外侧壁上，存样袋下端的袋座固定在取样管下端，存样袋上端套在压片上，并卡紧在活塞体和压片之间。

6.根据权利要求5所述的海底低扰动智能重力取样器，其特征是：所述取样管下端孔内设有台阶面，并沿周向均匀设多个径向的螺钉孔ⅱ，螺钉孔ⅱ位于台阶面下方；袋套上部内径等于取样管中台阶面上方的内径，外径小于取样管中台阶面下方的内径；袋套中部内径等于取样管中台阶面上方的内径，外径等于取样管中台阶面下方的内径，中部周向均匀设有多个径向的螺纹孔ⅰ，螺纹孔ⅰ分别与螺钉孔ⅱ一一对应，并通过螺钉与取样管固定连接，多个袋座分别由螺钉固定在袋套和取样管之间；袋套下部外径等于中部外径，内径大于取样管中台阶面上方的内径，袋套下部沿周向均匀设有多个径向的螺钉孔ⅲ，袋套下部还设有绳孔ⅰ和绳孔ⅱ；袋套上端面与取样管台阶面之间距离大于存样袋壁厚。

7.根据权利要求6所述的海底低扰动智能重力取样器，其特征是：封口组件包括拉绳、封口片及封口套，封口套固定在袋套下端，封口片包括绳圈、片体和片座，片体为塑料材质的薄壁圆筒，绳圈为塑料材质的薄壁圆管，绳圈外壁面与片体上端面固定连接，片体下端沿周向设多个片座，片座中心设有螺钉孔ⅳ；取样管侧面上设竖直的通槽，封口片折叠压缩后套在封口套上，拉绳一端固定在存样套上绳孔ⅰ内，另一端依次穿过绳圈、绳孔ⅱ、取样管侧面上的通槽固定在封口马达输出端上，片座固定在封口套和存样套之间。

8.根据权利要求7所述的海底低扰动智能重力取样器，其特征是：封口套内径等于取样管内径，封口套上部外径小于袋套下部内径；封口套下部外径等于袋套下部内径，封口套下部沿周向均匀设多个径向的螺纹孔ⅱ，螺纹孔ⅱ与螺钉孔ⅲ一一对应，并通过螺钉与袋套固定连接，多个片座分别由螺钉固定在封口套和袋套之间；封口套上部上端面与袋套中部下端面之间距离大于封口片绳圈外径。

9.根据权利要求7所述的海底低扰动智能重力取样器，其特征是：绳孔ⅱ中心线与取样管侧面上的通槽中心线位于同一平面上，取样管侧面上的通槽内圆直径大于拉绳直径，绳孔ⅱ直径小于封口片绳圈内径，大于拉绳直径。

技术总结
本发明公开了一种海底低扰动智能重力取样器，包括浮力块、两桨叶、超声波接收器、超声波发射器、控制模块、配重块、套管、取样管、存样组件、封口组件、芯杆、控制座、释放弹簧及活塞；浮力块安装在芯杆上端，芯杆穿过控制座，下端与活塞连接，活塞位于取样管内，取样管上端由螺栓固定有控制座，控制座上设可控制芯杆与配重块释放的控制模块，控制座与取样管连接，配重块套在控制模块外侧；套管固定在配重块底部，套管套在取样管外侧，取样管下端设存样组件，存样组件下端设封口组件。本发明结构简单，成本低，无需绳索支持，能够精准获取海底低扰动沉积物样品，并实现精准回收。

技术研发人员：金永平,同昭栋
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15