[发明专利]一种自控振动式沉积物采样器

说明书

本发明公开了一种自控振动式沉积物采样器，属于测量与控制技术及水下沉积物采集领域。该采样器主要由振动器、连接杆、采样管、支撑架和控制单元组成。振动器为采样器提供动力源，支撑架用来确保采样器垂直下降，通过压力传感器检测仪器入水深度，单片机控制模块将信号发送至上位机显示，同时控制振动器的启动与关闭，根据需要，通过调速器可以在线调节振动器频率。本发明的有益效果是采样效率高、工作稳定、扰动小。具有采样器水下操作可控、结构简单、安装便利、采集原状层理性沉积物样品的特点。适用于水库、河流、湖泊等内陆水域中的沉积物采集。

技术领域

本发明属于测量与控制技术及水下沉积物采集领域，涉及到一种用于水底沉积物采集，特别涉及到水深较大时的内陆水域水底沉积物采集的采样器。

背景技术

水底沉积物是水库等水源地水体的重要组成部分，由于多年的污染物累积效应，来自流域的污染物长期蓄积到沉积物中，对水体及其水环境构成威胁。受到沉积特性和污染来源的影响，沉积物在不同深度上的组分和浓度都不同，随着时间的增长，水底沉积物呈现出层理结构。因此，需要深入研究沉积物的特性，其中的关键就是获取原状的层理性沉积物样品。

目前，广泛用于水底沉积物取样的设备主要有抓斗式采泥器，重力式沉积物采样器和振动式沉积物采样器等。其中，抓斗式采泥器只能采集表层沉积物，使用时会对样品产生较大的扰动，使得样品混在一起，破坏了沉积物原始的状态，适合于沉积物样品的综合采样调研；重力式沉积物采样器依靠仪器本身的重力砸入沉积物中，采样管的贯入深度取决于仪器重力，较为笨重，使用不方便，对样品产生的扰动较大，而且采样时重力式采样器容易产生倾斜，导致采集不到沉积物样品，采样成功率低；振动式沉积物采样器采用振动方式，利用各种形式的振动器带动采样管振动进入沉积物中获取相应沉积物样品，采样效率相比前两种仪器显著提高。例如丹麦KC-Denmark公司生产的HAPS振动器，可以搭配在相应的沉积物柱状取样器上使用，以振动的方式采集沉积物样品；中国发明专利授权公告号101713709公开了一种液体振动取样器，利用海水作为振动器的能量源，从而以振动方式进行沉积物取样。但是这种取样器需要配备较大的气仓，以储备流进来的水，而且该采样器的振动频率不可以进行调节。这些振动采样器大多体积大，使用钻探的方式进行沉积物取样，适用于采集海洋等大环境中固结程度较高的沉积物，而水源水库等地的沉积物一般是由近过去的淤积形成的，主要为较为稀软的沉积物，这与海洋等环境中的沉积物不同，所以这些采样器不适合水源水库等内陆水域中的层理性沉积物采集。

由于多年累积的沉积物具有分层的特性，每个层次下的沉积物样品都有其自身特性。根据共振原理，振动器带动采样器振动使得与采样管接触的沉积物产生“液化”现象，破坏采样器与沉积物之间的粘结力，减小沉积物对采样管的侧面阻力，从而使得采样器顺利进入沉积物。当振动器振动频率接近沉积物层的固有频率时，将产生共振，此时最利于振能的利用，液化效果最好。当振动作用最明显时，采样器下降进入沉积物的速度也是最快的，即采样的效率最高。所以为不同层的沉积物选择相应合适的振动频率尤为重要。因此，对振动器进行频率调节能够提高采样的效率。

综上所述，前述设备不具备高效采集沉积物样品的采集功能，尤其是针对水源水库等地多年累积的具有分层特点的比较稀软的沉积物样品。需要研发具有采样高效性、稳定性，智能化地采集具有层理结构沉积物等功能的采样器。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种自控振动式沉积物采样器，适用于水库、河流、湖泊等内陆水域的沉积物采集。解决当前沉积物采样器存在的效率低、不稳定、扰动大等问题。同时具有在线调节振动频率、实时测量采样深度等功能。

本发明的技术方案如下：

一种自控振动式沉积物采样器，主要由振动器、连接杆、采样管、支撑架以及控制单元组成。

使用缆绳通过吊环固定在振动器的密封外壳上，用来提升装置。电缆与缆绳搭配使用，用来对振动电机、控制单元供电，同时也作为信号收发线使用。