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本发明涉及海底沉积物取样技术领域，且公开了一种海底沉积物多层保真储存取样设备，包括壳体，所述壳体的内部固定连接有取样筒，取样筒包括密封板，密封板的中心处开设有排气通道，所述密封板的下部固定连接有固定杆，固定杆的表面套接有压缩弹簧，压缩弹簧远离密封板的一端弹性连接有储存室，储存室的表面固定连接有取样机构，取样机构包括箱体，箱体的内部活动连接有斜板，斜板远离箱体的一端活动连接有复位弹簧，复位弹簧远离斜板的一端活动连接有转动板，转动板的下部固定连接有牵引绳，牵引绳一端固定连接有连接板，箱体的下部活动连接有钻头，排气通道和压缩弹簧平衡壳体内外气压，保持压力平衡，达到对沉积物保真的效果。