專利名稱：深海高溫熱液區(qū)的原位探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于深海高溫熱液的原位長期探測系統(tǒng)，具體說是由微電腦控制其自動運行，具有對熱液噴口處的高溫(350-400°C)熱液進行長期原位探測和對探測電極進行維護標定功能的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當前在海洋資源探測工作中，國際海洋界己經(jīng)開展了對深海熱液進行探測 技術(shù)的研究。在海底熱液噴口，溫度最高可達350 400°C，傳統(tǒng)的探測，噴出 的熱液為強酸性，強還原性，并溶解了高濃度的H2S、重金屬等毒性成分。1) 傳統(tǒng)的高溫熱液探測大都使用采樣分析的方法觀測熱液成分的變化，但是由于 樣品采集、儲存過程所處環(huán)境的改變，其成分難免會有變化，具有分析數(shù)據(jù)準 確和不具有實時性的缺陷，因此原位探測技術(shù)是現(xiàn)代深?？茖W研究的發(fā)展方向。 2)高溫下傳統(tǒng)的探測裝置和探測電極很難長期穩(wěn)定工作，探測電極會很快失效。 因此發(fā)展能耐高溫和能對探測電極進行維護的的熱液探測裝置是必須的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供能對深海熱液噴口處的高溫熱液進行長期原位探測的 深海高溫熱液原位長期探測系統(tǒng)。本發(fā)明的深海高溫熱液區(qū)的原位探測系統(tǒng)，包括以下組成部件-1)熱液采樣探測裝置包括L形的殼體，L形殼體豎直段的相對兩壁對穿的通孔，在其中一個通孔的正下方有一小孔，殼體外裝置有罩住上述通孔和小 孔的過濾網(wǎng)罩，在殼體的豎直段內(nèi)設(shè)有將殼體容腔分隔成上腔和下腔的活塞式 探頭，上腔和下腔經(jīng)管道相連通，該管道上接有第一油囊，活塞式探頭的上部 為柱體，下部為具有端蓋的空腔，上腔中有一根彈簧，彈簧的一端與探頭上部 的柱體頂端連接，彈簧的另一端與殼體頂部相連，活塞式探頭的上部柱體上設(shè) 有徑向通孔，下部空腔內(nèi)裝置有探測電極和進水管，探測電極的頭部和進水管 的出水口分別伸出到上部柱體的徑向通孔中，進水管的進水口在活塞式探頭的下部空腔壁上，L形殼體水平段的端部固定有步進電機，步進電機的轉(zhuǎn)軸與螺桿 相連并位于殼體水平段的軸線上，螺桿與帶內(nèi)螺紋的滑塊連接，滑塊處在與殼 體固定的導軌內(nèi)，在殼體豎直段和水平段的相交處有一滑輪，滑輪上繞有鋼絲 繩，鋼絲繩的一端與滑塊相連，鋼絲繩的另一端與探頭下部的端蓋相連，端蓋 的端面開設(shè)有數(shù)個孔； 2) 供電裝置包括密閉電池腔外殼和電池；3) 微電腦控制裝置包括密閉控制腔外殼，置于密閉控制腔中的微控制器, 微控制器與供電電池相連，微控制器與深海潛器進行通訊的ICL線圈連接，微 控制器與熱液采樣探測裝置中的步進電機和探測電極相連；4) 電極沖洗和標定裝置包括密閉容器，置于密閉容器中的流控系統(tǒng)，密 閉容器上接有第二油囊、標準液皮囊及海水進水管，流控系統(tǒng)與微控制器相連， 所說的流控系統(tǒng)包括泵和兩個電磁閥，泵進液口分二路， 一路經(jīng)第一電磁閥與 海水進水管相連，另一路經(jīng)第二電磁閥與標準液皮囊相連，泵的出液口與沖洗 液管道連接，沖洗液管道的出水口在熱液采樣探測裝置的殼體上，與進水管的 進水口相對應(yīng)。本發(fā)明的有益效果在于可以對深海熱液噴口附近的高溫熱液進行長期原 位探測，并且可以對探測電極進行維護，延長探測電極的壽命，大大提高了探 測電極的性能和長期探測數(shù)據(jù)的準確性，可以為深海熱液的科學研究提供詳細 準確的數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(圖示處于探測狀態(tài))； 圖2是是本發(fā)明探測系統(tǒng)處于沖洗和標定狀態(tài)時的示意圖； 圖3是流控系統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一歩說明本發(fā)明。參照圖l，本發(fā)明的深海高溫熱液區(qū)的原位探測系統(tǒng)，包括以下組成部件 1)熱液采樣探測裝置包括L形的殼體1， L形殼體豎直段的相對兩壁對 穿的通孔31，在其中一個通孔31的正下方有一小孔7，殼體外裝置有罩住上述 通孔31和小孔7的過濾網(wǎng)罩6，利用過濾網(wǎng)罩可以過濾熱液和海水中的雜質(zhì)， 防止孔被堵塞。在殼體的豎直段內(nèi)設(shè)有將殼體容腔分隔成上腔2和下腔27的活 塞式探頭32，上腔2和下腔27經(jīng)管道8相連通，該管道上接有第一油囊9，在 上腔2、下腔27和第一油囊9中充有絕緣油，例如甲基硅油，主要起絕緣和壓 力平衡的作用?；钊教筋^32的上部為柱體，下部為具有端蓋28的空腔29, 上腔中有一根彈簧3，彈簧的一端與探頭上部的柱體頂端連接，彈簧的另一端與 殼體頂部相連，彈簧的作用主要是使活塞式探頭32復位?；钊教筋^的上部柱 體上設(shè)有徑向通孔5，下部空腔29內(nèi)裝置有探測電極4和進水管30，探測電極 4的頭部和進水管30的出水口分別伸出到上部柱體的徑向通孔5中，進水管30
的進水口在活塞式探頭32的下部空腔壁上，L形殼體水平段的端部固定有步進 電機26，步進電機26的轉(zhuǎn)軸與螺桿25相連并位于殼體水平段的軸線上，螺桿 25與帶內(nèi)螺紋的滑塊23連接，滑塊23處在與殼體固定的導軌24內(nèi)，在殼體豎 直段和水平段的相交處有一滑輪21，滑輪21上繞有鋼絲繩22，鋼絲繩的一端 與滑塊23相連，鋼絲繩的另一端與探頭下部的端蓋28相連，端蓋28的端面開 設(shè)有數(shù)個孔，用于和下腔27相通；2) 供電裝置包括密閉電池腔外殼19和電池20;3) 微電腦控制裝置包括密閉控制腔外殼18，置于密閉控制腔中的微控制 器17，微控制器17與供電電池20相連，微控制器17與深海潛器進行通訊的ICL 線圈11連接，微控制器17與熱液采樣探測裝置中的步進電機26和探測電極4 相連；4) 電極沖洗和標定裝置包括密閉容器14，置于密閉容器14中的流控系 統(tǒng)13，密閉容器上接有第二油囊12、標準液皮囊16及海水進水管15，流控系 統(tǒng)13與微控制器17相連，所說的流控系統(tǒng)13包括泵13-2和兩個電磁閥13-1、 13-3，泵13-2進液口分二路， 一路經(jīng)第一電磁閥13-1與海水進水管15相連， 另一路經(jīng)第二電磁閥13-3與標準液皮囊16相連，泵13-2的出液口與沖洗液管 道10連接，沖洗液管道10的出水口在熱液采樣探測裝置的殼體1上，與進水 管30的進水口相對應(yīng)。密閉容器14和第二油囊12中充有絕緣油。存儲在標準液皮囊16中的標準 液是在陸地上配制好的具有一定化學成分的液體，用來起探測電極標定作用。 上述各部件之間的連接均通過水密接插件相連。 適用于深海高溫熱液區(qū)的原位探測系統(tǒng)的工作原理如下 整個系統(tǒng)工作有三個狀態(tài)，分別為探測狀態(tài)、沖洗狀態(tài)、標定狀態(tài)。下面 結(jié)合工作狀態(tài)對系統(tǒng)的工作原理作詳細說明。探測狀態(tài)時，微控制器17控制步進電機26帶動螺桿25以一定速度旋轉(zhuǎn)， 于是帶動滑塊23移動位置，當鋼絲繩22牽引探頭32改變位置至上部柱體通孔 5與殼體1對穿的通孔31貫通時(如圖1所示)，步進電機26便停止轉(zhuǎn)動，由于 螺桿25和滑塊23之間具有自鎖性，探頭32便會靜止在圖1所示位置。此時沖 洗液管道10的出水口被探頭下部空腔的外壁擋住，熱液采樣探測裝置的進水管 30和沖洗液管道10不連通。由于熱液噴口不斷向外噴發(fā)熱液，熱液經(jīng)過過濾罩 6進入上部柱體通孔5與探測電極4接觸。探測電極根據(jù)熱液中所含化學量的不 同產(chǎn)生一定電信號，微控制器17接收到電信號便對信號進行進一步的處理，比
如運算、存儲等。此時上部柱體通孔5中的熱液主要依靠熱液噴發(fā)來自行更新的。沖洗和標定狀態(tài)微控制器17控制步進電機26旋轉(zhuǎn)，使探頭32改變位置 至上部柱體通孔5離開殼體對穿的通孔31，而與殼體上的小孔7相連時，如圖 2所示，此時上部柱體通孔5和外界海水連通，進水管30的進水口和沖洗液管 道10的出水口對齊，于是進水管30和沖洗液管道10連通。1) 沖洗過程微控制器17發(fā)出指令，泵13-2運行，第一電磁閥13-1打開， 從外界抽取海水。海水沿著沖洗液進水管10和進水管30進入到探頭上部柱體 通孔5中，從小孔7排出，沖洗探測電極4，主要目的是清洗掉探測電極4上積 累的一些雜質(zhì)，防止探測電極4不能與熱液接觸從而起不到探測作用。當設(shè)定 的時間到達，流控系統(tǒng)便斷電停止工作。2) 標定狀態(tài)。微控制器17發(fā)出指令，泵13-2運行，第二電磁閥13-3打開， 從標準液皮囊16抽取標準液。標準液沿著沖洗液進水管10和進水管30進入到 探頭上部柱體通孔5中，從小孔7排出，這個過程中探測電極4會浸泡在標準 液中，從而起到標定作用，標定的主要作用是使探測電極4恢復探測性能。從 而延長工作壽命。當整個系統(tǒng)由潛器放入到深海高溫熱液區(qū)后，系統(tǒng)便進入探測狀態(tài)，經(jīng)過 教時間的探測后，探測電極失靈，系統(tǒng)便進入到?jīng)_洗和標定狀態(tài)來維護探測 電極。當探測電極經(jīng)過沖洗和標定，恢復到正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)又進入到探測 狀態(tài)。這樣系統(tǒng)不斷循環(huán)工作，保證探測電極能長期穩(wěn)定工作。
權(quán)利要求
1.深海高溫熱液區(qū)的原位探測系統(tǒng)，其特征在于包括以下組成部件1)熱液采樣探測裝置包括L形的殼體(1)，L形殼體豎直段的相對兩壁對穿的通孔(31)，在其中一個通孔(31)的正下方有一小孔(7)，殼體外裝置有罩住上述通孔(31)和小孔(7)的過濾網(wǎng)罩(6)，在殼體的豎直段內(nèi)設(shè)有將殼體容腔分隔成上腔(2)和下腔(27)的活塞式探頭(32)，上腔(2)和下腔(27)經(jīng)管道(8)相連通，該管道上接有第一油囊(9)，活塞式探頭(32)的上部為柱體，下部為具有端蓋(28)的空腔(29)，上腔中有一根彈簧(3)，彈簧的一端與探頭上部的柱體頂端連接，彈簧的另一端與殼體頂部相連，活塞式探頭的上部柱體上設(shè)有徑向通孔(5)，下部空腔(29)內(nèi)裝置有探測電極(4)和進水管(30)，探測電極(4)的頭部和進水管(30)的出水口分別伸出到上部柱體的徑向通孔(5)中，進水管(30)的進水口在活塞式探頭(32)的下部空腔(29)壁上，L形殼體水平段的端部固定有步進電機(26)，步進電機(26)的轉(zhuǎn)軸與螺桿(25)相連并位于殼體水平段的軸線上，螺桿(25)與帶內(nèi)螺紋的滑塊(23)連接，滑塊(23)處在與殼體固定的導軌(24)內(nèi)，在殼體豎直段和水平段的相交處有一滑輪(21)，滑輪(21)上繞有鋼絲繩(22)，鋼絲繩的一端與滑塊(23)相連，鋼絲繩的另一端與探頭下部的端蓋(28)相連，端蓋(28)的端面開設(shè)有數(shù)個孔；2)供電裝置包括密閉電池腔外殼(19)和電池(20)；3)微電腦控制裝置包括密閉控制腔外殼(18)，置于密閉控制腔中的微控制器(17)，微控制器(17)與供電電池(20)相連，微控制器(17)與深海潛器進行通訊的ICL線圈(11)連接，微控制器(17)與熱液采樣探測裝置中的步進電機(26)和探測電極(4)相連；4)電極沖洗和標定裝置包括密閉容器(14)，置于密閉容器(14)中的流控系統(tǒng)(13)，密閉容器上接有第二油囊(12)、標準液皮囊(16)及海水進水管(15)，流控系統(tǒng)(13)與微控制器(17)相連，所說的流控系統(tǒng)(13)包括泵(13-2)和兩個電磁閥(13-1、13-3)，泵(13-2)進液口分二路，一路經(jīng)第一電磁閥(13-1)與海水進水管(15)相連，另一路經(jīng)第二電磁閥(13-3)與標準液皮囊(16)相連，泵(13-2)的出液口與沖洗液管道(10)連接，沖洗液管道(10)的出水口在熱液采樣探測裝置的殼體(1)上，與進水管(30)的進水口相對應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明的深海高溫熱液區(qū)的原位探測系統(tǒng)，包括熱液采樣探測裝置、供電裝置、微電腦控制裝置以及電極沖洗和標定裝置。熱液采樣探測裝置中的探測電極，在熱液流過時可以探測熱液的化學成分。微電腦控制裝置的信號輸出端與ICL線圈相連，可傳輸信號至深潛器。電極沖洗和標定裝置可對熱液采樣探測裝置內(nèi)的探測電極進行標定。本發(fā)明依靠自身攜帶的電池供電，可在深海持續(xù)長時間自動運行。本發(fā)明具有高溫熱液探測、探測電極沖洗、探測電極標定三個工作狀態(tài)，由微電腦控制裝置實現(xiàn)狀態(tài)的切換，具有對深海熱液噴口的高溫熱液進行長期探測和探測電極的自維護標定功能，大大提高了探測電極的性能和化學量探測的準確性。可以為深海熱液的科學研究提供詳細準確的數(shù)據(jù)。
文檔編號G01N35/00GK101118227SQ200710070790
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者吳懷超, 楊燦軍, 譚春陽, 波 金, 鷹 陳, 顧臨怡 申請人:浙江大學