壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置及控制方法
【專利摘要】一種能夠無需外部動力，利用深海靜水壓力，從而實現(xiàn)深海原位采樣的壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置及方法。技術方案是：其特征是由底座（1）、密封艙（2）、電控倉（3）、儲水倉（4）和操作盒（5）組成，其中，電控倉（3）安裝在底座（1）上，所述密封艙（2）安裝在密封艙安裝板（11）上，密封艙安裝板（11）通過立柱安裝在底座（1）上，在密封艙的下部設置密封活塞（12），在密封艙的上部設置有注水口（13）；密封艙（2）通過泄壓管（14）和導流管（15）與儲水倉（4）連接。本發(fā)明還公開了其控制方法。
【專利說明】壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于深海原位水樣本采集裝置領域，尤其是一種能夠無需外部動力，利用深海靜水壓力，從而實現(xiàn)深海原位采樣的壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置及方法。
【背景技術】
[0002]超過千米的深海原位采樣是目前水樣本采集領域的難題，目前尚未有專門采集深海(通常水深500米?3000米)原位水樣本的裝置和方法。目前深海原位水樣本采集的難點是，當指定水層比較深的時候，例如超過500米，水壓達到5MPa，此時集液樣本瓶的內壓為
0.1MPa (大氣壓強)，因此，由于密封裝置與瓶口的面積差，而產(chǎn)生超過350公斤的作用力，對于如此巨大的作用力，用通常的杠桿等機械結構或方法是沒法克服的。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能夠無需外部動力，利用深海靜水壓力，從而實現(xiàn)深海原位采樣的壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置及方法。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置，其特征是由底座(I)、密封艙(2 )、電控倉(3 )、儲水倉(4 )和操作盒(5 )組成，其中，電控倉(3 )安裝在底座(I)上，儲水倉(4)位于電控倉(2)的下部，在儲水倉的上部設置有釋放銷軸(6)，在儲水倉
[4]的下面設置有放水球閥(7);在電控倉(2)的旁邊設置有流板(8)，所述流板(8)通過密封彈簧(9)與底座(I)連接，流板(8)的側端與釋放銷軸(6)連接，在流板上設置有集液樣板瓶瓶卡(10);集液樣板瓶瓶卡(10)的上面設置有密封艙安裝板(11)，所述密封艙(2)安裝在密封艙安裝板(11)上，密封艙安裝板(11)通過立柱安裝在底座(I)上，在密封艙的下部設置密封活塞(12)，在密封艙的上部設置有注水口( 13);密封艙(2)通過泄壓管(14)和導流管(15)與儲水倉(4)連接，在泄壓管(14)和導流管(15)之間設置有電動球閥(16);電控倉(2 )通過深水電纜(17 )與操作盒(5 )連接。
[0005]在電控倉內設置有電控單元(18)，電控單元(18)通過信號線(19)分別與釋放銷軸(6)和電動球閥(16)連接。
[0006]在電控倉(3)上設置有水密接頭及壓力傳感器(20)，所述水密接頭及壓力傳感器
(20)與深海電纜(17)連接。
[0007]在密封活塞(12)的上面設置有組合密封單元(21)。
[0008]在底座(I)的下面設置有支腿(22)。
[0009]壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置的控制方法，其特征是包括下列步驟:
(1)通過集液樣板瓶瓶卡固定集液樣板瓶，入水前，通過操作盒(5)關閉電控倉(3 )內的電動球閥(16 )，手動關閉放水球閥(7 )然后在密封艙(2 )的注水口( 13 )處內注水，使密封艙(2)和泄壓管(14)內都充滿水；
(2)旋緊注水口(13)的密封裝置，下壓流板(8)，安裝集液樣本瓶(23)，并鎖緊瓶卡(10)上的螺紋連接副，此時集液樣本瓶(23)在密封彈簧(9)的作用下頂緊密封活塞(12)，實現(xiàn)密封作用；
(3)下放原位水樣本采集裝置至指定水層，通過操作盒(5)，打開電動球閥(16)，外部巨大的水壓驅動密封活塞(12)向上運動，密封艙(2)內的水在外部壓力的作用下，通過泄壓管(14)和導流管(15)流入儲水倉(4)，此時由于釋放銷軸(6)的作用，集液樣本瓶保持原位不動，因此瓶口被打開,指定水層的水樣本進入集液樣本瓶(23)，并迅速充滿；
(4)通過操作盒(5)關閉電動球閥(16)，然后控制釋放銷軸(6)上的電磁開關使釋放銷軸(6)在密封彈簧(9)的作用下收縮。這樣流板(8)在密封彈簧(9)的作用下上行，驅動集液樣本瓶(23)頂緊密封活塞(12)，實現(xiàn)水下密封，保存指定水層樣本的原位特征；
(5)回收原位水樣本采集裝置，取出集液樣本瓶(23)中的指定水層水樣本。
[0010]本發(fā)明的效果是:壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置，由底座、密封艙、電控倉、儲水倉和操作盒組成。
[0011]深海原位水樣本采集的是指集液樣本瓶在到達指定水深之前，應保持密封狀態(tài)，瓶內不應有滲漏進去的水，待到達指定水深后，集液樣本瓶的密封裝置打開，收集指定水層的水樣本，帶集液樣本瓶被充滿后，回收采集裝置，完成一次原位采水的操作。
[0012]本發(fā)明具有如下特點:(1)突破傳統(tǒng)結構中，必須克服外部水層巨大的壓力才能打開瓶塞，轉變?yōu)槔猛獠繌姶蟮撵o水壓力打開瓶塞，從而實現(xiàn)深海原位取樣；(2)由于主要驅動力為外部的壓力，因此不需要強大的外部電力驅動，只需要弱電流的控制閥門開閉即可，避免了深海取樣的動力電纜密封、電力輸送等難題，增加了可靠性。
[0013]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]附圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]附圖中，壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置，由底座1、密封艙2、電控倉3、儲水倉4和操作盒5組成，其中，電控倉3安裝在底座I上，儲水倉4位于電控倉2的下部，在儲水倉的上部設置有釋放銷軸6，在儲水倉4的下面設置有放水球閥7 ;在電控倉2的旁邊設置有流板8，所述流板8通過密封彈簧9與底座I連接，流板8的側端與釋放銷軸6連接，在流板上設置有集液樣板瓶瓶卡10 ;集液樣板瓶瓶卡10的上面設置有密封艙安裝板11，所述密封艙2安裝在密封艙安裝板11上，密封艙安裝板11通過立柱安裝在底座I上，在密封艙的下部設置密封活塞12，在密封艙的上部設置有注水口 13，24是密封艙的艙蓋，25是密封艙的冒口 ；密封艙2通過泄壓管14和導流管15與儲水倉4連接，在泄壓管14和導流管15之間設置有電動球閥16 ;電控倉2通過深水電纜17與操作盒5連接。
[0016]在電控倉內設置有電控單元18，電控單元18通過信號線19分別與釋放銷軸6和電動球閥16連接，26是電控單元鋰電池。
[0017]在電控倉3上設置有水密接頭及壓力傳感器20，所述水密接頭及壓力傳感器20與深海電纜17連接。
[0018]在密封活塞12的上面設置有組合密封單元21。[0019]在底座I的下面設置有支腿22。
[0020]壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置的控制方法，包括下列步驟:
(1)、通過集液樣板瓶瓶卡固定集液樣板瓶，入水前，通過操作盒5關閉電控倉3內的電動球閥16，手動關閉放水球閥7然后在密封艙2的注水口 13處內注水，使密封艙2和泄壓管14內都充滿水；
(2)旋緊注水口13的密封裝置，下壓流板8，安裝集液樣本瓶23，并鎖緊瓶卡10上的螺紋連接副，此時集液樣本瓶23在密封彈簧9的作用下頂緊密封活塞12，實現(xiàn)密封作用；
(3)下放原位水樣本采集裝置至指定水層，通過操作盒5，打開電動球閥16，外部巨大的水壓驅動密封活塞12向上運動，密封艙2內的水在外部壓力的作用下，通過泄壓管14和導流管15流入儲水倉4，此時由于釋放銷軸6的作用，集液樣本瓶保持原位不動，因此瓶口被打開，指定水層的水樣本進入集液樣本瓶23，并迅速充滿；
(4)通過操作盒5關閉電動球閥16，然后控制釋放銷軸6上的電磁開關使釋放銷軸6在密封彈簧9的作用下收縮。這樣流板8在密封彈簧9的作用下上行，驅動集液樣本瓶23頂緊密封活塞12，實現(xiàn)水下密封，保存指定水層樣本的原位特征；
(5)回收原位水樣本采集裝置，取出集液樣本瓶23中的指定水層水樣本。
【權利要求】
1.壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置，其特征是由底座(I)、密封艙(2)、電控倉(3 )、儲水倉(4)和操作盒(5 )組成，其中，電控倉(3 )安裝在底座(I)上，儲水倉(4)位于電控倉(2)的下部，在儲水倉的上部設置有釋放銷軸(6)，在儲水倉(4)的下面設置有放水球閥(7 );在電控倉(2 )的旁邊設置有流板(8 )，所述流板(8 )通過密封彈簧(9 )與底座(I)連接，流板(8)的側端與釋放銷軸(6)連接，在流板上設置有集液樣板瓶瓶卡(10);集液樣板瓶瓶卡(10)的上面設置有密封艙安裝板(11)，所述密封艙(2)安裝在密封艙安裝板(11)上，密封艙安裝板(11)通過立柱安裝在底座(I)上，在密封艙的下部設置密封活塞(12)，在密封艙的上部設置有注水口( 13);密封艙(2)通過泄壓管(14)和導流管(15)與儲水倉(4)連接，在泄壓管(14)和導流管(15)之間設置有電動球閥(16);電控倉(2)通過深水電纜(17)與操作盒(5)連接。
2.根據(jù)根據(jù)權利要求1所述的壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置，其特征是在電控倉內設置有電控單元(18 )，電控單元(18 )通過信號線(19 )分別與釋放銷軸(6 )和電動球閥(16)連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置，其特征是在電控倉(3 )上設置有水密接頭及壓力傳感器(20 )，所述水密接頭及壓力傳感器(20 )與深海電纜(17)連接。
4.根據(jù)權利要求1或I所述的壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置，其特征是在密封活塞(12)的上面設置有組合密封單元(21)。
5.根據(jù)權利要求1或I所述的壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置，其特征是在底座(I)的下面設置有支腿(22)。
6.壓差式靜水驅動深海原位水樣本采集裝置的控制方法，其特征是包括下列步驟: (1)通過集液樣板瓶瓶卡固定集液樣板瓶，入水前，通過操作盒(5)關閉電控倉(3 )內的電動球閥(16 )，手動關閉放水球閥(7 )然后在密封艙(2 )的注水口( 13 )處內注水，使密封艙(2)和泄壓管(14)內都充滿水； (2)旋緊注水口(13)的密封裝置，下壓流板(8)，安裝集液樣本瓶(23)，并鎖緊瓶卡(10)上的螺紋連接副，此時集液樣本瓶(23)在密封彈簧(9)的作用下頂緊密封活塞(12)，實現(xiàn)密封作用； (3)下放原位水樣本采集裝置至指定水層，通過操作盒(5)，打開電動球閥(16)，外部巨大的水壓驅動密封活塞(12)向上運動，密封艙(2)內的水在外部壓力的作用下，通過泄壓管(14)和導流管(15)流入儲水倉(4)，此時由于釋放銷軸(6)的作用，集液樣本瓶保持原位不動，因此瓶口被打開,指定水層的水樣本進入集液樣本瓶(23)，并迅速充滿； (4)通過操作盒(5)關閉電動球閥(16)，然后控制釋放銷軸(6)上的電磁開關使釋放銷軸(6)在密封彈簧(9)的作用下收縮；這樣流板(8)在密封彈簧(9)的作用下上行，驅動集液樣本瓶(23)頂緊密封活塞(12)，實現(xiàn)水下密封，保存指定水層樣本的原位特征； (5)回收原位水樣本采集裝置，取出集液樣本瓶(23)中的指定水層水樣本。
【文檔編號】G01N1/10GK103728154SQ201310694708
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權日:2013年12月18日
【發(fā)明者】姜人好, 賀江, 尤澤萌, 胡軍鋒, 石彥平 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所