專利名稱：深海時間系列沉積物捕獲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種收集海水中沉降顆粒物質(zhì)樣品的裝置，用于海洋物質(zhì)通量測量和海洋監(jiān)測的儀器設(shè)備。
海洋顆粒物質(zhì)通量研究是海洋科學(xué)研究的重要方面，收集海水中沉降顆粒物質(zhì)的取樣設(shè)備是不可缺少的技術(shù)手段。研究工作要求取樣設(shè)備在海水中通過采樣瓶的自動轉(zhuǎn)換能定時、分步收集水中沉降顆粒物質(zhì)樣品。
目前，國內(nèi)尚無這種取樣設(shè)備，國外也只有少數(shù)國家使用了這類取樣設(shè)備。但是國外使用的這類取樣設(shè)備在技術(shù)上仍處于發(fā)展階段。所采用的采樣瓶自動控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)分別安裝在兩個艙體內(nèi)，它們之間主要靠特制的外接電纜和接插件相連接，存在著海水滲漏的潛在因素。特別是在水深1000米至6000米的深海高壓條件下使用，現(xiàn)有的取樣設(shè)備很容易出現(xiàn)高壓海水滲漏的問題，影響取樣設(shè)備的正常使用。
為此，本實用新型推出一種深海使用的時間系列沉積物捕獲器，其目的是采用將采樣瓶自動控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)封裝于同一個密封艙體內(nèi)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)在深海高壓環(huán)境下按照預(yù)先設(shè)置的時間系列和工作程序長期自動進(jìn)行海水中沉降顆粒物的定時、分步收集。
本實用新型所述的深海時間系列沉積物捕獲器由支撐框架、顆粒捕捉系統(tǒng)、樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)組成。
支撐框架呈圓柱形，四周有六根等距離排布的鈦鋼無縫圓管，上下兩個大小相等的鈦鋼角鐵圓環(huán)與圓管牢固地焊接在一起。支撐框架用于支撐和固定捕獲器的其他組成部分，并與用于海中釋放和回收的錨系系統(tǒng)相連接。支撐框架中下部焊接鈦鋼管底座，用以安裝樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。支撐框架上部安裝顆粒捕捉系統(tǒng)。
顆粒捕捉系統(tǒng)由錐形漏斗和嵌入漏斗上開口內(nèi)的短圓柱狀蜂窩巢結(jié)構(gòu)構(gòu)成。漏斗采用高強度的SMC樹脂玻璃鋼制成。蜂窩巢結(jié)構(gòu)是由許多小正六方管擠壓粘接在一起所形成。
樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由定盤、動盤、軸承盤、小傳動齒輪、光電定位機11構(gòu)、采樣瓶以及驅(qū)動傳動機構(gòu)組成。驅(qū)動傳動機構(gòu)包括直流微電機、壓力平衡機構(gòu)、轉(zhuǎn)動軸和高能電池。定盤為凸圓狀，固定在支撐框架的底座上，定盤上設(shè)有顆粒沉降孔，顆粒沉降孔上方有與錐形漏斗下開口連接的短圓柱體。動盤為圓形直齒狀，位于定盤下面，通過軸承盤與定盤連接。軸承盤位于定盤和動盤的中心。動盤上等距離設(shè)置大小相同的顆粒接收孔14個，其中13個孔的下部安裝采樣瓶，不安裝采樣瓶的孔為零位孔。動盤顆粒接收孔四周設(shè)有聚四氟乙烯制的“O”型彈簧密封圈，使定盤與采樣瓶口實現(xiàn)動態(tài)密封。小傳動齒輪在動盤旁邊，與直流微電機傳動軸連接。直流微電機傳動軸轉(zhuǎn)動時，小傳動齒輪隨之轉(zhuǎn)動，攜帶采樣瓶的動盤在小傳動齒輪的帶動下圍繞軸承盤呈順時針方向旋轉(zhuǎn)，動盤上顆粒接收孔與定盤上顆粒沉降孔對接。定盤上方短圓柱體內(nèi)孔、定盤顆粒沉降孔以及動盤顆粒接收孔構(gòu)成顆粒沉降收集通道。
光電定位機構(gòu)由圓盤形光碼盤和光電管組成，用于檢測動盤顆粒接收孔到達(dá)與定盤顆粒沉降孔對接的位置，即采樣瓶到達(dá)收集沉降顆粒的位置。光碼盤與驅(qū)動傳動機構(gòu)緊密連接一起，并隨直流微電機轉(zhuǎn)動。光碼盤直徑兩端各設(shè)置一條定位狹縫，當(dāng)狹縫經(jīng)過光電管的缺口時，采樣瓶剛好準(zhǔn)確到位，光電管發(fā)出信號給自動控制系統(tǒng)，直流微電機就停止運轉(zhuǎn)。
樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的驅(qū)動傳動機構(gòu)和光電定位機構(gòu)以及自動控制系統(tǒng)置于同一個密封艙體，即電器艙內(nèi)。電器艙設(shè)置在支撐框架的底座上。自動控制系統(tǒng)由單片機、系統(tǒng)操作和控制程序模塊、記錄存儲單元、時鐘單元、驅(qū)動電路等組成。自動控制系統(tǒng)的主要作用是按預(yù)先設(shè)置的時間系統(tǒng)和工作程序自動控制和檢測采樣瓶轉(zhuǎn)換驅(qū)動機構(gòu)的運轉(zhuǎn)，檢測和記錄采樣瓶到位情況，記錄和存儲捕獲器的工作狀況。
本實用新型所述的深海時間系列沉積物捕獲器由潛水浮標(biāo)錨定設(shè)置于海水中，收集海水中沉降顆粒。在捕獲器投放海中之前，先由外接計算機給自動控制系統(tǒng)輸入作業(yè)程序和工作指令，并進(jìn)行自檢和零位校正，使光碼盤上的定位狹縫處于光電管缺口下，動盤上的零位孔也正對應(yīng)于定盤上的顆粒沉降孔之下，即整個系統(tǒng)處于工作待命狀態(tài)。在捕獲器投放作業(yè)開始時，通知自動控制系統(tǒng)按預(yù)定程序工作并同時記錄下捕獲器的投放時間。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的采樣時間時，自動控制系統(tǒng)啟動直流電機驅(qū)動機構(gòu)帶動小傳動齒輪和攜載采樣瓶的動盤一起轉(zhuǎn)動，使第一個采樣瓶的開口到達(dá)并正對接于定盤上的顆粒沉降孔。此時，光電定位機構(gòu)發(fā)給自動控制系統(tǒng)一個樣品瓶到位檢測信號，自動控制系統(tǒng)通知直流電機停止運轉(zhuǎn)，內(nèi)部存儲單元將捕獲器的采樣時間、樣品瓶編號及其它有關(guān)信息存儲下來，然后進(jìn)入待命狀態(tài)。自此，捕獲器進(jìn)入第一個樣品收集階段，海水中的沉積顆粒物質(zhì)通過漏斗頂部開口下沉進(jìn)入顆粒捕捉系統(tǒng)。顆粒沉降物質(zhì)到達(dá)漏斗底部，就穿過顆粒沉降收集通道進(jìn)入第一個采樣瓶內(nèi)。當(dāng)預(yù)定收集時間結(jié)束時，自動控制系統(tǒng)再次啟動電機驅(qū)動機構(gòu)帶動動盤轉(zhuǎn)動，載有沉降顆粒的第一個采樣瓶離開顆粒沉降孔，第二個采樣瓶轉(zhuǎn)向顆粒沉降孔。當(dāng)?shù)诙€采樣瓶準(zhǔn)確到達(dá)顆粒沉降孔之下時，自動控制系統(tǒng)再次收到光電定位機構(gòu)的到位檢測信號，并指示直流電機停止運轉(zhuǎn)，存儲單元將第二個采樣瓶的采樣時間、樣品瓶編號等信息存儲下來，然后再次進(jìn)入待命狀態(tài)，并進(jìn)入第二個樣品收集階段。當(dāng)預(yù)定收集時間結(jié)束時，自動控制系統(tǒng)再次啟動直流電機驅(qū)動機構(gòu)，進(jìn)入第三個樣品收集階段。如此循環(huán)，一直到所設(shè)定的采樣數(shù)目全部完成為止。當(dāng)最后一個樣品瓶完成收集時，自動控制系統(tǒng)通知電機驅(qū)動傳動機構(gòu)帶動動盤旋轉(zhuǎn)，使動盤零位孔與顆粒沉降孔重合，然后停止運轉(zhuǎn)，捕獲器等待回收。這樣，沉積物捕獲器就完成了定時、分步收集水中沉降顆粒物質(zhì)樣品的海下作業(yè)過程。



圖1為深海時間系列沉積物捕獲器整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-支撐框架2-底座，3-錐形漏斗，4-蜂窩巢結(jié)構(gòu)，5-電器艙，6-采樣瓶。
圖2為顆粒捕捉系統(tǒng)與樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖中，3-錐形漏斗，6-采樣瓶，7-短圓柱體，8-短圓柱體內(nèi)孔，9-定盤，10-顆粒沉降孔，11-顆粒接收孔，12-動盤，13-軸承盤，14-彈簧密封圈，15-小傳動齒輪，16-傳動軸。
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步描述。
在
圖1所示的深海時間系列沉積物捕獲器整體結(jié)構(gòu)圖中，支撐框架1由六根等距離排布的無縫圓管和上下兩個大小相等的角鐵狀圓環(huán)構(gòu)成，使捕獲器的整體結(jié)構(gòu)成圓柱形。支撐框架1的上部安裝顆粒捕捉系統(tǒng)的錐形漏斗3，錐形漏斗3的內(nèi)錐角設(shè)置為32.5°，內(nèi)壁光潔度1.6以上，錐形漏斗3的上開口內(nèi)嵌入短圓柱狀蜂窩巢結(jié)構(gòu)4。支撐框架1的內(nèi)部設(shè)有底座2，焊接在無縫圓管的下部。電器艙5和樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的定盤9固定安裝在底座2上。電器艙為高壓密封艙，內(nèi)部有樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的驅(qū)動機構(gòu)、光電定位機構(gòu)和自動控制系統(tǒng)。
在圖2所示的顆粒捕捉系統(tǒng)與樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖中，錐形漏斗3的底部插入定盤9上面的短圓柱體7內(nèi)，短圓柱體的內(nèi)孔8的底部與定盤9的顆粒沉降孔10對接。動盤12位于定盤9的下面，靠設(shè)置在兩個盤中心的軸承盤13連接。動盤12可繞軸承盤13轉(zhuǎn)動。定盤9的顆粒沉降孔10與動盤12的顆粒接收孔11對接時，定盤上短圓柱體內(nèi)孔8、顆粒沉降孔10，動盤12的顆粒接收孔11以及錐形漏斗3的中心線均在同一條垂線上。顆粒接收孔11的孔徑比顆粒沉降孔10的孔徑大5-10％，顆粒沉降孔10的孔徑比短圓柱體內(nèi)孔8的底部孔徑大5-10％。動盤12上等距離設(shè)置大小相同的顆粒接收孔14個，其中13個顆粒接收孔安裝采樣瓶6。在采樣瓶的上方，定盤9與動盤12之間的顆粒接收孔四周設(shè)置“O”形彈簧密封圈14。電機驅(qū)動傳動機構(gòu)置于電器艙內(nèi)，直流微電機傳動軸16從電器艙下部伸出并與小傳動齒輪15牢固連接，小傳動齒輪15與動盤12的直齒嚙合。直流微電機轉(zhuǎn)動，通過小傳動齒輪15帶動攜載采樣瓶6的動盤12旋轉(zhuǎn)，使動盤顆粒接收孔11與定盤顆粒沉降孔10對接，來自顆粒捕捉系統(tǒng)錐形漏斗3的海水中的沉降顆粒就通過顆粒沉降收集通道進(jìn)入采樣瓶。
權(quán)利要求1.一種深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于由支撐框架(1)、顆粒捕捉系統(tǒng)、樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)組成，支撐框架由無縫鈦鋼圓管和角鐵圓環(huán)焊接成圓柱形，支撐框架上部安裝顆粒捕捉系統(tǒng)，顆粒捕捉系統(tǒng)由錐形漏斗(3)和嵌入漏斗上開口短圓柱狀蜂窩巢結(jié)構(gòu)(4)構(gòu)成，樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由定盤(9)、攜帶采樣瓶的動盤(12)和驅(qū)動傳動機構(gòu)組成，自動控制系統(tǒng)由單片機、系統(tǒng)操作和控制程序模塊、記錄存儲單元、時鐘單元、高能電池、驅(qū)動電路組成，驅(qū)動傳動機構(gòu)與自動控制系統(tǒng)連接并置于電器艙(5)內(nèi)，電器艙設(shè)置在支撐框架的底座(2)上。
2.按照權(quán)利要求1所述的深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于支撐框架(1)四周有六根等距離排布的無縫鈦鋼圓管，上下有兩個大小相等的鈦鋼角鐵圓環(huán)。
3.按照權(quán)利要求1所述的深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于顆粒捕捉系統(tǒng)的錐形漏斗(3)的內(nèi)錐角為32.5°。
4.按照權(quán)利要求1所述的深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于定盤(9)為凸圓狀，固定在支撐框架的底座(2)上，動盤(12)為圓形直齒狀，并與定盤(9)通過軸承盤連接，軸承盤(13)位于定盤和動盤的中心。
5.按照權(quán)利要求1和權(quán)利要求4所述的深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于定盤(9)上設(shè)有顆粒沉降孔(10)，顆粒沉降孔(10)上方有與錐形漏斗(3)下開口連接的短圓柱體(7)，動盤(12)上等距離設(shè)置大小相同的14個顆粒接收孔(11)，其中13個顆粒接收孔的下部安裝采樣瓶(6)。
6.按照權(quán)利要求1和權(quán)利要求5所述的深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于動盤(12)轉(zhuǎn)動使顆粒接收孔(11)與定盤顆粒沉降孔(10)對接時，定盤上短圓柱體內(nèi)孔(8)、顆粒沉降孔(10)、動盤上顆粒接收孔(11)以及錐形漏斗(3)的中心線均在同一條垂線上，顆粒接收孔(11)的孔徑比顆粒沉降孔(10)的孔徑大5-10％，顆粒沉降孔(10)的孔徑比短圓柱體內(nèi)孔(8)的底部孔徑大5-10％。
7.按照權(quán)利要求1所述的深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動傳動機構(gòu)、光電定位機構(gòu)以及自動控制系統(tǒng)均置于同一個電器艙內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求1和權(quán)利要求7所述的深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于驅(qū)動傳動機構(gòu)的電動機為直流微電機，直流微電機傳動軸與小傳動齒輪牢固連接，小傳動齒輪(15)與動盤(12)的直齒嚙合。
9.按照權(quán)利要求1和權(quán)利要求7所述的深海時間系列沉積物捕獲器，其特征在于光電定位機構(gòu)由圓盤形光碼盤和光電管組成，光碼盤與驅(qū)動傳動機構(gòu)連接并隨直流微電機轉(zhuǎn)動。
專利摘要本實用新型提供了一種深海時間系列沉積物捕獲器,用于深海收集海水中沉降顆粒物質(zhì)樣品。它由支撐框架、顆粒捕捉系統(tǒng)、樣品收集轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)組成。顆粒捕捉系統(tǒng)錐形漏斗底部與由直流微電機驅(qū)動的攜帶采樣瓶的動盤顆粒接收孔對接,實現(xiàn)定時、分步收集海水中沉降顆粒物質(zhì)樣品。
文檔編號B63C11/52GK2461855SQ0026385
公開日2001年11月28日 申請日期2000年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月28日
發(fā)明者張德玉, 吳偉, 孔繁榮, 張亭建 申請人:國家海洋局第一海洋研究所