專(zhuān)利名稱(chēng)：一種深海熱液序列采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深海水體采樣裝置，具體說(shuō)涉及一種可采集多個(gè)樣品的深海熱液序列采樣裝置。
背景技術(shù)：
深海熱液口是海底最顯著的特征之一，熱液口附近不但蘊(yùn)藏有大量的金屬硫化物等礦產(chǎn)資源，而且孕育了極端環(huán)境下獨(dú)特的生物群落，具有重要的深海資源勘查和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)展開(kāi)了對(duì)深海熱液采樣技術(shù)的研究，但目前已有的采樣器大多只能采集單個(gè)樣品，不能反映熱液隨時(shí)間的變化規(guī)律，而一些一次能采集多個(gè)樣品的采樣器由于采用泵來(lái)抽取熱液，系統(tǒng)功耗較大，難于實(shí)現(xiàn)海底的長(zhǎng)期布置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種功耗低，適合于海底長(zhǎng)期布置并能獲取保壓樣品的深海熱液序列采樣器。
本發(fā)明的深海熱液序列采樣器，包括一個(gè)控制單元和多個(gè)采樣單元，控制單元包括電路腔及與電路腔相連的電磁耦合線(xiàn)圈和溫度探頭，每個(gè)采樣單元包括一個(gè)采樣閥和一個(gè)采樣筒，所說(shuō)的采樣閥包括同軸線(xiàn)裝置的閥體和密封腔體，閥體內(nèi)設(shè)有孔徑相等的左右兩個(gè)閥套和，兩閥套之間有一支撐環(huán)，閥套內(nèi)有閥芯，閥芯的一端依次有第一彈簧座、復(fù)位彈簧和與閥體固定的彈簧壓帽，閥體上開(kāi)有與采樣管相連的進(jìn)液口和與采樣筒相連的出液口，密封腔體具有與閥芯相通的中心軸孔，密封腔體內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)彈簧，驅(qū)動(dòng)彈簧的兩端分別與閥芯推桿和第二彈簧座抵住，閥芯推桿的頂部圓柱體置入密封腔體的中心軸孔中，閥芯推桿的錐體部分位于密封腔體中，在閥芯推桿的錐體上套有內(nèi)表面與錐面吻合的第一觸發(fā)環(huán)，第一觸發(fā)環(huán)的端面抵住密封腔體的端面，密封腔體的端蓋和第二彈簧座分別具有軸向通孔，第二彈簧座的一端置入端蓋的軸向通孔中，在第二彈簧座上套有第二觸發(fā)環(huán)，第二觸發(fā)環(huán)的兩個(gè)端面分別與第二彈簧座的臺(tái)階面和密封腔體的端蓋抵住，端蓋的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片，第一觸發(fā)環(huán)和第二觸發(fā)環(huán)各自包括4個(gè)沿直徑方向分開(kāi)的等分環(huán)，4個(gè)等分環(huán)由線(xiàn)圈環(huán)繞固定為一個(gè)整體，所說(shuō)的線(xiàn)圈由不銹鋼絲和尼龍線(xiàn)連接構(gòu)成，其中尼龍線(xiàn)纏繞在電阻上，電阻的兩端與連接電路腔的水密線(xiàn)纜相連；采樣筒包括采樣腔和蓄能腔，采樣腔和蓄能腔分別固定在連接器的兩端，連接器內(nèi)設(shè)有連通采樣腔和蓄能腔的節(jié)流器，在采樣腔和蓄能腔內(nèi)分別設(shè)有活塞，蓄能腔的端部接有充氣閥，采樣腔的進(jìn)液口與采樣閥的出液口相連。
本發(fā)明的深海熱液序列采樣器采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采樣單元的個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行任意配置，各個(gè)采樣單元之間相互獨(dú)立，從而提高了采樣器的可靠性和適用性。采樣閥采用單次觸發(fā)的驅(qū)動(dòng)原理，用高強(qiáng)力的尼龍線(xiàn)來(lái)約束觸發(fā)環(huán)，由于尼龍線(xiàn)熔點(diǎn)低，能通過(guò)電阻的發(fā)熱迅速燒斷，使得觸發(fā)動(dòng)作迅速，采樣閥只在打開(kāi)和關(guān)閉的瞬間消耗一點(diǎn)電能，而在采樣過(guò)程中無(wú)需電能，從而大大降低了系統(tǒng)的功耗，使采樣器可長(zhǎng)期布置于海底，獲取時(shí)序的熱液樣品。采樣筒由串連在一起的采樣腔和蓄能腔組成，可保持樣品的壓力，進(jìn)行樣品的等壓轉(zhuǎn)移。


圖1是深海熱液序列采樣器的原理示意圖；圖2是采樣閥的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是一種觸發(fā)環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖a是觸發(fā)環(huán)的軸向剖面圖，圖b是俯視圖，圖c是線(xiàn)圈纏繞在電阻上的示意圖；圖4是采樣筒的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的深海熱液序列采樣器，包括一個(gè)控制單元和多個(gè)采樣單元，控制單元包括電路腔7、電磁耦合線(xiàn)圈6和溫度探頭2，溫度探頭2通過(guò)水密線(xiàn)纜5與電路腔7連接，電磁耦合線(xiàn)圈6與電路腔7相連。每個(gè)采樣單元包括一個(gè)采樣閥3和一個(gè)采樣筒8，所說(shuō)的采樣閥3如圖2所示，包括同軸線(xiàn)裝置的閥體35和密封腔體22，閥體35內(nèi)設(shè)有孔徑相等的左右兩個(gè)閥套25和28，兩閥套之間有一支撐環(huán)27，閥套內(nèi)有閥芯33，閥芯33的一端依次安有第一彈簧座32、復(fù)位彈簧31和與閥體35固定的彈簧壓帽30。為了耐高溫耐腐蝕，閥體35、兩個(gè)閥套25和28、支撐環(huán)27、第一彈簧座32及彈簧壓帽30均由鈦合金制成，而閥芯33由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成，通常，閥芯33與閥套25之間使用錐面密封，從而達(dá)到良好的密封效果。
在閥體35上開(kāi)有與采樣管1相連的進(jìn)液口34和與采樣筒8相連的出液口26，圖示實(shí)例中，在采樣管的末端設(shè)有一單向閥9，以便于在采樣前利用熱液的噴發(fā)對(duì)采樣管進(jìn)行沖洗。密封腔體22具有與閥芯33相通的中心軸孔，密封腔體22內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)彈簧36，驅(qū)動(dòng)彈簧36的兩端分別與閥芯推桿24和第二彈簧座21抵住，閥芯推桿24的頂部圓柱體置入密封腔體22的中心軸孔中，閥芯推桿24的錐體部分位于密封腔體22中，在閥芯推桿24的錐體上套有內(nèi)表面與錐面吻合的第一觸發(fā)環(huán)23，第一觸發(fā)環(huán)23的端面抵住密封腔體22的端面，密封腔體22的端蓋37和第二彈簧座21分別具有軸向通孔，第二彈簧座21的一端置入端蓋37的軸向通孔中，在第二彈簧座21上套有第二觸發(fā)環(huán)20，第二觸發(fā)環(huán)20的兩個(gè)端面分別與第二彈簧座21的臺(tái)階面和密封腔體22的端蓋37抵住，端蓋37的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片38，第一觸發(fā)環(huán)23和第二觸發(fā)環(huán)20(見(jiàn)圖3)各自包括4個(gè)沿直徑方向分開(kāi)的等分環(huán)45，4個(gè)等分環(huán)由線(xiàn)圈41環(huán)繞固定為一個(gè)整體，所說(shuō)的線(xiàn)圈41由不銹鋼絲和高強(qiáng)力尼龍線(xiàn)連接構(gòu)成，其中高強(qiáng)力尼龍線(xiàn)有一段纏繞在電阻42上，電阻42的兩端與連接電路腔7的水密線(xiàn)纜4相連。采樣筒8如圖4所示，包括采樣腔57和蓄能腔52，采樣腔57和蓄能腔52分別固定在連接器55的兩端，連接器55內(nèi)設(shè)有連通采樣腔57和蓄能腔52的節(jié)流器54，用于調(diào)節(jié)采樣速度，在采樣腔57和蓄能腔52內(nèi)分別設(shè)有活塞58和53，蓄能腔52的端部接有充氣閥51，采樣腔57的進(jìn)液口59與采樣閥3的出液口26相連。
采樣前，使采樣閥的密封腔體充滿(mǎn)硅油密封，與外界壓力相平衡。密封腔體中的驅(qū)動(dòng)彈簧36處于壓縮狀態(tài)，第一、第二兩個(gè)觸發(fā)環(huán)都被線(xiàn)圈所約束，使得第二彈簧座21和閥芯推桿24不能移動(dòng)；采樣筒的蓄能腔和采樣腔中的活塞53和58分別處于各腔的右端(圖4)，在采樣腔的活塞58與連接器55之間的腔體內(nèi)充滿(mǎn)蒸餾水，通過(guò)充氣閥51向蓄能腔52內(nèi)充入氮?dú)?，使氮?dú)獾膲毫_(dá)到預(yù)采樣熱液壓力的10％并關(guān)閉充氣閥51。
采樣時(shí)，首先由電路腔7通過(guò)水密線(xiàn)纜4給第一觸發(fā)環(huán)23通電，第一觸發(fā)環(huán)上的電阻迅速升溫，纏繞在電阻上的尼龍線(xiàn)被燒斷，4個(gè)等分環(huán)失去約束而散開(kāi)，閥芯推桿24向右移動(dòng)推動(dòng)閥芯33，采樣閥3打開(kāi)；熱液從采樣管1經(jīng)過(guò)進(jìn)液口34進(jìn)入采樣閥3，再?gòu)牟蓸娱y的出液口26進(jìn)入采樣筒的采樣腔57。在壓力差的作用下，熱液推動(dòng)活塞58向左運(yùn)動(dòng)，采樣腔57內(nèi)的預(yù)充蒸餾水經(jīng)過(guò)節(jié)流器54進(jìn)入蓄能腔52，并推動(dòng)活塞53向左運(yùn)動(dòng)，氮?dú)獗粔嚎s，從而壓力增高，當(dāng)壓力達(dá)到平衡時(shí)采樣停止。采樣結(jié)束后，電路腔7給第二觸發(fā)環(huán)20通電，第二觸發(fā)環(huán)上的電阻迅速升溫，纏繞在電阻上的尼龍線(xiàn)被燒斷，4個(gè)等分環(huán)失去約束而散開(kāi)，第二彈簧座21由于4個(gè)等分環(huán)的散開(kāi)而向左移動(dòng)，使驅(qū)動(dòng)彈簧36完全恢復(fù)到自由狀態(tài)，閥芯33在復(fù)位彈簧31的作用下重新與閥套25密封，采樣閥3關(guān)閉。
深海熱液序列采樣器中采樣單元的個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置，采樣器可長(zhǎng)時(shí)間布置于海底，根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔進(jìn)行時(shí)序采樣，也可以通過(guò)電磁耦合線(xiàn)圈由上位機(jī)進(jìn)行控制采樣。
權(quán)利要求
1.一種深海熱液序列采樣器，其特征在于它包括一個(gè)控制單元和多個(gè)采樣單元，控制單元包括電路腔(7)及與電路腔(7)相連的電磁耦合線(xiàn)圈(6)和溫度探頭(2)，每個(gè)采樣單元包括一個(gè)采樣閥(3)和一個(gè)采樣筒(8)，所說(shuō)的采樣閥(3)包括同軸線(xiàn)裝置的閥體(35)和密封腔體(22)，閥體(35)內(nèi)設(shè)有孔徑相等的左右兩個(gè)閥套(25)和(28)，兩閥套之間有一支撐環(huán)(27)，閥套內(nèi)有閥芯(33)，閥芯(33)的一端依次有第一彈簧座(32)、復(fù)位彈簧(31)和與閥體(35)固定的彈簧壓帽(30)，閥體(35)上開(kāi)有與采樣管(1)相連的進(jìn)液口(34)和與采樣筒(8)相連的出液口(26)，密封腔體(22)具有與閥芯(33)相通的中心軸孔，密封腔體(22)內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)彈簧(36)，驅(qū)動(dòng)彈簧(36)的兩端分別與閥芯推桿(24)和第二彈簧座(21)抵住，閥芯推桿(24)的頂部圓柱體置入密封腔體(22)的中心軸孔中，閥芯推桿(24)的錐體部分位于密封腔體(22)中，在閥芯推桿(24)的錐體上套有內(nèi)表面與錐面吻合的第一觸發(fā)環(huán)(23)，第一觸發(fā)環(huán)(23)的端面抵住密封腔體(22)的端面，密封腔體(22)的端蓋(37)和第二彈簧座(21)分別具有軸向通孔，第二彈簧座(21)的一端置入端蓋(37)的軸向通孔中，在第二彈簧座(21)上套有第二觸發(fā)環(huán)(20)，第二觸發(fā)環(huán)(20)的兩個(gè)端面分別與第二彈簧座(21)的臺(tái)階面和密封腔體(22)的端蓋(37)抵住，端蓋(37)的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片(38)，第一觸發(fā)環(huán)(23)和第二觸發(fā)環(huán)(20)各自包括4個(gè)沿直徑方向分開(kāi)的等分環(huán)(45)，4個(gè)等分環(huán)由線(xiàn)圈(41)環(huán)繞固定為一個(gè)整體，所說(shuō)的線(xiàn)圈(41)由不銹鋼絲和尼龍線(xiàn)連接構(gòu)成，其中尼龍線(xiàn)纏繞在電阻(42)上，電阻(42)的兩端與連接電路腔(7)的水密線(xiàn)纜(4)相連；采樣筒(8)包括采樣腔(57)和蓄能腔(52)，采樣腔(57)和蓄能腔(52)分別固定在連接器(55)的兩端，連接器(55)內(nèi)設(shè)有連通采樣腔(57)和蓄能腔(52)的節(jié)流器(54)，在采樣腔(57)和蓄能腔(52)內(nèi)分別設(shè)有活塞(58)和(53)，蓄能腔(52)的端部接有充氣閥(51)，采樣腔(57)的進(jìn)液口(59)與采樣閥(3)的出液口(26)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海熱液序列采樣器，其特征在于采樣閥的閥體(35)、兩個(gè)閥套(25)和(28)、支撐環(huán)(27)、彈簧壓帽(30)以及第一彈簧座(32)均由鈦合金制成，閥芯(33)由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海熱液序列采樣器，其特征在于采樣管的末端設(shè)有一單向閥(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)的深海熱液序列采樣器包括一個(gè)控制單元和多個(gè)采樣單元，控制單元主要包括電磁耦合線(xiàn)圈、電路腔以及溫度探頭，每個(gè)采樣單元包括一個(gè)采樣閥和一個(gè)采樣筒，采樣閥的進(jìn)液口連接采樣管，出液口連接采樣筒，并通過(guò)水密線(xiàn)纜與電路腔相連。采樣筒由串連在一起的采樣腔和蓄能腔組成，可保持樣品的壓力，進(jìn)行樣品的等壓轉(zhuǎn)移。采樣閥采用單次觸發(fā)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可大大降低系統(tǒng)的功耗，使序列采樣器具有長(zhǎng)期布置的能力。序列采樣器各采樣單元之間相互獨(dú)立，可根據(jù)需要進(jìn)行任意配置，大大提高了采樣器的可靠性和適用性。
文檔編號(hào)G01N1/10GK101034042SQ20071006795
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者楊燦軍, 吳世軍, 王杭州, 周麗娟, 張佳帆, 劉芳芳 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)