CN100590430C - 适用于深海低温热液区的原位探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的适用于深海低温热液区的原位探测系统，包括热液采样探测装置、供电装置、微电脑控制装置以及电极冲洗和标定装置。热液采样探测装置中的探测电极，在热液流过时可以探测热液的化学成分。微电脑控制装置的信号输出端与ICL线圈相连，可传输信号至深潜器。电极冲洗和标定装置可对热液采样探测装置内的探测电极进行标定。本发明依靠自身携带的电池供电，可在深海持续长时间自动运行。本发明具有低温热液探测、探测电极冲洗、探测电极标定三个工作状态，由微电脑控制装置实现状态的切换，具有深海低温热液长期探测和探测电极的自维护标定功能，大大提高了探测电极的性能和化学量探测的准确性。可以为深海热液的科学研究提供详细准确的数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于深海低温热液区的原位探测系统，具体说是由微电脑控制其自动运行，具有热液长期原位探测和化学电极自维护标定功能的系统。
背景技术
当前在海洋资源探测工作中，国际海洋界已经开展了对深海热液进行探测技术的研究，其中对热液口附近的低温生态区海水中所含热液化学量的探测是认识这些生命形式与生态系统的关键之一。传统的低温热液区探测大都使用采样分析的方法观测热液成分的变化，具有耗费大量的人力物力和分析数据不具有实时性的缺陷。此外由于样品采集、储存过程所处环境的改变，其成分难免会有变化。如温度压力变化导致溶解气体的逸失，溶解氧含量变化使变价元素价态改变，过渡金属元素的溶解-沉淀平衡随pH变化而移动。在深层海水的采样过程中，这些变化是不能忽略的。因此原位探测技术是现代深海科学研究的发展方向。此外国内外所研制的化学电极具有使用寿命上的限制，也极大限制了化学电极探测的准确性和长期性。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于深海低温热液区原位长期探测的探测系统。
本发明的适用于深海低温热液区的原位探测系统，包括以下组成部件：
1)热液采样探测装置：包括壳体，壳体的相对两壁具有对穿的通孔，在其中一个通孔的正下方有一小孔，壳体外装置有罩住上述通孔和小孔的过滤网罩，壳体内设有将壳体容腔分隔成上腔和下腔的活塞式探头，上腔和下腔经管道相连通，该管道上接有第一油囊，活塞式探头的上部为柱体，下部为具有端盖的空腔，上部柱体上设有径向通孔，下部空腔内装置有探测电极和进水管，探测电极的头部和进水管的出水口分别伸出到柱体的径向通孔中，壳体的底部固定有步进电机，步进电机的转轴与螺杆相连并位于壳体的轴线上，螺杆与带内螺纹的滑块连接，滑块处在与壳体固定的导轨内，滑块与拉杆的一端相连，拉杆的另一端与探头下部的端盖相连，端盖的端面开设有数个孔；
2)供电装置：包括密闭电池腔外壳和电池；
3)微电脑控制装置：包括密闭控制腔外壳，置于密闭控制腔中的微控制器，微控制器与供电电池相连，微控制器与深海潜器进行通讯的ICL线圈连接，微控制器与热液采样探测装置中的步进电机和探测电极相连；
4)电极冲洗和标定装置：包括密闭容器，置于密闭容器中的流控系统，密闭容器上接有第二油囊、标准液皮囊及海水进水管，流控系统与微控制器相连，所说的流控系统包括泵和两个电磁阀，泵进液口分二路，一路经第一电磁阀与海水进水管相连，另一路经第二电磁阀与标准液皮囊相连，泵的出液口经冲洗液管道与热液采样探测装置中的进水管相连。
本发明的有益效果在于：可以对深海低温热液区的热液进行长期原位探测，并且可以对化学探测电极进行维护，延长化学探测电极的寿命，大大提高了化学探测电极的性能和长期探测数据的准确性，可以为深海热液的科学研究提供详细准确的数据。
附图说明
图1是本发明探测系统的结构示意图(图示处于探测状态)；
图2是本发明探测系统处于冲洗和标定状态时的示意图；
图3是流控系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明。
参照图1，本发明的适用于深海低温热液区的原位探测系统，包括以下组成部件：
1)热液采样探测装置：包括壳体1，壳体的相对两壁具有对穿的通孔29，在其中一个通孔29的正下方有一小孔5，壳体外装置有罩住上述通孔29和小孔5的过滤网罩6，利用过滤网罩可以过滤热液和海水中的杂质，防止孔被堵塞。壳体内设有将壳体容腔分隔成上腔2和下腔23的活塞式探头30，上腔2和下腔23经管道4相连通，该管道上接有第一油囊7，在上腔2、下腔23和第一油囊7中充有绝缘油，例如甲基硅油，主要起绝缘和压力平衡的作用。活塞式探头30的上部为柱体，下部为具有端盖25的空腔26，上部柱体上设有径向通孔3，下部空腔26内装置有探测电极28和进水管27，探测电极28的头部和进水管27的出水口分别伸出到柱体的径向通孔3中，壳体的底部固定有步进电机19，步进电机19的转轴与螺杆20相连并位于壳体的轴线上，螺杆20与带内螺纹的滑块22拧接，滑块22处在与壳体固定的导轨21内，滑块22与拉杆24的一端相连，拉杆24的另一端与与探头下部的端盖25相连，端盖25的端面开设有数个孔，用于与下腔23连通。
2)供电装置：包括密闭电池腔外壳18和电池17；
3)微电脑控制装置：包括密闭控制腔外壳16，置于密闭控制腔中的微控制器15，微控制器15与供电电池17相连，微控制器15与深海潜器进行通讯的ICL(Inductively Coupled Link，非接触式耦合连接)线圈9连接，以便实时监控整个系统的工作情况。微控制器15与热液采样探测装置中的步进电机19和探测电极28相连，传递控制信号给步进电机和接收探测电极传递来的信号；
4)电极冲洗和标定装置：包括密闭容器12，置于密闭容器12中的流控系统11，密闭容器上接有第二油囊10、标准液皮囊14及海水进水管13，流控系统11与微控制器15相连，所说的流控系统11(见图3)包括泵11-2和两个电磁阀11-1、11-3，泵11-2进液口分二路，一路经第一电磁阀11-1与海水进水管13相连，另一路经第二电磁阀11-3与标准液皮囊14相连，泵11-2的出液口经冲洗液管道8与热液采样探测装置中的进水管27相连。
密闭容器12和第二油囊10中充有绝缘油。存储在标准液皮囊14中的标准液是在陆地上配制好的具有一定化学成分的液体，用来起探测电极标定作用。
上述各部件之间的连接均通过水密接插件相连。
本发明探测系统的工作原理如下：
整个系统工作有三个状态，分别为探测状态、冲洗状态、标定状态。下面结合工作状态对系统的工作原理作详细说明。
探测状态时：微控制器15控制步进电机19带动螺杆20以一定速度旋转，于是滑块22便在导轨21内滑动，当连接在滑块上的拉杆24带动探头30改变位置至上部柱体的径向通孔3与壳体1对穿的通孔29贯通时(如图1所示)，步进电机19便停止转动，由于螺杆20和滑块22之间具有自锁性，探头30便会静止在图1所示位置，此时小孔5被堵住。由于海水是流动的，此时，低温热液经过过滤网罩6进入柱体的径向通孔3，与探测电极28接触，探测电极根据热液中所含化学量的不同产生一定电信号，传递给微控制器15。微控制器15接收到电信号便对信号进行进一步的处理，比如运算、存储等。此时探头30中的低温热液主要依靠海水的流动来更新。
冲洗和标定状态：微控制器15控制步进电机19旋转，使探头30改变位置至上部柱体的径向通孔3离开壳体对穿的通孔29，而与壳体上的小孔5相连时，如图2所示，此时上部柱体通孔3和外界海水连通。
1)冲洗过程：微控制器15发出指令，泵11-2运行，第一电磁阀11-1打开，从外界抽取海水。海水沿着冲洗液管道8和探头进水管27进入到上部柱体通孔3，从小孔5排出，冲洗探测电极28，清洗掉积累在探测电极28上的一些杂质，防止探测电极28不能与热液接触从而起不到探测作用。当设定的时间到达，流控系统便断电停止工作。
2)标定状态。微控制器15发出指令，泵11-2运行，第二电磁阀11-3打开，从标准液皮囊14抽取标准液。标准液沿着冲洗液管道8和探头进水管27进入到上部柱体的径向通孔3，从小孔5排出，这个过程中探测电极28会浸泡在标准液中，从而起到标定作用，标定的主要作用是使探测电极28恢复探测性能。从而延长工作寿命。
当整个系统由潜器放入到深海低温热液区后，系统便自动开始运行。首先系统进入探测状态，经过一段时间的探测后，探测电极失灵，系统便进入到冲洗和标定状态来维护探测电极。当探测电极经过冲洗和标定，恢复到正常工作状态，系统又进入到探测状态。这样系统不断循环工作，保证化学探测电极能长期稳定工作。
Claims (1)
1.适用于深海低温热液区的原位探测系统，其特征在于包括以下组成部件：
1)热液采样探测装置：包括壳体(1)，壳体的相对两壁具有对穿的通孔(29)，在其中一个通孔(29)的正下方有一小孔(5)，壳体外装置有罩住上述通孔(29)和小孔(5)的过滤网罩(6)，壳体内设有将壳体容腔分隔成上腔(2)和下腔(23)的活塞式探头(30)，上腔(2)和下腔(23)经管道(4)相连通，该管道上接有第一油囊(7)，活塞式探头(30)的上部为柱体，下部为具有端盖(25)的空腔(26)，上部柱体上设有径向通孔(3)，下部空腔(26)内装置有探测电极(28)和进水管(27)，探测电极(28)的头部和进水管(27)的出水口分别伸出到柱体的径向通孔(3)中，壳体的底部固定有步进电机(19)，步进电机(19)的转轴与螺杆(20)相连并位于壳体的轴线上，螺杆(20)与带内螺纹的滑块(22)连接，滑块(22)处在与壳体固定的导轨(21)内，滑块(22)与拉杆(24)的一端相连，拉杆(24)的另一端与探头下部的端盖(25)相连，端盖(25)的端面开设有数个孔；
2)供电装置：包括密闭电池腔外壳(18)和电池(17)；
3)微电脑控制装置：包括密闭控制腔外壳(16)，置于密闭控制腔中的微控制器(15)，微控制器(15)与供电电池(17)相连，微控制器(15)与深海潜器进行通讯的ICL线圈(9)连接，微控制器(15)与热液采样探测装置中的步进电机(19)和探测电极(28)相连；
4)电极冲洗和标定装置：包括密闭容器(12)，置于密闭容器(12)中的流控系统(11)，密闭容器上接有第二油囊(10)、标准液皮囊(14)及海水进水管(13)，流控系统(11)与微控制器(15)相连，所说的流控系统(11)包括泵(11-2)和两个电磁阀(11-1、11-3)，泵(11-2)进液口分二路，一路经第一电磁阀(11-1)与海水进水管(13)相连，另一路经第二电磁阀(11-3)与标准液皮囊(14)相连，泵(11-2)的出液口经冲洗液管道(8)与热液采样探测装置中的进水管(27)相连；
上述各部件之间的连接均通过水密接插件相连。
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| 适用于深海热液环境的全固态电化学传感器的研究进展. 叶瑛等.自然科学进展，第14卷第2期. 2004 |
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