CN105432574B - 一种搭载式深海宏生物取样器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搭载式深海宏生物取样器，主要包括：安装框架、水下电机、耐压电子舱、深海电池、油液补偿器、海水泵、取样腔，水下电机包括电机壳体，其内部充满绝缘油液，通过油液软管连接有油液补偿器；耐压电子舱分别通过水密电缆与水下电机、深海电池连接；深海电池采用硅胶将锂电池密封在塑料壳体内作为整体自补偿压力；海水泵连接在水下电机输出轴，海水泵设有吸水管和排水管，吸水管通过软管与取样腔连接；水下电机、耐压电子舱、深海电池、油液补偿器、海水泵均设置在安装框架内。本发明具有结构紧凑、动力独立、搭载条件灵活、安全可靠性高等特点，有效解决了深海巨型宏生物完整取样问题，实现深海宏生物实时完整获取。
Description
技术领域
本发明涉及海底宏生物取样装置，具体涉及一种搭载式深海宏生物取样器。
背景技术
深海宏生物泛指深海海盆、热泉、冷泉、海山等生态系统中体积较大的巨型底栖动物和大型底栖动物，开展深海宏生物种群生态、生理、生化和适应机制研究，对于深海资源开发、生命起源研究、地球科学探索具有重要的意义。由于深海宏生物的运动性，捕获难度较大，目前大多采用水下摄像机、照相机进行观察，或者通过深海拖网获得部分残缺样品。以上技术手段虽然从一定程度上解决了宏生物分布、类型、形态等科学问题，但随着研究的进一步深入，科学家对于结合具体地理位置信息实时获取完好宏生物样品的需求越来越迫切。专利CN103918621A和CN104215475A都提出了一种搭载式深海生物采集器，但均未明确解决取样装置的深海动力问题，需要依靠水下运载器提供额外动力，且未明确与运载器的具体连接方式。CN103770917A提出了深海近底层生物取样系统，但该系统依靠船舶进行拖网分层取样，且取样对象为体积较小的生物幼体。CN203295496U提出了深海生物组合取样装置，但宏生物获取为传统的诱捕方式。以上取样器均无法满足搭载运载器实时获取完整深海宏生物的技术需求。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明提供一种深海宏生物取样装置，结构紧凑、具有独立的自补偿深海电池和油液压力补偿器，解决了大功率直流无刷电机在深海工作的动力和耐压问题；提高深海游动宏生物取样的成功率；仅需一根水密电缆与水下运载器连接，在舱内或远程进行电机启停与转速的控制，安全性、灵活性高。
一种搭载式深海宏生物取样器，主要包括：安装框架、水下电机、耐压电子舱、深海电池、油液补偿器、海水泵、取样腔，所述水下电机包括电机壳体，其内部充满绝缘油液，通过油液软管连接有油液补偿器；为水下电机在深海工作提供压力补偿。耐压电子舱通过水密电缆A和水密电缆B与水下电机连接，耐压电子舱通过水密电缆C与深海电池连接；深海电池采用硅胶将锂电池密封在塑料外壳内作为整体自补偿压力；海水泵连接在水下电机输出轴，所述海水泵设有吸水管和排水管，吸水管通过软管与取样腔连接；水下电机、耐压电子舱、深海电池、油液补偿器、海水泵均设置在安装框架内。
进一步的，所述水下电机的电机壳体内固定置直流无刷电机；直流无刷电机的电机轴和输出轴之间使用弹性联轴器联接，输出轴前端设有轴承圆盘，一对角接触球轴承以背对背的方式安装在轴承圆盘内，一端通过轴肩固定，另一端通过弹性挡圈A固定；所述电机壳体设有电机正面端盖和电机反面端盖，两侧端盖均设有使用O形圈A的径向密封槽。电机正面端盖上设有凹槽，凹槽内设有压盖，压盖设有径向密封槽，用以安装O形圈B，凹槽和压盖之间设有组合式旋转密封，其为双作用组合式旋转密封结构，可靠性高，解决了电机在水下高速运转时密封，以及取样装置随运载器下潜上浮时补偿压力滞后可能带来的泄漏问题。
进一步的，所述油液补偿器包括补偿膜、保护罩、安装底座、补偿油口、充油口、放气口；补偿膜、保护罩分别通过螺栓与安装底座连接，在安装底座上设置有补偿油口、充油口、放气口，分别连接有快速接插头。
进一步的，所述耐压电子舱内设有直流无刷电机的驱动器和控制电路，分别为水下电机提供霍尔信号、三相电源及控制信号；所述深海电池为取样装置提供电源动力。
进一步的，所述深海电池内置的锂电池串联或并联；其塑料外壳的侧面打有自补偿压力孔，满足深海工作需求。
进一步的，海水泵通过水泵法兰固定在水下电机正面端盖上，海水泵可以采用单吸多级离心泵，其可以提高深海游动宏生物取样的成功率。
进一步的，所述取样腔内设可调过滤网，滤网网眼大小可调，根据预设取样生物的体积进行调节滤网网眼的大小，且取样腔采用透明的PC材料制得，其质量轻、透明度高，提高了取样操作的可视度和灵活性；取样腔前端设有T型手柄。本发明的有益效果是：
本发明具有结构紧凑、动力独立、搭载条件灵活、安全可靠性高等特点，仅需一根水密电缆与运载器连接，操作者通过机械手将取样软管接近深海宏生物后，在舱内或远程控制水下电机的启停和转速，实现对不同游动宏生物的抽吸取样，取样腔采用透明度高的PC材料，使操作人员能够直观完成取样，适用于水下有缆潜水器、载人潜水器等搭载作业，有效解决了深海巨型宏生物完整取样问题，满足科学家实时获取完整深海宏生物的技术需求。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域的技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。
图1：主视图。
图2：俯视图。
图3：左视图。
图4：后视图。
图5：A-A视图。
图6：I部放大图。
图7：B-B视图。
图中：1-水下电机；2-耐压电子舱；3-深海电池；4-油液补偿器；5-海水泵；6-取样腔；7-T型手柄；8-取样软管；9-排水管；10-水密电缆A；11-油液软管；12-安装框架；13-水泵固定法兰；14-水密电缆B；15-水密电缆C；16-补偿油口；17-充油口；18-放气口；19-O形圈A；20-电机壳体；21-直流无刷电机；22-圆盘；23-螺栓；24螺栓；25-联轴器；26-轴承圆盘；27-角接触球轴承；28-电机正面端盖；29-旋转密封；30-输出轴；31-弹性挡圈B；32套筒；33-锂电池；34-塑料外壳；35-压盖；36-弹性挡圈A；38-保护罩；39-安装底座；40-水密插座；41-吸水管；42-电机反面端盖；43-补偿膜；44-O形圈B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图1—4所示，一种搭载式深海宏生物取样器，主要包括：安装框架12、水下电机1、耐压电子舱2、深海电池3、油液补偿器4、海水泵5、取样腔6；所述水下电机1包括电机壳体20，其内部充满绝缘油液，通过油液软管11连接有油液补偿器4；耐压电子舱2通过水密电缆A10和水密电缆B14与水下电机1连接，耐压电子舱2通过水密电缆C15与深海电池3连接；深海电池3采用硅胶将锂电池33密封在塑料外壳34内作为整体自补偿压力；海水泵5连接在水下电机1的输出轴30，所述海水泵5设有吸水管41和排水管9，吸水管41通过软管8与取样腔6连接；取样腔6内设有可更换的过滤网；取样腔6前端软管上设有T形手柄7；水下电机1、耐压电子舱2、深海电池3、油液补偿器4、海水泵5均设置在安装框架12内。
如图5、图6所示，所述水下电机1包括电机壳体20，电机壳体20内设置有环形台，直流无刷电机21通过螺栓23固定在圆盘22上，再通过螺栓24将直流无刷电机21固定在电机壳体20的环形台；直流无刷电机21的电机轴和输出轴30之间使用弹性联轴器25联接，输出轴30前端设有轴承圆盘26，一对角接触球轴承27以背对背的方式安装在轴承圆盘26内，一端通过轴肩固定，另一端通过弹性挡圈A36固定；所述电机壳体20设有电机正面端盖28和电机反面端盖42，两侧端盖均设有径向密封槽，其内嵌有O形圈A19；电机正面端盖28内设有旋转密封29，通过压盖35固定，压盖35设有径向密封槽，其内嵌有O形圈B44。
如图7所示，所述油液补偿器4包括补偿膜43、保护罩38、安装底座39、补偿油口16、充油口17、放气口18；补偿膜43、保护罩38分别通过螺栓与安装底座39连接，在安装底座39上设置有补偿油口16、充油口17、放气口18，分别连接有快速接插头。
如图1—4所示，所述耐压电子舱2内设有直流无刷电机21的驱动器和控制电路，分别为水下电机1提供霍尔信号、三相电源及控制信号；所述深海电池3为取样装置提供电源动力。
如图7所示，所述深海电池3包括锂电池33、塑料外壳34、水密插座40，塑料外壳34内放置锂电池33后用硅胶注满，锂电池33可以串联或并联；水密插座40通过螺栓固定在塑料外壳一侧，塑料外壳侧面打孔作为自补偿压力孔，满足深海工作需求。
如图3所示，海水泵5通过水泵固定法兰13固定在水下电机正面端盖28上，电机输出轴30顶端通过弹性挡圈B31和套筒32固定海水泵内部结构；海水泵5可以采用单吸多级离心泵，其可以提高深海游动宏生物取样的成功率。
具体的，所述取样腔6内设可调过滤网，滤网网眼大小可调，根据预设取样生物的体积进行调节滤网网眼的大小，且取样腔6采用透明的PC材料制得，其质量轻、透明度高，提高了取样操作的可视度和灵活性；取样腔前端设有T型手柄7。
本发明的具体操作使用过程如下：
采用水密电缆将取样器与水下运载器连接；在潜器舱内或实验船上对深海宏生物取样器的深海电机进行启停与转速远程控制。
根据需要捕获的海底宏动物的体积调节取样腔内的过滤网孔大小，过滤网为软网，当深海泵5启动时，其可以随着水流流动，将宏生物网在过滤网兜内。
当水下运载器发现取样生物后，操作机械手握住T型手柄7缓慢接近，并对准需要捕获的深海生物，远程控制启动电机壳20内的直流无刷电机21，根据需要捕获的宏生物的体积，调节直流无刷电机21的转速，将其吸到过滤网内，完成捕获。
然后将T型手柄7插回设有固定结构的采样篮，完成游动宏生物捕获，进行后续实验。
本发明具有结构紧凑、动力独立、搭载条件灵活、安全可靠性高等特点，仅需一根水密电缆与运载器连接，操作者通过机械手将取样软管接近深海宏生物后，在舱内或远程控制水下电机的启停和转速，实现对不同游动宏生物的抽吸取样，取样腔6采用透明度高的PC材料，使操作人员能够直观完成取样，适用于水下有缆潜水器、载人潜水器等搭载作业，有效解决了深海巨型宏生物完整取样问题，满足科学家实时获取完整深海宏生物的技术需求。
上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种搭载式深海宏生物取样器，主要包括：安装框架(12)、水下电机(1)、耐压电子舱(2)、深海电池(3)、油液补偿器(4)、海水泵(5)、取样腔(6)，其特征在于，所述水下电机(1)包括电机壳体(20)，其内部充满绝缘油液，通过油液软管(11)连接有油液补偿器(4)；耐压电子舱(2)通过水密电缆A(10)和水密电缆B(14)与水下电机(1)连接，耐压电子舱(2)通过水密电缆C(15)与深海电池(3)连接；深海电池(3)采用硅胶将锂电池密封在塑料外壳(34)内作为整体自补偿压力，且塑料外壳(34)的侧面打有自补偿压力孔；海水泵(5)连接在水下电机(1)输出轴，所述海水泵(5)设有吸水管(41)和排水管(9)，吸水管(41)通过取样软管(8)与取样腔(6)连接；水下电机(1)、耐压电子舱(2)、深海电池(3)、油液补偿器(4)、海水泵(5)均设置在安装框架(12)内；所述水下电机(1)包括电机壳体(20)，其内固定直流无刷电机(21)；直流无刷电机(21)的电机轴和输出轴(30)之间使用弹性联轴器(25)联接，输出轴(30)前端设有轴承圆盘(26)，一对角接触球轴承(27)以背对背的方式安装在轴承圆盘(26)内，一端通过轴肩固定，另一端通过弹性挡圈A(36)固定；所述电机壳体(20)设有电机正面端盖(28)和电机反面端盖(42)，两侧端盖均设有径向密封槽，其内嵌有O形圈A(19)；电机正面端盖(28)内设有旋转密封(29)，通过压盖(35)固定，压盖(35)设有径向密封槽，其内嵌有O形圈B(44)。
2.根据权利要求1所述一种搭载式深海宏生物取样器，其特征在于，所述油液补偿器(4)包括补偿膜(43)、保护罩(38)、安装底座(39)、补偿油口(16)、充油口(17)、放气口(18)；补偿膜(43)、保护罩(38)分别通过螺栓与安装底座(39)连接，在安装底座(39)上设置有补偿油口(16)、充油口(17)、放气口(18)，分别连接有快速接插头。
3.根据权利要求1所述一种搭载式深海宏生物取样器，其特征在于，所述耐压电子舱(2)内设有直流无刷电机(21)的驱动器和控制电路，分别为水下电机(1)提供霍尔信号、三相电源及控制信号。
4.根据权利要求1所述一种搭载式深海宏生物取样器，其特征在于，所述深海电池(3)内置的锂电池(33)串联或并联。
5.根据权利要求1所述一种搭载式深海宏生物取样器，其特征在于，海水泵(5)通过水泵固定法兰(13)固定在水下电机正面端盖(28)上，海水泵(5)与水下电机(1)的输出轴(30)通过弹性挡圈B(31)和套筒(32)固定。
6.根据权利要求1所述一种搭载式深海宏生物取样器，其特征在于，所述取样腔(6)内设可调过滤网，取样腔(6)前端设有T型手柄(7)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |