CN106092659A - 一种底层海水分层采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种底层海水分层采集装置，包括为采集部件提供安装基座的采集架，所述采集架上安装有：采集部，用于收集海底不同深度的海水；控制部，用于控制所述采集部的采集过程；触发器，用于为所述控制部提供启动信号；供电部，为整个装置工作提供电力。本发明通过设置在不同深度上的采水瓶，实现采集不同深度的海水。利用压力源可以控制采水瓶内的压力，通过采水瓶内压力的变化，使其能够在海底压力较大时吸入海水，而在回收时压力变小后封闭采水瓶，以避免采样海水泄漏或污染。

Description

一种底层海水分层采集装置

技术领域

本发明涉及地质研究领域，特别是涉及一种能够自动采集海底不同深度底层海水的采集装置。

背景技术

在水合物成藏区，由于地下介质普遍存在压力和温度以及浓度和组分上的差异，水合物形成或分解过程中释放的烃类气体和流体通过动态运移，可在其上覆海底沉积物、孔隙水以及底层海水中形成烃类异常和其他地球化学异常效应，大量的实践证明孔隙水和底层海水中烃类气体(如甲烷)及其它气体(如H2S)的异常是识别天然气水合物存在的重要标识之一，通过现场跟踪海水和孔隙水中CH4、H2S等气体的异常分布和运动，可为快速、高效地探查天然气水合物资源提供线索和依据。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能够精确控制海水采集时间且可同时采集同一地点不同深度海水的底层海水分层采集装置。

特别地，本发明提供一种底层海水分层采集装置，包括为采集部件提供安装基座的采集架，所述采集架上安装有：

采集部，用于收集海底不同深度的海水；

控制部，用于控制所述采集部的采集过程；

触发器，用于为所述控制部提供启动信号；

供电部，为整个装置工作提供电力。

进一步地，所述采集架包括上压板和下压板，以及安装在上压板和下压板之间的密封桶，所述密封桶用于放置所述控制部和所述供电部；在所述上压板远离所述下压板的表面设置有缆绳固定座。

进一步地，所述下压板上设置有向远离所述上压板方向延伸的锚定架，所述锚定架用于在所述采集架置于海底后稳定所述采集架；所述锚定架包括与所述下压板固定、且沿所述下压板的周边间隔分布的多个锚定板，所述锚定板与所述下压板的固定角度为90～130度。

进一步地，所述采集部包括固定板、采水瓶和压力源，所述固定板垂直地固定在所述采集架的上压板和下压板之间，所述采水瓶的数量根据待采集的海水层数要求确定，各所述采水瓶水平且间隔地固定在所述固定板上，所述压力源分别与各所述采水瓶连接，以控制各所述采水瓶的采水过程。

进一步地，所述采水瓶包括空心的管体，所述管体的两端通过堵头封闭，所述管体的内部依次分为缓冲室、工作室和储水室，在所述缓冲室内设置有缓冲弹簧和受所述缓冲弹簧控制的缓冲活塞，在所述管体内设置有根据所述管体内压力变化而在所述工作室和所述储水室之间移动的抽提活塞，在位于所述储水室一端的所述堵头上设置有提水口和提水口，在所述管体上设置有与内部相通的压力口，和排出所述管体内部空气的排气口。

进一步地，所述压力源包括为所述采水瓶提供负压的负压桶，和为所述采水瓶施加压力的压力桶，所述负压桶和所述压力桶通过三位三通阀分别与各所述采水瓶的压力口连接。

进一步地，所述触发器包括具备固定端和触发端的空心触发杆，和安装在所述空心触发杆前端的触发装置，所述空心触发杆通过固定端与所述采集架固定，固定后的所述空心触发杆的触发端向所述下压板方向延伸，且伸出所述锚定板外；所述触发装置包括套在所述空心触发杆的触发头和可轴向运动的移动杆，在所述移动杆靠近所述触发头内部的一端端头上安装有磁铁，在所述触发头内与所述磁铁相对的位置设置有霍尔开关元件，触发头设置有对所述移动杆施加推向外部的弹簧，所述霍尔开关元件通过信号线路与所述控制部连接。

进一步地，所述触发头的外形为由固定端的直径大于触发端直径的圆锥形结构；所述移动杆远离所述触发头的一端设置有直径大于所述触发端直径的阻尼板。

进一步地，在所述采集架上，所述控制部、供电部和采集部为三角对称放置，在三者之间安装有配重块。

进一步地，在所述采集部上还设置有与所述控制单元连接的水下摄像机，所述水下摄像机用于监视所述采集部的采样过程。

本发明通过设置在不同深度上的采水瓶，实现采集不同深度的海水。利用压力源可以控制采水瓶内的压力，通过采水瓶内压力的变化，使其能够在海底压力较大时吸入海水，而在回收时压力变小后封闭采水瓶，以避免采样海水泄漏或污染。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的底层海水分层采集装置结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1中采集部的后视图；

图5是根据本发明一个实施例的采水瓶结构示图；

图6是根据本发明一个实施例的触发器结构示意图；

图中：10-采集架、11-上压板、12-下压板、13-密封桶、14-配重块、15-缆绳固定座、20-控制部、30-供电部、40-采集部、41-采水瓶、411-提水口、412-抽水口、413-排气口、414-压力口、415-工作室、416-管体、42-抽提活塞、421-储水室、43-缓冲活塞、431-缓冲弹簧、432-缓冲室、44-负压桶、45-压力桶、46-三位三通阀、47-四通、48-固定板、50-锚定架、60-触发器、61-移动杆、62-磁铁、63-弹簧、64-霍尔开关元件、65-阻尼板、66-触发头、67-固定端、68-触发端、100-底层海水分层采集装置。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明一个实施例所涉及的底层海水分层采集装置100一般性地包括：为采集部件提供安装基座的采集架10，在该采集架10上安装有：收集海底不同深度的海水的采集部40，控制采集部40采集过程的控制部20，为控制部20提供启动信号的触发器60，以及为整个装置工作提供电力的供电部30。

本实施例中，各种部件分别固定在采集架10上，并随采集架10下到海底，触发器60会在接触到海底时，为控制部20提供一个已经到达采样点的信号。控制部20根据该信号，会在预定的等待时间到达后，启动采集部40开始对同一地点不同深度的海水进行采集，采集部40能够在控制部20的控制下打开，并在装满海水后关闭，使采集的海水密封保存。供电部30为控制部20提供运行的电力。当海水采集完毕后，可以在预定时间时，或接到控制部的信号时，将采集架10收回。

本实施例的采集部40可以同时采集同一地点不同深度的海水，其可由多个独立的采水瓶41构成，每个采水瓶41分别采集不同深度的海水。各采水瓶41的开启和关闭方式可以是电控结构，通过接收控制部20的信号进行动作。控制部20可以是单板机，供电部30可以是蓄电池，触发器60可以是通过碰撞或持续施加的压力而产生信号的结构。

进一步地，为方便安装各部件，在本发明的一个实施例中，该采集架10可以包括上压板11和下压板12，以及安装在上压板11和下压板12之间的密封桶13，该密封桶13用于放置控制部20和供电部30；在上压板11远离下压板12的表面设置有缆绳固定座15。本实施例中，密封桶13可以仅设置一个，也可以设置两个，以分别安装控制部20和供电部30。密封桶13通过两端分别与上压板11和下压板12接触并形成密封结构。此外，为提高采集架10的牢固性，还可以在上压板11和下压板12之间安装固定杆。采集架10在进行采水工作时，可以通过挂在缆绳固定座15上的绳索进行下放和提取操作。

进一步地，为提高采集架10停放在海底时的稳定性，可以在下压板12上设置向远离上压板11方向延伸的锚定架50，该锚定架50用于在采集架10置于海底后插入海底土层中，以稳定采集架10。该锚定架50包括与下压板12固定、且沿下压板12的周边间隔分布的多个锚定板。为提高稳定效果，该锚定板与下压板12的固定角度可以为向外敞开的形状，其与下压板12的夹角可以是90～130度。本实施例虽然限定的是间隔排列的锚定板结构，但在其它的实施例中，也可以是连成一体的结构，或是锚定杆、或环形的齿结构。进一步地，还可以在采集架10的横向上设置向四周延伸的弹性伸缩锚定杆(图中未示出)，该弹性伸缩锚定杆能够防止采集架10倾斜或倾倒。

为实现不同深度海水的采集，在本发明的一个实施例中，该采集部40可以包括固定板48、采水瓶41和压力源。该固定板48垂直地固定在采集架10的上压板11和下压板12之间，而采水瓶41的数量可以根据待采集的不同深度的海水要求确定，各采水瓶41水平且垂直间隔地固定在固定板48上，压力源分别与各采水瓶41连接，以控制各采水瓶41的采水过程。

在本实施例中，设置三个采水瓶41，各采水瓶41在垂直方向上间隔排列，以采集不同深度的海水，具体的间隔距离，以实验需要采集的相应深度的海水间隔距离确定。压力源用于控制采水瓶41内的压力，通过采水瓶41内的压力变化，使其能够在海底压力较大时吸入海水，而在回收时压力变小后封闭采水瓶41，以避免采样海水泄漏或污染。

具体地，在本发明的一个实施例中，如图5所示，该采水瓶41可以包括空心的管体416，该管体416的两端通过堵头封闭，管体416的内部依次被划分为缓冲室432、工作室415和储水室421，在缓冲室432内设置有缓冲弹簧431和受缓冲弹簧431控制的缓冲活塞43，在管体416内设置有根据管体416内压力变化而在工作室415和储水室421之间移动的抽提活塞42，在位于储水室421一端的堵头上设置有抽水口412和提水口411，在管体416上设置有与内部相通的压力口414，和排出管体416内部空气的排气口413。

本实施例中，缓冲弹簧431靠近管体416的端头，而缓冲活塞43远离此端的端头，当缓冲活塞43受到内部压力或抽提活塞42的挤压时，会压迫缓冲弹簧431而向此端端头方向运动。通过压力口414可以使压力源的压力进入，当采水瓶41未采水时，控制部20控制压力源向工作室415内注入大于环境压力的压力，使抽提活塞42运动至管体内设置抽水口412的一端端头，当采水瓶41到达采集地点时，控制部20控制压力源降低采水瓶41内的压力，至少使该压力值小于当前采集处的海底压力，此时，海水会在外部压力下通过抽水口412进入压力较小的储水室421，进而推动抽提活塞42向缓冲室432方向运动并与缓冲活塞43接触，直至缓冲弹簧431的弹力与海底的压力保持平衡时，抽提活塞42才停止运动。

抽水口412设置有单向阀和过滤层，使抽水口412只能在外部压力大于内部压力时打开，同时对进入的海水进行泥沙过滤。

此外，采样海水的抽取也可以采用下述方式：通过压力源使工作室415内的压力小于外界压力，抽提活塞42在工作室415的低压力作用下被吸引着向缓冲室432方向运动，进而其另一端的吸力使得抽水口412的单向阀打开，从而使采样海水进入储水室421。

在本实施例中，压力口414尽量靠近缓冲室432一侧，这样能够使储水室421保存尽量多的采样海水。提水口411用于采水瓶41被拉回船上时，与转移装置连接，使内部的海水或气体能够在密封状态下被无损的导出。排气口413能够在压力源以水作为压力动力时，排出管体416内的内部空气，同样的，排气口413安装有单向阀，使其只能由内至外打开，而不能由外至内打开。整个采水瓶41采用密封结构，同时能够防止海水腐蚀。

进一步地，在本发明的一个实施例中，该压力源可以包括为采水瓶41提供负压的负压桶44，和为采水瓶41施加压力的压力桶45，负压桶44和压力桶45通过三位三通阀46再通过四通47分别与各采水瓶41的压力口414连接。三位三通阀46能够实现压力桶45和负压桶44的同时打开、同时关闭或打开其中一个而关闭另一个的作用。四通47使经过三位三通阀46的管路能够同时分别与三个采水瓶41连接。

在下水采样前，通过给压力口414注水将抽提活塞42推到储水室421最右侧，下水后缓冲室421和工作室415均与压力源连通。到达采样位置后采水瓶41压力口414接通负压桶44，使工作室415内的水回流入负压桶44而使工作室415内形成负压，抽提活塞42在负压驱动下向左运动，抽水口412处的海水通过单向阀进入储水室421，直到抽提活塞42到达缓冲室432受到缓冲活塞43阻挡，采水过程结束。此时控制部20控制三位三通阀46，先将采水瓶41的压力口414接通压力桶45，再关闭与负压桶44的连接，此时，储水室421的内压等于采水深度的静水压强。将采集架10上提回收时，随着水深减小，缓冲室421内压力随外部压力降低，储水室421中压力较高的采样水推动缓冲活塞42左移，保持与外部压力的平衡。采样水中的水溶气因压力下降而可能释放出来的气体，也得以保存。本实施例中，负压桶44采用的是水作为压力动力，在其它的实施例中，负压桶44也可以采用气体作为压力动力。

如图6所示，进一步地，在本发明的一个实施例中，为使控制部20能够明确是否已经到了采集位置，该触发器60可以包括具备固定端67和触发端68的触发头66，和安装在触发头66内部的触发装置。触发头66通过固定端67与采集架10固定，固定后的触发头66的触发端68向下压板12方向延伸，且伸出锚定架50外。使得采集架10落入海底时，触发头66能够先接触到海底，并在采集架10的压力下进入海底土层而压发触发器60。

该触发装置可以包括套在触发头66的触发端68且可沿轴向运动的移动杆61，在移动杆61靠近空心触发杆66内部的一端端头上安装有磁铁62，在触发头66内与磁铁62相对的位置设置有霍尔开关元件64，在触发头66内设置有对移动杆61施加推离触发头66外部的弹簧63，霍尔开关元件64通过信号线路与控制部20连接。

在采集架10插入海底沉积物前，触发端68的移动杆61在弹簧63的弹力作用下下移伸出触发头66的触发端68外，其另一端的磁铁62处于霍尔开关元件64的反应距离外，霍尔开关元件64的磁感应强度低于导通阈值BOP(工作点)，霍尔电路输出管未导通，输出高电平；当触发头66插入海底沉积物，其前端的移动杆61受到沉积物的阻挡后回缩，移动杆61另一端的磁铁62上移，使霍尔开关元件64处磁感应强度高于导通阈值BOP，霍尔电路输出管导通输出低电平。霍尔电路输出管路接入控制部20的DI接口，高电平时DI＝0，低电平时DI＝1，控制部20将DI由0转成1识别为触发信号，控制部20可以根据该触发信号在间隔预定时间后控制采集部40开始采水。

当采样结束拔出触发头66时，移动杆61在弹簧63的弹力作用下下移，磁铁62远离霍尔开关元件64，霍尔开关元件64处磁感应强度低于BRP(释放点)，电路截止输出高电平。

本实施例虽然限定的触发装置是霍尔开关电路，但在其它的实施例中，也可以直接采用通过磁铁62触碰而导通的触碰开关，如通过移动杆61的移动直接推动，相应的闸刀进行合闸而导通信号输出开关。或是通过与移动杆61连动的开关结构。

进一步地，为方便触发器60的触发，该触发头66的外形可以是由固定端67的直径大于触发端38直径的圆锥形结构，该结构能够使插入海底后的触发头66非常容易地由插入点拨出。此外，为提高移动杆61的受力效果，该移动杆61远离触发头66的一端可以设置直径大于触发端68直径的阻尼板65。通过阻尼板65可以提高移动杆61与海底的接触面积，从而更易推动移动杆61移动。进一步地，可以在触发头66的触发端68安装一个滑杆套69，滑杆套69的一端带有内螺纹691，另一端设置有凸向轴心的固定环692，滑杆69套利用内螺纹691密封固定在触发头66的触发端68，移动杆61上设置有径向凸出于其圆周的凸圈611，移动套69固定后，通过固定环692对凸圈611轴向移动的限定，将移动杆61限定在触发头66上，避免移动杆61脱落，同时方便安装和拆卸。

进一步地，为使采集架10能够稳定地停留在海底，可以在采集架10上将控制部20、供电部30和采集部40以三角对称方式设置，同时在三者之间安装配重块14。通过三角对称方式可以方便整个采集架10的重心分配，通过配重块14的设置可以使整体重量均匀，在增加整个采集架10重量的同时，更能提高采集时的稳定性。

进一步地，为更直观的控制采集过程，在本发明的一个实施例中，可以在采集架10上设置受控制部20控制的水下摄像机(图中未示出)，水下摄像机的取景范围可以包括采集部40的位置，以监视采集部40的采样过程。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种底层海水分层采集装置，包括为采集部件提供安装基座的采集架，其特征在于，所述采集架上安装有：

采集部，用于收集海底不同深度的海水；

控制部，用于控制所述采集部的采集过程；

触发器，用于为所述控制部提供启动信号；

供电部，为整个装置工作提供电力。

2.根据权利要求1所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

所述采集架包括上压板和下压板，以及安装在上压板和下压板之间的密封桶，所述密封桶用于放置所述控制部和所述供电部；在所述上压板远离所述下压板的表面设置有缆绳固定座。

3.根据权利要求2所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

所述下压板上设置有向远离所述上压板方向延伸的锚定架，所述锚定架用于在所述采集架置于海底后稳定所述采集架；所述锚定架包括与所述下压板固定、且沿所述下压板的周边间隔分布的多个锚定板，所述锚定板与所述下压板的固定角度为90～130度。

4.根据权利要求3所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

所述采集部包括固定板、采水瓶和压力源，所述固定板垂直地固定在所述采集架的上压板和下压板之间，所述采水瓶的数量根据待采集的海水层数要求确定，各所述采水瓶水平且间隔地固定在所述固定板上，所述压力源分别与各所述采水瓶连接，以控制各所述采水瓶的采水过程。

5.根据权利要求4所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

所述采水瓶包括空心的管体，所述管体的两端通过堵头封闭，所述管体的内部依次分为缓冲室、工作室和储水室，在所述缓冲室内设置有缓冲弹簧和受所述缓冲弹簧控制的缓冲活塞，在所述管体内设置有根据所述管体内压力变化而在所述工作室和所述储水室之间移动的抽提活塞，在位于所述储水室一端的所述堵头上设置有提水口和提水口，在所述管体上设置有与内部相通的压力口，和排出所述管体内部空气的排气口。

6.根据权利要求4所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

所述压力源包括为所述采水瓶提供负压的负压桶，和为所述采水瓶施加压力的压力桶，所述负压桶和所述压力桶通过三位三通阀分别与各所述采水瓶的压力口连接。

7.根据权利要求1所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

所述触发器包括具备固定端和触发端的空心触发杆，和安装在所述空心触发杆前端的触发装置，所述空心触发杆通过固定端与所述采集架固定，固定后的所述空心触发杆的触发端向所述下压板方向延伸，且伸出所述锚定板外；所述触发装置包括套在所述空心触发杆的触发头和可轴向运动的移动杆，在所述移动杆靠近所述触发头内部的一端端头上安装有磁铁，在所述触发头内与所述磁铁相对的位置设置有霍尔开关元件，触发头设置有对所述移动杆施加推向外部的弹簧，所述霍尔开关元件通过信号线路与所述控制部连接。

8.根据权利要求7所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

所述触发头的外形为由固定端的直径大于触发端直径的圆锥形结构；所述移动杆远离所述触发头的一端设置有直径大于所述触发端直径的阻尼板。

9.根据权利要求1所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

在所述采集架上，所述控制部、供电部和采集部为三角对称放置，在三者之间安装有配重块。

10.根据权利要求1所述的底层海水分层采集装置，其特征在于，

在所述采集部上还设置有与所述控制单元连接的水下摄像机，所述水下摄像机用于监视所述采集部的采样过程。