CN110012869B - 一种深海大生物低温保压取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海大生物低温保压取样装置，包括平台、电源箱、液压动力系统、取样系统和控制系统，电源箱、液压动力系统、取样系统和控制系统均设于平台上，液压动力系统与取样系统相连，控制系统与液压动力系统信号连接，电源箱分别与液压动力系统和控制系统电连接，取样系统包括生物诱捕筒和端盖，端盖呈中空状，端盖的表面设有通孔，端盖内部设有液压伸缩杆，液压伸缩杆的端部设有电机，电机的输出端套有挡板，挡板的表面设有若干滑槽，滑槽内设有滑块，滑块上设有齿条，齿条的两端设有横板，电机的输出端还设有与生物诱捕筒相连的封堵机构，生物诱捕筒的内表面设有第一通道，所述端盖上设有与所述第一通道相连通的第二通道。

Description

一种深海大生物低温保压取样装置

技术领域

本发明属于深海生物取样装置，涉及一种深海大生物低温保压取样装置。

背景技术

我国海洋科考已迈入万米时代，我国自主研发的多种深海仪器装备进入了万米深海进行作业。在深海科考过程中，采集深海中的生物样品，是现代海洋学研究的重要内容。随着各种海洋科学研究与海洋资源开发利用的不断深入，如何快速、方便和有效地对海洋生物进行调查采样，以获得第一手的海洋生物科学研究样品，全面了解特定海域的生物资源情况，成为了重要课题。目前，针对深海生物采样工具的研制多集中在海底微生物垫采样器、泵吸式生物采样器、诱捕式大型生物采样器、射网式大型生物采样器、铲撬式大型生物采样器等。目前对深海生物捕获存在着一个难题，就是所捕获生物的存活率。当今的采样技术在捕获稍微大型的生物的时候，很难克服保压的问题，往往把深海生物从海底捞上来的过程中生物已经死亡。我国在深海科考过程中，多次在7000米处捕获深渊狮子鱼，捕获上来的狮子鱼均已死亡。进行活体深海大生物的取样及科学研究需要解决深海大生物低温保压取样及船载样品压力维持与转移等深海关键技术。CN105432574B提出了一种搭载式深海宏生物取样装置，但该装置不具备低温保压条件，不具备活体深海大生物的取样技术，同时，其需要搭载在其它科考设备上，不具备深海长期生物取样条件。CN205596934U提出了一种涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器，同样不具备低温保压大生物取样技术。CN105716663A提出了一种深海环境长期观测与生物诱捕器，该装置可以长期进行深海大生物诱捕，其生物诱捕箱不是密封结构，不具备低温保压取样技术，无法保证诱捕的深海大生物存活。

目前，国内深海科考尚无深海活体大生物取样装置，分析其主要原因在于：深海是一个低温(3摄氏度左右)、高压的极端环境，活体大生物的诱捕取样需要取样装置具备低温、保压功能，深海活体大生物诱捕保压装置要突破超高压双向密封技术，样品压力维持与转移处理技术，取样装置长时间取样深海动力技术等深海关键技术，同时，深海大生物捕获全过程中应保持低温以及低流速环境。通过获取活体狮子鱼和钩虾样本进行分析研究，有助于了解深渊生物演化及其极端环境适应性的机制，针对深海狮子鱼等深海大生物低温保压取样的科学需求，本发明提供一种万米级深海大生物保压取样装置。

发明内容

本发明所要解决的问题是能够进行在大生物捕获完毕后进行水底环境模拟，结构更为简单小型化，并且取样完毕后易于转移的一种深海大生物低温保压取样装置。

本发明的一种深海大生物低温保压取样装置，包括平台、电源箱、液压动力系统、取样系统和控制系统，所述电源箱、液压动力系统、取样系统和控制系统均设于所述平台上，所述液压动力系统与所述取样系统相连，所述控制系统与所述液压动力系统信号连接，所述电源箱分别与所述液压动力系统和控制系统电连接，所述取样系统包括生物诱捕筒和端盖，所述端盖呈中空状，所述端盖的表面设有通孔，所述端盖设有耐高压的单向阀，所述端盖内部设有液压伸缩杆，所述液压伸缩杆的端部设有电机，所述电机的输出端套有挡板，所述电机的输出端设有齿轮，所述挡板的表面设有若干滑槽，所述滑槽内设有滑块，所述滑块上设有齿条，所述齿轮与所述齿条相咬合，所述齿条的两端设有横板，所述电机的输出端还设有与所述生物诱捕筒相连的封堵机构，所述生物诱捕筒的内表面设有第一通道，所述端盖上设有与所述第一通道相连通的第二通道，所述液压伸缩杆与所述液压动力系统连接，所述电机与所述电源箱电连接，所述电机与所述控制系统信号连接。

进一步的，所述封堵机构包括一端开口的套筒，所述套筒的外周设有一圈密封圈，所述套筒与所述生物诱捕筒的内壁螺纹连接，所述套筒的内壁设有若干第一齿块，所述电机的输出端设有若干第二齿块，所述第一齿块与所述第二齿块相啮合。

进一步的，所述液压动力系统包括油箱、过滤器、压力补偿橡胶皮囊、用于放置若干电控阀的阀箱、若干液压缸和HPU单元，所述HPU单元通过所述电控阀一一对应所述液压缸并相互连通，所述液压缸用于控制所述端盖的往复运动，所述油箱与所述过滤器相连通，所述过滤器与所述压力补偿橡胶皮囊相连通，所述压力补偿橡胶皮囊分别与所述HPU单元、电源箱相连通，所述控制系统与所述HPU单元信号连接，所述控制系统与所述电源箱电连接。

进一步的，所述取样系统还包括若干端盖导向轴、若干半环形的抱箍、若干抱箍导向轴和若干底座，所述底座设于所述平台上，所述端盖导向轴平行设置于所述生物诱捕筒的下方，所述端盖导向轴与所述底座相连，所述端盖导向轴上设有第一固定板，所述端盖上设有第二固定板，所述第二固定板与所述端盖导向轴相连，所述液压缸设于第一固定板上，所述液压缸的输出端与所述第二固定板相连，所述抱箍导向轴通过所述底座连接在所述平台上，所述抱箍与所述抱箍导向轴相连，与所述抱箍导向轴相连的所述底座上亦设有所述液压缸，所述液压缸的输出端与所述抱箍相连。

进一步的，所述控制系统包括照明灯、摄像机和控制单元，所述照明灯设于所述平台上并对准所述生物诱捕筒，所述摄像机设于所述平台上并对准所述生物诱捕筒，所述摄像机与所述控制单元信号连接，所述控制单元与所述HPU单元和电控阀信号连接，所述照明灯、摄像机和控制单元均与所述电源箱电连接。

进一步的，还包括配重铁块挂钩、配重铁块、缆绳和若干定时释放器，所述控制单元与所述定时释放器信号连接，所述定时释放器通过所述缆绳与配重铁块挂钩连接，所述配重铁块挂钩与配重铁块连接。

进一步的，所述生物诱捕筒内设有饵料、聚乙烯内衬及防逃逸网，所述聚乙烯内衬与所述生物诱捕筒的内壁相粘接。

进一步的，所述抱箍与生物诱捕筒端盖配合面角度为5°～7°，所述抱箍在生物诱捕筒与端盖连接处为锥面自锁密封。

进一步的，所述阀箱的壳体采用TC4钛合金。

进一步的，所述平台上还设有信标。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种深海大生物低温保压取样装置，当大生物进入所述生物诱捕筒后，通过所述控制系统和液压动力系统的配合，使得所述端盖向所述生物诱捕筒移动并对其进行密封，通过所述液压伸缩杆的伸长以及所述电机在所述控制系统的控制下持续转动时，由于所述端盖呈中空状，使得所述端盖能够灌入海水，而此时所述液压动力系统会使得所述端盖与生物诱捕筒相贴紧直至密封，此时所述第一通道与所述第二通道相对齐，从而使得所述端盖内部与所述生物诱捕筒形成密闭的空间，由于所述电机会持续进行转动，从而使得齿条在所述齿轮的作用下滑动到所述滑槽端部，直至与所述横板相配合所述锁紧，从而使得挡板与所述电机的输出端同步转动，进而实现水流扰动工作，当所述生物诱捕筒返回至陆地时，通过所述单向阀可以实现防漏和保压的功能，而且通过单向阀可以连通与所述生物诱捕筒内的海水相当压力的海水，从而通过本装置模拟深海中的含氧环境以及压力状态，确保大生物能够在陆地存活，本装置在使用时可靠性较高，而且本装置在捕获大生物后能够便于将所述生物诱捕筒取下，由于生物诱捕筒的体积大大减小，从而更为易于转移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种深海大生物低温保压取样装置的取样系统的结构示意图；

图2为本发明一种深海大生物低温保压取样装置的另一视角的取样系统的结构示意图；

图3为本发明一种深海大生物低温保压取样装置的取样系统与生物诱捕筒的配合示意图；

图4为本发明一种深海大生物低温保压取样装置的整体结构示意图；

图5为本发明一种深海大生物低温保压取样装置的侧视图。

图中，1为平台，2为电源箱，3为生物诱捕筒，4为端盖，5为通孔，6为液压伸缩杆，7为电机，8为挡板，9为滑槽，10为滑块，11为齿条，12为横板，13为第一通道，14为第二通道，15为套筒，16为密封圈，17为第二齿块，18为油箱，19为过滤器，20为压力补偿橡胶皮囊，21为HPU单元，22为端盖导向轴，23为抱箍，24为抱箍导向轴，25为底座，26为第一固定板，27为第二固定板，28为照明灯，29为摄像机，30为控制单元，31为阀箱，32为配重铁块挂钩，33为配重铁块，34为缆绳，35为定时释放器，36为齿轮，37为第一齿块，38为信标，39为单向阀，40为液压缸。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1至图5，本发明的一种深海大生物低温保压取样装置，包括平台1、电源箱2、液压动力系统、取样系统和控制系统，所述电源箱2、液压动力系统、取样系统和控制系统均设于所述平台1上，所述液压动力系统与所述取样系统相连，所述控制系统与所述液压动力系统信号连接，所述电源箱2分别与所述液压动力系统和控制系统电连接，所述取样系统包括生物诱捕筒3和端盖4，所述端盖4呈中空状，所述端盖4的表面设有通孔5，所述端盖4设有耐高压的单向阀39，所述端盖4内部设有液压伸缩杆6，所述液压伸缩杆6的端部设有电机7，所述电机7的输出端套有挡板8，所述电机7的输出端设有齿轮36，所述挡板8的表面设有若干滑槽9，所述滑槽9内设有滑块10，所述滑块10上设有齿条11，所述齿轮36与所述齿条11相咬合，所述齿条11的两端设有横板12，所述电机7的输出端还设有与所述生物诱捕筒3相连的封堵机构，所述生物诱捕筒3的内表面设有第一通道13，所述端盖4上设有与所述第一通道13相连通的第二通道14，所述液压伸缩杆6与所述液压动力系统连接，所述电机7与所述电源箱2电连接，所述电机7与所述控制系统信号连接，当大生物进入所述生物诱捕筒3后，通过所述控制系统和液压动力系统的配合，使得所述端盖4向所述生物诱捕筒3移动并对其进行密封，通过所述液压伸缩杆6的伸长以及所述电机7在所述控制系统的控制下持续转动时，由于所述端盖4呈中空状，使得所述端盖4能够灌入海水，而此时所述液压动力系统会使得所述端盖4与生物诱捕筒3相贴紧直至密封，此时所述第一通道13与所述第二通道14相对齐，从而使得所述端盖4内部与所述生物诱捕筒3形成密闭的空间，由于所述电机7会持续进行转动，从而使得齿条11在所述齿轮36的作用下滑动到所述滑槽9端部，直至与所述横板12相配合所述锁紧，从而使得挡板8与所述电机7的输出端同步转动，进而实现水流扰动工作，当所述生物诱捕筒3返回至陆地时，通过所述单向阀39可以实现防漏和保压的功能，而且通过单向阀39可以连通与所述生物诱捕筒3内的海水相当压力的海水，从而通过本装置模拟深海中的含氧环境以及压力状态，确保大生物能够在陆地存活，本装置在使用时可靠性较高，而且本装置在捕获大生物后能够便于将所述生物诱捕筒3取下，由于所述生物诱捕筒3的体积大大减小，从而更为易于转移。

具体的，所述封堵机构包括一端开口的套筒15，所述套筒15的外周设有一圈密封圈16，所述套筒15与所述生物诱捕筒3的内壁螺纹连接，所述套筒15的内壁设有若干第一齿块37，所述电机7的输出端设有若干第二齿块17，所述第一齿块37与所述第二齿块17相啮合，当所述套筒15在随着所述电机7的输出端转动时，能够使之逐渐锁紧并且通过旋转的方式更加容易使得所述密封圈16进行密封，当锁紧后，即可通过所述液压伸缩杆6缩短使所述套筒15和电机7的输出端相分离，从而便于进行下一步的扰动水流的工作，并且也能够避免水流速度过快而导致的环境模拟效果较差的情况发生。

所述液压动力系统包括油箱18、过滤器19、压力补偿橡胶皮囊20、用于放置若干电控阀(未示出)的阀箱39、若干液压缸40和HPU单元21，所述HPU单元21通过所述电控阀(未示出)一一对应所述液压缸40并相互连通，所述液压缸40用于控制所述端盖4的往复运动，所述油箱18与所述过滤器19相连通，所述过滤器19与所述压力补偿橡胶皮囊20相连通，所述压力补偿橡胶皮囊20分别与所述HPU单元21、电源箱2相连通，所述控制系统与所述HPU单元21信号连接，所述控制系统与所述电源箱2电连接，通过所述液压缸40、电控阀(未示出)、HPU单元21之间的配合可以使得本装置的工作可靠性更强，而且也可以通过油箱18、过滤器19和压力补偿橡胶皮囊20之间的配合对HPU单元21、电源箱2进行压力补偿。

具体的，所述取样系统还包括若干端盖导向轴22、若干半环形的抱箍23、若干抱箍导向轴24和若干底座25，所述底座25设于所述平台1上，所述端盖导向轴22平行设置于所述生物诱捕筒3的下方，所述端盖导向轴22与所述底座25相连，所述端盖导向轴22上设有第一固定板26，所述端盖4上设有第二固定板27，所述第二固定板27与所述端盖导向轴22相连，所述液压缸40设于第一固定板26上，所述液压缸40的输出端与所述第二固定板27相连，所述抱箍导向轴24通过所述底座25连接在所述平台1上，所述抱箍23与所述抱箍导向轴24相连，与所述抱箍导向轴24相连的所述底座25上亦设有所述液压缸40，所述液压缸40的输出端与所述抱箍23相连，通过所述端盖4、端盖导向轴22与所述液压缸40之间的配合，能够确保端盖4与生物诱捕筒3之间准确对接，确保本装置能够实现保压功能，而通过所述抱箍23、抱箍导向轴24和液压缸40之间的配合能够确保抱箍23锁紧所述生物诱捕筒3与端盖4连接处，确保密封效果和保压效果，此外还能够确保所述抱箍23能够到达准确的工作位置，确保工作可靠性。

具体的，所述控制系统包括照明灯28、摄像机29和控制单元30，所述照明灯28设于所述平台1上并对准所述生物诱捕筒3，所述摄像机29设于所述平台1上并对准所述生物诱捕筒3，所述摄像机29与所述控制单元30信号连接，所述控制单元30与所述HPU单元21和电控阀(未示出)信号连接，所述照明灯28、摄像机29和控制单元30均与所述电源箱2电连接，通过所述照明灯28能够将鱼类等大生物引诱至所述生物诱捕筒3内，当所述摄像机29捕捉到信号后，即可通过所述控制单元30控制所述HPU单元21，进而将所述端盖4盖合住所述生物诱捕筒3，从而完成生物的捕捉工作。

具体的，还包括配重铁块挂钩32、配重铁块33、缆绳34和若干定时释放器35，所述控制单元30与所述定时释放器35信号连接，所述定时释放器35通过所述缆绳34与配重铁块挂钩32连接，所述配重铁块挂钩32与配重铁块33连接，而通过所述控制单元30控制所述定时释放器35的工作，进而便于控制所述配重铁块33的卸放。

具体的，所述生物诱捕筒3内设有饵料(未示出)、聚乙烯内衬(未示出)及防逃逸网(未示出)，所述聚乙烯内衬(未示出)与所述生物诱捕筒3的内壁相粘接，通过所述饵料(未示出)能够进一步提高诱捕生物的成功率，而通过所述防逃逸网(未示出)则可以有效避免生物的逃跑率，通过所述聚乙烯内衬(未示出)保持所述生物诱捕筒3内的低温环境，并且有效隔绝外界的热量进入，确保海水的温度不出现变化。

具体的，所述阀箱31的壳体采用TC4钛合金，能够有效确保其结构的稳定。

具体的，所述平台1上还设有信标38，通过所述信标38能够便于判断本装置的位置，进而进行回收工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，包括平台、电源箱、液压动力系统、取样系统和控制系统，所述电源箱、液压动力系统、取样系统和控制系统均设于所述平台上，所述液压动力系统与所述取样系统相连，所述控制系统与所述液压动力系统信号连接，所述电源箱分别与所述液压动力系统和控制系统电连接，所述取样系统包括生物诱捕筒和端盖，所述端盖呈中空状，所述端盖的表面设有通孔，所述端盖设有耐高压的单向阀，所述端盖内部设有液压伸缩杆，所述液压伸缩杆的端部设有电机，所述电机的输出端套有挡板，所述电机的输出端设有齿轮，所述挡板的表面设有若干滑槽，所述滑槽内设有滑块，所述滑块上设有齿条，所述齿轮与所述齿条相咬合，所述齿条的两端设有横板，所述电机的输出端还设有与所述生物诱捕筒相连的封堵机构，所述封堵机构包括一端开口的套筒，所述套筒的外周设有一圈密封圈，所述套筒与所述生物诱捕筒的内壁螺纹连接，所述套筒的内壁设有若干第一齿块，所述电机的输出端设有若干第二齿块，所述第一齿块与所述第二齿块相啮合，所述生物诱捕筒的内表面设有第一通道，所述端盖上设有与所述第一通道相连通的第二通道，所述液压伸缩杆与所述液压动力系统连接，所述电机与所述电源箱电连接，所述电机与所述控制系统信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，所述液压动力系统包括油箱、过滤器、压力补偿橡胶皮囊、用于放置若干电控阀的阀箱、若干液压缸和HPU单元，所述HPU单元通过所述电控阀一一对应所述液压缸并相互连通，所述液压缸用于控制所述端盖的往复运动，所述油箱与所述过滤器相连通，所述过滤器与所述压力补偿橡胶皮囊相连通，所述压力补偿橡胶皮囊分别与所述HPU单元、电源箱相连通，所述控制系统与所述HPU单元信号连接，所述控制系统与所述电源箱电连接。

3.根据权利要求2所述的一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，所述取样系统还包括若干端盖导向轴、若干半环形的抱箍、若干抱箍导向轴和若干底座，所述底座设于所述平台上，所述端盖导向轴平行设置于所述生物诱捕筒的下方，所述端盖导向轴与所述底座相连，所述端盖导向轴上设有第一固定板，所述端盖上设有第二固定板，所述第二固定板与所述端盖导向轴相连，所述液压缸设于第一固定板上，所述液压缸的输出端与所述第二固定板相连，所述抱箍导向轴通过所述底座连接在所述平台上，所述抱箍与所述抱箍导向轴相连，与所述抱箍导向轴相连的所述底座上亦设有所述液压缸，所述液压缸的输出端与所述抱箍相连。

4.根据权利要求2所述的一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，所述控制系统包括照明灯、摄像机和控制单元，所述照明灯设于所述平台上并对准所述生物诱捕筒，所述摄像机设于所述平台上并对准所述生物诱捕筒，所述摄像机与所述控制单元信号连接，所述控制单元与所述HPU单元和电控阀信号连接，所述照明灯、摄像机和控制单元均与所述电源箱电连接。

5.根据权利要求4所述的一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，还包括配重铁块挂钩、配重铁块、缆绳和若干定时释放器，所述控制单元与所述定时释放器信号连接，所述定时释放器通过所述缆绳与配重铁块挂钩连接，所述配重铁块挂钩与配重铁块连接。

6.根据权利要求3所述的一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，所述生物诱捕筒内设有饵料、聚乙烯内衬及防逃逸网，所述聚乙烯内衬与所述生物诱捕筒的内壁相粘接。

7.根据权利要求3所述的一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，所述抱箍与生物诱捕筒端盖配合面角度为5°～7°，所述抱箍在生物诱捕筒与端盖连接处为锥面自锁密封。

8.根据权利要求2所述的一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，所述阀箱的壳体采用TC4钛合金。

9.根据权利要求1所述的一种深海大生物低温保压取样装置，其特征在于，所述平台上还设有信标。

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