CN110389051A - 冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置 - Google Patents

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俞祖英
陈道华
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董一飞
乐详茂
张亭亭
郭斌斌
吴学敏
任明
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Abstract

本发明公开了冷泉底栖生物(如贻贝、白瓜贝、螺等)群落原位呼吸率及环境参数检测装置，涉及深海冷泉底栖生物(如贻贝、白瓜贝、螺等)群落原位呼吸率及环境参数检测装置技术领域，本发明包括主体舱和底托，所述主体舱的底部与底托的顶部均开设有相互适配的开口，所述底托包括托盘，所述主体舱舱体上设置有将外界水抽入到缓冲舱的抽水泵，所述主体舱舱体以及托盘的外部均设置有便于外界ROV将主体舱与底托结合起来的操作手柄。通过搅拌机构对装置内环境水作定期搅动，以便检测装置内养殖液中溶解氧、甲烷、二氧化碳等随时间变化的情况，数据采集与存储采用了自容式传感器，有利于简化电器舱密封结构，提高系统密封可靠性。

Description

冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置
技术领域
本发明涉及冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置技术领域，更具体的是涉及冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置。
背景技术
冷泉底栖生物群落原位呼吸率以及环境参数检测装置通过溶解氧、甲烷、氨氮、营养盐、溶解无机碳在一定时间内的浓度变化，可以对深海冷泉底栖生物新陈代谢速率进行原位估算，从而实现近海底生物区环境参数的原位观测，ROV(水下机器人：RemoteOperated Vehicle)携带的探头由于距底距离大，无法满足生物研究的需求。对于微生物和深海冷泉底栖生物等生物而言，近海底 1-2cm的地质界面直接影响生物的分布，因此需要了解该水层的海水化学参数，需要将深海冷泉底栖生物放置在培养装置里面培养并且将该装置放置在海底，再对该装置里面的水样进行取样检测。由于水深较大，简单的检测装置不能满足现在对深海冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测的需求，于是深海冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置应运而生。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有装置不能够满足对冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测需求的问题，本发明提供冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置应运而生。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置，包括主体舱和底托，所述主体舱的底部与底托的顶部均开设有相互适配的开口，所述底托包括托盘，所述托盘的内部设置有养殖盘，所述主体舱包括主体舱舱体，所述主体舱舱体内部设置有缓冲舱，所述主体舱舱体上设置有将外界水抽入到缓冲舱的抽水泵，所述主体舱舱体内部设置有用于获取缓冲舱内部DO、H2S、CO2、pH参数的环境参数检测传感器单元，所述主体舱舱体内部设置有底层水取样单元，所述主体舱舱体的内部设置有用于对参数检测传感器单元中的数据采集与存储以及对装置内部养殖液进行搅拌的电器舱，所述主体舱舱体以及托盘的外部均设置有便于外界ROV将主体舱与底托结合起来的操作手柄。
进一步地，所述底层水取样单元包括取样瓶，所述取样瓶的顶部和底部均设置有进水口，所述取样瓶的一侧位于两个进水口处均固定安装有安装板，两个所述安装板上均通过转轴活动安装有能够封堵进水口的端盖，所述取样瓶上设置有用于将两个端盖拉开的拉线机构，两个所述端盖之间且位于取样瓶的内部固定连接有用于拉动两个端盖闭合橡筋，所述取样瓶的两侧分别设置有排水孔与排气孔，所述取样瓶上位于排水孔与排气孔处均设置有堵头，所述取样瓶上固定安装有固定杆，所述固定杆上远离取样瓶的一侧与主体舱舱体固定连接。
进一步地，所述拉线机构包括固定安装在安装板上且位于取样瓶上方的输线管，所述输线管的顶部贯穿主体舱舱体的顶部并延伸至其外部，所述输线管的顶部活动设置有拉环，所述拉环上固定连接有拉线，所述输线管的内部设置有与拉线相适配的通孔，两个所述端盖中位于下方的一个上设置有转向轮，所述转向轮位于安装板的同一侧，所述拉线上远离拉环的一侧绕过转向轮与两个端盖中位于上方的一个固定连接。
进一步地，所述取样瓶的数量为若干个，若干个取样瓶均匀排列在主体舱舱体的内部。
进一步地，所述电器舱包括控制单元、可充电锂电池组、以及搅拌机构，所述搅拌机构包括设置在电器舱内部的搅拌电机，所述电器舱的底部设置有与搅拌电机上的输出轴相适配的开孔，所述输出轴上且位于电器舱的外部设置有搅拌叶片，所述电器舱中对数据采集与存储采用自容式传感器。
工作原理：使用时，将主体舱与底托通过ROV运送到深海冷泉底栖生物生活环境区域，随后 ROV将深海冷泉底栖生物抓取放置到养殖盘中，随后通过操作手柄将主体舱与底托结合，使得设备处于相对密闭的状态，随后设定时间，控制单元控制搅拌机构搅匀主体舱内的水体，搅拌器转速为 35rpm，用以确保舱内的水流速度不超过为15cm/s。使用抽水泵将深海冷泉底栖生物生活环境中的生物原位水样抽取到缓冲舱中，稳定15min后，环境参数检测传感器单元获取现场的DO、H2S、 CO2、pH和CH4传感器参数,并将数据存在控制单元，在ROV拉动取样瓶盖合上前，两个端盖是处于打开的状态，用以对设备内部的水样进行收取，随后通过ROV拉断拉线，取样瓶两端的端盖便会在橡筋的弹力作用下进行复位，从而完成水样的收取，随后再将装置回收，进行数据分析。根据装置搭载电池数量的不同，该装置最长可实现一年时间的深海冷泉底栖生物深海原位培养。
本发明的有益效果如下：
1.本发明结构简单，使用方便，因为电器舱由控制单元、可充电锂电池组、搅拌机构组成，所以通过搅拌机构对装置内环境水作定期搅动，以便检测装置内养殖液中溶解氧、甲烷、二氧化碳等随时间变化的情况，数据采集与存储采用了自容式传感器，对溶解氧、甲烷、二氧化碳等数据进行自动采集与存储，独立自容式传感器的采用，有利于简化电器舱密封结构，提高系统密封可靠性；底层水取样单元的设置可以对深海冷泉底栖生物生活水样进行收取，以便深入了解深海冷泉底栖生物在新城代谢过程中能量收支情况；通过抽水泵将生物环境原位水样抽入到缓冲舱内部，配合环境参数检测传感器单元，可以及时获取现场的DO、H2S、CO2、pH和CH4传感器参数,并将数据存在控制单元。
2.本发明结构简单，使用方便，通过设置取样瓶，并且在取样瓶的顶部和底部活动安装端盖，并且通过拉线、拉环、以及输线管限制两个端盖在ROV拉动拉环前是出于打开状态，再通过ROV 剪断拉线，通过橡筋来使得两个端盖闭合，从而使得底层水处于密闭的环境被收取起来，通过这种收集样液的方式，使得收集过程较为简单，避免了在深海里使用繁琐的电器设备来驱动，也使得设备比较节约电量，在设备上岸后，通过打开排水孔与排气孔，样液可以从排水孔流出，从而可以完成对深海冷泉底栖生物新陈代谢速率进行原位估算。
附图说明
图1是本发明的内部结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明底层水取样单元中端盖闭合结构示意图；
图4是本发明底层水取样单元中端盖打开结构示意图；
图5是本发明取下取样瓶的排水孔与排气孔上堵头放出取样水的工作原理示意图；
图6是本发明的外部结构示意图。
附图标记：1-主体舱，2-底托，3-养殖盘，4-托盘，5-主体舱舱体，6-环境参数检测传感器单元，7-底层水取样单元，701-取样瓶，702-端盖，703-安装板，704-输线管，705-拉线，706-转向轮，707-橡筋，708-排水孔，709-固定杆，710-排气孔，711-拉环，8-操作手柄，9-抽水泵，10- 电器舱，11-缓冲舱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2，本发明提供冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置，包括主体舱1 和底托2，其特征在于：主体舱1的底部与底托2的顶部均开设有相互适配的开口，底托2包括托盘4，托盘4的内部设置有养殖盘3，主体舱1包括主体舱舱体5，主体舱舱体5内部设置有缓冲舱11，主体舱舱体5上设置有将外界水抽入到缓冲舱11的抽水泵9，主体舱舱体5内部设置有用于获取缓冲舱内部DO、H2S、CO2、pH和CH4参数的环境参数检测传感器单元6，主体舱舱体5内部设置有底层水取样单元7，主体舱舱体5的内部设置有用于对参数检测传感器单元6中的数据采集与存储以及对装置内部养殖液进行搅拌的电器舱10，主体舱舱体5以及托盘4的外部均设置有便于外界ROV将主体舱1与底托2结合起来的操作手柄8。
本实施例中，电器舱10包括控制单元、可充电锂电池组、以及搅拌机构，搅拌机构包括设置在电器舱内部的搅拌电机，电器舱10的底部设置有与搅拌电机上的输出轴相适配的开孔，输出轴上且位于电器舱10的外部设置有搅拌叶片，电器舱10中对数据采集与存储采用自容式传感器。
因为电器舱10由控制单元、可充电锂电池组、搅拌机构组成，所以通过搅拌机构对装置内环境水作定期搅动，以便检测装置内养殖液中溶解氧、甲烷、二氧化碳等随时间变化的情况，数据采集与存储采用了自容式传感器，对溶解氧、甲烷、二氧化碳等数据进行自动采集与存储，独立自容式传感器的采用，有利于简化电器舱10密封结构，提高系统密封可靠性；底层水取样单元7的设置可以对深海冷泉底栖生物生活水样进行收取，以便深入了解深海冷泉底栖生物在新城代谢过程中能量收支情况；通过抽水泵9将生物环境原位水样抽入到缓冲舱11内部，配合环境参数检测传感器单元6，可以及时获取现场的DO、H2S、CO2、pH和CH4传感器参数,并将数据存在控制单元。
实施例2
请参阅图1-4，本实施例是在实施例1的基础上进行了进一步的优化，具体是，底层水取样单元7包括取样瓶701，取样瓶701的顶部和底部均设置有进水口，取样瓶701的一侧位于两个进水口处均固定安装有安装板703，两个安装板703上均通过转轴活动安装有能够封堵进水口的端盖 702，取样瓶701上设置有用于将两个端盖702拉开的拉线机构，两个端盖702之间且位于取样瓶 701的内部固定连接有用于拉动两个端盖闭合橡筋707，取样瓶701的两侧分别设置有排水孔708 与排气孔710，取样瓶701上位于排水孔708与排气孔710处均设置有堵头，取样瓶701上固定安装有固定杆709，固定杆709上远离取样瓶701的一侧与主体舱舱体5固定连接。
本实施例中，拉线机构包括固定安装在安装板703上且位于取样瓶701上方的输线管704，输线管704的顶部贯穿主体舱舱体5的顶部并延伸至其外部，输线管704的顶部活动设置有拉环711，拉环711上固定连接有拉线705，输线管704的内部设置有与拉线705相适配的通孔，两个端盖702 中位于下方的一个上设置有转向轮706，转向轮706位于安装板703的同一侧，拉线705上远离拉环711的一侧绕过转向轮706与两个端盖702中位于上方的一个固定连接，取样瓶701的数量为若干个，若干个取样瓶701均匀排列在主体舱舱体5的内部。
通过设置取样瓶701，并且在取样瓶701的顶部和底部活动安装端盖，并且通过拉线705、拉环711、以及输线管704限制两个端盖在ROV拉动拉环711前是出于打开状态，再通过ROV剪断拉线705，通过橡筋707来使得两个端盖702闭合，从而使得底层水处于密闭的环境被收取起来，通过这种收集样液的方式，使得收集过程较为简单，避免了在深海里使用繁琐的电器设备来驱动，也使得设备比较节约电量，在设备上岸后，通过打开排水孔708与排气孔710，样液可以从排水孔流出，从而可以完成对深海冷泉底栖生物新陈代谢速率进行原位估算。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置，包括主体舱(1)和底托(2)，其特征在于：所述主体舱(1)的底部与底托(2)的顶部均开设有相互适配的开口，所述底托(2)包括托盘(4)，所述托盘(4)的内部设置有养殖盘(3)，所述主体舱(1)包括主体舱舱体(5)，所述主体舱舱体(5)内部设置有缓冲舱(11)，所述主体舱舱体(5)上设置有将外界水抽入到缓冲舱(11)的抽水泵(9)，所述主体舱舱体(5)内部设置有用于获取缓冲舱内部DO、H2S、CO2、PH和CH4参数的环境参数检测传感器单元(6)，所述主体舱舱体(5)内部设置有底层水取样单元(7)，所述主体舱舱体(5)的内部设置有用于对参数检测传感器单元(6)中的数据采集与存储以及对装置内部养殖液进行搅拌的电器舱(10)，所述主体舱舱体(5)以及托盘(4)的外部均设置有便于外界ROV将主体舱(1)与底托(2)结合起来的操作手柄(8)。
2.根据权利要求1所述的冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置，其特征在于：所述底层水取样单元(7)包括取样瓶(701)，所述取样瓶(701)的顶部和底部均设置有进水口，所述取样瓶(701)的一侧位于两个进水口处均固定安装有安装板(703)，两个所述安装板(703)上均通过转轴活动安装有能够封堵进水口的端盖(702)，所述取样瓶(701)上设置有用于将两个端盖(702)拉开的拉线机构，两个所述端盖(702)之间且位于取样瓶(701)的内部固定连接有用于拉动两个端盖闭合橡筋(707)，所述取样瓶(701)的两侧分别设置有排水孔(708)与排气孔(710)，所述取样瓶(701)上位于排水孔(708)与排气孔(710)处均设置有堵头，所述取样瓶(701)上固定安装有固定杆(709)，所述固定杆(709)上远离取样瓶(701)的一侧与主体舱舱体(5)固定连接。
3.根据权利要求2所述的冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置，其特征在于：所述拉线机构包括固定安装在安装板(703)上且位于取样瓶(701)上方的输线管(704)，所述输线管(704)的顶部贯穿主体舱舱体(5)的顶部并延伸至其外部，所述输线管(704)的顶部活动设置有拉环(711)，所述拉环(711)上固定连接有拉线(705)，所述输线管(704)的内部设置有与拉线(705)相适配的通孔，两个所述端盖(702)中位于下方的一个上设置有转向轮(706)，所述转向轮(706)位于安装板(703)的同一侧，所述拉线(705)上远离拉环(711)的一侧绕过转向轮(706)与两个端盖(702)中位于上方的一个固定连接。
4.根据权利要求2所述的冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置，其特征在于：所述取样瓶(701)的数量为若干个，若干个取样瓶(701)均匀排列在主体舱舱体(5)的内部。
5.根据权利要求1所述的冷泉底栖生物群落原位呼吸率及环境参数检测装置，其特征在于：所述电器舱(10)包括控制单元、可充电锂电池组、以及搅拌机构，所述搅拌机构包括设置在电器舱内部的搅拌电机，所述电器舱(10)的底部设置有与搅拌电机上的输出轴相适配的开孔，所述输出轴上且位于电器舱(10)的外部设置有搅拌叶片，所述电器舱(10)中对数据采集与存储采用自容式传感器。
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