CN114287407A - 一种用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，包括一深水检测部件，一采样机构，一电缆，采样机构包括一两端开口的内部具有采样腔的耐压筒体，在耐压筒体上设置有一用于启闭采样口的半圆门体，以及用于驱动半圆门体启闭的第一控制机构，所述耐压筒体内设置有当深海底栖生物进入耐压筒体后依次关闭并将捕获的深海底栖生物进行依次分类隔离的限位装置，以及驱动所述限位装置启闭的第二控制机构，在密封部件上设置有向耐压筒体内提供反向虹吸力的水泵桨，还包括控制器。本申请利用检测元件检测捕获深海底栖生物数量，通过控制器信号自动控制三级伸缩油缸的运行，实现了自动多次捕捉、多量捕捉、分类捕捉的目的。

Description

一种用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置

技术领域

本发明涉及海洋生物资源采样技术领域，尤其涉及一种用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置。

背景技术

深海生物采样是深海环境与资源调查的基本手段之一，海洋生物资源的开发、利用对科学进步、经济建设、环境治理和医药开发具有重要意义。然而，海洋生物资源的生物多样性及其所产生特异天然产物刚开始进入人们的视野。海洋中微生物与多细胞生物物种数众多，其极大的多样性成为了生物天然产物的巨大宝库。深海生物样品上具有丰富的生物信息，对于生物多样性、海洋环境变化、海底资源分布等课题的研究具有十分重要的意义。随着深海调查的日益加强，对深海生物样品的采集要求也越来越高。然而，目前已知的海洋生物天然产物中只有少量来自于深海。

目前深海底栖生物的研究严重依赖于采样技术的发展。深渊底栖无脊椎动物和盲鱼、盲虾类因为种群密度低、具有规避环境不利因素和自主运动的能力，再加上深海海底环境恶劣，导致目前利用采样设备很难一次性采集不同种类的深海生物。

CN 111109213 A公开了一种双向活塞式深渊多细胞生物诱捕及保真取样装置。包括底板，底板上均匀布放有取样装置、水下减速器、深水电机、控制舱、蓄能器；取样装置包括通过法兰相连的保压筒和导向筒，保压筒两端开口，内设有取样活塞；取样活塞内部设有空腔，中部开有贯通的方形口，空腔内设有取样管；导向筒两端开口，前端通过法兰与保压筒相连，后端连接连接筒；水下减速器输入端连接深水电机，蓄能器与保压筒通过毛细管连接，控制舱通过水密电缆分别与水下减速器和深水电机相连。本发明装置可以完成保压取样，保证所得到的生物样品基本保持在原位压力，大大提高生物的成活率。

CN105660550B公开了一种涡轮蜗杆电机驱动关门的深海生物诱捕器,其特征在于：包括均布有小孔的箱体、箱门，还包括检测生物是否进入箱体的生物感应机构、关门机构和控制驱动机构，所述关门机构及生物感应机构与控制驱动机构连接，所述控制驱动机构接收到生物感应机构发出的感应信号后控制关门机构关闭箱门。本发明有益效果在于主动感应生物进入诱捕箱内进行捕捉，大幅提高采样成功率；锁定箱门避免海流冲开生物逃逸；全海深使用。本发明适用于诱捕活动能力强的大型深海近底层鱼类，为深海科学研究提供技术支撑。

CN 208113817 U公开了一种深水可视遥控气压式半自动诱捕多功能网，它包含网体；网体整体为桶状；网体外壁的顶部、中部及底部依次横向绑有呈环形的充气软管；充气软管之间通过气管一相互连接；充气软管的头端通过气管二与气泵连接；带视频监控探头的诱具通过绳索吊设在网体的内侧中部；网体的网底通过网底牵引绳穿过锚墩牵引在水面网箱框架上；网体的网头通过网头牵引绳牵引在水面网箱框架上；网体的网底设有四根网底固定绳；四根网底固定绳的末端悬挂在水面网箱框架上；本实用新型是综合了远程遥控技术和力学原理来联动完成一组水上作业的半自动化网具，制作成本低、组装简单。

CN 109122611 A公开了一种深海触发主动式生物诱捕器及控制方法，通过驱动机构的销子插入中心固定轴和中心移动套管，设定移动架和固定架的相对位置，形成完全开放式的诱捕入口；当诱捕器在海底进行诱捕深海生物时，触发机构处于开启状态，触发机构外侧包裹的诱饵受到一定咬合力下，触发机构就处于闭合诱捕器的工作状态，通过线缆将响应及时传递到驱动机构。

上述专利技术大大推动了海洋深海生物探索与研究的技术发展，虽然目前的深海生物取样设备能够实现对海底生物的捕捉，但仍然存在一些缺陷，采用箱门结构的，再次开启箱门抓捕容易造成海底生物逃脱，采用活塞结构的，对于较大海底生物无法进行捕捉，而且目前深海生物诱捕装置大都无法做到对海底生物重复多次捕捉，而且捕获生物时无法进行分类捕捉，譬如捕捉盲鱼、盲虾，捕获后的盲鱼、盲虾混杂在一起，无法单独分类捕获，往往由于已捕获生物再次开门捕获时容易逃脱，导致单次进入海底的生物捕捉装置对海底生物捕获数量较少。因此，研制一套既能够对深海底栖生物进行重复多次捕捉，在捕捉时又能够进行分类捕捉，提高单次捕获数量的装置，将推动我国海底生物取样的研究发展，是现代海洋调查研究领域向更高、更精确探测的重要手段，具有十分广阔的应用和推广前景。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、能够实现对底栖生物进行多次、多量捕捉且能够分类捕捉，捕捉效率高、速度快并且避免生物逃脱的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，包括一用于监控深海底栖生物活动轨迹及位置的深水检测部件，一用于对深海底栖生物进行捕捉的采样机构，一用于输送电力的电缆，所述采样机构包括一两端开口的内部具有采样腔的耐压筒体，该耐压筒体一端设置采样口另一端设置连接口，所述连接口处设置一具有与采样腔连通的循环口的密封部件，在耐压筒体上设置有一用于启闭采样口的半圆门体，以及用于驱动半圆门体启闭的第一控制机构，所述耐压筒体内设置有当深海底栖生物进入耐压筒体后依次关闭并将捕获的深海底栖生物进行依次分类隔离的限位装置，以及驱动所述限位装置启闭的第二控制机构，在密封部件上设置有当半圆门体开启时用于向耐压筒体内提供反向虹吸力的水泵桨，还包括控制器，以及设于耐压筒体内的用于检测深海底栖生物数量及位置的检测元件，所述深水检测部件检测到深海底栖生物后发送检测信号至控制器，控制器接收检测信号后发送用于驱动半圆门体开启的信号至所述第一控制机构，以及发送用于驱动水泵桨运转的信号至水泵桨，检测元件检测到深海底栖生物到达耐压筒体内并且数量及位置达到要求后发送检测信号给控制器，控制器接收检测信号后发送用于驱动限位装置依次关闭的信号至第二控制机构，采样完成后所述控制器分别发送停止运行的信号至第一、二控制机构及水泵桨。

上述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，所述第一控制机构包括沿耐压筒体的轴线方向在耐压筒体内壁上开设的滑槽，在滑槽内设置有与滑槽滑动配合连接的滑块，以及与滑块连接的用于驱动滑块沿滑槽滑动的丝杆，所述耐压筒体的内壁上设置有用于驱动丝杆转动的伺服电机，在半圆门体与耐压筒体之间设置有当深水检测部件检测到深海底栖生物时将半圆门体向采样腔内拉开的牵拉绳索，所述牵拉绳索一端固定在半圆门体内侧，另一端与滑块固定，在耐压筒体上设置有用于驱动半圆门体关闭的复位机构，所述控制器发送用于驱动半圆门体开启的信号至伺服电机。

上述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，所述复位机构包括设于耐压筒体与半圆门体外部之间用于向半圆门体提供弹性牵拉力的复位弹簧，所述控制器发送停止运行并反转的信号至伺服电机，伺服电机反转时复位弹簧牵拉半圆门体关闭。

上述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，所述限位装置包括垂直于耐压筒体的轴线设于采样腔内的隔离板，在隔离板的端部垂直于隔离板向连接口方向延伸设置导流板，所述隔离板与导流板之间包围形成一用于捕获深海底栖生物的捕捉区，在导流板与耐压筒体内壁之间自采样口向连接口方向形成一用于收集深海底栖生物的导流通道，所述捕捉区内设置有用于将深海底栖生物依次分类隔离的三级捕捉机构。

上述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，所述三级捕捉机构包括设于隔离板上的三级伸缩油缸，在三级伸缩油缸的三级活塞杆上分别设置有当三级活塞杆向连接口方向依次伸出时，将深海底栖生物依次分类隔离的一、二、三级网架组件。

上述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，所述一、二、三级网架组件分别包括设置在三级活塞杆上的网板，在网板上分别向连接口方向延伸设置辅助网板，各网板、辅助网板之间分别形成一、二、三级分类隔离区，所述一、二、三级分类隔离区的空间依次增大。

上述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征是：所述第二控制机构包括设置于耐压筒体内的用于向三级伸缩油缸提供动力的液压泵，以及与所述液压泵相连的液压油箱，所述控制器发送用于驱动三级伸缩油缸伸缩的信号至液压泵。

上述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，所述密封部件包括一具有容置腔的箱体，循环口开设于箱壁上并与连接口相连接，与所述循环口相对应的箱壁上开设有用于将采样口、采样腔、连接口以及循环口贯通形成海水虹吸通道的第二循环口，所述循环口及第二循环口上均设置有防护网体，所述水泵桨设于循环口与第二循环口之间。

上述的用于深海底栖生物取样的智能可视捕捉保压装置，所述深水检测部件为360°深水全景摄像头，并设于耐压筒体外壁的采样口上方位置。

上述的用于深海底栖生物取样的智能可视捕捉保压装置，采样完成后所述控制器发送停止运行的信号至第一、二控制机构及水泵桨，然后发送驱动半圆门体关闭的反向运行信号至第一控制机构。

本发明用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置的优点是：

1、与传统被动诱捕方式相比，本申请作为主动捕捉的“吸入式”捕捉方式，利用水泵桨产生强大的虹吸水流，将其吸入采样腔，有效实现了远距离深海运动与静态底栖生物的快速捕捉，大大提高了捕捉的成功率。

2、利用贯通理论，从耐压筒体的采样口到最终的捕捉区，结构更加简单，贯通腔的设置大大提高了捕捉效率。本申请利用“联动”的控制方式，在半圆门体打开的同时开启水泵桨，利用检测元件检测捕获深海底栖生物数量，通过控制器信号自动控制三级伸缩油缸的运行，实现了自动多次捕捉、多量捕捉、分类捕捉的目的。

3、取样捕捉驱动装置与保压驱动装置均采用滑槽、滑块与丝杆的驱动方式，能够提高装置在工作时动作的稳定性，并且可控制伸缩速度，实现快速捕捉的目的。

4、耐压筒体不但能够平衡深海巨大水压，而且在捕捉动作时能够大大降低水的阻力，筒形结构营造的“贯通腔”式结构，能够大大提高水泵桨的虹吸效果，进而提高了捕捉速度。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为本发明的采样过程结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；

如图1、2所示，一种用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，包括一用于监控深海底栖生物1的活动轨迹及位置的深水检测部件2，该深水检测部件2为360°深水全景摄像头，一用于对深海底栖生物1进行捕捉的采样机构3，一用于输送电力的电缆4。该采样机构4包括一两端开口的内部具有采样腔5的耐压筒体6，该耐压筒体6的一端设置采样口7，另一端设置连接口8。在连接口8处设置一具有与采样腔5连通的循环口9的密封部件10，密封部件10包括一具有容置腔11的箱体12，循环口9开设于箱壁上并与连接口8相连接，与循环口9相对应的箱壁13上开设有用于将采样口7、采样腔5、连接口8以及循环口9贯通形成海水虹吸通道的第二循环口14，在循环口9及第二循环口14上均设置有防护网体15。在密封部件10上设置有当半圆门体开启时用于向耐压筒体6内提供反向虹吸力的水泵桨16，水泵桨16设于循环口9与第二循环口14之间的容置腔11内。本申请的水泵桨16为深海设备专用，可采用目前市场上常规的类型。

需要说明的是，为了提高对深海底栖生物1活动轨迹及位置的实时检测与监控的灵敏度，快速发现目标，提高捕捉效率，360°深水全景摄像头设于耐压筒体6外壁的采样口7的上方位置。

在耐压筒体6上设置有一用于启闭采样口7的半圆门体17，以及用于驱动半圆门体17启闭的第一控制机构18。第一控制机构18包括沿耐压筒体6的轴线方向在耐压筒体6的内壁上开设的滑槽19，在滑槽19内设置有与滑槽19滑动配合连接的滑块20，以及与滑块20连接的用于驱动滑块20沿滑槽19滑动的丝杆21，在耐压筒体6的内壁上设置有用于驱动丝杆21转动的伺服电机22。在半圆门体17与耐压筒体6之间设置有当深水检测部件2检测到深海底栖生物1时将半圆门体17向采样腔5内拉开的牵拉绳索23，牵拉绳索23一端固定在半圆门体17的内侧，另一端与滑块20固定。在耐压筒体6上设置有当捕捉完毕后，伺服电机22反转牵拉绳索23复位时，用于驱动半圆门体17关闭的复位机构24，捕捉时，控制器发送用于驱动半圆门体17开启的信号至伺服电机22，伺服电机22正转并驱动滑块20滑动拉动牵拉绳索23。复位机构24包括设于耐压筒体6与半圆门体17外部之间用于向半圆门体17提供弹性牵拉力的复位弹簧25。当半圆门体17需要关闭时，控制器发送停止运行并反转的信号至伺服电机22，伺服电机反转时复位弹簧25牵拉半圆门体17关闭。复位弹簧25在常态下处于拉紧关闭半圆门体17的状态。

在耐压筒体6内设置有当深海底栖生物1进入耐压筒体6后依次关闭并将捕获的深海底栖生物1进行依次分类隔离的限位装置26，以及驱动限位装置26启闭的第二控制机构。其中，限位装置26包括垂直于耐压筒体6的轴线设于采样腔5内的隔离板27，在隔离板27的端部垂直于隔离板27向连接口8的方向延伸设置导流板28。在隔离板27与导流板28之间包围形成一用于捕获深海底栖生物1的捕捉区29，在导流板28与耐压筒体6内壁之间自采样口7向连接口8方向形成一用于收集深海底栖生物1的导流通道30。在捕捉区29内设置有用于将深海底栖生物1依次分类隔离的三级捕捉机构31。

需要说明的是，导流通道30的空间小于捕捉区29空间以及采样口7与隔离板27之间的部分采样腔5的空间，该设置方式有着特殊的优势，在水泵桨16开启后，所形成的海水虹吸通道自采样口7经过导流通道30时，由于空间变小，虹吸力将会在导流通道30内瞬间增大，能够将进入采样口7内的深海底栖生物1快速吸入导流通道30内，同时在到达连接口8的位置时，捕捉区29空间大于导流通道30，又会瞬间快速释放压力，深海底栖生物1则会快速到达循环口9的防护网体15上，这种“两头宽中间窄”的结构不但能够免隔离板27对深海底栖生物1造成阻挡，又能够便于深海底栖息生物1快速进入捕捉区29内，因此大大提高捕捉效率。

其中，三级捕捉机构31包括设于隔离板27上的三级伸缩油缸32，在三级伸缩油缸32的三级活塞杆上分别设置有当三级活塞杆向连接口8的方向依次伸出时，将深海底栖生物1依次分类隔离的一、二、三级网架组件。一、二、三级网架组件分别包括设置在三级活塞杆上的网板33，在网板33上分别向连接口8的方向延伸设置辅助网板34，各网板33、辅助网板34之间分别形成一级分类隔离区35、二级分类隔离区36、三级分类隔离区37，一级分类隔离区35、二级分类隔离区36、三级分类隔离区37的空间依次增大。第二控制机构包括设置于耐压筒体6内的用于向三级伸缩油缸32提供动力的液压泵38，以及与液压泵38相连的液压油箱39，控制器发送用于驱动三级伸缩油缸32伸缩的信号至液压泵38。

本申请中，为了减小装置整体的体积，节约耐压筒体6内的空间，液压油箱39设置在箱体12的容置腔11内，具体液压油箱39与液压泵38相连的液压管路在附图中并未画出，该部分设计属于本领域技术人员所熟知的技术，故不多赘述。另外，伺服电机22采用耐压深水专用的伺服电机。同时，由于万米深海黑暗无光，为了提高捕捉效率，可在耐压筒体6上安装深水灯，为捕捉工作提供灯光照射。

如图2所示，本申请采用自动化智能控制，在箱体12的容置腔11内还设置控制器40，以及设于耐压筒体6内的用于检测深海底栖生物1数量及位置的检测元件41，具体的工作过程如下：

在将装置从搭载船或科考船下放到海底之前，先连接好各个设备并检测其密封性能。检测无误后，装置开始逐渐下放到海底，当采样装置平稳到达海底后，经水上设备送电，经电缆4输送至装置的控制器40内。

取样时，当360°深水全景摄像头发现深海底栖生物1靠近取样口7时，发送检测信号至控制器40，控制器40接收检测信号后发送用于驱动半圆门体17开启的信号至伺服电机22，伺服电机22驱动丝杆21转动，牵拉绳索23牵拉半圆门体17开启，同时控制器40发送信号驱动水泵桨16转动，自耐压筒体6的采样口7向采样腔5的方向形成反向虹吸力，将深海底栖生物1自采样口7进入到采样腔5内，经导流通道30到达连接口8附近的捕捉区29内。检测元件41检测到深海底栖生物1到达耐压筒体6内并且数量及位置达到要求后发送检测信号给控制器40，控制器40接收检测信号后发送用于驱动一、二、三级网架组件依次伸出关闭捕捉区29的信号至三级伸缩油缸32.完成对深海底栖生物1的取样。取样完成后控制器40发送停止运行的信号至伺服电机22、三级伸缩油缸32及水泵桨16，然后发送驱动半圆门体17关闭的反向运行信号至伺服电机22。本申请针对深海生物的取样装置将为我国的深海生物取样器装配“大脑”和“眼睛”，实现远程视频监控深海生物取样装置的工作，以提高深海生物取样的作业效率和成功率。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征在于：包括一用于监控深海底栖生物活动轨迹及位置的深水检测部件，一用于对深海底栖生物进行捕捉的采样机构，一用于输送电力的电缆，所述采样机构包括一两端开口的内部具有采样腔的耐压筒体，该耐压筒体一端设置采样口另一端设置连接口，所述连接口处设置一具有与采样腔连通的循环口的密封部件，在耐压筒体上设置有一用于启闭采样口的半圆门体，以及用于驱动半圆门体启闭的第一控制机构，所述耐压筒体内设置有当深海底栖生物进入耐压筒体后依次关闭并将捕获的深海底栖生物进行依次分类隔离的限位装置，以及驱动所述限位装置启闭的第二控制机构，在密封部件上设置有当半圆门体开启时用于向耐压筒体内提供反向虹吸力的水泵桨，还包括控制器，以及设于耐压筒体内的用于检测深海底栖生物数量及位置的检测元件，所述深水检测部件检测到深海底栖生物后发送检测信号至控制器，控制器接收检测信号后发送用于驱动半圆门体开启的信号至所述第一控制机构，以及发送用于驱动水泵桨运转的信号至水泵桨，检测元件检测到深海底栖生物到达耐压筒体内并且数量及位置达到要求后发送检测信号给控制器，控制器接收检测信号后发送用于驱动限位装置依次关闭的信号至第二控制机构，采样完成后所述控制器分别发送停止运行的信号至第一、二控制机构及水泵桨。

2.根据权利要求1所述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征是：所述第一控制机构包括沿耐压筒体的轴线方向在耐压筒体内壁上开设的滑槽，在滑槽内设置有与滑槽滑动配合连接的滑块，以及与滑块连接的用于驱动滑块沿滑槽滑动的丝杆，所述耐压筒体的内壁上设置有用于驱动丝杆转动的伺服电机，在半圆门体与耐压筒体之间设置有当深水检测部件检测到深海底栖生物时将半圆门体向采样腔内拉开的牵拉绳索，所述牵拉绳索一端固定在半圆门体内侧，另一端与滑块固定，在耐压筒体上设置有用于驱动半圆门体关闭的复位机构，所述控制器发送用于驱动半圆门体开启的信号至伺服电机。

3.根据权利要求1所述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征是：所述复位机构包括设于耐压筒体与半圆门体外部之间用于向半圆门体提供弹性牵拉力的复位弹簧，所述控制器发送停止运行并反转的信号至伺服电机，伺服电机反转时复位弹簧牵拉半圆门体关闭。

4.根据权利要求1所述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征是：所述限位装置包括垂直于耐压筒体的轴线设于采样腔内的隔离板，在隔离板的端部垂直于隔离板向连接口方向延伸设置导流板，所述隔离板与导流板之间包围形成一用于捕获深海底栖生物的捕捉区，在导流板与耐压筒体内壁之间自采样口向连接口方向形成一用于收集深海底栖生物的导流通道，所述捕捉区内设置有用于将深海底栖生物依次分类隔离的三级捕捉机构。

5.根据权利要求4所述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征是：所述三级捕捉机构包括设于隔离板上的三级伸缩油缸，在三级伸缩油缸的三级活塞杆上分别设置有当三级活塞杆向连接口方向依次伸出时，将深海底栖生物依次分类隔离的一、二、三级网架组件。

6.根据权利要求5所述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征是：所述一、二、三级网架组件分别包括设置在三级活塞杆上的网板，在网板上分别向连接口方向延伸设置辅助网板，各网板、辅助网板之间分别形成一、二、三级分类隔离区，所述一、二、三级分类隔离区的空间依次增大。

7.根据权利要求5所述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征是：所述第二控制机构包括设置于耐压筒体内的用于向三级伸缩油缸提供动力的液压泵，以及与所述液压泵相连的液压油箱，所述控制器发送用于驱动三级伸缩油缸伸缩的信号至液压泵。

8.根据权利要求1所述的用于捕获深海底栖生物的智能可视分类采样装置，其特征是：所述密封部件包括一具有容置腔的箱体，循环口开设于箱壁上并与连接口相连接，与所述循环口相对应的箱壁上开设有用于将采样口、采样腔、连接口以及循环口贯通形成海水虹吸通道的第二循环口，所述循环口及第二循环口上均设置有防护网体，所述水泵桨设于循环口与第二循环口之间。

9.根据权利要求1所述的用于深海底栖生物取样的智能可视捕捉保压装置，其特征是：所述深水检测部件为360°深水全景摄像头，并设于耐压筒体外壁的采样口上方位置。

10.根据权利要求1所述的用于深海底栖生物取样的智能可视捕捉保压装置，其特征是：采样完成后所述控制器发送停止运行的信号至第一、二控制机构及水泵桨，然后发送驱动半圆门体关闭的反向运行信号至第一控制机构。

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