CN116678678A - 一种深海多功能双腔体时序采样器及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深海多功能双腔体时序采样器及其工作方法,多功能双腔体时序采样器由多个双腔体采样瓶和电源与控制底座组成;其中双腔体采样瓶由保温生物富集腔和气密不保压采水腔两部分组成,通过生物富集腔底部的直线往复式电缸液压动力单元和两腔体联通的垂向可压缩油囊,实现对微生物的富集采样以及采水腔内的保压与金属离子的萃取。电源与控制底座由上下两层组成,上层提供与各采水瓶对接的电源和控制接口以及采水瓶的固定孔,下层为电源和电子控制器仓。双腔体采水瓶按等弧度间距固定电源与控制底座,有底座内电子控制器按设定时间顺序依次启动,并执行采样动作。
Description
技术领域
本发明涉及海底采样技术领域,具体而言,特别涉及一种深海多功能双腔体时序采样器及其工作方法。
背景技术
随着陆地资源的枯竭,人们对未知的深海领域的探索越加急切与渴望。深海区域低温高压的极端环境造就了其独特的生物资源,以往的研究表明,深海微生物具有极高的丰度、活性以及组成和功能多样性,在自然演变中形成了特殊的种类、基因类型及代谢产物,具有重要的科研和经济价值。开展深海水样的微生物、物理、化学量的分析,是海洋资源探测的主要任务之一。深海低温、高压的恶劣环境对水样样品的原位保真采集工作带来极大的考验。如果样品的压力发生变化,将会造成溶解于水样中的挥发性与半挥发性气体发生过饱和而溢出,造成取出的样品失真,不能反映海水原位的成分组成信息。
传统的深海微生物采样装置一般采用简单的开口容器,投放到预定深度后进行采样并回收。这种方案受限于采样容器的体积,单次可采取的微生物数量十分有限。而使用动力电机的单向深水泵式微生物采水器受限于生物滤膜受压能力小,富集倍数较低,采集大量微生物时仍需交大体积的采水瓶。且使用单向泵对微生物富集时,由于生物污染问题无法完成时序多瓶采样。
我国现有的深海保压采水设备与发达国家相比还有不小差距,主要表现在于保压性能弱、易发生泄露问题等,而且现有的比较成熟的保压采水器还没有适用于海深一万一千米,设备只能单次使用,无法实现多次、大批量采集,造成了资源的浪费。
发明内容
为了弥补现有技术的不足,本发明提供了一种深海多功能双腔体时序采样器及其工作方法。
本发明是通过如下技术方案实现的:一种深海多功能双腔体时序采样器,包括电源与控制器底座以及环绕安装在其顶部的12组的采样单元,采样单元为多功能双腔体采样瓶,多功能双腔体采样瓶分为内外两个腔体,内侧为生物富集腔,外侧为气密采水腔;
生物富集腔的顶部设有第一电子液压阀和第二电子液压阀,其中第一电子液压阀为进水口,第二电子液压阀为出水口,第二电子液压阀的底部设置有阻隔滤网,生物富集腔的腔内设置有采样滤网组,采样滤网组为多个上下平行排列的滤网单元,滤网单元包括生物留存台,以及安装在生物留存台上由网状聚乙烯材料制成的圆锥结构和轻质流体单向阀,圆锥结构的底部圆口处固定覆盖有微生物滤膜,生物富集腔的腔内底部为直线往复式电缸液压动力单元,直线往复式电缸液压动力单元包括推流板、可压缩油囊、传动杆和直线驱动电机,直线驱动电机与生物富集腔腔体底部通过螺栓固定,直线驱动电机通过瓶体底部设置的电源端口和控制端口与电源与控制器底座相连,可压缩油囊的底部在生物富集腔腔体的底部密封固定,可压缩油囊的内部贯穿安装传动杆,传动杆和直线驱动电机刚性连接,传动杆的顶端连接推流板,可压缩油囊和直线驱动电机所在舱体相连,且油体联通并充满可压缩油囊和直线驱动电机所在舱体;
气密采水腔的顶部设有第三电子液压阀,气密采水腔的腔内中间设置有金属离子萃取平台,金属离子萃取平台内置多个固相萃取柱,金属离子萃取平台与气密采水腔腔体之间为刚性紧密连接,气密采水腔的腔内底部为储油囊,储油囊的底部设置有电子单向阀,第一电子液压阀、第二电子液压阀和第三电子液压阀的顶部装有尼龙滤网,生物富集腔和气密采水腔通过底部的可压缩油囊和储油囊间的补压通路连接;
电源与控制器底座包括分为上下两层包括底座上层和底座下层,底座上层为提供固定装置与电缆接口,底座下层为电源与控制器舱,底座上层设置由多个均匀分布的固定孔,固定孔的孔底设置有电源接口和控制接口,底座上层的内部中心设置有输电口与控制口,电源接口和控制接口通过其底部设置的电缆槽分别集中于输电口与控制口,其中输电口通过供电线与安装在底座下层内的电源相连,控制口通过通讯电缆与安装在底座下层内的电子控制器相连,电子控制器与电源之间通过供电线相连;
多功能双腔体采样瓶置于固定孔内,瓶体的电源端口和控制端口与电源接口和控制接口分别连接;
作为优选方案,阻隔滤网的单位面积目数大于等于圆锥结构的最小单位面积目数。
作为优选方案,第一电子液压阀、第二电子液压阀和第三电子液压阀其能源均为内置电源。
作为优选方案,生物富集腔的瓶壁为内外双层瓶体,瓶间填充保温材料。
一种深海多功能双腔体时序采样器的工作方法,具体包括以下步骤:
S1、在岸或甲板时,将去离子水填充与两个各采样单元生物富集腔和气密采水腔的腔体中,完全关闭第一电子液压阀和第三电子液压阀,第二电子液压阀半关。
S2、在控制器中设定各采样瓶开始工作时间,当搭载采样器的着陆器或其他拖缆,到达指定高度后,并达到相应时间时相应采样单元开始依序工作;
S3、开始预备动作,打开第三电子液压阀,控制直线驱动电机反复上下推动推流板,将生物富集腔和气密采水腔中去离子水排出;
S4、开始工作动作,保持第三电子液压阀常开,关闭第二电子液压阀,打开第一电子液压阀,直线驱动电机向下带动推流板,将环境水体吸入生物富集腔,并在滤网单元上截留微生物与悬浮沉积物,完成抽吸动作;
S5、抽吸动作完成后,关闭第一电子液压阀,打开第二电子液压阀,向上推动推流板,轻质机械单向阀在向上水流推动下打开,供最底部的滤网单元下方的滤后水向上快速排出,第二电子液压阀底部的阻隔滤网将对向上推流过程引起滤网组上生物悬浮进行截留,完成排出动作;
S6、重复步骤S4-S5若干次,完成生物富集腔中的富集动作;
S7、在步骤S4-S5过程中,由于两腔体之间油囊的压力传导,气密采水腔中储油囊同步反向运动,并带动推流装置,形成对固相萃取柱的反复冲流;
S8、完全关闭第一电子液压阀、第二电子液压阀和第三电子液压阀,打开电子单向阀,通过油压的缓冲,维持回收过程中采样瓶内外的压力相同;
S9、完成单个多功能双腔体采样瓶全流程采样动作;
S10、其他多功能双腔体采样瓶按设定时间顺序依次完成工作。
本发明由于采用了以上技术方案,与现有技术相比使其具有以下有益效果:
1.通过直流往复式泵推、两个可控电子阀(其中一个带有隔离膜)、斜面滤膜组、样品收集台的方式,在单一小体积采样单元内,实现微生物富集浓缩。较传统单向抽滤方式,可以减小滤膜组的堵塞的可能性,进一步提升微生物的浓缩率。
2.通过腔体间的补压通路将往复泵所需补压腔转换为采水单元的保压油囊,实现生物富集腔与采水腔的动力共享,实现采水腔保压可控化,减少了实现相同功能所需的结构数。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本发明的结构示意图;
图2为多功能双腔体采样瓶结构透视图;
图3为电源与控制器底座的结构示意图;
图4为电源与控制器底座功能单元连接图,
其中,图1至图4中附图标记与部件之间的对应关系为:
1生物富集腔,2外侧为气密采水腔,3第一电子液压阀,4第二电子液压阀,5第三电子液压阀,6阻隔滤网,7圆锥结构,8轻质流体单向阀,9生物留存台,10保温材料,11推流板,12可压缩油囊,13传动杆,14直线驱动电机,15电源端口,16控制端口,17尼龙滤网,18固相萃取柱,19金属离子萃取平台,20补压通路,21储油囊,22电子单向阀,23电源与控制器底座,24底座上层,25底座下层,26固定孔,27电源接口,28控制接口,29电缆槽,30控制口,31输电口,32通讯电缆,33供电线,34电子控制器,35电源。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合图1至图4对本发明的实施例的深海多功能双腔体时序采样器及其工作方法进行具体说明。
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题,提出了一种兼具微生物原位富集采样与气密不保压采水的多功能双腔体时序采样器。这种多功能双腔体时序采样器由多个双腔体采样瓶和电源与控制底座组成;其中双腔体采样瓶由保温生物富集腔和气密不保压采水腔两部分组成,通过生物富集腔底部的直线往复式电缸液压动力单元和两腔体联通的垂向可压缩油囊,实现对微生物的富集采样以及采水腔内的保压与金属离子的萃取。电源与控制底座由上下两层组成,上层提供与各采水瓶对接的电源和控制接口以及采水瓶的固定孔,下层为电源和电子控制器仓。双腔体采水瓶按等弧度间距固定电源与控制底座,有底座内电子控制器按设定时间顺序依次启动,并执行采样动作。
深海多功能双腔体时序采样器在更小的体积和更少的结构下,可以完成对深海原位海水保压采集、对原位微生物的可控倍数的富集采集、对痕量金属元素的萃取,为研究其深海环境的生物、化学、物理信息提供新的解决方案。
如图1所示,本发明提出了一种深海多功能双腔体时序采样器,包括电源与控制器底座23以及环绕安装在其顶部的12组的采样单元,采样单元为多功能双腔体采样瓶,多功能双腔体采样瓶分为内外两个腔体,内侧为生物富集腔1,外侧为气密采水腔2;
如图2所示,生物富集腔1的顶部设有两个独立的电子液压阀分别为第一电子液压阀3和第二电子液压阀4,生物富集腔1的瓶壁为内外双层瓶体,瓶间填充保温材料10。其中第一电子液压阀3为进水口,第二电子液压阀4为出水口,第二电子液压阀4的底部设置有阻隔滤网6,阻隔滤网6的单位面积目数大于等于圆锥结构7的最小单位面积目数。生物富集腔1的腔内设置有采样滤网组,采样滤网组为多个上下平行排列的滤网单元,滤网单元包括生物留存台9,以及安装在生物留存台9上由网状聚乙烯材料制成的圆锥结构7和轻质流体单向阀8,圆锥结构7的单位面积目数可按实际需要梯度设置;圆锥结构7的底部圆口处固定覆盖有微生物滤膜,生物富集腔1的腔内底部为直线往复式电缸液压动力单元,直线往复式电缸液压动力单元包括推流板11、可压缩油囊12、传动杆13和直线驱动电机14,直线驱动电机14与生物富集腔1腔体底部通过螺栓固定,直线驱动电机14通过瓶体底部设置的电源端口15和控制端口16与电源与控制器底座23相连,可压缩油囊12的底部在生物富集腔1腔体的底部密封固定,可压缩油囊12的内部贯穿安装传动杆13,传动杆13和直线驱动电机14刚性连接,传动杆13的顶端连接推流板11,可压缩油囊12和直线驱动电机14所在舱体相连,且油体联通并充满可压缩油囊12和直线驱动电机14所在舱体;
气密采水腔2的顶部设有第三电子液压阀5,气密采水腔2的腔内中间设置有金属离子萃取平台19,金属离子萃取平台19内置多个固相萃取柱18,金属离子萃取平台19与气密采水腔2腔体之间为刚性紧密连接,气密采水腔2的腔内底部为储油囊21,储油囊21的底部设置有电子单向阀22,用于通过油压的缓冲,维持回收过程中采样瓶内外的压力相同;第一电子液压阀3、第二电子液压阀4和第三电子液压阀5的顶部装有尼龙滤网17,第一电子液压阀3、第二电子液压阀4和第三电子液压阀5其能源均为内置电源。生物富集腔1和气密采水腔2通过底部的可压缩油囊12和储油囊21间的补压通路20连接;
如图3、4所示,电源与控制器底座23包括分为上下两层包括底座上层24和底座下层25,底座上层24为提供固定装置与电缆接口,底座下层25为电源与控制器舱,底座上层24设置由多个均匀分布的固定孔26,固定孔26的孔底设置有电源接口27和控制接口28,底座上层24的内部中心设置有输电口31与控制口30,电源接口27和控制接口28通过其底部设置的电缆槽29分别集中于输电口31与控制口30,其中输电口31通过供电线33与安装在底座下层25内的电源35相连,控制口30通过通讯电缆32与安装在底座下层25内的电子控制器34相连,电子控制器34与电源35之间通过供电线33相连;
多功能双腔体采样瓶置于固定孔26内,瓶体的电源端口15和控制端口16与电源接口27和控制接口28分别连接,实现电源与控制的共享集成,并通过多个双腔体采样瓶在底座上的等弧度排列搭载,实现整体装置的时序采水功能;
一种深海多功能双腔体时序采样器的工作方法,具体包括以下步骤:
S1、在岸或甲板时,将去离子水填充与两个各采样单元生物富集腔1和气密采水腔2的腔体中,完全关闭第一电子液压阀3和第三电子液压阀5,第二电子液压阀4半关。
S2、在控制器中设定各采样瓶开始工作时间,当搭载采样器的着陆器或其他拖缆,到达指定高度后,并达到相应时间时相应采样单元开始依序工作;
S3、开始预备动作,打开第三电子液压阀5,控制直线驱动电机14反复上下推动推流板11,将生物富集腔1和气密采水腔2中去离子水排出;
S4、开始工作动作,保持第三电子液压阀5常开,关闭第二电子液压阀4,打开第一电子液压阀3,直线驱动电机14向下带动推流板11,将环境水体吸入生物富集腔1,并在滤网单元上截留微生物与悬浮沉积物,完成抽吸动作;
S5、抽吸动作完成后,关闭第一电子液压阀3,打开第二电子液压阀4,向上推动推流板11,轻质机械单向阀8在向上水流推动下打开,供最底部的滤网单元下方的滤后水向上快速排出,第二电子液压阀4底部的阻隔滤网6将对向上推流过程引起滤网组上生物悬浮进行截留,完成排出动作;
S6、重复步骤S4-S5若干次,完成生物富集腔1中的富集动作;
S7、在步骤S4-S5过程中,由于两腔体之间油囊的压力传导,气密采水腔2中储油囊21同步反向运动,并带动推流装置,形成对固相萃取柱18的反复冲流,提升萃取效率;
S8、完全关闭第一电子液压阀3、第二电子液压阀4和第三电子液压阀5,打开电子单向阀22,通过油压的缓冲,维持回收过程中采样瓶内外的压力相同;
S9、完成单个多功能双腔体采样瓶全流程采样动作;
S10、其他多功能双腔体采样瓶按设定时间顺序依次完成工作。
在本发明的描述中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定,术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制;术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (6)
1.一种深海多功能双腔体时序采样器,包括电源与控制器底座(23)以及环绕安装在其顶部的若干组的采样单元,其特征在于,所述采样单元为多功能双腔体采样瓶,多功能双腔体采样瓶分为内外两个腔体,内侧为生物富集腔(1),外侧为气密采水腔(2);
所述生物富集腔(1)的顶部设有第一电子液压阀(3)和第二电子液压阀(4),其中第一电子液压阀(3)为进水口,第二电子液压阀(4)为出水口,第二电子液压阀(4)的底部设置有阻隔滤网(6),生物富集腔(1)的腔内设置有采样滤网组,采样滤网组为多个上下平行排列的滤网单元,滤网单元包括生物留存台(9),以及安装在生物留存台(9)上由网状聚乙烯材料制成的圆锥结构(7)和轻质流体单向阀(8),圆锥结构(7)的底部圆口处固定覆盖有微生物滤膜,生物富集腔(1)的腔内底部为直线往复式电缸液压动力单元,直线往复式电缸液压动力单元包括推流板(11)、可压缩油囊(12)、传动杆(13)和直线驱动电机(14),直线驱动电机(14)与生物富集腔(1)腔体底部通过螺栓固定,直线驱动电机(14)通过瓶体底部设置的电源端口(15)和控制端口(16)与电源与控制器底座(23)相连,可压缩油囊(12)的底部在生物富集腔(1)腔体的底部密封固定,可压缩油囊(12)的内部贯穿安装传动杆(13),传动杆(13)和直线驱动电机(14)刚性连接,传动杆(13)的顶端连接推流板(11),可压缩油囊(12)和直线驱动电机(14)所在舱体相连,且油体联通并充满可压缩油囊(12)和直线驱动电机(14)所在舱体;
所述气密采水腔(2)的顶部设有第三电子液压阀(5),气密采水腔(2)的腔内中间设置有金属离子萃取平台(19),金属离子萃取平台(19)内置多个固相萃取柱(18),金属离子萃取平台(19)与气密采水腔(2)腔体之间为刚性紧密连接,气密采水腔(2)的腔内底部为储油囊(21),储油囊(21)的底部设置有电子单向阀(22),第一电子液压阀(3)、第二电子液压阀(4)和第三电子液压阀(5)的顶部装有尼龙滤网(17),生物富集腔(1)和气密采水腔(2)通过底部的可压缩油囊(12)和储油囊(21)间的补压通路(20)连接;
所述电源与控制器底座(23)包括分为上下两层包括底座上层(24)和底座下层(25),底座上层(24)为提供固定装置与电缆接口,底座下层(25)为电源与控制器舱,底座上层(24)设置由多个均匀分布的固定孔(26),固定孔(26)的孔底设置有电源接口(27)和控制接口(28),底座上层(24)的内部中心设置有输电口(31)与控制口(30),电源接口(27)和控制接口(28)通过其底部设置的电缆槽(29)分别集中于输电口(31)与控制口(30),其中输电口(31)通过供电线(33)与安装在底座下层(25)内的电源(35)相连,控制口(30)通过通讯电缆(32)与安装在底座下层(25)内的电子控制器(34)相连,电子控制器(34)与电源(35)之间通过供电线(33)相连;
所述多功能双腔体采样瓶置于固定孔(26)内,瓶体的电源端口(15)和控制端口(16)与电源接口(27)和控制接口(28)分别连接。
2.根据权利要求1所述的一种深海多功能双腔体时序采样器,其特征在于,所述电源与控制器底座(23)的顶部设置有12组多功能双腔体采样瓶。
3.根据权利要求1所述的一种深海多功能双腔体时序采样器,其特征在于,所述阻隔滤网(6)的单位面积目数大于等于圆锥结构(7)的最小单位面积目数。
4.根据权利要求1所述的一种深海多功能双腔体时序采样器,其特征在于,所述第一电子液压阀(3)、第二电子液压阀(4)和第三电子液压阀(5)其能源均为内置电源。
5.根据权利要求1所述的一种深海多功能双腔体时序采样器,其特征在于,所述生物富集腔(1)的瓶壁为内外双层瓶体,瓶间填充保温材料(10)。
6.如权利要求1-5所述的一种深海多功能双腔体时序采样器的工作方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1、在岸或甲板时,将去离子水填充与两个各采样单元生物富集腔(1)和气密采水腔(2)的腔体中,完全关闭第一电子液压阀(3)和第三电子液压阀(5),第二电子液压阀(4)半关;
S2、在控制器中设定各采样瓶开始工作时间,当搭载采样器的着陆器或其他拖缆,到达指定高度后,并达到相应时间时相应采样单元开始依序工作;
S3、开始预备动作,打开第三电子液压阀(5),控制直线驱动电机(14)反复上下推动推流板(11),将生物富集腔(1)和气密采水腔(2)中去离子水排出;
S4、开始工作动作,保持第三电子液压阀(5)常开,关闭第二电子液压阀(4),打开第一电子液压阀(3),直线驱动电机(14)向下带动推流板(11),将环境水体吸入生物富集腔(1),并在滤网单元上截留微生物与悬浮沉积物,完成抽吸动作;
S5、抽吸动作完成后,关闭第一电子液压阀(3),打开第二电子液压阀(4),向上推动推流板(11),轻质机械单向阀(8)在向上水流推动下打开,供最底部的滤网单元下方的滤后水向上快速排出,第二电子液压阀(4)底部的阻隔滤网(6)将对向上推流过程引起滤网组上生物悬浮进行截留,完成排出动作;
S6、重复步骤S4-S5若干次,完成生物富集腔(1)中的富集动作;
S7、在步骤S4-S5过程中,由于两腔体之间油囊的压力传导,气密采水腔(2)中储油囊(21)同步反向运动,并带动推流装置,形成对固相萃取柱(18)的反复冲流;
S8、完全关闭第一电子液压阀(3)、第二电子液压阀(4)和第三电子液压阀(5),打开电子单向阀(22),通过油压的缓冲,维持回收过程中采样瓶内外的压力相同;
S9、完成单个采样单元全流程采样动作;
S10、其他采样单元按设定时间顺序依次完成工作。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN202310845990.8A CN116678678A (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种深海多功能双腔体时序采样器及其工作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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CN202310845990.8A CN116678678A (zh) | 2023-07-11 | 2023-07-11 | 一种深海多功能双腔体时序采样器及其工作方法 |
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CN (1) | CN116678678A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117309493A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-12-29 | 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) | 一种基于rov的深海采水装置 |
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2023
- 2023-07-11 CN CN202310845990.8A patent/CN116678678A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117309493A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-12-29 | 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) | 一种基于rov的深海采水装置 |
CN117309493B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-05-10 | 生态环境部华南环境科学研究所(生态环境部生态环境应急研究所) | 一种基于rov的深海采水装置 |
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