CN204422257U - 一种全海深断电电磁式采水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全海深断电电磁式采水装置，包括两端开口的瓶体，还包括2个卡盖，2个卡盖的内侧均设置有内把，2个卡盖的外侧均设置有外把，两个内把之间通过穿过瓶体两端的橡胶绳连接，其中一个卡盖的外把通过电磁铁限位绳与电磁铁释放模块一端连接，另一个卡盖的外把通过铁块限位绳与电磁铁释放模块的另一端连接，磁铁限位绳与铁块限位绳均分别穿过设置在瓶体两端外侧的限位环。本实用新型无任何传动装置，降低了系统误差；结构简单，受恶劣环境影响小，不易损坏；操作简便，容易安装和拆卸，方便维护和调试。水密效果好，渗水率低，可以耐受120MPa的静压力（约为12000米深的水压）。使用非常灵活方便。

Description

一种全海深断电电磁式采水装置

技术领域

本实用新型涉及海洋工程领域，具体涉及一种全海深断电电磁式采水装置。适用于所有深度的海洋及江河湖泊的水体样本采集和保存。

背景技术

一直以来，水体样本的采集对于研究海洋及江河湖泊都是十分重要的手段。尤其是在水环境参数监测，水体营养物质监测，化学与地质调查，水体微生物采样，以及深海的冷泉热泉研究中，采集水样都是必不可少的一个步骤。目前，世界上有实力的几个国家都在积极推进对海洋资源的探索，需要一种使用方便、灵活，成本较低，可靠性高，又能具有较高准确度的采水器。

我们通常见到的南森瓶（Nansan bottle）、范多恩瓶（Van Dorn bottle）、尼斯金瓶（Niskin bottle）、郭福洛瓶（Go-Flo bottle）得到广泛应用。南森瓶就是常说的颠倒采水器，尼斯金瓶是常见的卡盖式采水器。这四种采水瓶通常是以两端瓶盖开启状态固定于采样缆绳上，并深入目的水层，此时采水瓶处于打开冲洗状态。采样时，沿采样缆绳滑下使锤，通过使锤击打挡片或传动杆来启动瓶盖关闭装置——南森瓶会在挡片被击打时瓶身颠倒依靠重力使两端瓶盖密合；范多恩瓶、尼斯金瓶、郭福洛瓶会在传动杆被击打时依靠弹簧或橡皮筋的弹力使两端瓶盖密合。像这种通过使锤沿采样缆绳滑动来启动采水器闭合的方式，信号延迟很长，系统误差比较大；需要使用又粗又重的钢丝绳，在深海几千米甚至一万米深度的情况下，费时费力，操作复杂；使锤的击打效果受多种因素影响，有较大的不确定性，失败率较高；为了使挡片或传动杆处于正确的位置和方向，瓶身的摆放位置及瓶口的方向受到了很大限制，一般只能沿采样缆绳的方向，在江河及水库水文悬移质的监测中无法发挥良好的作用。

通过对范多恩瓶、尼斯金瓶、郭福洛瓶的传动杆进行改造后可以结合电控装置使用。常见到的是带CTD功能的电控尼斯金瓶采样阵列。目前电控装置主要有步进电机脱钩式和电磁阀脱钩式。前者主要通过步进电机内马达的通电转动触发传动装置使瓶盖限位绳脱钩，瓶盖在弹力作用下闭合。电磁阀脱钩式主要通过电磁铁在通电瞬间吸附衔铁或吸片触发传动装置使瓶盖限位绳脱钩，瓶盖在弹力作用下闭合。在深海的高水压、温度变化等影响下，步进电机容易出现抱轴、误动作的毛病，造成样品采集的失败率较高。电磁阀脱钩式为了减少释放钩来自瓶盖限位绳的拉力和增大通电瞬间电磁阀触发动作的幅度，通常设有复杂的杠杆机构、复位弹簧等，在一些恶劣环境下使用时容易受到杂物或外力干扰而损坏，影响成功率和使用寿命；较多的杠杆机构也存在系统误差影响采集水样的准确度。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种全海深断电电磁式采水装置。使用电磁铁的持续吸附力直接牵引瓶盖限位绳维持采水瓶的打开冲洗状态，到达目的水层时，采水命令使电磁铁断电，瓶盖在弹力作用下闭合，完成采水。中间没有任何杠杆机构或传动装置，降低了系统误差，提高了成功率，能够更加准确地配合各类深潜器完成水样的时间序列采集或深度序列采集。电磁铁与瓶身一体化的设计，使瓶口的朝向不受任何限制，可以灵活地固定在各型深潜器上，也能够满足江河水库检测悬移物的需要，还可以多瓶排成阵列满足较大的水样需求。电磁铁直接与瓶盖限位绳相连的设计，使其不受瓶身大小的影响，只需调整限位绳的长度就能适应不同规格的采水瓶。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

一种全海深断电电磁式采水装置，包括两端开口的瓶体，还包括2个卡盖（2），2个卡盖的内侧均设置有内把，2个卡盖的外侧均设置有外把，两个内把之间通过穿过瓶体两端的橡胶绳连接，其中一个卡盖的外把通过电磁铁限位绳与电磁铁释放模块一端连接，另一个卡盖的外把通过铁块限位绳与电磁铁释放模块的另一端连接，电磁铁限位绳与铁块限位绳均分别穿过设置在瓶体两端外侧的限位环。

如上所述的卡盖包括内塞、与内塞连接的帽檐和套设在内塞上的外密封圈，瓶体开口处设置有内密封圈，卡盖与瓶体开口处闭合时，外密封圈和内密封圈紧密闭合。

如上所述的电磁铁释放模块包括锅形铁壳、铁块和设置在锅形铁壳内的铁芯，铁芯一端与锅形铁壳的底部连接，铁芯另一端与锅形铁壳的锅口处平齐，铁芯上缠绕有到导线圈，锅形铁壳上设置有电磁铁圆环，铁块上设置有铁块圆环。

如上所述的导线圈与公头缆一端连接，公头缆另一端穿出锅形铁壳，公头缆与锅形铁壳之间通过树脂密封，导线圈通过树脂密封在锅形铁壳内。

如上所述的铁块的厚度大于等于2倍的锅形铁壳。

如上所述的铁块为圆形铁块，铁块与铁芯吸合的一面为平整面，铁块的直径大于圆形的锅形铁壳开口的直径。

如上所述的瓶体的两端设置有出水咀。

如上所述的瓶体的侧部设置有把手。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、采用通电时的电磁力来维持采水瓶的打开冲洗状态，断电时直接使瓶盖闭合，无任何传动装置，降低了系统误差，提高了成功率，能够更加准确地配合各类深潜器完成水样的时间序列采集或深度序列采集。

2、结构简单，受恶劣环境影响小，不易损坏；操作简便，容易安装和拆卸，方便维护和调试。

3、采用锅磁原理的电磁铁，单面吸附力强；超过1mm的距离时电磁力几乎消失，对其它部件产生的电磁干扰很小。

4、将电磁铁与水密线缆及水密接插件整体由树脂固封在一起，并外加防水绝缘涂层，水密效果好，渗水率低，可以耐受高水压，经实际测试可以耐受120Mpa的静压力（约为12000米深的水压）。

5，使用非常灵活，在浅水作业时，可以直接使用船上的电源及开关通过水下电缆来发出采水命令；深水作业时可以用各种深潜器搭载并提供电源、命令等，也可以使用类似蛟龙号载人潜水器机械臂手持采集热液口的水样。

附图说明

图1为本装置侧视结构图。

图2为本装置电磁释放模块正视结构图。

图3为本发明瓶体结构图。

图4为本发明电路示意图。

图中：1-瓶体；2-卡盖；3-电磁释放模块；

101-瓶身；102-把手；103-出水咀；104-内密封圈；105-限位环；106-咀帽；107-立柱；

201-帽檐；202-内塞；203-内把；204-内把孔；205-橡胶绳；206-外密封圈；207外把；208-外把孔；

301-电磁铁；302-公头缆；303-铁块；304-铁块圆环；305-电磁铁限位绳；306-铁块限位绳；307-电磁铁螺丝；308-电磁铁螺孔；309-锅形铁壳；3010-导线圈；3011-铁芯；3012-铁块螺丝；3013-铁块螺孔；3014-电磁铁圆环。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。

一种全海深断电电磁式采水装置，包括瓶体1，还包括设置在瓶体1两端开口处的卡盖2，两个卡盖2的内把203通过拉紧的高弹性的橡胶绳205相连；还包括位于瓶体1侧面中间位置的电磁释放模块3（没有固定在瓶身101上），电磁释放模块3主要由电磁铁301和铁块303两部分组成，分别通过电磁铁限位绳305和铁块限位绳306连接在两个卡盖2的外把207上。电磁铁301通电时紧紧吸附铁块303，使电磁铁限位绳305和铁块限位绳306处于拉紧状态，并拉紧卡盖2使其呈打开状态；断电时电磁铁301的电磁吸附力消失，释放掉铁块303，使电磁铁限位绳305和铁块限位绳306处于松开状态，卡盖2在橡胶绳205的收缩弹力作用下覆盖到瓶体1的瓶口位置，完成卡盖2的闭合，实现水样的采集和储存。

瓶体1包括瓶身101和位于瓶身101外侧面的把手102，把手102通过立柱107固定在瓶身101上；还包括设置在靠近瓶身101两端开口处的出水咀103及位于出水咀103端部用于密封的咀帽106；还包括位于瓶身101外侧面的两个光滑的限位环105，限位环105均位于瓶身101长度的大约四分之一的位置，使用时电磁铁限位绳305和铁块限位绳306分别从中穿过，用以限制卡盖2的开口方向和闭合时电磁铁301、铁块303的位置；还包括位于瓶身101两端内侧接近开口处的内密封圈104，用于卡盖2闭合时配合内塞202完成密封。

卡盖2包括盖檐201，位于盖檐201内侧的内塞202，还包括位于内塞202中间位置的内把203，内把203的外端部有椭圆形的内把孔204，孔内有高弹性的橡胶绳205穿过并拉紧，使两个卡盖2能够在橡胶绳205的收缩弹力作用下维持闭合状态；还包括位于盖檐201内侧环绕内塞202的外密封环206，用于卡盖2闭合时的加强密封；还包括位于盖檐201外侧中间位置的外把207，外把207端部的外把孔208，用于连接电磁铁限位绳305或铁块限位绳306。每个外把207端部设置了两个外把孔208，距离盖檐201有远近之分，可以根据需要选择合适距离的外把孔208。

电磁释放模块3包括电磁铁301，还包括位于电磁铁301内部的导线圈3010，位于导线圈3010中心位置的铁芯3011，还包括包裹铁芯3011和导线圈3010的锅形铁壳309，这样的设计充分利用了锅磁原理，使电磁铁3只在一面（吸合面）具有倍增的电磁吸附力，而在其它面的电磁力很弱，从而能够较高效率地利用电能；还包括与导线圈3010连接的水密接插件的公头缆302；还包括位于锅形铁壳309凸面中心位置的电磁铁螺孔308，其中设置有电磁铁螺丝307，其端部设置有电磁铁圆环3014，电磁铁圆环3014上连接有电磁铁限位绳305；还包括可以被电磁铁301紧密吸合的铁块303，铁块303使用导磁能力强、几乎不留磁的电工纯铁材质，其厚度大于锅形铁壳309壁厚的两倍，其圆面直径大于电磁铁301的直径，以此确保比较大的电磁吸附力；还包括位于铁块303中间位置的铁块螺孔3013，其中设置有铁块螺丝3012，其端部设置有铁块圆环304，铁块圆环304上连接有铁块限位绳306。电源通过公头缆302使导线圈3010通电或断电，使电磁铁301与铁块303维持吸合或松开状态，达到控制卡盖2打开或闭合的目的。导线圈3010、铁芯3011、锅形铁壳309以及公头缆302之间采用树脂一体实心固化密封的方式，外表还刷有防水防腐的涂层，确保能够在万米水压下维持良好的密封绝缘效果。

实施采样时，先保持电磁铁301通电，电磁铁301紧紧吸附铁块303，此时在电磁铁限位绳305和铁块限位绳306的牵引下卡盖2外把207被拉向瓶身101中间的方向，其对应的另一端顺势翘起，使瓶体1处于打开冲洗状态。当到达目标水层时，将电磁铁301断电，电磁吸附力消失，电磁铁301与铁块303分开，在橡胶绳205的收缩弹力作用下卡盖2被拉回并紧紧覆盖在瓶身101的两端开口上，盖檐201内侧的外密封圈206和瓶身101内壁的内密封圈104同时被压紧，实现密封，完成采水。

一般情况下，根据采水命令形式的不同，可以分为三种不同的应用形式：手动命令形式、时间命令形式和深度命令形式。手动命令形式是指把公头缆302连接到船上或岸上或载人深潜器的电源模块中，通过手动打开、关闭电控模块来实现水样采集，通过延长或缩短线缆长度来到达不同的目标水层，通过收回线缆来收回采水瓶及水样。既能一个采水瓶单独使用，也可以一条线缆串联多个或组合成阵列采水瓶来使用。时间命令形式是指搭载在带有微电脑时控模块的自返回式深潜器中，通过提前写入存储模块的程序，使时控模块在设定的时刻控制对应采水瓶电控模块的打开和关闭来实现水样的时间序列采集，在打捞回收深潜器的同时实现采水瓶及水样的收回，搭载在全海深的深潜器上可以实现全海深水样的时间序列采集。深度命令形式是指搭载在有深度传感器模块的自返回式深潜器上或CTD采水架上，通过提前写入存储模块的程序，深度传感器模块的输出信号经放大电路放大后输入到A/D转换单元中进行数字化处理，然后经过微电脑处理器分析后按照设定的程序在达到设定的深度时控制对应采水瓶电控模块的打开或关闭来实现水样的深度序列采集，在打捞回收深潜器的同时实现采水瓶及水样的收回，搭载在全海深的深潜器上可以实现全海深水样的深度序列采集（剖面采样）。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种全海深断电电磁式采水装置，包括两端开口的瓶体（1），其特征在于，还包括2个卡盖（2），2个卡盖（2）的内侧均设置有内把（203），2个卡盖（2）的外侧均设置有外把（207），两个内把（203）之间通过穿过瓶体（1）两端的橡胶绳（205）连接，其中一个卡盖（2）的外把（207）通过电磁铁限位绳（305）与电磁铁释放模块（3）一端连接，另一个卡盖（2）的外把（207）通过铁块限位绳（306）与电磁铁释放模块（3）的另一端连接，电磁铁限位绳（305）与铁块限位绳（306）均分别穿过设置在瓶体（1）两端外侧的限位环（105）。

2.根据权利要求1所述的一种全海深断电电磁式采水装置，其特征在于，所述的卡盖（2）包括内塞（202）、与内塞（202）连接的帽檐（201）和套设在内塞（202）上的外密封圈（206），瓶体（1）开口处设置有内密封圈（104），卡盖（2）与瓶体（1）开口处闭合时，外密封圈（206）和内密封圈（104）紧密闭合。

3.根据权利要求1所述的一种全海深断电电磁式采水装置，其特征在于，所述的电磁铁释放模块（3）包括锅形铁壳（309）、铁块（303）和设置在锅形铁壳（309）内的铁芯（3011），铁芯（3011）一端与锅形铁壳（309）的底部连接，铁芯（3011）另一端与锅形铁壳（309）的锅口处平齐，铁芯（3011）上缠绕有到导线圈（3010），锅形铁壳（309）上设置有电磁铁圆环（3014），铁块（303）上设置有铁块圆环（304）。

4.根据权利要求3所述的一种全海深断电电磁式采水装置，其特征在于，所述的导线圈（3010）与公头缆（302）一端连接，公头缆（302）另一端穿出锅形铁壳（309），公头缆（302）与锅形铁壳（309）之间通过树脂密封，导线圈（3010）通过树脂密封在锅形铁壳（309）内。

5.根据权利要求3所述的一种全海深断电电磁式采水装置，其特征在于，所述的铁块（303）的厚度大于等于2倍的锅形铁壳（309）。

6.根据权利要求3所述的一种全海深断电电磁式采水装置，其特征在于，所述的铁块（303）为圆形铁块，铁块（303）与铁芯（3011）吸合的一面为平整面，铁块（303）的直径大于圆形的锅形铁壳（309）开口的直径。

7.根据权利要求1~6任一项所述的一种全海深断电电磁式采水装置，其特征在于，所述的瓶体（1）的两端设置有出水咀（103）。

8.根据权利要求1~6任一项所述的一种全海深断电电磁式采水装置，其特征在于，所述的瓶体（1）的侧部设置有把手（102）。