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      深海熱液序列采樣器的制作方法

      文檔序號(hào):5826442閱讀:361來源:國知局
      專利名稱:深海熱液序列采樣器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本實(shí)用新型涉及一種深海水體采樣裝置,具體說涉及一種可采集多個(gè)樣品 的深海熱液序列采樣裝置。
      技術(shù)背景深海熱液口是海底最顯著的特征之一 ,熱液口附近不但蘊(yùn)藏有大量的金屬 硫化物等礦產(chǎn)資源,而且孕育了極端環(huán)境下獨(dú)特的生物群落,具有重要的深海 資源勘査和科學(xué)研究價(jià)值。國內(nèi)外已經(jīng)展開了對(duì)深海熱液采樣技術(shù)的研究,但 目前己有的采樣器大多只能采集單個(gè)樣品,不能反映熱液隨時(shí)間的變化規(guī)律, 而一些一次能采集多個(gè)樣品的采樣器由于采用泵來抽取熱液,系統(tǒng)功耗較大, 難于實(shí)現(xiàn)海底的長期布置。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種功耗低,適合于海底長期布置并能獲取保壓 樣品的深海熱液序列采樣器。本實(shí)用新型的深海熱液序列釆樣器,包括一個(gè)控制單元和多個(gè)采樣單元, 控制單元包括電路腔及與電路腔相連的電磁耦合線圈和溫度探頭,每個(gè)采樣單 元包括一個(gè)采樣閥和一個(gè)采樣筒,所說的采樣閥包括同軸線裝置的閥體和密封 腔體,閥體內(nèi)設(shè)有孔徑相等的左右兩個(gè)閥套和,兩閥套之間有一支撐環(huán),閥套 內(nèi)有閥芯,閥芯的一端依次有第一彈簧座、復(fù)位彈簧和與閥體固定的彈簧壓帽, 閥體上開有與采樣管相連的進(jìn)液口和與釆樣筒相連的出液口,密封腔體具有與 閥芯相通的中心軸孔,密封腔體內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)彈簧,驅(qū)動(dòng)彈簧的兩端分別與閥芯 推桿和第二彈簧座抵住,閥芯推桿的頂部圓柱體置入密封腔體的中心軸孔中, 閥芯推桿的錐體部分位于密封腔體中,在閥芯推桿的錐體上套有內(nèi)表面與錐面 吻合的第一觸發(fā)環(huán),第一觸發(fā)環(huán)的端面抵住密封腔體的端面,密封腔體的端蓋和第二彈簧座分別具有軸向通孔,第二彈簧座的一端置入端蓋的軸向通孔中, 在第二彈簧座上套有第二觸發(fā)環(huán),第二觸發(fā)環(huán)的兩個(gè)端面分別與第二彈簧座的臺(tái)階面和密封腔體的端蓋抵住,端蓋的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片,第一觸發(fā)環(huán)和第二觸發(fā)環(huán)各自包括4個(gè)沿直徑方向分開的等分環(huán),4個(gè)等 分環(huán)由線圈環(huán)繞固定為一個(gè)整體,所說的線圈由不銹鋼絲和尼龍線連接構(gòu)成,其中尼龍線纏繞在電阻上,電阻的兩端與連接電路腔的水密線纜相連;采樣筒 包括采樣腔和蓄能腔,采樣腔和蓄能腔分別固定在連接器的兩端,連接器內(nèi)設(shè) 有連通采樣腔和蓄能腔的節(jié)流器,在采樣腔和蓄能腔內(nèi)分別設(shè)有活塞,蓄能腔 的端部接有充氣閥,采樣腔的進(jìn)液口與采樣閥的出液口相連。本實(shí)用新型的深海熱液序列采樣器采用模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采樣單元的個(gè) 數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行任意配置,各個(gè)采樣單元之間相互獨(dú)立,從而提高了采 樣器的可靠性和適用性。采樣閥采用單次觸發(fā)的驅(qū)動(dòng)原理,用高強(qiáng)力的尼龍線 來約束觸發(fā)環(huán),由于尼龍線熔點(diǎn)低,能通過電阻的發(fā)熱迅速燒斷,使得觸發(fā)動(dòng) 作迅速,采樣閥只在打開和關(guān)閉的瞬間消耗一點(diǎn)電能,而在采樣過程中無需電 能,從而大大降低了系統(tǒng)的功耗,使采樣器可長期布置于海底,獲取時(shí)序的熱 液樣品。采樣筒由串連在一起的采樣腔和蓄能腔組成,可保持樣品的壓力,進(jìn) 行樣品的等壓轉(zhuǎn)移。

      圖1是深海熱液序列采樣器的原理示意圖; 圖2是采樣閥的一種結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是一種觸發(fā)環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖,其中,圖a是觸發(fā)環(huán)的軸向剖面圖,圖b 是俯視圖,圖c是線圈纏繞在電阻上的示意圖;圖4是采樣筒的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
      具體實(shí)施方式
      以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。參照圖l,本實(shí)用新型的深海熱液序列采樣器,包括一個(gè)控制單元和多個(gè)采 樣單元,控制單元包括電路腔7、電磁耦合線圈6和溫度探頭2,溫度探頭2通 過水密線纜5與電路腔7連接,電磁耦合線圈6與電路腔7相連。每個(gè)采樣單 元包括一個(gè)采樣閥3和一個(gè)采樣筒8,所說的采樣閥3如圖2所示,包括同軸線 裝置的閥體35和密封腔體22,閥體35內(nèi)設(shè)有孔徑相等的左右兩個(gè)閾套25和 28,兩閥套之間有一支撐環(huán)27,閥套內(nèi)有閥芯33,閥芯33的一端依次安有第 一彈簧座32、復(fù)位彈簧31和與閥體35固定的彈簧壓帽30。為了耐高溫耐腐蝕, 閥體35、兩個(gè)閥套25和28、支撐環(huán)27、第一彈簧座32及彈簧壓帽30均由鈦 合金制成,而閥芯33由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成,通常,閥芯33與閥套25 之間使用錐面密封,從而達(dá)到良好的密封效果。在閥體35上開有與采樣管1相連的進(jìn)液口 34和與采樣筒8相連的出液口 26, 圖示實(shí)例中,在采樣管的末端設(shè)有一單向閥9,以便于在采樣前利用熱液的噴發(fā) 對(duì)采樣管進(jìn)行沖洗。密封腔體22具有與閥芯33相通的中心軸孔,密封腔體22
      內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)彈簧36,驅(qū)動(dòng)彈簧36的兩端分別與閥芯推桿24和第二彈簧座21抵 住,閥芯推桿24的頂部圓柱體置入密封腔體22的中心軸孔中,閥芯推桿24的 錐體部分位于密封腔體22中,在閥芯推桿24的錐體上套有內(nèi)表面與錐面吻合 的第--觸發(fā)環(huán)23,第一觸發(fā)環(huán)23的端面抵住密封腔體22的端面,密封腔體22 的端蓋37和第二彈簧座21分別具有軸向通孔,第二彈簧座21的一端置入端蓋 37的軸向通孔中,在第二彈簧座21上套有第二觸發(fā)環(huán)20,第二觸發(fā)環(huán)20的兩 個(gè)端面分別與第二彈簧座21的臺(tái)階面和密封腔體22的端蓋37抵住,端蓋37 的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片38,第一觸發(fā)環(huán)23和第二觸發(fā)環(huán) 20 (見圖3)各自包括4個(gè)沿直徑方向分開的等分環(huán)45, 4個(gè)等分環(huán)由線圈41 環(huán)繞固定為一個(gè)整體,所說的線圈41由不銹鋼絲和高強(qiáng)力尼龍線連接構(gòu)成,其 中高強(qiáng)力尼龍線有一段纏繞在電阻42上,電阻42的兩端與連接電路腔7的水 密線纜4相連。采樣筒8如圖4所示,包括采樣腔57和蓄能腔52,采樣腔57 和蓄能腔52分別固定在連接器55的兩端,連接器55內(nèi)設(shè)有連通采樣腔57和 蓄能腔52的節(jié)流器54,用于調(diào)節(jié)采樣速度,在采樣腔57和蓄能腔52內(nèi)分別設(shè) 有活塞58和53,蓄能腔52的端部接有充氣閥51,采樣腔57的進(jìn)液口 59與采 樣閥3的出液口26相連。采樣前,使采樣閥的密封腔體充滿硅油密封,與外界壓力相平衡。密封腔 體中的驅(qū)動(dòng)彈簧36處于壓縮狀態(tài),第一、第二兩個(gè)觸發(fā)環(huán)都被線圈所約束,使 得第二彈簧座21和閥芯推桿24不能移動(dòng);采樣筒的蓄能腔和采樣腔中的活塞 53和58分別處于各腔的右端(圖4),在采樣腔的活塞58與連接器55之間的 腔體內(nèi)充滿蒸餾水,通過充氣閥51向蓄能腔52內(nèi)充入氮?dú)?,使氮?dú)獾膲毫_(dá) 到預(yù)采樣熱液壓力的10%并關(guān)閉充氣閥51。采樣時(shí),首先由電路腔7通過水密線纜4給第一觸發(fā)環(huán)23通電,第一觸發(fā) 環(huán)上的電阻迅速升溫,纏繞在電阻上的尼龍線被燒斷,4個(gè)等分環(huán)失去約束而散 開,閥芯推桿24向右移動(dòng)推動(dòng)閥芯33,采樣閥3打開;熱液從采樣管l經(jīng)過進(jìn) 液口 34進(jìn)入采樣閥3,再從采樣閥的出液口 26進(jìn)入采樣筒的采樣腔57。在壓 力差的作用下,熱液推動(dòng)活塞58向左運(yùn)動(dòng),采樣腔57內(nèi)的預(yù)充蒸餾水經(jīng)過節(jié) 流器54進(jìn)入蓄能腔52,并推動(dòng)活塞53向左運(yùn)動(dòng),氮?dú)獗粔嚎s,從而壓力增高, 當(dāng)壓力達(dá)到平衡時(shí)采樣停止。釆樣結(jié)束后,電路腔7給第二觸發(fā)環(huán)20通電,第 二觸發(fā)環(huán)上的電阻迅速升溫,纏繞在電阻上的尼龍線被燒斷,4個(gè)等分環(huán)失去約 束而散開,第二彈簧座21由于4個(gè)等分環(huán)的散開而向左移動(dòng),使驅(qū)動(dòng)彈簧36 完全恢復(fù)到自由狀態(tài),閥芯33在復(fù)位彈簧31的作用下重新與閥套25密封,采
      樣閥3關(guān)閉。深海熱液序列采樣器中釆樣單元的個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置,采樣器 可長時(shí)間布置于海底,根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔進(jìn)行時(shí)序采樣,也可以通過電磁耦 合線圈由上位機(jī)進(jìn)行控制采樣。
      權(quán)利要求1.深海熱液序列采樣器,其特征在于它包括一個(gè)控制單元和多個(gè)采樣單元,控制單元包括電路腔(7)及與電路腔(7)相連的電磁耦合線圈(6)和溫度探頭(2),每個(gè)采樣單元包括一個(gè)采樣閥(3)和一個(gè)采樣筒(8),所說的采樣閥(3)包括同軸線裝置的閥體(35)和密封腔體(22),閥體(35)內(nèi)設(shè)有孔徑相等的左右兩個(gè)閥套(25)和(28),兩閥套之間有一支撐環(huán)(27),閥套內(nèi)有閥芯(33),閥芯(33)的一端依次有第一彈簧座(32)、復(fù)位彈簧(31)和與閥體(35)固定的彈簧壓帽(30),閥體(35)上開有與采樣管(1)相連的進(jìn)液口(34)和與采樣筒(8)相連的出液口(26),密封腔體(22)具有與閥芯(33)相通的中心軸孔,密封腔體(22)內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)彈簧(36),驅(qū)動(dòng)彈簧(36)的兩端分別與閥芯推桿(24)和第二彈簧座(21)抵住,閥芯推桿(24)的頂部圓柱體置入密封腔體(22)的中心軸孔中,閥芯推桿(24)的錐體部分位于密封腔體(22)中,在閥芯推桿(24)的錐體上套有內(nèi)表面與錐面吻合的第一觸發(fā)環(huán)(23),第一觸發(fā)環(huán)(23)的端面抵住密封腔體(22)的端面,密封腔體(22)的端蓋(37)和第二彈簧座(21)分別具有軸向通孔,第二彈簧座(21)的一端置入端蓋(37)的軸向通孔中,在第二彈簧座(21)上套有第二觸發(fā)環(huán)(20),第二觸發(fā)環(huán)(20)的兩個(gè)端面分別與第二彈簧座(21)的臺(tái)階面和密封腔體(22)的端蓋(37)抵住,端蓋(37)的外端面裝置有封住端蓋軸向通孔的彈性膜片(38),第一觸發(fā)環(huán)(23)和第二觸發(fā)環(huán)(20)各自包括4個(gè)沿直徑方向分開的等分環(huán)(45),4個(gè)等分環(huán)由線圈(41)環(huán)繞固定為一個(gè)整體,所說的線圈(41)由不銹鋼絲和尼龍線連接構(gòu)成,其中尼龍線纏繞在電阻(42)上,電阻(42)的兩端與連接電路腔(7)的水密線纜(4)相連;采樣筒(8)包括采樣腔(57)和蓄能腔(52),采樣腔(57)和蓄能腔(52)分別固定在連接器(55)的兩端,連接器(55)內(nèi)設(shè)有連通采樣腔(57)和蓄能腔(52)的節(jié)流器(54),在采樣腔(57)和蓄能腔(52)內(nèi)分別設(shè)有活塞(58)和(53),蓄能腔(52)的端部接有充氣閥(51),采樣腔(57)的進(jìn)液口(59)與采樣閥(3)的出液口(26)相連。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海熱液序列采樣器,其特征在于采樣閥的閥體 (35)、兩個(gè)閥套(25)和(28)、支撐環(huán)(27)、彈簧壓帽(30)以及第一彈簧座(32)均由鈦合金制成,閥芯(33)由聚醚醚酮塑料(PEEK)制成。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海熱液序列采樣器,其特征在于采樣管的末端設(shè) 有一單向閥(9)。
      專利摘要本實(shí)用新型公開的深海熱液序列采樣器包括一個(gè)控制單元和多個(gè)采樣單元,控制單元主要包括電磁耦合線圈、電路腔以及溫度探頭,每個(gè)采樣單元包括一個(gè)采樣閥和一個(gè)采樣筒,采樣閥的進(jìn)液口連接采樣管,出液口連接采樣筒,并通過水密線纜與電路腔相連。采樣筒由串連在一起的采樣腔和蓄能腔組成,可保持樣品的壓力,進(jìn)行樣品的等壓轉(zhuǎn)移。采樣閥采用單次觸發(fā)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),可大大降低系統(tǒng)的功耗,使序列采樣器具有長期布置的能力。序列采樣器各采樣單元之間相互獨(dú)立,可根據(jù)需要進(jìn)行任意配置,大大提高了采樣器的可靠性和適用性。
      文檔編號(hào)G01N1/14GK201034857SQ20072010799
      公開日2008年3月12日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
      發(fā)明者劉芳芳, 吳世軍, 周麗娟, 張佳帆, 楊燦軍, 王杭州 申請人:浙江大學(xué)
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