[發(fā)明專利]深海全剖面流體采集及環(huán)境監(jiān)測裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710083752.2
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106768076A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫治雷;尹希杰;王利波;張喜林;黃威;曹紅;張現(xiàn)榮;翟濱;耿威
• 申請（專利權(quán)）人: 青島海洋地質(zhì)研究所;國家海洋局第三海洋研究所
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01N33/18
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務(wù)所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及深海流體采集與環(huán)境監(jiān)測，尤其是涉及深海全剖面流體采集及環(huán)境監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代海洋化學(xué)調(diào)查研究、海底極端環(huán)境探測和各種礦產(chǎn)資源的勘探開發(fā)過程中，常常需要對海水全剖面的多環(huán)境參數(shù)(例如溫度、鹽度、pH、Eh，以及不同氣體，包括氧氣、甲烷、硫化氫和二氧化碳的濃度等)進行連續(xù)監(jiān)測和水體樣品的定點、定時采集。傳統(tǒng)上，可有如下幾種方法：1)甲板采水測試，利用配備采水器的常規(guī)CTD(如Seabird 911plus)，在甲板設(shè)置好層位后從接近海底位置以水文絞車帶動采樣儀器向上垂直運動，在設(shè)定的位置定點采水和進行CTD參數(shù)采集；2)利用深海錨系裝置，在不同層位設(shè)置固定傳感器(或傳感器組合)進行參數(shù)采集；3)利用ROV或AUV等水下智能機器人進行分層定點采樣和環(huán)境參數(shù)采集。

目前，上述方法各有其優(yōu)缺點。概括而言，這些方法仍存在如下不足：1)不能解決采樣時在水體剖面上的層間擾動或混合，因為利用CTD采水器和ROV與AUV等手段采樣，無論上從上往下還是從下往上采集，都不可能用時過長，因此會不可避免地發(fā)生層間水體擾動和混合，導(dǎo)致所采取的水樣及環(huán)境參數(shù)與實際失真；2)無法解決樣品采集和環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的瞬時對比。除了深海錨系裝置、CTD采樣器打水采樣、ROV以及AUV分層采集和測試均不能解決在某一精確時間點層間樣品采集和環(huán)境參數(shù)的可對比性。而深海錨系裝置可以解決環(huán)境參數(shù)在精確時間點的對比，但卻不能進行某一時間同時采樣；3)三種方法均不能解決在某一時間尺度(如一周內(nèi))海水全剖面上不同層位在不同時間的樣品采集和多環(huán)境參數(shù)觀測等更加復(fù)雜的調(diào)查目標(biāo)；4)由于可能存在的海流、母船漂移以及智能機器人操作的原因，方法(1)和(3)無法精確保證所采集的樣品和監(jiān)測的參數(shù)處于一個垂直的剖面上。因此，當(dāng)前急需研制一種能解決以上不足，并可適應(yīng)于海水化學(xué)取樣觀測以及極端環(huán)境(海底冷泉和熱液)羽狀流分層取樣和監(jiān)測的儀器裝備，以更好地進行海水化學(xué)領(lǐng)域的研究、熱液金屬硫化物礦床以及天然氣水合物資源勘探和開發(fā)監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供深海全剖面流體采集及環(huán)境監(jiān)測裝置。

本發(fā)明設(shè)有浮力系統(tǒng)、上監(jiān)測單元、下監(jiān)測單元、上采樣單元、下采樣單元、上馬達轉(zhuǎn)子、下馬達轉(zhuǎn)子、通訊承重光纜、供電單元、聲學(xué)釋放器和重力基座；所述上監(jiān)測單元和下監(jiān)測單元設(shè)于浮力系統(tǒng)下方，上監(jiān)測單元和下監(jiān)測單元的各參數(shù)探頭開口均設(shè)于上采樣單元和下采樣單元垂直方向的中部并配備數(shù)據(jù)存儲裝置，上監(jiān)測單元、上采樣單元、下監(jiān)測單元和下采樣單元通過通訊承重光纜相連接，上采樣單元設(shè)在上馬達轉(zhuǎn)子上，下采樣單元設(shè)在下馬達轉(zhuǎn)子上，上馬達轉(zhuǎn)子和下馬達轉(zhuǎn)子通過通訊承重光纜與供電單元連接，通訊承重光纜上設(shè)有通訊接口，供電單元設(shè)于下馬達轉(zhuǎn)子下方，聲學(xué)釋放器設(shè)于供電單元與重力基座之間。

所述浮力系統(tǒng)可采用浮球，所述上監(jiān)測單元和下監(jiān)測單元可采用多參數(shù)傳感器組監(jiān)測單元，所述多參數(shù)傳感器組包括溶解氧探頭、pH探頭、Eh探頭、CTD探頭、氣體濃度探頭等，所述氣體濃度探頭包括甲烷濃度探頭、硫化氫濃度探頭和二氧化碳濃度探頭等；所述上采樣單元和下采樣單元可采用采樣瓶，所述采樣瓶可采用12個8L Niskin采樣瓶，12個8L Niskin采樣瓶呈梅花狀錨定于通訊承重光纜上；所述上采樣單元和下采樣單元可為兩頭開口，上采樣單元和下采樣單元可設(shè)有自動關(guān)閉裝置，當(dāng)上馬達轉(zhuǎn)子和下馬達轉(zhuǎn)子被觸發(fā)時，自動關(guān)閉裝置可立即關(guān)閉，將該層位的水體捕獲于密閉倉體中；所述聲學(xué)釋放器可采用兩臺并聯(lián)，以增加儀器回收的安全性。

12個8L Niskin采樣瓶放置在連接馬達轉(zhuǎn)子上，馬達轉(zhuǎn)子按時間間隔不同(如1小時、12小時或1天、1周不等)可設(shè)置12個時間點，到達設(shè)定時間時，自動觸發(fā)關(guān)閉裝置，然后采集水體，然后電機轉(zhuǎn)子進入下一個時間點的待采狀態(tài)，依次類推，最多可采相同層位的不同時間點的12瓶。為保證在同一時間點不同層位的水體特征的監(jiān)測，每一層的轉(zhuǎn)子的起始時間點和采樣步長都統(tǒng)一設(shè)置。

對可選配置的多種探頭(包括溶解氧、pH計、Eh計、CTD以及各種氣體探頭)都做小型化和模塊化插拔處理，并且實現(xiàn)統(tǒng)一供電，數(shù)據(jù)由同一面板顯示。實時監(jiān)測數(shù)據(jù)按統(tǒng)一時間步長采集，采集好的數(shù)據(jù)存儲于通信電纜上的儲存單元中。通訊承重光纜的長度根據(jù)研究目的和觀測位置的水深設(shè)置，如離底100m、200m或者全剖面等不同層級。整個系統(tǒng)的供電電池按6～12個月的工作周期配置。