[發明專利]適用于深海高溫熱液流體的耐腐蝕拉曼探頭裝置及方法

在審

• 申請號: 202011291809.6
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112240882A
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 杜增豐;張鑫;欒振東;席世川;李連福;張建興;宋永東;閻軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/01;G01N1/44
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發明屬于深海高溫熱液流體的原位光譜探測領域，具體地說是一種適用于深海高溫熱液流體的耐腐蝕拉曼探頭裝置及方法，探頭艙內部尾部通過光纜接頭經深海充油光纜與主耐壓艙內的激光器、光譜儀連接，前部通過探桿到達加熱模塊部分；探桿內部包含流體通道和探頭通道，通過液壓接頭經液壓管路與流體樣品抽濾系統連接；加熱模塊接入外接電源并通過加熱器進行加熱，在流體樣品抽濾系統的驅動下，高溫熱液流體經過濾器進入加熱模塊內部的光譜探測腔，拉曼探頭完成高溫熱液流體的原位拉曼光譜探測。本發明可在主耐壓艙和流體樣品抽濾系統的配合下，保持溫度壓強不變，完成高溫熱液流體的原位探測。

技術領域

本發明屬于深海高溫熱液流體的原位光譜探測領域，具體地說是一種適用于深海高溫熱液流體的耐腐蝕拉曼探頭裝置及方法。

背景技術

由于深海熱液噴口流體的溫度可達450℃，pH值可低至2，并且富含金屬硫化物顆粒，現有的傳感器很難做到保溫保壓的原位探測；而在溫度壓強等外部條件變化時，金屬硫化物顆粒會沉降附著，并且熱液流體中的成分也可能發生改變。因此，需要改進現有的原位探測方式，避免溫度壓強等外部條件對原位測量結果帶來的影響。防顆粒物附著的方式也需要改進，一方面通過前置過濾將粒徑較大的顆粒物濾除，另一方面通過加熱保持流體的溫度避免顆粒物因溶解度變化造成的沉降附著。以上情況決定了針對深海高溫熱液流體，需要對傳統探測裝置進行改善，以克服溫度維持方式和顆粒物附著兩方面的不足。

發明內容

針對上述深海高溫熱液流體原位探測所存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種適用于深海高溫熱液流體的耐腐蝕拉曼探頭裝置及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明的拉曼探頭裝置包括探頭艙、探桿、加熱模塊、光纜接頭及液壓接頭，其中探頭艙的探頭艙殼體為內部中空結構，一端安裝有所述光纜接頭，另一端與所述探桿的一端密封連接，該探桿的另一端設有所述加熱模塊，所述探頭艙殼體內安裝有拉曼探頭；所述探桿內部分別開設有探頭通道及流體通道，該探桿上安裝有液壓接頭，所述液壓接頭的一端與流體通道相連通，另一端通過液壓管路與流體樣品抽濾系統相連；所述加熱模塊包括加熱模塊本體、加熱模塊殼體及加熱器，該加熱模塊本體的一端與所述探桿的另一端密封連接，所述加熱模塊本體的另一端安裝有過濾器，所述探頭通道及流體通道分別延伸至加熱模塊本體內部，該加熱模塊本體內分別設有光譜探測腔及進液通道，所述光譜探測腔的一端分別與探頭通道及流體通道相連通，另一端通過所述進液通道與過濾器相連通；所述加熱模塊殼體安裝于加熱模塊本體外部，所述加熱器位于加熱模塊殼體內，并安裝在所述加熱模塊本體外表面上，該加熱器通過深海電纜與外接電源相連；所述光纜接頭通過深海充油光纜與主耐壓艙連接。

其中：所述加熱模塊殼體內還設有保溫層，該保溫層包裹于所述加熱模塊本體的外部，所述加熱器安裝于保溫層上。

所述保溫層內設有安裝于加熱模塊本體上的溫度傳感器，該溫度傳感器通過電纜與所述主耐壓艙連接，用于控制所述光譜探測腔的溫度。

所述流體通道的軸向中心線與探頭通道的軸向中心線相平行。

本發明適用于深海高溫熱液流體的耐腐蝕拉曼探頭裝置的使用方法為：所述主耐壓艙通過深海充油光纜與探頭相連，實現激發激光以及樣品拉曼信號的傳輸；所述流體樣品抽濾系統通過液壓管路與探桿相連，抽取外界的高溫熱液流體進入加熱模塊本體內的光譜探測腔中，實現進樣；所述過濾器濾除高溫熱液流體中大粒徑的顆粒物，所述外接電源通過深海電纜與加熱模塊內的加熱器相連，維持進入光譜探測腔的高溫熱液流體樣品的溫度，在所述光譜探測腔內實現保溫保壓原位高溫熱液流體的拉曼光譜探測。具體為：

所述探桿通過液壓接頭經液壓管路與流體樣品抽濾系統相連，在所述流體樣品抽濾系統的驅動下，高溫熱液流體從外界通過所述過濾器進入到加熱模塊本體內的光譜探測腔；