[發明專利]一種極地浮冰下層熱熔式取樣器

有效

• 申請號: 202110388856.0
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113138095B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 陳家旺;朱海;阮東瑞;葛勇強;周朋;高峰;梁濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 朱瑩瑩;周世駿

本發明公開了一種新型極地浮冰下層熱熔式取樣器，包括艙體，艙體內部具有密封的中空結構并在中空結構內設有冷熱源，艙體下表面安裝有水平推進器、和均勻分布在艙體四周豎直推進器；艙體上表面設有底座，底座與豎直推進器同心設置并且底座一端與豎直推進器的動力輸出端固連，底座另一端轉動連接有可繞自身關節自轉的機械手臂，機械手臂自由端螺紋連接冷熱頭；艙體上表面密封安裝有直線電機，直線電機輸出端螺紋連接熱熔鉆頭；冷熱頭和熱熔鉆頭通過兩位三通閥與冷熱源連接，由冷熱源對冷熱頭和熱熔鉆頭進行制冷或制熱。使用熱熔鉆頭進行取樣，利用冷熱源進行鉆頭的加熱和降溫，使得取樣動作更加簡單。

技術領域

本發明涉及極地冰芯取樣領域，具體涉及到一種利用熱熔方式進行極地冰芯取樣的取樣器，即涉及一種新型極地浮冰下層熱熔式取樣器。

背景技術

作為極地研究的重要資料，冰芯對于了解古氣候變化有著舉足輕重的作用，極地冰芯取樣方式分為手動和機動。手動冰芯取樣設備簡單，取樣量小，鉆深較小，但更方便。機動冰芯取樣包括了機械回旋方式和熱水鉆，設備龐大、維護難度大、試驗成本高昂。為了獲取更深的冰芯樣品以便了解更遠古的氣候變化，常常需要鉆取到上千米的深度。南北極冰蓋厚度最大處達到了三四千米，浮冰的厚度也可達幾十米。

極地浮冰是極地研究的重要內容，但由于浮冰四處漂浮，大型設備難以安裝到浮冰上，小型手動取樣裝置需要人在浮冰上操作，但浮冰性質的力學性質不穩定，易破裂，給操作人員造成生命危險。有文獻表明，浮冰的下表層聚集有大量的極地微生物，而對此冰水界面的取樣目前無專用設備。浮冰下表層取樣的主要難度在于取樣點到達、水下取樣器動態平衡、取樣過程取樣器的水下固定以及冰芯的獲取。冰芯鉆頭采用機械回旋式的主要弊端在于機械回旋需要旋轉電機提供周向旋轉動作，因此在結構上多了旋轉電機，并且由于在水下工作，需要配套充油艙，電機與控制模塊的通信利用水密接插件連接實現，因此整體結構變得更加的繁雜。

采用熱熔鉆頭可以在結構上得到精簡，另外熱熔鉆頭和冷熱頭可以共用制冷制熱系統。目前吉林大學采用的熱熔鉆是自上而下的，且是以極地冰蓋作為對象的。其設備尺寸龐大，盡管做到了相對密封的環境取樣并且污染相對較少，但其弊端在于整個作業過程漫長，并且在浮冰上也不能進行作業。截至目前，沒有以浮冰為取樣對象，并且著重于冰水界面層的專用取樣器。

除此之外，目前的取樣器取樣作業基本采用吊放或者重力下墜的方式進行，其只能單次作業，并且無法自己運動到指定地點。若是搭載ROV進行海底取樣，設備的整體尺寸變得較大，不適宜少量取樣。具備海底自主巡航和無線遠程控制取樣操作的取樣器目前還未在研究中被找到。

浮冰下存在的大量微生物是了解極地生命形態的重要參考來源。其生存環境較為嚴苛，并且由于浮冰的移動性以及力學特性決定了無法采用大型設備進行作業。因此設計一套能夠自主巡航、單次下放多次取樣的取樣器顯得必要，由下而上的冰芯取樣方式在保證了原位環境的同時，也保證了取樣樣品的質量。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，設計一種以極地浮冰為對象的新型熱熔式取樣器，取樣對象主要為浮冰下層海水、冰水界面以及下層冰芯。

一種新型極地浮冰下層熱熔式取樣器，包括艙體，艙體內部具有密封的中空結構并在中空結構內設有冷熱源，艙體下表面安裝有用于使艙體在水平方向運動的水平推進器、和均勻分布在艙體四周并用于使艙體在豎直方向運動的豎直推進器；

艙體上表面設有底座，底座與豎直推進器同心設置并且底座一端與豎直推進器的動力輸出端固定連接，底座另一端轉動連接有可繞自身關節自轉的機械手臂，所述機械手臂自由端螺紋連接冷熱頭；

所述艙體上表面還密封安裝有直線電機，直線電機輸出端螺紋連接熱熔鉆頭；所述冷熱頭和熱熔鉆頭通過兩位三通閥與所述冷熱源連接，由冷熱源對冷熱頭和熱熔鉆頭進行制冷或制熱。