專利名稱：手持式深海熱液保真采樣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種手持式深海熱液保真采樣器，具體說(shuō)是采用壓力自補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)深海熱液保真采樣的裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前在海洋資源探測(cè)工作中，國(guó)際海洋界已經(jīng)開(kāi)展了對(duì)深海熱液采樣技術(shù)的研究。但國(guó)內(nèi)外目前已有的采樣器既不保溫也不保壓，所采集到的熱液樣品因溫度、壓力、光照等條件的變化，其原始成分與狀態(tài)已發(fā)生變化，不能為科學(xué)家提供熱液的原位信息。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種適合于深海熱液采集的手持式深海熱液保真采樣器。
本實(shí)用新型的手持式深海熱液保真采樣器包括由前固定板和后固定板固定成一體的控制腔、采樣筒、蓄能器和電路腔，在前固定板和后固定板間固定有夾持手柄，在控制腔的殼體上設(shè)有吸水管和卸壓口，在控制腔內(nèi)部的軸向從前固定板至后固定板依次裝有第一彈簧、錐閥、第二彈簧、控制閥芯和采樣觸發(fā)螺釘，采樣觸發(fā)螺釘?shù)囊欢寺队跉んw外并繞有電磁耦合(ICL)線圈，在控制腔殼體上設(shè)有由錐閥控制啟閉的管道，該管道與采樣筒相連通，在管道上安裝有控制采樣筒中的采樣熱液不會(huì)倒流出去的第一單向閥，在采樣筒靠近前固定板的一端裝有第一截止閥，另一端的筒壁上裝有第二截止閥，采樣筒內(nèi)裝有活塞和活塞桿，活塞桿一端伸出采樣筒與套筒相連，在套筒上設(shè)有使活塞桿返回動(dòng)作的拉簧，在筒壁的徑向設(shè)有垂直于活塞桿滑動(dòng)的止口銷，活塞桿的徑向有與止口銷相配的凹槽，蓄能器的出口端分三路，其中一路安裝有壓力表，另一路接第二單向閥的出口端，第二單向閥的入口端直接通海水，第三路與第三單向閥的入口端相連，第三單向閥的出口端與第三截止閥一端相連，第三截止閥的另一端與溢流閥、毛細(xì)管和第一單向閥的連接處相連，毛細(xì)管的另一端與采樣筒相連通，電路腔上裝有用于探測(cè)熱液溫度的熱液探頭，電路腔內(nèi)置有電路板，電路板的信號(hào)輸出端與ICL線圈相連。
為了提高保真采樣器的強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐高壓性、耐高溫性、減輕重量，上述的控制腔、采樣筒、電路腔、前固定板、后固定板、夾持手柄、錐閥、控制閥芯、拉桿、活塞桿和活塞可選擇TC4鈦合金制成。在需要耐高溫高壓處的密封材料選擇碳化硅等耐高溫的密封材料。
為進(jìn)一步提高采樣筒的保溫性，通常，在采樣筒的外壁涂氧化鋯陶瓷隔熱涂層。
本實(shí)用新型的手持式深海熱液保真采樣器不需要深潛器提供電源或其他動(dòng)力源，利用載人深潛器機(jī)械手上的觸發(fā)缸觸發(fā)采樣。該保真采樣器利用蓄能器的壓力自補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)采樣過(guò)程中壓力基本保持不變。通過(guò)在保真采樣筒外壁涂隔熱涂層可實(shí)現(xiàn)該保真采樣筒的被動(dòng)保溫?？朔水?dāng)前現(xiàn)有的熱液采樣器既不能保壓又不能保溫的缺點(diǎn)，其最大采樣深度可達(dá)水下7000米(最高保持壓力為70MPa)，可直接對(duì)溫度高達(dá)400℃的深海熱液進(jìn)行采樣，這大大擴(kuò)大了該保真采樣器的適用范圍。


圖1是手持式深海熱液保真采樣器的構(gòu)成原理圖；圖2是手持式深海熱液保真采樣器一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合原理圖1及結(jié)構(gòu)示意圖2進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
參照附圖，手持式深海熱液保真采樣器包括由前固定板6和后固定板2固定成一體的控制腔24、采樣筒16、蓄能器4和電路腔3。在前固定板6和后固定板2間固定有夾持手柄23，便于深潛器上機(jī)械手的夾持與操作。在控制腔24的殼體上設(shè)有吸水管19和卸壓口21，在控制腔24內(nèi)部的軸向從前固定板6至后固定板2依次裝有第一彈簧18、錐閥20、第二彈簧22、控制閥芯25和采樣觸發(fā)螺釘27，采樣觸發(fā)螺釘27的一端露于殼體外，以便于深潛器機(jī)械手上觸發(fā)缸觸發(fā)啟動(dòng)采樣，在采樣觸發(fā)螺釘27上繞有ICL線圈26，在控制腔24殼體上設(shè)有由錐閥20控制啟閉的管道17。在觸發(fā)螺釘27未被觸發(fā)時(shí)，管道17被錐閥20的閥芯左端擋住而關(guān)閉，使得由吸水管19吸取的液體由卸壓口21排出，當(dāng)觸發(fā)螺釘27被觸發(fā)推動(dòng)錐閥20左移時(shí)，管道17打開(kāi)而與吸水管19相通，而原來(lái)與吸水管19相通的卸壓口21被左移的錐閥20的右部閥芯擋住關(guān)閉。該管道17與采樣筒16相連通，在管道17上安裝有使得采樣筒中采取的熱液不會(huì)從吸水管19倒流出去的第一單向閥14。在采樣筒16靠近前固定板6的一端裝有第一截止閥15，另一端的筒壁上裝有第二截止閥34，筒體內(nèi)依次裝有活塞33和活塞桿32，圖例中，活塞桿32伸出采樣筒16的一端，置入套筒30內(nèi)，與套筒相連，套筒30上設(shè)有拉簧31，利用該拉簧可使活塞桿32返回動(dòng)作，在筒壁的徑向設(shè)有垂直于活塞桿32滑動(dòng)的止口銷28，活塞桿32的徑向有與止口銷28相配的凹槽29。當(dāng)觸發(fā)螺釘27被觸發(fā)后，控制閥芯25和錐閥20左移，止口銷28上彈，采樣筒16內(nèi)的活塞33在拉簧31的作用下右移，使得采樣筒可以采集熱液。而在未采樣時(shí)，止口銷28固定于控制閥芯25和活塞桿32之間，起限位固定作用，使得活塞33、活塞桿32不能移動(dòng)。蓄能器4的出口端分三路，其中一路安裝有壓力表9，另一路與第二單向閥8的出口端相連，第二單向閥8的入口端直接通海水，第三路與第三單向閥10的入口端相連，第三單向閥10的出口端與第三截止閥11一端相連，第三截止閥11的另一端與溢流閥12、毛細(xì)管13和第一單向閥14的連接處相連，毛細(xì)管13的另一端與采樣筒16相連通，以便于蓄能器4沿著毛細(xì)管13對(duì)采樣筒16中的熱液進(jìn)行補(bǔ)壓。電路腔3上裝有用于探測(cè)熱液溫度的熱液探頭7，電路腔3內(nèi)置有電路板5，該電路板5可采用通用的溫度檢測(cè)電路板，電路板5的信號(hào)輸出端從水密接插件1伸出，通過(guò)纜線連接在觸發(fā)螺釘27右端的ICL線圈26上。
本實(shí)用新型采樣器的工作原理如下在船上時(shí)，手持式深海熱液保真采樣器置于深潛器的采樣籃中，此時(shí)活塞33在采樣筒16的最左端位置，拉簧31處于被壓縮狀態(tài)，控制腔24上的觸發(fā)螺釘27未被觸發(fā)，管道17被錐閥20左端閥芯擋住而關(guān)閉，當(dāng)深潛器下潛到海水中一定深度、海水壓力大于蓄能器4的預(yù)壓力時(shí)，連接于蓄能器4上的第二單向閥8打開(kāi)，對(duì)蓄能器4進(jìn)行沖壓，達(dá)到海底壓力。此時(shí)，采樣筒16左邊的第一截止閥15是打開(kāi)的，采樣筒上的第二截止閥34是關(guān)閉的。到海底時(shí)，機(jī)械手伸出，將采樣器的吸水管19和熱液探頭7對(duì)準(zhǔn)熱液的噴口，機(jī)械手手臂上的觸發(fā)液壓缸對(duì)準(zhǔn)采樣觸發(fā)螺釘27，在觸發(fā)螺釘27動(dòng)作之前，從吸水管19進(jìn)入控制腔的熱液從卸壓口21排放掉。電路板5的溫度輸出信號(hào)通過(guò)ICL傳送給深潛器，當(dāng)熱液探頭7測(cè)得熱液溫度超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，深潛器發(fā)出指令，機(jī)械手臂上的觸發(fā)液壓缸頂出觸發(fā)螺釘27，其結(jié)果是產(chǎn)生了兩個(gè)動(dòng)作一是錐閥20向左移動(dòng)，卸壓口21關(guān)閉，此時(shí)熱液通過(guò)吸水管19、管道17和第一單向閥14進(jìn)入采樣筒16中；二是起限位作用的止口銷28上彈，活塞33在拉簧31的作用下迅速右移，將熱液樣品吸入采樣筒16中。采樣結(jié)束時(shí)，機(jī)械手手臂上的觸發(fā)液壓缸縮回，控制腔24中的閥芯25和錐閥20又回到初始位置。當(dāng)采樣筒16中的熱液壓力有所降低時(shí)，第一單向閥14關(guān)閉，以防液體泄漏，蓄能器4上的第三單向閥10打開(kāi)，給采樣筒16補(bǔ)壓，以保證采樣筒中熱液壓力不會(huì)下降很多，溢流閥12在補(bǔ)壓過(guò)程中起卸荷保護(hù)作用。當(dāng)上船后取樣品時(shí)，關(guān)閉第一截止閥15和第三截止閥11，卸掉蓄能器4和電路腔3等部分，將分析裝置連接于第一截止閥15上，打開(kāi)第一截止閥15，將泵接于采樣筒另一端的第二截止閥34上，打開(kāi)第二截止閥34并用泵加壓就可取出樣品。
權(quán)利要求1.一種手持式深海熱液保真采樣器，其特征在于它包括由前固定板(6)和后固定板(2)固定成一體的控制腔(24)、采樣筒(16)、蓄能器(4)和電路腔(3)，在前固定板(6)和后固定板(2)間固定有夾持手柄(23)，在控制腔(24)的殼體上設(shè)有吸水管(19)和卸壓口(21)，在控制腔(24)內(nèi)部的軸向從前固定板(6)至后固定板(2)依次裝有第一彈簧(18)、錐閥(20)、第二彈簧(22)、控制閥芯(25)和采樣觸發(fā)螺釘(27)，采樣觸發(fā)螺釘(27)的一端露于殼體外并繞有電磁耦合線圈(26)，在控制腔(24)殼體上設(shè)有由錐閥(20)控制啟閉的管道(17)，該管道(17)與采樣筒(16)相連通，在管道(17)上安裝有控制采樣筒中的采樣熱液不會(huì)倒流出去的第一單向閥(14)，在采樣筒(16)靠近前固定板(6)的一端裝有第一截止閥(15)，另一端的筒壁上裝有第二截止閥(34)，采樣筒內(nèi)裝有活塞(33)和活塞桿(32)，活塞桿(32)一端伸出采樣筒(16)與套筒(30)相連，在套筒(30)上設(shè)有使活塞桿(32)返回動(dòng)作的拉簧(31)，在筒壁的徑向設(shè)有垂直于活塞桿(32)滑動(dòng)的止口銷(28)，活塞桿(32)的徑向有與止口銷(28)相配的凹槽(29)，蓄能器(4)的出口端分三路，其中一路安裝有壓力表(9)，另一路接第二單向閥(8)的出口端，第二單向閥(8)的入口端直接通海水，第三路與第三單向閥(10)的入口端相連，第三單向閥(10)的出口端與第三截止閥(11)一端相連，第三截止閥(11)的另一端與溢流閥(12)、毛細(xì)管(13)和第一單向閥(14)的連接處相連，毛細(xì)管(13)的另一端與采樣筒(16)相連通，電路腔(3)上裝有用于探測(cè)熱液溫度的熱液探頭(7)，電路腔(3)內(nèi)置有電路板(5)，電路板(5)的信號(hào)輸出端與ICL線圈(26)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式深海熱液保真采樣器，其特征是所說(shuō)的后固定板(2)、電路腔(3)、前固定板(6)、采樣筒(16)、錐閥(20)、夾持手柄(23)、控制腔(24)、控制閥芯(25)、活塞桿(32)和活塞(33)均用TC4鈦合金制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式深海熱液保真采樣器，其特征是在采樣筒(16)的外壁涂有氧化鋯陶瓷涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式深海熱液保真采樣器，其特征是在電路腔(3)的導(dǎo)線引出端為水密接插件(1)。
專利摘要本實(shí)用新型的手持式深海熱液保真采樣器包括固定成一體的控制腔、采樣筒、蓄能器和電路腔，在控制腔設(shè)有吸水管和卸壓口，軸向有彈簧、錐閥、控制閥芯和一端露于腔體外并繞有ICL線圈的采樣觸發(fā)螺釘，采樣筒內(nèi)裝有活塞和活塞桿，其通過(guò)單向閥與控制腔連通，蓄能器有一路經(jīng)單向閥直接通海水，另有一路經(jīng)單向閥、截止閥與采樣筒相連通，電路腔上裝有用于探測(cè)熱液溫度的熱液探頭，腔內(nèi)電路板的信號(hào)輸出端與ICL線圈相連。該保真采樣器利用載人深潛器機(jī)械手上的觸發(fā)缸觸發(fā)采樣。它強(qiáng)度高、重量輕、既保壓又保溫，其最大采樣深度可達(dá)水下7000米，最高保持壓力為70MPa，可直接對(duì)溫度高達(dá)400℃的深海熱液進(jìn)行采樣，大大擴(kuò)大了保真采樣器的適用范圍。
文檔編號(hào)G01N1/10GK2660506SQ20032012285
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2003年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月21日
發(fā)明者楊燦軍, 陳鷹, 劉偉, 王延玲, 顧臨怡, 趙偉, 劉仲明, 沈國(guó)泉, 牛彬, 吳世軍, 陳慧明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)