專利名稱：一種冰蓋淺層永久積雪孔隙封堵提取氣體的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冰蓋淺層永久積雪孔隙封堵提取氣體的采樣裝置。
背景技術(shù)：
目前，人類的活動(dòng)使自身賴以生存的自然界產(chǎn)生了一系列重大的環(huán)境問(wèn)題，如溫室氣體增加和全球變暖、臭氧層減薄甚或形成臭氧洞、森林銳減和物種滅絕、土壤肥力下降和土地荒漠化，以及淡水資源短缺等。因此，國(guó)際科學(xué)界針對(duì)這些全球性的環(huán)境問(wèn)題提出了全球變化研究這一重大科學(xué)課題，以預(yù)測(cè)人類生存環(huán)境的變化及防范對(duì)策。要提高對(duì)全球變化的預(yù)測(cè)力，必須對(duì)過(guò)去全球變化有充分的認(rèn)識(shí)和了解，冰芯以其保真性好(低溫環(huán)境)、分辨率高(可達(dá)到年)、記錄序列長(zhǎng)(可達(dá)幾十萬(wàn)年)和信息量大，倍受到地球科學(xué)家的關(guān)注。冰芯包裹氣體儲(chǔ)藏著豐富的古氣候和環(huán)境變化信息，迄今為止，就人類活動(dòng)對(duì)大 氣溫室氣體含量及其對(duì)氣候變化影響的認(rèn)識(shí)主要來(lái)自于冰芯包裹氣體的提取分析和對(duì)大氣的直接觀測(cè)，來(lái)獲取過(guò)去地球變化的良好記錄。揭示大氣成分的演化歷史，提供不同歷史時(shí)期大氣氣溶膠、沙漠演化、植被演替、生物活動(dòng)、大氣環(huán)流強(qiáng)度、火山活動(dòng)等信息。其對(duì)于研究現(xiàn)代大氣的變化提供參考依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明的目的旨在提供一種冰蓋淺層永久積雪孔隙封堵提取氣體的裝置。通過(guò)封閉鉆孔，從不同深度冰雪層孔隙中抽取空氣樣品，進(jìn)行研究分析。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種冰蓋淺層永久積雪孔隙封堵提取氣體的裝置，主要是由氣囊、滑輪絞管輪轂、絞線輪轂支架、氣泵、真空泵、隔膜真空泵、氧化碳實(shí)時(shí)分析儀、儲(chǔ)氣罐、蓄電瓶和發(fā)電機(jī)組成。氣泵有一個(gè)氣嘴接口，真空泵和隔膜真空泵分別有兩個(gè)氣嘴接口。氣囊填充于冰孔中，其兩端緊箍于氣囊上堵頭緊箍蓋和氣囊下堵頭緊箍蓋，分別用螺絲上緊。氣囊下堵頭緊箍蓋固結(jié)氣腔隔板和探底保護(hù)環(huán)，氣囊上堵頭插孔中插有第一快速抽氣嘴、氣囊充氣嘴和第一慢速抽氣嘴，第一快速抽氣嘴下端接快速抽氣管，快速抽氣管穿過(guò)氣囊下堵頭的第二快速抽氣嘴位于氣囊下堵頭和氣腔隔板之間。第一慢速抽氣嘴下端接慢速抽氣管，慢速抽氣管穿過(guò)氣囊下堵頭的第二慢速抽氣嘴位于氣囊下堵頭和探底保護(hù)環(huán)之間；第一快速抽氣嘴、氣囊充氣嘴和第一慢速抽氣嘴上端分別接第一抽氣充氣管、第二抽氣充氣管、第三抽氣充氣管通過(guò)絞線輪轂支架上滑輪絞管輪轂，與第二抽氣充氣管連接充氣管上帶有快速充氣嘴插入氣泵氣嘴口，充氣管上設(shè)有第一閥門和第一壓力計(jì)；與抽氣充氣管連接的快速充氣管上帶有快速抽氣嘴插入真空泵一個(gè)氣嘴口，另一氣嘴口插入快速出氣嘴通過(guò)膠管上的第二閥門與二氧化碳分析儀連接；與第三抽氣充氣管連接的慢速抽氣管上帶有慢速出氣嘴插入隔膜真空泵一個(gè)氣嘴口，隔膜真空泵另一個(gè)氣嘴口插入的慢速出氣嘴通過(guò)膠管上的第三閥門和第二壓力計(jì)與取樣罐連接；氣泵、真空泵和隔膜真空泵放置小車框架內(nèi)，蓄電瓶和發(fā)電機(jī)置于框架下，發(fā)電機(jī)和蓄電瓶通過(guò)導(dǎo)線分別與氣泵、真空泵和隔膜真空泵連接，登山繩系在上堵頭緊箍蓋的吊環(huán)上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是I、氣囊筒袋采用順丁橡膠。順丁橡膠耐低溫，表面硬度高。充氣管充氣或放氣，使氣囊筒袋膨脹或收縮，為冰雪層鉆孔內(nèi)營(yíng)造真空環(huán)境，便于取樣工作。取樣工作與冰芯鉆取工作配合進(jìn)行。每取一次氣體樣品，需中斷鉆探工作一個(gè)半小時(shí)左右。按每8米等間距完成一個(gè)120米深的粒雪層取樣，累計(jì)時(shí)間15小時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)半工作日。因此，使用相當(dāng)方便，并且不會(huì)耽擱冰芯鉆取進(jìn)程。2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，易加工，價(jià)格低廉，可以提取厚達(dá)幾十米甚至上百米同層粒雪層孔隙中氣體，為研究現(xiàn)代大氣的變化提供參考依據(jù)。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用的氣泵型號(hào)為3HBB. 34303X，700kPa真空泵型號(hào)VCA5036B-24V最大壓力50kPa，抽氣速度為601/min ；隔膜真空泵型號(hào)為Gm-1· 0A,極限壓力為O. 08MPa,抽氣速度為 386/min。下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案再作進(jìn)一步的說(shuō)明一種冰蓋淺層永久積雪孔隙封堵提取氣體的裝置，主要是由氣囊4、滑輪絞管輪轂13、絞線輪轂支架14、氣泵18、真空泵20、隔膜真空泵22、氧化碳實(shí)時(shí)分析儀26、儲(chǔ)氣罐27、蓄電瓶29和發(fā)電機(jī)31組成。氣泵18有一個(gè)氣嘴接口，真空泵20和隔膜真空泵22分別有兩個(gè)氣嘴接口。氣囊4填充于冰孔11中，其兩端緊箍于氣囊上堵頭緊箍蓋10和氣囊下堵頭緊箍蓋3，分別用螺絲上緊。氣囊下堵頭緊箍蓋3固結(jié)氣腔隔板2和探底保護(hù)環(huán)1，氣囊上堵頭緊箍蓋10插孔中插有第一快速抽氣嘴7、氣囊充氣嘴8和第一慢速抽氣嘴9。第一快速抽氣嘴7下端接快速抽氣管6，快速抽氣管6穿過(guò)氣囊下堵頭緊箍蓋3的第二快速抽氣嘴7'位于氣囊下堵頭緊箍蓋3和氣腔隔板2之間。第一慢速抽氣嘴9下端接慢速抽氣管5，慢速抽氣管5穿過(guò)氣囊下堵頭3的第二慢速抽氣嘴9'位于氣囊下堵頭緊箍蓋3和探底保護(hù)環(huán)I之間。探底保護(hù)環(huán)I和氣腔隔板2的作用是防止由抽氣管壓入孔底積雪層中而堵塞管道，同時(shí)形成抽取氣體小隔艙集氣室；第一快速抽氣嘴7、氣囊充氣嘴8和第一慢速抽氣嘴9上端分別接第一抽氣充氣管12、第二抽氣充氣管12'、第三抽氣充氣管12"通過(guò)絞線輪轂支架14上滑輪絞管輪轂13，與第二抽氣充氣管12'連接充氣管17上帶有快速充氣嘴19插入氣泵18氣嘴口，充氣管17上設(shè)有第一閥門33和第一壓力計(jì)34;與抽氣充氣管12連接的快速充氣管16上帶有快速抽氣嘴35插入真空泵20 —個(gè)氣嘴口，另一氣嘴口插入快速出氣嘴21通過(guò)膠管25上的第二閥門24與二氧化碳分析儀26連接；與第三抽氣充氣管12 "連接的慢速抽氣管15上帶有慢速出氣嘴23插入隔膜真空泵22 —個(gè)氣嘴口，隔膜真空泵22另一個(gè)氣嘴口插入的慢速出氣嘴37通過(guò)膠管25上的第三閥門28和第二壓力計(jì)36與取樣罐27連接；氣泵18、真空泵20和隔膜真空泵22放置小車30框架內(nèi)，蓄電瓶29和發(fā)電機(jī)31置于框架下，發(fā)電機(jī)31和蓄電瓶29通過(guò)導(dǎo)線分別與充氣泵18、真空泵20和隔膜真空泵22連接，登山繩32系在氣囊上堵頭緊箍蓋10的吊環(huán)上。南極上的粒雪層和冰蓋層一般厚度在50-120米。同層粒雪層孔隙中氣體取樣一般結(jié)合冰芯鉆機(jī)一起進(jìn)行，即每8米取一次樣品。當(dāng)冰芯鉆機(jī)鉆到預(yù)定取樣深度時(shí)，提出鉆機(jī)，放入氣囊4進(jìn)行氣體取樣。詳細(xì)的取樣過(guò)程是先將一根登山繩32系在氣囊上堵頭緊箍蓋10上的吊環(huán)上，將氣囊4的下端移到鉆孔口，登山繩32和氣囊4跟隨進(jìn)入鉆孔中、慢速抽氣管15、快速充氣管16和充氣管17通過(guò)絞線輪轂支架14上的滑輪絞管輪轂13慢慢將氣囊4放入鉆孔底部，待氣囊4連接快速充氣嘴19的探底保護(hù)環(huán)I觸底后，開啟充氣第一閥門33，打開充氣泵18向氣囊4內(nèi)壓入空氣，使氣囊4膨脹堵住鉆孔，防止氣體流入集氣室。氣囊4內(nèi)的氣壓可以通過(guò)壓力計(jì)33獲得。待氣囊4內(nèi)的氣壓達(dá)到預(yù)定的壓力時(shí)關(guān)閉第一閥門33，此時(shí)，氣囊4已將鉆孔封閉。在絞線輪轂支架14上滑輪絞管輪轂13上，快速吸氣管16和慢速吸氣管15分別連接到快速氣嘴21和慢速吸氣嘴23上，打開第二閥門24、快速抽氣泵20和慢速抽氣泵22，通過(guò)100米長(zhǎng)的吸氣管，經(jīng)快速抽氣泵20抽氣，鉆孔底部的氣體由快速吸氣嘴7抽取鉆取冰芯和放入氣囊而混入粒雪層孔隙中的外界大氣，由快速氣嘴21吸入的氣體進(jìn)入二氧化 碳實(shí)時(shí)分析儀26，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體中的CO2濃度。在積雪氣體抽取過(guò)程中，該濃度將緩慢地從現(xiàn)代環(huán)境大氣的CO2濃度水平(這是由于氣囊活塞效應(yīng)將空氣壓入鉆孔內(nèi)而造成的)下降到一個(gè)常值。當(dāng)二氧化碳含量持續(xù)降低到一穩(wěn)定值時(shí)，可以認(rèn)定鉆取冰芯和放入氣囊而混入粒雪層孔隙中的外界大氣被全部排除。然后，關(guān)閉第二閥門24。隨著抽取鉆孔大氣過(guò)程的不斷進(jìn)行，粒雪孔隙中的氣體被不斷抽走，同時(shí)周邊粒雪層孔隙中的氣體又不斷的補(bǔ)充。這時(shí)鉆孔底部集氣室周圍粒雪層孔隙中及排氣管中的氣體可以認(rèn)定是該層位粒雪層孔隙中原有的氣體。啟動(dòng)隔膜真空泵22，并開啟第三閥門28，將氣體樣品通過(guò)慢速出氣嘴37被壓縮到取樣罐27內(nèi)，通過(guò)壓力表36觀測(cè)取樣罐27內(nèi)氣體壓力，當(dāng)達(dá)到取樣罐27預(yù)定壓力時(shí)，關(guān)閉隔膜真空泵22和第三閥門28。取樣完成后，關(guān)閉所有泵和閥門，最后打開第一閥門33，排除氣囊4內(nèi)中氣體，硅膠管25通過(guò)絞線輪轂支架14上滑輪絞管輪轂13轉(zhuǎn)動(dòng)，慢慢將登山繩32和氣囊4從鉆孔提出。移走滑輪絞線輪轂支架14。再將冰芯鉆機(jī)放入鉆孔，繼續(xù)進(jìn)行冰芯鉆取工作，當(dāng)達(dá)到下一個(gè)預(yù)定的氣體取樣深度時(shí)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)取樣過(guò)程，直到鉆機(jī)鉆透冰蓋粒雪層為止。
權(quán)利要求
1.一種冰蓋淺層永久積雪孔隙封堵提取氣體的裝置，主要是由氣囊(4)、滑輪絞管輪轂(13)、絞線輪轂支架(14)、氣泵(18)、真空泵(20)、隔膜真空泵(22)、氧化碳實(shí)時(shí)分析儀(26)、儲(chǔ)氣罐(27)、蓄電瓶(29)和發(fā)電機(jī)(31)組成，氣泵(18)有一個(gè)氣嘴接口，真空泵(20)和隔膜真空泵(22)分別有兩個(gè)氣嘴接口，其特征是氣囊(4)填充于冰孔(11)中，其兩端緊箍于氣囊上堵頭緊箍蓋(10)和氣囊下堵頭緊箍蓋(3)，分別用螺絲上緊，氣囊下堵頭緊箍蓋(3)固結(jié)氣腔隔板(2)和探底保護(hù)環(huán)(I)，氣囊上堵頭緊箍蓋(10)插孔中插有第一快速抽氣嘴(7)、氣囊充氣嘴(8)和第一慢速抽氣嘴(9)，第一快速抽氣嘴(7)下端接快速抽氣管￠)，快速抽氣管￠)穿過(guò)氣囊下堵頭(3)的第二快速抽氣嘴(V )位于氣囊下堵頭(3)和氣腔隔板(2)之間；第一慢速抽氣嘴(9)下端接慢速抽氣管(5)，慢速抽氣管(5)穿過(guò)氣囊下堵頭緊箍蓋(3)的第二慢速抽氣嘴(9')位于氣囊下堵頭緊箍蓋(3)和探底保護(hù)環(huán)(I)之間；第一快速抽氣嘴(7)、氣囊充氣嘴(8)和第一慢速抽氣嘴(9)上端分別接第一抽氣充氣管(12)、第二抽氣充氣管(12')、第三抽氣充氣管(12〃)通過(guò)絞線輪轂支架(14)上滑輪絞管輪轂(13)，與第二抽氣充氣管(12')連接充氣管(17)上帶有快速充氣嘴(19)插入氣泵(18)氣嘴口，充氣管(17)上設(shè)有第一閥門(33)和第一壓力計(jì)(34);與抽氣充氣管(12)連接的快速充氣管(16)上帶有快速抽氣嘴(35)插入真空泵(20) —個(gè)氣嘴口，另一氣嘴口插入快速出氣嘴(21)通過(guò)膠管(25)上的第二閥門(24)與二氧化碳分析儀(26)連接；與第三抽氣充氣管(12〃 )連接的慢速抽氣管(15)上帶有慢速出氣嘴(23)插入隔膜真空泵(22) —個(gè)氣嘴口，隔膜真空泵(22)另一個(gè)氣嘴口插入的慢速出氣嘴(37)通過(guò)膠管(25)上的第三閥門(28)和第二壓力計(jì)(36)與取樣罐(27)連接；氣泵(18)、真空泵(20)和隔膜真空泵(22)放置小車(30)框架內(nèi)，蓄電瓶(29)和發(fā)電機(jī)(31)置于框架下，發(fā)電機(jī)(31)通過(guò)導(dǎo)線分別與充氣泵(18)、真空泵(20)和隔膜真空泵(22)連接，登山繩(32)系在氣囊上堵頭緊箍蓋(10)的吊環(huán)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冰蓋淺層永久積雪孔隙封堵提取氣體的裝置。氣囊中的快速抽氣管和慢速吸氣管上端分別與氣囊上堵頭緊箍蓋的快速抽氣嘴和慢速吸氣嘴相連接，下端與氣囊下堵頭緊箍蓋的快速抽氣嘴和慢速吸氣嘴相連接，氣路中的快速充氣泵嘴、慢速出氣嘴分別與氣囊內(nèi)快速抽氣嘴和慢速吸氣嘴對(duì)接，進(jìn)氣管接氣泵，另外兩路管接真空泵、隔膜真空泵及管路上的閥門控制吸氣量，慢速出氣嘴出氣口端接在取樣罐的進(jìn)氣口端，從鉆孔中可以提取厚達(dá)幾十米甚至上百米同層粒雪層孔隙中氣體，為研究現(xiàn)代大氣的變化提供參考依據(jù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，易加工，價(jià)格低廉，有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N1/26GK102890019SQ20111021249
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者趙愛國(guó), 何元慶, 牛永紅, 趙晶, 劉婧, 張蔚, 湯紅官 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所