信模塊與上位機(jī)連接，進(jìn)行工作參數(shù)設(shè)定；通過外部時(shí)鐘模塊、AD采樣模塊以及壓 力傳感探頭，獲得系統(tǒng)的時(shí)鐘和所處工作深度；根據(jù)時(shí)間、深度以及設(shè)定參數(shù)判斷，觸發(fā)多 路繼電模塊，驅(qū)動(dòng)深海抽濾栗按照設(shè)定參數(shù)工作；同時(shí)，利用多通道AD采集模塊，采集溫度 探頭、鹽度探頭、溶解氧探頭以及傾斜傳感器的輸出，將傳感探頭輸出量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)， 保存于外部存儲(chǔ)模塊中；繼電4通路時(shí)，抽濾栗5驅(qū)動(dòng)海水通過可控單向閥6,進(jìn)入安裝多 層濾膜的深海濾筒7中，經(jīng)濾膜過濾后的海水通過可控單向閥8排出；為了防止濾膜采樣受 壓力影響而變化，利用單向閥9和壓力補(bǔ)償器10為深海濾筒7補(bǔ)償壓力。
[0029] 上述控制流程中，多種海洋環(huán)境參數(shù)傳感探頭（包括壓力傳感探頭，溫度探頭，鹽 度探頭，溶解氧探頭和傾斜傳感器）的測(cè)量頻率在設(shè)定時(shí)分為同步測(cè)量和非同步測(cè)量，多 通道AD采集模塊采集各個(gè)探頭輸出時(shí)，將測(cè)量頻率低的探頭輸出量默認(rèn)為最近一次輸出 量。
[0030] 根據(jù)過濾過程中濾膜孔隙變化情況，將濾膜假設(shè)為一種特殊薄壁小孔，流量方程 如下：
[0032] 其中，Q為流經(jīng)節(jié)流小孔的流量，Cf為流量系數(shù)，A。為小孔截面積，AP為小孔前 后壓力差，P為液體介質(zhì)的密度。
[0033] 濾膜在采集過程中會(huì)隨著膜表面過濾物的增加，其堵塞程度逐漸升高，相應(yīng)的小 孔截面積A值減小，那么，濾膜微孔截面積隨時(shí)間變化的函數(shù)如下：
[0035] 作為對(duì)上述深海海水樣本抽濾控制技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，結(jié)合圖3所示，在該 實(shí)施例中，抽濾控制系統(tǒng)采用三種工作模式（包括時(shí)間觸發(fā)工作模式，深度觸發(fā)工作模式， 和默認(rèn)工作模式）。其中，默認(rèn)工作模式無需啟動(dòng)時(shí)工作參數(shù)設(shè)定，按照核心控制板上芯片 的編寫程序進(jìn)行工作。時(shí)間觸發(fā)工作模式，和深度觸發(fā)工作模式，分別設(shè)定啟動(dòng)觸發(fā)時(shí)間 和觸發(fā)深度，作為啟動(dòng)抽濾栗的判斷依據(jù)。時(shí)間觸發(fā)工作模式下，啟動(dòng)抽濾栗后工作時(shí)長遞 減，至零時(shí)刻停止抽濾。深度觸發(fā)工作模式下，如果抽濾系統(tǒng)受海流影響，出現(xiàn)所在深度浮 動(dòng)超出設(shè)定深度范圍，那么抽濾動(dòng)作暫停，等待系統(tǒng)采樣深度值匹配成功后，繼續(xù)抽濾，并 且抽濾動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)累加工作時(shí)間，以達(dá)到所設(shè)定工作時(shí)長后停止抽濾。
[0036] 在該實(shí)施例中，為保證海水樣本的有效抽濾，多個(gè)深海抽濾栗體之間采用抽濾串 聯(lián)結(jié)構(gòu)，使用繼電開關(guān)同步控制。
[0037] 圖4示出了本實(shí)用新型所采用的多路繼電開關(guān)電路示意圖，不同繼電開關(guān)兩端連 接不同伏值的動(dòng)力栗工作電壓（VI，V2,V3)，通過控制多路繼電開關(guān)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力栗的抽濾速 率變化。
[0038]多路繼電器模塊與核心控制板連接，利用核心控制板I/O端口的高低電平變化觸 發(fā)不同繼電器通路，這根據(jù)實(shí)際采用的繼電器特點(diǎn)為高電平或低電平觸發(fā)而確定。深海抽 濾系統(tǒng)開發(fā)時(shí)編寫控制程序，并載入到核心控制板內(nèi)，以設(shè)置連接繼電器模塊的I/O口高 低電平變化時(shí)間，在預(yù)設(shè)啟動(dòng)時(shí)刻觸發(fā)抽濾栗在不同工作電壓下工作。通過這種多路的繼 電開關(guān)，可根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)區(qū)域的海水渾濁度和采用的濾膜特征，實(shí)現(xiàn)不同流通速率、不同時(shí) 長的海水抽濾控制。
[0039] 本實(shí)用新型所述的用于深海海水樣本抽濾的多路控制系統(tǒng)可應(yīng)用在深海海水抽 濾系統(tǒng)中，作為抽濾控制和海洋環(huán)境參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，通過時(shí)間閾值或深度閾值觸發(fā)，進(jìn)行根 據(jù)設(shè)定參數(shù)的抽濾動(dòng)作，同時(shí)采集海中工作環(huán)境參數(shù)，以供還原采樣物質(zhì)成分所處環(huán)境，實(shí) 現(xiàn)深海海水物質(zhì)特征分析及反演。
[0040] 以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其進(jìn)行限制；盡管參照前 述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對(duì) 前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些 修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和 范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于深海海水樣本抽濾的多路控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 核心控制板，用于在預(yù)定工作模式下控制多通道AD采集模塊和多路繼電模塊的工作； 多通道AD采集模塊，連接核心控制板，用于海洋環(huán)境參數(shù)傳感探頭輸出信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn) 換，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境參數(shù)的采集； 海洋環(huán)境參數(shù)傳感探頭，連接多通道AD采集模塊，用于實(shí)現(xiàn)多路控制系統(tǒng)工作時(shí)周圍 海洋環(huán)境參數(shù)的測(cè)量； 外部時(shí)鐘模塊，連接核心控制板，用于實(shí)現(xiàn)所述多路控制系統(tǒng)時(shí)鐘的校時(shí)和抽濾時(shí)間 計(jì)時(shí)； 外部存儲(chǔ)模塊，連接核心控制板，用于所述多路控制系統(tǒng)的時(shí)間、工作水深、水溫及設(shè) 置參數(shù)的記錄存儲(chǔ)； 多路繼電模塊，連接核心控制板，包括多路繼電器，用于在核心控制板的控制下實(shí)現(xiàn)多 路繼電器的同步開關(guān)； 多個(gè)抽濾栗，連接多路繼電模塊，采用抽濾串聯(lián)結(jié)構(gòu)，用于對(duì)不同渾濁度的海水進(jìn)行不 同流量、不同時(shí)長的抽濾； 串口模塊，連接核心控制板，用于將核心控制板連接到上位機(jī)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于深海海水樣本抽濾的多路控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述海洋環(huán)境參數(shù)傳感探頭包括壓力傳感探頭，溫度探頭，鹽度探頭，溶解氧探頭和傾斜傳 感器。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于深海海水樣本抽濾的多路控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述串口模塊通過232或485串口通信方式實(shí)現(xiàn)核心控制板和上位機(jī)的通信。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于深海海水樣本抽濾的多路控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述核心控制板通過上位機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和工作模式選擇。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于深海海水樣本抽濾的多路控制系統(tǒng)。所述抽濾控制系統(tǒng)包括核心控制板，多通道AD采集模塊，海洋環(huán)境參數(shù)傳感探頭，外部時(shí)鐘模塊，外部存儲(chǔ)模塊，多路繼電模塊，多個(gè)抽濾泵，串口模塊。本實(shí)用新型在預(yù)定深度、或預(yù)設(shè)條件下，觸發(fā)不同繼電通路開啟抽濾泵,控制海水流通速率,使大量海水流通過采樣濾膜，流經(jīng)濾膜的海水體積能夠根據(jù)流量探測(cè)而精確還原海水物質(zhì)含量，同時(shí)記錄抽濾時(shí)海洋環(huán)境參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在設(shè)定深度范圍內(nèi)長時(shí)間、定位準(zhǔn)確的采樣。
【IPC分類】G01C13/00, G01N1/34, G01N1/14
【公開號(hào)】CN204789055
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520584894
【發(fā)明人】李曉龍, 陳永華, 劉慶奎, 姜靜波, 徐永平, 倪佐濤, 涂登志
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院海洋研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年8月6日