一种具有时序标记功能的深海孔隙水取样器

本发明涉及深海取样技术，特别涉及一种具有时序标记功能的深海孔隙水取样器。

背景技术：

1、海底沉积物通常含有20％至50％的水，这一部分水统称为沉积物孔隙水。孔隙水中蕴藏了大量的地球化学信息，分析其溶解成分的含量和分布状态是研究沉积物中地球化学和地质作用的有效方法。目前孔隙水地球化学方法在早期成岩作用、天然气水合物研究等领域取得了许多重要研究成果。因此，深海沉积物孔隙水采样对于海洋油气资源勘查与开发等方面具有重要的意义。

2、深海海底具有高压、低温特点且地形较为复杂，周围海水又时刻处于动态变化的过程，这些情况使得海底沉积物孔隙水的采集难度增加。随着工业化进程的日益加快，孔隙水污染情况也越来越严重，污染物在同一地点的不同时刻变化很大。因此，对深海海底进行以月或年为计量单位的孔隙水采样分析，是目前孔隙水研究的重要内容和要求。

3、传统的采样技术具有费时费力等诸多弊端，无法适用于长时间采样需求，因此研究人员提出基于渗透原理的渗透泵。渗透泵是利用半透膜两边不同离子强度溶液的渗透压作用，以渗透方式进入另一侧后形成负压为水样采集提供动力。作为配套部件，长距离的水样存储盘管被放置于渗透泵和采样头之间，用作水样的存储空间。但是，现有的渗透泵虽能实现连续的水样采集，但仍存在以下弊端：(1)现有的渗透泵结构复杂、成本昂贵，通常用于陆地水体采样，其结构特性不适用于深海环境；(2)现有的渗透泵在采样过程中的定时标记功能不完善，在针对以月或年为测量单位的采样需求时，无法适应海底高压环境，不能对获取的水样进行有效的时间序列区分。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种具有时序标记功能的深海孔隙水取样器。

2、为解决技术问题，本发明的解决方案是：

3、提供一种具有时序标记功能的深海孔隙水取样器，包括渗透泵采样器、水样存储装置、定时标记装置和孔隙水采样头，在水样存储装置中设有水样存储盘管；所述渗透泵采样器通过第一导管连接水样存储盘管，水样存储盘管经第二导管连接孔隙水采样头，在第二导管上设有三通接头；

4、所述定时标记装置包括一个耐压舱体，其内腔充油且与舱外的压力平衡油囊连通；在该舱体中还设有充满硅油的标记液导管和标记液储存袋，以及分别独立密封的电路板舱、电池舱和蠕动泵舱；在电路板舱中设有定时控制模块，在电池舱中设有电池，在蠕动泵舱中设有电机驱动的蠕动泵；标记液储存袋通过标记液导管接至蠕动泵的进液口，蠕动泵的出液口通过导管接至所述三通接头；蠕动泵的电机通过导线接至电池和定时控制模块，形成供电控制回路。

5、作为本发明的优选方案，所述渗透泵采样器包括一个耐压舱体，横向设置的安装板将舱体分隔为上下两部分，安装板上以阵列形式布置多个安装孔；在其中一侧舱体中设有多个渗透泵，渗透泵的主体为半透膜，且一端封闭另一端开口；各渗透泵以开口端固定在安装孔中，在渗透泵一侧的舱体中充满水作为水室，在渗透泵另一侧的舱体中充满过饱和盐溶液作为盐室；在盐室的舱体壁上设有导管接头，用于连接所述第一导管。

6、作为本发明的优选方案，所述水样存储装置中设有盘管支架，水样存储盘管螺旋盘绕在盘管支架上。

7、作为本发明的优选方案，所述标记液导管呈螺旋盘绕状，标记液储存袋放置于盘绕空间内部。

8、作为本发明的优选方案，所述定时控制模块上设有显示屏和按键。

9、作为本发明的优选方案，所述在蠕动泵舱中设有蠕动泵支撑板，蠕动泵的泵头和电机均固定于其上；蠕动泵的进液口和出液口均设于泵头上。

10、作为本发明的优选方案，所述孔隙水采样头包括管状本体和喇叭状的开口端，管状本体的尾端与第二导管相连；在开口端设有带聚四氟乙烯(ptfe)膜的前置过滤器，在管状本体中设有圆柱形的活性炭滤芯。

11、作为本发明的优选方案，在耐压舱体中各独立密封的舱体表面，设有用于连接导管或导线的水密接头。

12、作为本发明的优选方案，在三通接头与孔隙水采样头之间的第二导管上设有单向阀。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、(1)本发明的定时标记装置采用充油的封闭腔体结构，并配套使用压力平衡油囊；在设备下放深海的过程中可以平衡内外压强差，强化设备耐压性能。此外，还能使充满硅油的标记液导管和标记液储存袋保持与外部水压保持平衡，同时保证渗透泵取样器能够连续、稳定地采集海床表面水；能根据设定注入标记物硅油，从而对采集得到的水样进行时间序列上的区分。

15、(2)本发明的定时标记装置能够与不同种类的渗透泵采样器配合使用，满足各种取样需求，具有普遍适用性。

16、(3)本发明采用螺旋盘绕的方式配置水样存储盘管和标记液导管，可以增大水样和标记物硅油的储存体积，减小占用体积、降低设备质量，提高装置实际工作时间。

17、(4)本发明为海底沉积物孔隙水的取样技术的发展提供了重要的技术手段支撑，可应用于海洋天然气水合物勘探和开采、海洋生态环境的监测等领域。

技术特征：

1.一种具有时序标记功能的深海孔隙水取样器，其特征在于，包括渗透泵采样器、水样存储装置、定时标记装置和孔隙水采样头，在水样存储装置中设有水样存储盘管；所述渗透泵采样器通过第一导管连接水样存储盘管，水样存储盘管经第二导管连接孔隙水采样头，在第二导管上设有三通接头；

2.根据权利要求1所述的深海孔隙水取样器，其特征在于，所述渗透泵采样器包括一个耐压舱体，横向设置的安装板将舱体分隔为上下两部分，安装板上以阵列形式布置多个安装孔；在其中一侧舱体中设有多个渗透泵，渗透泵的主体为半透膜，且一端封闭另一端开口；各渗透泵以开口端固定在安装孔中，在渗透泵一侧的舱体中充满水作为水室，在渗透泵另一侧的舱体中充满过饱和盐溶液作为盐室；在盐室的舱体壁上设有导管接头，用于连接所述第一导管。

3.根据权利要求1所述的深海孔隙水取样器，其特征在于，所述水样存储装置中设有盘管支架，水样存储盘管螺旋盘绕在盘管支架上。

4.根据权利要求1所述的深海孔隙水取样器，其特征在于，所述标记液导管呈螺旋盘绕状，标记液储存袋放置于盘绕空间内部。

5.根据权利要求1所述的深海孔隙水取样器，其特征在于，所述定时控制模块上设有显示屏和按键。

6.根据权利要求1所述的深海孔隙水取样器，其特征在于，所述在蠕动泵舱中设有蠕动泵支撑板，蠕动泵的泵头和电机均固定于其上；蠕动泵的进液口和出液口均设于泵头上。

7.根据权利要求1所述的深海孔隙水取样器，其特征在于，所述孔隙水采样头包括管状本体和喇叭状的开口端，管状本体的尾端与第二导管相连；在开口端设有带聚四氟乙烯膜的前置过滤器，在管状本体中设有圆柱形的活性炭滤芯。

8.根据权利要求1所述的深海孔隙水取样器，其特征在于，在耐压舱体中各独立密封的舱体表面，设有用于连接导管或导线的水密接头。

9.根据权利要求1所述的深海孔隙水取样器，其特征在于，在三通接头与孔隙水采样头之间的第二导管上设有单向阀。

技术总结
本发明涉及深海取样技术，旨在提供一种具有时序标记功能的深海孔隙水取样器。该取样器包括渗透泵采样器、水样存储盘管、定时标记装置和孔隙水采样头，渗透泵采样器通过水样存储盘管连接孔隙水采样头；定时标记装置的耐压舱体内腔充油且与舱外的压力平衡油囊连通；舱体中设有充满硅油的标记液导管和标记液储存袋，以及分别独立密封的电路板舱、电池舱和蠕动泵舱；标记液储存袋通过标记液导管和蠕动泵接至水样存储盘管；蠕动泵的电机通过导线接至定时控制模块，形成供电控制回路。本发明能使充满硅油的标记液导管和标记液储存袋保持与外部水压保持平衡，能根据设定注入标记物硅油，从而对采集得到的水样进行时间序列上的区分。

技术研发人员：陈家旺,谭星晖,王荧,方玉平,郭进,周朋
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11