水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置。其基本原理為：預先在培養(yǎng)裝置中的注射器里注入培養(yǎng)液。潛水器將培養(yǎng)裝置攜帶到深海海底，機械手握住T型把手先將培養(yǎng)裝置插入沉積物中，然后拉起繩纜上端的繩結，將開口銷拔出，在彈簧力的作用下，弧形擋板繞螺栓旋轉滑開，下?lián)醢逶趶椈闪Φ淖饔孟掳磯鹤⑸淦鞯耐茥U，推桿下壓移動將培養(yǎng)液注入培養(yǎng)筒中不同深度的沉積物里以開展原位培養(yǎng)。本發(fā)明可以在深海海底沉積物中同時實現(xiàn)1?10種培養(yǎng)液和1?10個培養(yǎng)深度的原位培養(yǎng)。培養(yǎng)裝置可與水下遙控機器人ROV和載人潛水器HOV配套作業(yè)，原理可靠、結構簡單、便于操作，適合用于在深海海底對沉積物進行原位培養(yǎng)。
【專利說明】
水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于海洋探測技術領域，具體涉及一種水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置，通過在深海海底向不同深度沉積物中注射同位素示蹤劑等各種培養(yǎng)液，實現(xiàn)沉積物的原位培養(yǎng)和樣品采集。
【背景技術】
[0002]深海生物地球化學過程的研究對于認識碳氮硫循環(huán)意義重大。傳統(tǒng)生物地球化學過程的研究多數(shù)是在海底采集沉積物，然后運送到船上，在船上實驗室或者陸地實驗室中對采集到的沉積物樣品添加同位素示蹤劑等各種培養(yǎng)液進行培養(yǎng)，最后通過對培養(yǎng)產物開展分析測試揭示微生物所介導的生物地球化學反應的速率和機理。但是在熱液和冷泉等極端海底環(huán)境，存在高濃度的甲烷/氫氣/硫化氫等物質，這些物質是化能合成微生物生存必需的能量。沉積物中含有的這些高濃度的氣體在沉積物樣品從海底采集及隨后運輸?shù)郊装宓穆L過程中，會因為溫度壓力的變化發(fā)生交換和逃逸，導致采集到甲板的沉積物樣品中這類氣體的含量顯著減少，從而造成實驗室培養(yǎng)實驗的結果出現(xiàn)顯著偏差。
[0003]目前可與潛水器配套作業(yè)的沉積物短柱狀采樣器，只能通過機械手在海底采集沉積物樣品，而不能夠攜帶同位素示蹤劑等培養(yǎng)液在海底沉積物中開展原位培養(yǎng)實驗。本發(fā)明研制的水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置，可以根據(jù)研究需求，將培養(yǎng)所需要的同位素示蹤劑等培養(yǎng)液事先灌注于裝置中的注射器中，由潛水器將培養(yǎng)裝置攜帶到深海海底，然后在機械手的操作下，在海底選擇培養(yǎng)地點開展沉積物的原位培養(yǎng)，培養(yǎng)結束后再將采集了培養(yǎng)后沉積物的原位培養(yǎng)裝置帶回船上。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種原理可靠、結構簡單、便于操作的水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置。該裝置可與水下遙控潛水器ROV或者載人潛水器HOV配套作業(yè)，在深海海底對沉積物開展不同深度的原位培養(yǎng)和樣品采集。實際應用時，可根據(jù)研究需求，將不同的培養(yǎng)底物或者是同位素示蹤劑等培養(yǎng)液預先裝入注射器中，并根據(jù)培養(yǎng)深度要求安裝不同長度的針頭，實現(xiàn)海底沉積物不同深度的原位培養(yǎng)。
[0005]本發(fā)明提出的水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置，包括繩纜1、T型螺桿機構、觸發(fā)機構、注射器Ila和配套針頭11b、多孔擋板12、硅膠墊片13、殼體14以及培養(yǎng)筒19，其中:
T型螺桿機構包括T型螺桿2、第一彈簧調節(jié)螺母3a、第二彈簧調節(jié)螺母3b、硅膠墊片緊固螺母3c、第一螺桿緊固螺母3d、第二螺桿緊固螺母3e、上擋板4、下?lián)醢?0和彈簧5，T型螺桿2的螺桿端自上而下依次穿過第一彈簧調節(jié)螺母3a、第二彈簧調節(jié)螺母3b、上擋板4、彈簧
5、下?lián)醢?0、硅膠墊片緊固螺母3c、硅膠墊片13、多孔擋板12和殼體14，彈簧5位于上擋板4和下?lián)醢?0之間，第一彈簧調節(jié)螺母3a、第二彈簧調節(jié)螺母3b、上擋板4、彈簧5和下?lián)醢?0作為培養(yǎng)裝置的動力機構，觸發(fā)時，通過彈簧5的彈簧力使下?lián)醢?0受力往下壓注射器的推桿，從而將注射器中灌注的注射液注射進沉積物中；通過松緊第一彈簧調節(jié)螺母3a和第二彈簧調節(jié)螺母3b，可以調節(jié)彈簧的預壓縮量，從而控制彈簧力的大??；第一彈簧調節(jié)螺母3a、第二彈簧調節(jié)螺母3b的使用還可起到防松、緊固作用；殼體14和T型螺桿2連接處通過第一螺桿緊固螺母3d、第二螺桿緊固螺母3e緊固；
觸發(fā)機構包括第一弧形擋塊6a、第二弧形擋塊6b、第一螺栓7a、第二螺栓7b、第三螺栓7c、開口銷8和連接片9，第一弧形擋塊6a和第二弧形擋塊6b的上端均設有卡環(huán);第一弧形擋塊6a上設有通孔，所述通孔用于連接開口銷8，第一弧形擋塊6a和第二弧形擋塊6b相對布置，構成類似圓環(huán)結構，第一弧形擋塊6a、多孔擋板12和殼體14通過第一螺栓7a連接，第二弧形擋塊6 b、多孔擋板12和殼體14通過第二螺栓7b連接；
殼體14底部設置培養(yǎng)筒19;殼體14上均勻布置有若干個注射器安裝通道15b和排水通道 16b;
注射器I Ia—端依次穿過多孔擋板12、殼體14，伸入培養(yǎng)筒19中；
繩纜I 一端連接第一弧形擋塊6a;
硅膠墊片13安裝于多孔擋板12上方，通過調節(jié)硅膠墊片緊固螺母3c的位置，使硅膠墊片13壓緊在多孔擋板12上，擋住多孔擋板12上的排水孔16a及殼體14的排水通道16b;當培養(yǎng)裝置插入沉積物中時，水流可向上通過殼體14上的排水通道16b和多孔擋板12上的排水孔16a排出；當培養(yǎng)完成時，將培養(yǎng)裝置從海底拿出后硅膠墊片13還可起到防止外界海水進入沉積物培養(yǎng)筒19的作用。
[0006]本發(fā)明中，當開口銷8插入第一弧形擋塊6a上的通孔時，第三螺栓7c旋進第二弧形擋塊6b上設置的螺紋孔中，第三螺栓7c—端通過連接片9連接開口銷8，從而使第一弧形擋塊6a的第一卡環(huán)6c和第二弧形擋塊6b的第二卡環(huán)6d卡住下?lián)醢?0使之不能繼續(xù)往下；當開口銷8未安裝時，第一弧形擋塊6a可通過第一螺栓7a自由轉動。
[0007]本發(fā)明中，繩纜I上端打一個繩結，方便潛水器機械手的配套作業(yè)。
[0008]本發(fā)明中，使用時繩纜I及開口銷8來觸發(fā)裝置動作，當在深海海底潛水器機械手拉起繩纜I上端的繩結時，開口銷8將順勢被拔出，使弧形擋板6a繞螺栓7a旋轉滑開，下?lián)醢?0在彈簧5的作用力下，向下壓注射器Ila的推桿，推桿移動將預先灌入的培養(yǎng)液沿注射器針頭IIb注入培養(yǎng)筒19中的沉積物中。
[0009]本發(fā)明中，培養(yǎng)筒19可根據(jù)實際需要選用不同規(guī)格的透明有機玻璃筒，通過防水膠帶可將其粘合在殼體14的下端，并用不銹鋼卡箍固定。
[0010]本發(fā)明可根據(jù)實際需要，安裝使用1-10支注射器11a，并配套不同長度的注射器針頭11b，以實現(xiàn)海底不同深度沉積物的培養(yǎng)。實際安裝時，需提前在注射器Ila中注入培養(yǎng)液，根據(jù)實際注射量調整推桿的高度，然后將注射器插入殼體14的注射器安裝通道15b中，并用多孔擋板12壓住注射器筒體。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于以純機械的方式實現(xiàn)了深海海底1-10個不同深度的沉積物原位培養(yǎng)，可根據(jù)需求向沉積物中添加1-10種培養(yǎng)液。裝置結構簡單，原理可靠，使用方便，適宜在深海海底對沉積物進行原位培養(yǎng)和樣品采集。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明結構分解示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明安裝總成正面示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明安裝總成反面示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明弧形擋板示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明卡環(huán)截面圖。
[0017]圖6為本發(fā)明殼體14截面圖。(a)為主視圖，(b)為右視圖，(C)為俯視圖。
[0018]圖中標號:I為繩纜，2為T型螺桿，3a、3b分別為第一、第二彈簧調節(jié)螺母、3c為硅膠墊片緊固螺母、3d、3e分別為第一、第二螺桿緊固螺母，4為上擋板，5為彈簧，6a、6b分別為第一、第二弧形擋塊，6c和6d分別為第一、第二卡環(huán)，7a、7b、7c分別為第一、第二和第三螺栓，8為開口銷，9為連接片，10為下?lián)醢澹琁 Ia為注射器，I Ib為注射器針頭，12為多孔擋板，13為硅膠墊片，14為殼體，15a為注射器通孔，15b為注射器安裝通道，16a為排水孔，16b為排水通道，17a為T型螺桿安裝通孔，17b為T型螺桿安裝通道，18a、18b為螺栓通孔，18c、18d分別為第一、第二內螺紋孔，19為培養(yǎng)筒。
【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例結合附圖進一步說明本發(fā)明。
[0020]實施例1:
如圖1-6所示，水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置包括繩纜1、T型螺桿機構、觸發(fā)機構、注射器Ila和配套針頭11b、多孔擋板12、硅膠墊片13、殼體14以及培養(yǎng)筒19。繩纜I上端打一個繩結，方便潛水器機械手的配套作業(yè)。
[0021]T型螺桿機構包括T型螺桿2、第一彈簧調節(jié)螺母3a和第二彈簧調節(jié)螺母3b、硅膠墊片緊固螺母3c、T型螺桿緊固螺母3d和3e、上擋板4、下?lián)醢?0、彈簧5。其中雙螺母3a和3b、上擋板4、彈簧5、下?lián)醢?0作為裝置的動力機構。觸發(fā)時，通過彈簧的彈簧力使下?lián)醢?0受力往下壓注射器的推桿，從而將注射器中灌注的注射液注射進沉積物中。通過松緊雙螺母3a和3b，可以調節(jié)彈簧的預壓縮量，從而控制彈簧力的大小。雙螺母的使用還可起到防松、緊固作用。
觸發(fā)機構包括弧形擋塊6a和6b、螺栓7a和7b及7c、開口銷8、連接片9。弧形擋塊6a和6b，其特征在于上端各有一段卡環(huán)6c和6d;弧形擋塊6a上開有兩個通孔連接螺栓7a和開口銷8，弧形擋塊6b上開有一個通孔連接螺栓7b，一個內螺紋孔連接螺栓7c。
[0022]殼體14上均勻布設了 10個注射器安裝通道15b、10個排水通道16b，中心為T型螺桿安裝通道17b，可通過該通道將螺桿2插進殼體14中，并在下端用螺桿緊固螺母3d和3e緊固。內螺紋孔18c和18d則為螺栓7a和7b的安裝孔。
[0023]多孔擋板12中間為T型螺桿安裝通孔17a，周圍分布有注射器通孔15a、排水孔16a、螺栓通孔18a和18b，它們分別與T型螺桿安裝通道17b、注射器安裝通道15b、排水通道16b、內螺紋孔18c和18d的位置——對應。
[0024]硅膠墊片13安裝在多孔擋板12上方，通過調節(jié)硅膠墊片緊固螺母3c的位置可使硅膠墊片13壓緊在多孔擋板12上，擋住多孔擋板12上的排水孔16a及殼體14的排水通道16b。當培養(yǎng)裝置插入沉積物中時，水流可以向上通過排水通道16b和排水孔16a排出；當培養(yǎng)完成，將培養(yǎng)裝置從海底拿出后硅膠墊片13還可起到防止外界海水進入沉積物培養(yǎng)筒19的作用。
[0025]觸發(fā)機構中弧形擋塊6a和6b、多孔擋板12與殼體14通過使用螺栓7a和7b連接起來。螺栓7a和7b插入弧形擋塊6a和6b上的通孔，然后穿過多孔擋板12上的螺栓通孔18a和18b，最后旋進殼體14上的內螺紋孔18c和18d。連接固定完成后，多孔擋板12下壓注射器筒體11a。開口銷8插入弧形擋塊6a上的通孔，螺栓7c旋進弧形擋塊6b上的螺紋孔中，并通過連接片9相連接，從而使弧形擋塊6a和6b上端的卡環(huán)6c和6d卡住下?lián)醢?0使之不能繼續(xù)往下。開口銷8未安裝時，弧形擋塊6a可通過螺栓7a自由轉動。
[0026]本發(fā)明使用繩纜I及下端連接的開口銷8來觸發(fā)裝置動作。當在深海海底潛水器機械手拉起繩纜I上端的繩結時，開口銷8將順勢被拔出，使弧形擋板6a繞螺栓7a旋轉滑開，下?lián)醢?0在彈簧5的作用力下，向下壓注射器Ila的推桿，推桿移動將預先灌入的培養(yǎng)液沿注射器針頭IIb注入培養(yǎng)筒19中的沉積物中。
[0027]培養(yǎng)筒19可根據(jù)實際需要選用不同規(guī)格的透明有機玻璃筒，通過防水膠帶可將其粘合在殼體14的下端，并用不銹鋼卡箍固定。
[0028]培養(yǎng)筒19選擇50cm長的高強度亞克力管，安裝Iml的注射器Ila兩支，對應的注射器針頭分別為1cm和20cm長度的316不銹鋼針頭。
[0029]1、培養(yǎng)裝置安裝
①配制某一濃度的培養(yǎng)液，在兩支Iml的注射器中分別吸入0.5ml培養(yǎng)液，連接注射器針頭Ilb并插入殼體14的注射器安裝通道15b中。在殼體14上端放置多孔擋板12，壓住注射器Ila筒體并使推桿從通孔15a中出露，使各孔的位置與殼體14上孔的位置對應吻合。
[0030]②在多孔擋板12中間通孔上端的位置放置硅膠墊片13，使之擋住排水孔16a。
[0031]③在多孔擋板12上端合適位置安裝觸發(fā)機構，在弧形擋塊6a和6b插入螺栓7a和7b，令其下端穿過多孔擋板的螺栓通孔18a和18b后分別旋進殼體14上端的內螺紋孔18c和18d。弧形擋塊6b上的內螺紋孔旋進螺栓7c，并裝入連接片9;在弧形擋塊6a上的對應通孔位置插入開口銷8，通過連接片9與螺栓7c連接。開口銷8上端連接一根繩纜I，繩纜頂端為繩纜結。
[0032]④從T型螺桿底端旋進兩個彈簧調節(jié)螺母3a和3b，然后依次裝入上擋板4、彈簧5、下?lián)醢?0。裝入硅膠墊緊固螺母3c，將T型螺桿2下端依次伸入硅膠墊片13、多孔擋板12中間T型螺桿安裝通孔17a，然后插入殼體14的T型螺桿安裝通道17b中，并在T型螺桿2下端旋進兩個螺桿緊固螺母3d和3e，使下?lián)醢?0卡在弧形擋塊6a和6b內側的環(huán)形卡環(huán)6c和6d上；調節(jié)螺母3c使硅膠墊片13壓緊在多孔擋板12上，調節(jié)彈簧調節(jié)螺母3a和3b來調整彈簧5的預緊力，使其能夠在釋放時將注射器中的培養(yǎng)液全部注入到沉積物中。
[0033]⑤將培養(yǎng)筒19插進殼體14下端，并用防水膠帶粘合后用不銹鋼卡箍卡住，防止培養(yǎng)筒19從殼體14脫落。
[0034]3、培養(yǎng)裝置水下不放和回收
在潛水器載物臺上安裝固定保護筒體，將裝配好的水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置插入配套的保護筒體中并固定，由潛水器攜帶到海底，使用機械手握住T型把手，將培養(yǎng)裝置放置在指定位置，下壓使培養(yǎng)筒19充分插入海底沉積物中，培養(yǎng)筒19中的水可通過殼體14上的排水通道16b及多孔擋板12上的排水孔16a排出。隨后，機械手拉動繩纜I頂端的繩纜結，開口銷8順勢被拔出，使弧形擋板6a繞螺栓7a旋轉滑開，下?lián)醢?0在彈簧力的作用下，向下壓注射器Ila的推桿，推桿下壓推動注射器Ila的注射液沿針管Ilb注入培養(yǎng)筒19中不同深度的沉積物里。
[0035] 4、培養(yǎng)24小時后，潛水器機械手將培養(yǎng)裝置從海底沉積物中拔出，放置到潛水器載物臺上配套的保護筒中隨潛水器回到船上。期間由于硅膠墊片13的存在，海水無法進入培養(yǎng)筒19中，有效防止了沉積物在移動過程中被海水帶離培養(yǎng)筒19。
【主權項】
1.一種水下注射式沉積物原位培養(yǎng)裝置，包括繩纜(I )、T型螺桿機構、觸發(fā)機構、注射器(Ila)和配套針頭(11b)、多孔擋板(12)、硅膠墊片(13)、殼體(14)以及培養(yǎng)筒(19)，其特征在于:T型螺桿機構包括T型螺桿(2)、第一彈簧調節(jié)螺母(3a)、第二彈簧調節(jié)螺母(3b)、硅膠墊片緊固螺母(3c)、第一螺桿緊固螺母(3d)、第二螺桿緊固螺母(3e)、上擋板(4)、下?lián)醢?10)和彈簧(5)，T型螺桿(2)的螺桿端自上而下依次穿過第一彈簧調節(jié)螺母(3a)、第二彈簧調節(jié)螺母(3b)、上擋板(4)、彈簧(5)、下?lián)醢?10)、硅膠墊片緊固螺母(3c)、硅膠墊片(13)、多孔擋板(12)和殼體(14)，彈簧(5)位于上擋板(4)和下?lián)醢?10)之間，第一彈簧調節(jié)螺母(3a)、第二彈簧調節(jié)螺母(3b)、上擋板(4)、彈簧(5)和下?lián)醢?10)作為培養(yǎng)裝置的動力機構，觸發(fā)時，通過彈簧(5)的彈簧力使下?lián)醢?10)受力往下壓注射器的推桿，從而將注射器中灌注的注射液注射進沉積物中；通過松緊第一彈簧調節(jié)螺母(3a)和第二彈簧調節(jié)螺母(3b)，可以調節(jié)彈簧的預壓縮量，從而控制彈簧力的大小;第一彈簧調節(jié)螺母(3a)、第二彈簧調節(jié)螺母(3b)的使用還可起到防松、緊固作用;殼體(14)和T型螺桿(2)連接處通過第一螺桿緊固螺母(3d)、第二螺桿緊固螺母(3e)緊固； 觸發(fā)機構包括第一弧形擋塊(6a)、第二弧形擋塊(6b)、第一螺栓(7a)、第二螺栓(7b)、第三螺栓(7c)、開口銷(8)和連接片(9)，第一弧形擋塊(6a)和第二弧形擋塊(6b)的上端均設有卡環(huán)；第一弧形擋塊(6a)上設有通孔，所述通孔用于連接開口銷(8)，第一弧形擋塊(6a)和第二弧形擋塊(6b)相對布置，構成類似圓環(huán)結構，第一弧形擋塊(6a)、多孔擋板(12)和殼體(14)通過第一螺栓(7a)連接，第二弧形擋塊6 b、多孔擋板(12)和殼體(14)通過第二螺栓(7b)連接； 殼體(14)底部設置培養(yǎng)筒19;殼體(14)上均勻布置有若干個注射器安裝通道(15b)和排水通道(I 6b); 注射器(Ila) —端依次穿過多孔擋板(12)、殼體(14)，伸入培養(yǎng)筒(19)中； 繩纜(I) 一端連接第一弧形擋塊(6a)上的開口銷(8); 硅膠墊片(13)安裝于多孔擋板(12)上方，通過調節(jié)硅膠墊片緊固螺母(3c)的位置，使硅膠墊片(13)壓緊在多孔擋板(12)上，擋住多孔擋板(12)上的排水孔(16a)及殼體(14)的排水通道(16b);當培養(yǎng)裝置插入沉積物中時，水流可向上通過殼體(14)上的排水通道(16b)和多孔擋板(12)上的排水孔(16a)排出；當培養(yǎng)完成時，將培養(yǎng)裝置從海底拿出后硅膠墊片(13)還可起到防止外界海水進入沉積物培養(yǎng)筒(19)的作用。2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于當開口銷(8)插入第一弧形擋塊(6a)上的通孔時，第三螺栓(7c)旋進第二弧形擋塊(6b)上設置的螺紋孔中，第三螺栓(7c)—端通過連接片(9)連接開口銷(8)，從而使第一弧形擋塊(6a)的第一卡環(huán)(6c)和第二弧形擋塊(6b)的第二卡環(huán)(6d)卡住下?lián)醢?10)使之不能繼續(xù)往下；當開口銷(8)未安裝時，第一弧形擋塊(6a)通過第一螺栓(7a)自由轉動。3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于繩纜(I)上端打一個繩結，方便潛水器機械手的配套作業(yè)。4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于使用時繩纜(I)及開口銷(8)來觸發(fā)裝置動作，當在深海海底潛水器機械手拉起繩纜(I)上端的繩結時，開口銷(8)將順勢被拔出，使弧形擋板(6a)繞螺栓(7a)旋轉滑開，下?lián)醢?10)在彈簧(5)的作用力下，向下壓注射器(Ila)的推桿，推桿移動將預先灌入的培養(yǎng)液沿注射器針頭(IIb)注入培養(yǎng)筒(19)中的沉積物中。5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于培養(yǎng)筒(19)根據(jù)實際需要選用不同規(guī)格的透明有機玻璃筒，通過防水膠帶可將其粘合在殼體(14)的下端，并用不銹鋼卡箍固定。
【文檔編號】C12M1/00GK105861277SQ201610249655
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】楊群慧, 米智楠, 韋婧, 季福武, 周懷陽, 金璐
【申請人】同濟大學