一種海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置及其控制方法
【專利摘要】一種可以原位、快速、循環(huán)采集孔隙水并能在線原位檢測(cè)沉積物孔隙水中氣體成分及含量的海洋沉積物孔隙水采集及氣體在線原位檢測(cè)裝置。技術(shù)方案是：其特征是由配重（1）、殼體（2）、氣瓶（17）和單層采樣點(diǎn)裝置（13）組成，其中，所述配重（1）和殼體（2）連接，在配重（1）上設(shè)置有電源和信號(hào)通道裝置（18）；所述氣瓶（17）和單層采樣點(diǎn)裝置（13）安裝在殼體（2）內(nèi)部，氣瓶（17）和單層采樣點(diǎn)裝置（13）連接。本發(fā)明還公開(kāi)了其控制方法。
【專利說(shuō)明】
一種海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及海洋沉積物孔隙水采集和檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是一種可以原位、快速、循環(huán)采集孔隙水并能在線原位檢測(cè)沉積物孔隙水中氣體成分及含量的海洋沉積物孔隙水采集及氣體在線原位檢測(cè)裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋沉積物孔隙水的采集有兩種途徑，一種是先采集沉積物，之后在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)壓榨、離心和真空過(guò)濾抽提等手段提取孔隙水，該方法將導(dǎo)致孔隙水中的溶解氣體逃逸、有機(jī)組分分解、變價(jià)離子氧化，難以反映孔隙水的原始成分和信息；另一種是原位的孔隙水提取。目前可以原位提取的裝置主要應(yīng)用于潮間帶、湖泊、沼澤地的孔隙水采集，包括離心、壓濾、透析、栗吸等方法。對(duì)于海洋沉積物孔隙水的原位采集，大都靠采集裝置內(nèi)外靜水壓力差使不同沉積層的孔隙水進(jìn)入到采樣器中完成采集，不能循環(huán)采集孔隙水，一旦堵塞，不能正常工作。該裝置雖然能夠?qū)崿F(xiàn)孔隙水的原位采集，但設(shè)備工作能力的持久性和效率尚待提尚O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)海洋沉積物孔隙水原位采集裝置存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明旨在提供一種能夠原位、快速、循環(huán)采集孔隙水并能在線原位檢測(cè)沉積物孔隙水中氣體成分及含量的海洋沉積物孔隙水采集及氣體在線原位檢測(cè)裝置及其控制方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置，其特征是由配重(I)、殼體(2)、氣瓶(17)和單層采樣點(diǎn)裝置(13)組成，其中，所述配重(I)和殼體(2)連接，在配重(I)上設(shè)置有電源和信號(hào)通道裝置(18);所述氣瓶(17)和單層采樣點(diǎn)裝置(13)安裝在殼體(2)內(nèi)部，氣瓶(17)和單層采樣點(diǎn)裝置(13)連接。
[0005]所述單層采樣點(diǎn)裝置(13)由氣液艙室(5)、固液艙室(8)、二次過(guò)濾裝置(10 )、水樣保存艙室(11)和電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)組成，所述氣液艙室(5)、固液艙室(8)、二次過(guò)濾裝置(10)、水樣保存艙室(11)和電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)通過(guò)管路(15)連接;在氣液艙室(5)上設(shè)置有氣體傳感器(4);在固液艙室(8)的側(cè)部設(shè)置有不銹鋼濾網(wǎng)(7)，所述固液艙室(8)通過(guò)不銹鋼濾網(wǎng)(7)安裝在殼體(2)上，不銹鋼濾網(wǎng)(7)濾孔的大小根據(jù)沉積物顆粒的大小調(diào)整。
[0006]所述氣液艙室(5 )的上部設(shè)置有第一電磁閥(3)，氣液艙室(5)和固液艙室(8)之間設(shè)置有第二電磁閥(6 )，固液艙室(8 )和二次過(guò)濾裝置(1 )之間設(shè)置有第三電磁閥(9 )，電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)上部設(shè)置有第四電磁閥(14)，所述氣瓶(17)通過(guò)第五電磁閥(16)與管路(15)連接。
[0007]所述電源和信號(hào)通道裝置(18)為同軸電纜，用于連接水面船舶。
[0008]所述殼體(2)內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上的單層采樣點(diǎn)裝置(13)，所述單層采樣點(diǎn)裝置(13)從上到下分布設(shè)置，單層采樣點(diǎn)裝置(13)通過(guò)管路(15)分別與氣瓶(17)連接。
[0009]海洋沉積物孔隙水采集及氣體在線原位檢測(cè)裝置的控制方法，其特征是包括下列步驟:
進(jìn)入海水及沉積物過(guò)程:從水面船舶釋放采樣裝置，根據(jù)取樣的深度和沉積物種類的不同，調(diào)整配重(I)，依靠重力，使釘子型殼體(2)插入海底沉積物中，在進(jìn)入海水和沉積物的過(guò)程中，第二電磁閥(6)和第三電磁閥(9)關(guān)閉，除了固液艙室(8)因壓力增大進(jìn)入海水，其它艙室和管路中均為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣；
取樣過(guò)程:關(guān)閉第三電磁閥(9)和第四電磁閥(14)，打開(kāi)第一電磁閥(3)、第二電磁閥
(6)和第五電磁閥(16)，利用氣瓶(17)內(nèi)的高壓氣體將固液艙室(8)內(nèi)海水吹出，然后關(guān)閉第五電磁閥(16)、第一電磁閥(3 )和第四電磁閥(14)，打開(kāi)第二電磁閥(6)和第三電磁閥
[9]，運(yùn)行電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)，抽取固液艙室(8)、二次過(guò)濾裝置(10)和水樣保存艙室(11)中的氣體，使其壓力減小，不銹鋼濾網(wǎng)(7)兩側(cè)形成壓力差，加速中沉積物中小顆粒固體和孔隙水不斷進(jìn)入固液艙室(8)，再經(jīng)過(guò)二次過(guò)濾裝置(10)過(guò)濾小顆粒固體，孔隙水循環(huán)不斷的進(jìn)入水樣保存艙室(U)，直至取樣結(jié)束；電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)抽出的廢氣排放進(jìn)釘子型殼體(2)內(nèi)，由于其容積遠(yuǎn)大于水樣保存艙室(11)的容積，所以廢氣能不斷抽出；
檢測(cè)過(guò)程:沉積物孔隙水進(jìn)入固液艙室(8)后，由于壓力減小，孔隙水中的氣體溢出，氣液艙室(5)和固液艙室(8)之間只能雙向透氣，不能透水，溢出氣體進(jìn)入氣液艙室(5)，通過(guò)氣體傳感器(4)檢測(cè)孔隙水中氣體成分和含量，數(shù)據(jù)通過(guò)同軸電纜(18)傳送到水面船舶，供研究人員分析使用。
[0010]還包括下列步驟:
反沖洗過(guò)程:如果在取樣過(guò)程中，發(fā)生堵塞，不銹鋼濾網(wǎng)(7)被固體堵住，取樣不能正常進(jìn)行，需要進(jìn)行反沖洗;此時(shí)關(guān)閉第三電磁閥(9)和第四電磁閥(14)，打開(kāi)第一電磁閥(3)、第二電磁閥(6)和第五電磁閥(16)，利用氣瓶(17)內(nèi)的高壓氣體將堵塞在不銹鋼濾網(wǎng)(7)上的固體吹落，保障不銹鋼濾網(wǎng)(7)的網(wǎng)孔通透。
[0011]本發(fā)明的效果是:一種海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置，由配重、殼體、氣瓶和單層采樣點(diǎn)裝置組成，其中，所述配重和殼體連接，在配重上設(shè)置有電源和信號(hào)通道裝置;所述氣瓶和單層采樣點(diǎn)裝置安裝在殼體內(nèi)部，氣瓶和單層采樣點(diǎn)裝置連接。
[0012]單層采樣點(diǎn)裝置由氣液艙室、固液艙室、二次過(guò)濾裝置、水樣保存艙室和電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置組成，所述氣液艙室、固液艙室、二次過(guò)濾裝置、水樣保存艙室和電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置通過(guò)管路連接;在氣液艙室上設(shè)置有氣體傳感器;在固液艙室的側(cè)部設(shè)置有不銹鋼濾網(wǎng)，所述固液艙室通過(guò)不銹鋼濾網(wǎng)安裝在殼體上，不銹鋼濾網(wǎng)濾孔的大小根據(jù)沉積物顆粒的大小調(diào)整。
[0013]本發(fā)明利用各個(gè)艙室間壓力的轉(zhuǎn)換，通過(guò)增大沉積物和采水器之間的壓差，可以加快孔隙水采集速度，增大孔隙水采集的量。同時(shí)，通過(guò)對(duì)濾網(wǎng)的反沖洗，使裝置具備自清潔能力，實(shí)現(xiàn)孔隙水采集器的循環(huán)工作，提高沉積物孔隙水的采集效率。此外，通過(guò)安裝在孔隙水采集器氣體艙室內(nèi)的痕量氣體檢測(cè)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積物孔隙水中氣體成分及含量的在線、快速檢測(cè)，從而對(duì)采集的沉積物樣本在第一時(shí)間進(jìn)行初步判斷，一定程度上避免無(wú)效樣本的采集，提高沉積物樣本采集的有效性。
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0015]附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]附圖中，一種海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置，由配重1、殼體2、氣瓶17和單層采樣點(diǎn)裝置13組成，其中，所述配重I和殼體2連接，在配重I上設(shè)置有電源和信號(hào)通道裝置18;所述氣瓶17和單層采樣點(diǎn)裝置13安裝在殼體2內(nèi)部，氣瓶17和單層采樣點(diǎn)裝置13連接。
[0017]單層采樣點(diǎn)裝置13由氣液艙室5、固液艙室8、二次過(guò)濾裝置10、水樣保存艙室11和電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置12組成，所述氣液艙室5、固液艙室8、二次過(guò)濾裝置10、水樣保存艙室11和電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置12通過(guò)管路15連接;在氣液艙室5上設(shè)置有氣體傳感器4;在固液艙室8的側(cè)部設(shè)置有不銹鋼濾網(wǎng)7，所述固液艙室8通過(guò)不銹鋼濾網(wǎng)7安裝在殼體2上，不銹鋼濾網(wǎng)7濾孔的大小根據(jù)沉積物顆粒的大小調(diào)整。
[0018]所述氣液艙室5的上部設(shè)置有第一電磁閥3，氣液艙室5和固液艙室8之間設(shè)置有第二電磁閥6，固液艙室8和二次過(guò)濾裝置10之間設(shè)置有第三電磁閥9，電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置12上部設(shè)置有第四電磁閥14，所述氣瓶17通過(guò)第五電磁閥16與管路15連接。
[0019]所述電源和信號(hào)通道裝置18為同軸電纜，用于連接水面船舶。
[0020]所述殼體2內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上的單層采樣點(diǎn)裝置13，所述單層采樣點(diǎn)裝置13從上到下分布設(shè)置，單層采樣點(diǎn)裝置13通過(guò)管路15分別與氣瓶17連接。
[0021]實(shí)際使用時(shí)，配重I根據(jù)釘子型殼體2的長(zhǎng)度、外徑的大小、取樣點(diǎn)海水的深度、取樣點(diǎn)沉積物的種類調(diào)整，并留有一定余量。釘子型殼體2為封閉中空結(jié)構(gòu)，里面放置管路、電路、艙室和閥等，其外徑根據(jù)取樣容量和取樣速度設(shè)計(jì)，取樣容量越大、速度越快，外徑越粗，反之則細(xì)。其長(zhǎng)度根據(jù)需要取樣的層數(shù)設(shè)計(jì)，取樣層數(shù)越多、長(zhǎng)度越長(zhǎng)。不銹鋼濾網(wǎng)7濾孔的大小根據(jù)沉積物顆粒的大小可更換。砂質(zhì)沉積物選用慮孔較大的濾網(wǎng)，粘土質(zhì)沉積物選用慮孔較小的濾網(wǎng)。氣瓶17選用高壓氮?dú)猓瑝毫Υ笥谌犹幒５讐毫Α?br>[0022]海洋沉積物孔隙水采集及氣體在線原位檢測(cè)裝置的控制方法，包括下列步驟:
海洋沉積物孔隙水提取及原位檢測(cè)裝置從船舶上通過(guò)絞車或A架釋放，依靠裝置自身的重量，快速入水，最終垂直插入海底沉積物層。
[0023]進(jìn)入海水和沉積物過(guò)程中，第二電磁閥6和第三電磁閥9始終關(guān)閉，整個(gè)取樣裝置只有固液艙室8和海水通過(guò)不銹鋼濾網(wǎng)7聯(lián)通，釘子型殼體2內(nèi)其它空間仍然保持原來(lái)的壓力。由于下潛過(guò)程中，海水壓力不斷增大，海水逐漸進(jìn)入固液艙室8。固液艙室8設(shè)計(jì)成扁平結(jié)構(gòu)，固液艙室8和不銹鋼濾網(wǎng)7連接面面積大，便于孔隙水快速流入，艙室淺、體積小，在反沖洗時(shí)，較少使用高壓氣體，從而減少氣瓶17的體積。
[0024]取樣過(guò)程中，首先將進(jìn)入海水過(guò)程中流進(jìn)來(lái)的海水吹出，保障采集的沉積物孔隙水的純度。這個(gè)過(guò)程通過(guò)先關(guān)閉第三電磁閥9和第四電磁閥14，然后依次打開(kāi)第五電磁閥16、第一電磁閥3和第二電磁閥6，氣瓶17內(nèi)高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)管路、氣液艙室5進(jìn)入固液艙室8，并利用壓力將進(jìn)入海水過(guò)程中流進(jìn)來(lái)的海水吹出。其次開(kāi)始采集孔隙水，這個(gè)過(guò)程關(guān)閉第五電磁閥16、第一電磁閥3和第四電磁閥14，打開(kāi)第二電磁閥6和第三電磁閥9，因此前二次過(guò)濾裝置10和水樣保存艙室11內(nèi)壓力為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，遠(yuǎn)小于不銹鋼濾網(wǎng)7外側(cè)的壓力，在壓力的作用下，孔隙水依次快速進(jìn)入固液艙室8、二次過(guò)濾裝置10，然后保存在水樣保存艙室11內(nèi)，由于原來(lái)艙室內(nèi)的空氣，孔隙水不能充滿水樣保存艙室11。最后運(yùn)行電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置12，抽取固液艙室8、二次過(guò)濾裝置10和水樣保存艙室11中的氣體，使其壓力減小，和不銹鋼濾網(wǎng)7外側(cè)存在壓差，保障孔隙水循環(huán)不斷的進(jìn)入水樣保存艙室U。電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置12把艙室內(nèi)的氣體抽進(jìn)釘子型殼體2內(nèi)。
[0025]檢測(cè)過(guò)程中，沉積物孔隙水進(jìn)入固液艙室8后，由于壓力減小，孔隙水中的氣體溢出，氣液艙室4和固液艙8之間只能雙向透氣，不能從固液艙室8向氣液艙室4透水，溢出氣體進(jìn)入氣液艙室4，通過(guò)氣體傳感器3檢測(cè)孔隙水中氣體成分和含量，數(shù)據(jù)通過(guò)同軸電纜18傳送到水面船舶，供研究人員分析使用。
[0026]如果在取樣過(guò)程中，發(fā)生堵塞，不銹鋼濾網(wǎng)7發(fā)生堵塞，取樣不能正常進(jìn)行，需要進(jìn)行反沖洗。此時(shí)關(guān)閉第三電磁閥9和第四電磁閥14，打開(kāi)第一電磁閥3、第二電磁閥6和第五電磁閥16，利用氣瓶17內(nèi)的高壓氣體將堵塞在不銹鋼濾網(wǎng)7上的固體吹落，保障不銹鋼濾網(wǎng)7的網(wǎng)孔通透。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置，其特征是由配重(I)、殼體(2)、氣瓶(17)和單層采樣點(diǎn)裝置(13)組成，其中，所述配重(I)和殼體(2)連接，在配重(I)上設(shè)置有電源和信號(hào)通道裝置(18);所述氣瓶(17)和單層采樣點(diǎn)裝置(13)安裝在殼體(2)內(nèi)部，氣瓶(17)和單層采樣點(diǎn)裝置(13)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置，其特征是所述單層采樣點(diǎn)裝置(13)由氣液艙室(5)、固液艙室(8)、二次過(guò)濾裝置(10)、水樣保存艙室(11)和電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)組成，所述氣液艙室(5)、固液艙室(8)、二次過(guò)濾裝置(10)、水樣保存艙室(11)和電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)通過(guò)管路(15)連接;在氣液艙室(5)上設(shè)置有氣體傳感器(4);在固液艙室(8)的側(cè)部設(shè)置有不銹鋼濾網(wǎng)(7)，所述固液艙室(8)通過(guò)不銹鋼濾網(wǎng)(7)安裝在殼體(2)上，不銹鋼濾網(wǎng)(7)濾孔的大小根據(jù)沉積物顆粒的大小調(diào)整。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置，其特征是所述氣液艙室(5 )的上部設(shè)置有第一電磁閥(3 )，氣液艙室(5 )和固液艙室(8 )之間設(shè)置有第二電磁閥(6 )，固液艙室(8 )和二次過(guò)濾裝置(1 )之間設(shè)置有第三電磁閥(9 )，電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)上部設(shè)置有第四電磁閥(14)，所述氣瓶(17)通過(guò)第五電磁閥(16)與管路(15)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置，其特征是所述電源和信號(hào)通道裝置(18)為同軸電纜，用于連接水面船舶。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海洋沉積物孔隙水采集和氣體在線原位檢測(cè)裝置，其特征是所述殼體(2)內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)或兩個(gè)以上的單層采樣點(diǎn)裝置(13)，所述單層采樣點(diǎn)裝置(13)從上到下分布設(shè)置，單層采樣點(diǎn)裝置(13)通過(guò)管路(15)分別與氣瓶(17)連接。6.—種如上述各權(quán)利I之一所述的海洋沉積物孔隙水采集及氣體在線原位檢測(cè)裝置的控制方法，其特征是包括下列步驟: 進(jìn)入海水及沉積物過(guò)程:從水面船舶釋放采樣裝置，根據(jù)取樣的深度和沉積物種類的不同，調(diào)整配重(I)，依靠重力，使釘子型殼體(2)插入海底沉積物中，在進(jìn)入海水和沉積物的過(guò)程中，第二電磁閥(6)和第三電磁閥(9)關(guān)閉，除了固液艙室(8)因壓力增大進(jìn)入海水，其它艙室和管路中均為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的空氣；取樣過(guò)程:關(guān)閉第三電磁閥(9)和第四電磁閥(14)，打開(kāi)第一電磁閥(3)、第二電磁閥(6)和第五電磁閥(16)，利用氣瓶(17)內(nèi)的高壓氣體將固液艙室(8)內(nèi)海水吹出，然后關(guān)閉第五電磁閥(16)、第一電磁閥(3 )和第四電磁閥(14)，打開(kāi)第二電磁閥(6)和第三電磁閥(9)，運(yùn)行電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)，抽取固液艙室(8)、二次過(guò)濾裝置(10)和水樣保存艙室(11)中的氣體，使其壓力減小，不銹鋼濾網(wǎng)(7)兩側(cè)形成壓力差，加速中沉積物中小顆粒固體和孔隙水不斷進(jìn)入固液艙室(8)，再經(jīng)過(guò)二次過(guò)濾裝置(10)過(guò)濾小顆粒固體，孔隙水循環(huán)不斷的進(jìn)入水樣保存艙室(U)，直至取樣結(jié)束；電動(dòng)推桿壓力調(diào)節(jié)裝置(12)抽出的廢氣排放進(jìn)釘子型殼體(2)內(nèi)，由于其容積遠(yuǎn)大于水樣保存艙室(11)的容積，所以廢氣能不斷抽出； 檢測(cè)過(guò)程:沉積物孔隙水進(jìn)入固液艙室(8)后，由于壓力減小，孔隙水中的氣體溢出，氣液艙室(5)和固液艙室(8)之間只能雙向透氣，不能透水，溢出氣體進(jìn)入氣液艙室(5)，通過(guò)氣體傳感器(4)檢測(cè)孔隙水中氣體成分和含量，數(shù)據(jù)通過(guò)同軸電纜(18)傳送到水面船舶，供研究人員分析使用。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的海洋沉積物孔隙水采集及氣體在線原位檢測(cè)裝置的控制方法，其特征是還包括下列步驟: 反沖洗過(guò)程:如果在取樣過(guò)程中，發(fā)生堵塞，不銹鋼濾網(wǎng)(7)被固體堵住，取樣不能正常進(jìn)行，需要進(jìn)行反沖洗;此時(shí)關(guān)閉第三電磁閥(9)和第四電磁閥(14)，打開(kāi)第一電磁閥(3)、第二電磁閥(6)和第五電磁閥(16)，利用氣瓶(17)內(nèi)的高壓氣體將堵塞在不銹鋼濾網(wǎng)(7)上的固體吹落，保障不銹鋼濾網(wǎng)(7)的網(wǎng)孔通透。
【文檔編號(hào)】G01N1/10GK105842005SQ201610198562
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】蔣慧略, 華志勵(lì), 劉波, 姚璞玉, 羅非, 張照文, 袁建, 辛克梁, 王雷, 王虎, 王桂云, 郭風(fēng)祥, 賈欣鑫, 王起維
【申請(qǐng)人】山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所