一种沉积物孔隙水时间序列采样装置

1.本发明涉及深海取样技术领域，特别是涉及一种沉积物孔隙水时间序列采样装置。


背景技术：

2.孔隙水中蕴藏了大量的地球化学信息，其中的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。目前，随着工业化活动加剧，水体污染日益严重。因此，对于孔隙水环境中的时间监测对环境保护和人类健康具有重要意义。
3.目前常用的孔隙水取样主要分为非原位采样和原位采样。非原位采样主要有离心法、压榨法等，由于取样过程中会导致样品中气体逸散、有机组分分解、离子氧化，因此会对样品中成分造成较大的影响。原位采样主要有透析袋装置(peeper)、rhizon和dgt等用于短期的原位采样装置以及以蠕动泵或渗透泵为动力的原位采集装置。用于短期的原位采样装置无法满足长期连续采样的需求。现有的以蠕动泵等为动力的原位采集装置结构复杂且采样深度及点位受限，不能同时兼顾取样密度丰富及样品量的问题，且无法确定一定时间内对应的采样。在应用于深海环境中时，由于深海环境复杂极容易出现难以保温保压等问题，难以实现深海沉积物孔隙水时间序列采样。
4.因此，研究一种沉积物孔隙水时间序列采样系统能够使其安全自主地按时间序列采集孔隙水样品是十分必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种沉积物孔隙水时间序列采样系统，以解决上述现有技术存在的问题，可以安全自主地按时间序列采集孔隙水样品。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种沉积物孔隙水时间序列采样装置，包括重力布放罩、重力释放罩和取样器；所述重力布放罩和所述重力释放罩均为圆筒型结构；所述重力释放罩设置于所述重力布放罩内；所述取样器设置于所述重力释放罩内；所述重力布放罩外壁中部设置有固定连接板，所述固定连接板上设置有贯入释放油缸，所述贯入释放油缸的缸杆与伸缩支撑导杆的一端相连接，所述伸缩支撑导杆的另一端贯穿所述重力布放罩和所述重力释放罩后与所述取样器相接触，所述伸缩支撑导杆用于对所述取样器的竖向限位。
8.可选的，所述重力释放罩下部侧壁上设置有流量控制出口。
9.可选的，所述取样器包括筒体、插针、插针刀头连接件、陶瓷滤芯和插针刀头；所述插针的一端与所述筒体的底部相连接，所述插针的另一端通过所述插针刀头连接件与所述陶瓷滤芯相连接；所述陶瓷滤芯的底部设置有所述插针刀头。
10.可选的，所述筒体的顶部设置有把手。
11.可选的，所述筒体包括上端盖和下端盖；所述把手设置于所述上端盖上，所述插针
的一端与所述下端盖相连接。
12.可选的，所述筒体的顶部设置有取样控制开关。
13.可选的，所述筒体内设置有渗透泵筒体，所述渗透泵筒体内中部设置有渗透挡板结构，所述渗透泵筒体内位于所述渗透挡板结构上方为饱和溶液舱，所述渗透泵筒体内位于所述渗透挡板结构下方纯水舱；所述渗透挡板结构底面上设置有多个胶囊渗透泵，所述胶囊渗透泵与所述陶瓷滤芯之间设置有导管。
14.可选的，所述渗透泵筒体包括渗透泵上端盖和渗透泵下端盖，所述渗透泵上端盖上设置有废液出口，所述渗透泵下端盖上设置有毛细管接口，所述毛细管接口用于与所述导管的一端相连接。
15.可选的，所述筒体内位于所述渗透泵筒体下方设置有盘管轴，所述盘管轴上由上到下依次设置有导管盘支撑环和导管盘盖板。
16.可选的，所述盘管轴顶部设置有盘管支架限位盖，所述盘管支架限位盖用于定位所述盘管轴的顶部。
17.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.(1)重力贯入系统使得取样器能够稳定贯入沉积物内。由于流量控制出口的存在，取样器在贯入沉积物的过程中，释放罩内的海水不能立即排出，导致释放罩内的海水对取样器产生向上的反作用力。
19.(2)本装置可以根据安装不同数量的alzet渗透胶囊泵对采样速率进行定制，以面向不同科学研究。
20.(3)当需要转移样品时，可根据导管长度进行换算，从而获得时间序列孔隙水样品。
21.(4)本发明专利利用渗透胶囊泵的渗透压提供动力，使取样器能够安全自主连续采集水样。本发明对深海孔隙水原位长期自主取样提供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。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明的整体结构立体视图；
24.图2是本发明的整体结构示意图；
25.图3是本发明装置结构剖面图。
26.附图标记说明：1、把手；2、上端盖；3、伸缩支撑导杆；4、贯入释放油缸；5、重力布放罩；6、固定连接板；7、筒体；8、插针；9、插针刀头连接件；10、陶瓷滤芯；11、插针刀头；12、渗透泵上端盖；13、饱和溶液舱；14、渗透泵筒体；15、纯水舱；16、渗透泵下端盖；17、盘管支架限位盖；18、盘管轴；19、导管盘支撑环；20、重力释放罩；21、流量控制出口；22、下端盖；23、导管盘盖板；24、毛细管接口；25、胶囊渗透泵；26、渗透挡板结构；27、废液出口；28、取样控制开关。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1至3所示，本实施例提供一种沉积物孔隙水时间序列采样装置，包括重力布放罩5、重力释放罩20和取样器；重力布放罩5和重力释放罩20均为圆筒型结构；重力释放罩20设置于重力布放罩5内；取样器设置于重力释放罩20内；重力布放罩5外壁中部设置有固定连接板6，固定连接板6上设置有贯入释放油缸4，贯入释放油缸4的缸杆与伸缩支撑导杆3的一端相连接，伸缩支撑导杆3的另一端贯穿重力布放罩5和重力释放罩20后与取样器相接触，伸缩支撑导杆3用于对取样器的竖向限位。
29.于本具体实施例中，取样器包括筒体7、插针8、插针刀头连接件9、陶瓷滤芯10和插针刀头11；插针8的一端与筒体7的底部相连接，插针8的另一端通过插针刀头连接件9与陶瓷滤芯10相连接；陶瓷滤芯10的底部设置有插针刀头11。筒体7包括上端盖2和下端盖22；把手1设置于上端盖2上，插针8的一端与下端盖22相连接。筒体7的顶部设置有取样控制开关28。
30.筒体7内设置有渗透泵筒体14，渗透泵筒体14内中部设置有渗透挡板结构26，渗透泵筒体14内位于渗透挡板结构26上方为饱和溶液舱13，渗透泵筒体14内位于渗透挡板结构26下方纯水舱15；渗透挡板结构26底面上设置有多个胶囊渗透泵25，胶囊渗透泵25与陶瓷滤芯10之间设置有导管。
31.渗透泵筒体14包括渗透泵上端盖12和渗透泵下端盖16，渗透泵上端盖12上设置有废液出口27，渗透泵下端盖16上设置有毛细管接口24，毛细管接口24用于与导管的一端相连接。
32.筒体7内位于渗透泵筒体14下方设置有盘管轴18，盘管轴18上由上到下依次设置有导管盘支撑环19和导管盘盖板23。
33.盘管轴18顶部设置有盘管支架限位盖17，盘管支架限位盖17与渗透泵下端盖16相连接，用于定位盘管轴18的顶部。
34.重力释放罩20下部侧壁上设置有流量控制出口21。
35.本发明中的沉积物孔隙水时间序列采样装置的工作过程如下：
36.整套装置通过搭载可移动地面探测平台，通过平台本体的布放装置固定在深海沉积物土层内或者搭载着陆器进行长期监测工作。取样器布放前，伸缩支撑导杆3伸出并支撑在取样器的下端盖22处。长毛细导管内预先充满去纯水并盘放于盘管轴18内。
37.取样器布放时，贯入释放油缸4缓慢将伸缩支撑导杆3回收，取样器在重力的作用下，贯入沉积物中。由于流量控制出口21的存在，取样器在贯入沉积物的过程中，重力释放罩20内的海水不能立即排出，导致重力释放罩20内的海水对取样器产生向上的反作用力，使得取样器能够稳定贯入沉积物内。
38.布放完成，打开取样控制开关28，取样动作开始，胶囊渗透泵25为取样提供动力。此时，通过取样进水口与深海沉积物接触，取样进水口采集到的孔隙水样品通过陶瓷滤芯10进行过滤后流入长毛细导管替换长毛细导管中的纯水，导管中的纯水通过毛细管接口24
流入纯水舱15，在渗透压的作用下通过胶囊渗透泵25进入饱和溶液舱13。取样过程中，孔隙水样品不断置换导管中的纯水，饱和溶液舱13内盐溶液体积不断变大，最终可通过废液出口27将被稀释的盐溶液排出。
39.本取样器仅靠渗透压对深海沉积物孔隙水进行连续采样，无需电力驱动，采样时间可长达一年以上，填补原位孔隙水采样器在时间精度方面上的空白。
40.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
41.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，包括重力布放罩、重力释放罩和取样器；所述重力布放罩和所述重力释放罩均为圆筒型结构；所述重力释放罩设置于所述重力布放罩内；所述取样器设置于所述重力释放罩内；所述重力布放罩外壁中部设置有固定连接板，所述固定连接板上设置有贯入释放油缸，所述贯入释放油缸的缸杆与伸缩支撑导杆的一端相连接，所述伸缩支撑导杆的另一端贯穿所述重力布放罩和所述重力释放罩后与所述取样器相接触，所述伸缩支撑导杆用于对所述取样器的竖向限位。2.根据权利要求1所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述重力释放罩下部侧壁上设置有流量控制出口。3.根据权利要求1所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述取样器包括筒体、插针、插针刀头连接件、陶瓷滤芯和插针刀头；所述插针的一端与所述筒体的底部相连接，所述插针的另一端通过所述插针刀头连接件与所述陶瓷滤芯相连接；所述陶瓷滤芯的底部设置有所述插针刀头。4.根据权利要求3所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述筒体的顶部设置有把手。5.根据权利要求4所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述筒体包括上端盖和下端盖；所述把手设置于所述上端盖上，所述插针的一端与所述下端盖相连接。6.根据权利要求3所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述筒体的顶部设置有取样控制开关。7.根据权利要求3所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述筒体内设置有渗透泵筒体，所述渗透泵筒体内中部设置有渗透挡板结构，所述渗透泵筒体内位于所述渗透挡板结构上方为饱和溶液舱，所述渗透泵筒体内位于所述渗透挡板结构下方纯水舱；所述渗透挡板结构底面上设置有多个胶囊渗透泵，所述胶囊渗透泵与所述陶瓷滤芯之间设置有导管。8.根据权利要求7所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述渗透泵筒体包括渗透泵上端盖和渗透泵下端盖，所述渗透泵上端盖上设置有废液出口，所述渗透泵下端盖上设置有毛细管接口，所述毛细管接口用于与所述导管的一端相连接。9.根据权利要求7所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述筒体内位于所述渗透泵筒体下方设置有盘管轴，所述盘管轴上由上到下依次设置有导管盘支撑环和导管盘盖板。10.根据权利要求9所述的沉积物孔隙水时间序列采样装置，其特征在于，所述盘管轴顶部设置有盘管支架限位盖，所述盘管支架限位盖用于定位所述盘管轴的顶部。

技术总结
本发明公开一种沉积物孔隙水时间序列采样装置，涉及深海取样技术领域，主要结构包括重力布放罩、重力释放罩和取样器；重力布放罩和重力释放罩均为圆筒型结构；重力释放罩设置于重力布放罩内；取样器设置于重力释放罩内；重力布放罩外壁中部设置有固定连接板，固定连接板上设置有贯入释放油缸，贯入释放油缸的缸杆与伸缩支撑导杆的一端相连接，伸缩支撑导杆的另一端贯穿重力布放罩和重力释放罩后与取样器相接触，伸缩支撑导杆用于对取样器的竖向限位。利用渗透胶囊泵的渗透压提供动力，使取样器能够安全自主连续采集水样。对深海孔隙水原位长期自主取样提供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。环境的监测等领域。环境的监测等领域。


技术研发人员：陈家旺 王荧 谭星晖 方玉平 林型双 郭进
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/5