一种模块化深海分层气密保压采水装置

本技术涉及海洋探测与水样采集，尤其涉及一种模块化深海分层气密保压采水装置。

背景技术：

1、深海采水技术是用于深海环境中精准采集不同深度、不同环境条件下海水样本的专项技术，主要分为缆控式和无缆式两大类型，配套密封与保压技术以保障样本质量。其中缆控式技术包含传统机械缆控采水系统与光纤缆控智能采水系统，前者通过钢缆或脐带缆连接母船与采水装置（如niskin采水器阵列），借助母船绞车控制沉浮，经机械触发或远程电信号采样并同步获取温度、盐度等参数，后者以光纤缆为数据传输载体，集成高精度传感器与伺服控制系统，可远程动态调节采样压力、流量等参数，适用于高分辨率分层采样场景；无缆式技术涵盖简易定时无缆采水装置、压力开关触发无缆采水系统、变形调节式无缆取样技术、气囊辅助无缆取样技术，分别通过预设下沉时间估算深度、机械压力开关触发、翼板结构控制沉浮、压缩气体填充气囊上浮等方式工作，适配不同采样需求，典型代表包括自主沉浮式采水球，部分装置还集成温压传感器、gps定位模块或配备无线电信标辅助回收。

2、缆控式技术存在如下缺陷：作业局限性强，采样深度受缆绳长度限制，且缆绳易受水流冲击断裂或缠绕海底障碍物，导致装置损坏及回收困难；成本与效率失衡，母船需全程驻留作业，设备购置及运维成本高昂，单次作业成本高且效率低下，难以适应大规模采样需求；水样易失真，缆绳干扰水流状态，可能导致采集的水样偏离原位环境特征，影响检测精度。

3、无缆式技术存在以下缺陷：深度控制精度不足，定时式装置受海水密度、洋流影响，深度误差达±50-100米，机械压力开关调节精度低，最小调节单位对应深度约50米，且存在滞后效应与误触发风险；运动控制与安全性差，多数装置无法精准控制沉浮速度，下沉时易与海底剧烈碰撞造成损坏，缺乏有效避障机制，复杂地形区域作业故障率超30%；回收可靠性低，简易装置无精准定位功能，依赖目视搜索，回收成功率低于70%，部分装置上浮动力结构复杂，易故障导致失联；功能适配性不足，传统装置多为单一采样模式，难以实现多深度连续分层采样，部分侧重沉积物取样，海水采样的密封性与保压性设计欠缺。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种模块化深海分层气密保压采水装置。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

3、一种模块化深海分层气密保压采水装置，包括采样器架、提升模块、储样模块、浮力模块及控制舱；所述采样器架为框架结构，所述采样器内部可拆卸设置有浮力模块，外侧可拆卸设置有储样模块和提升模块；所述浮力模块底部设置有多组磁性抛载重块；所述储样模块包括多组储样筒，所述储样筒第一端部设置有单向密封结构，第二段部设置有固定环；所述储样筒内设置有活塞，所述活塞上固定连接有提升手柄，所述提升手柄密封滑动连接于固定环上，所述提升模块与提升手柄连接；所述控制舱用于控制提升模块和磁性抛载重块的状态，并设置于采样器架上。

4、进一步的，所述单向密封结构包括采样桶下盖和进水活塞，所述采样桶下盖固定连接于储样筒的端部，所述进水活塞通过进水活塞弹簧与采样桶下盖连接，所述进水活塞弹簧复位状态下进水活塞侧壁与采样桶下盖内壁相抵，所述采样桶下盖与进水活塞的接触表面为斜面。

5、进一步的，所述进水活塞上开设有通孔，通孔内设置有放水活塞，所述放水活塞通过放水活塞弹簧与通孔连接，所述放水活塞弹簧复位状态下放水活塞端部的密封头与通孔端部相抵；所述通孔的一侧设置有放水连接螺纹孔，所述放水连接螺纹孔与通孔连通。

6、进一步的，所述浮力模块包括浮力块、抛载器和磁性抛载重块，所述浮力块底部设置有抛载器，所述抛载器与磁性抛载重块磁性连接。

7、进一步的，所述控制舱包括控制舱外壳，所述控制舱外壳内部中空且端部设置有控制舱端盖；所述控制舱外壳内设置有电池和主控制板，所述控制舱端盖上设置有压力传感器、超声波测距传感器和多线水密接头，所述压力传感器和超声波测距传感器设置于控制舱端盖上，并通过线缆与主控制板连接。

8、进一步的，所述采样器架包括上固定板、下固定板和安装板；所述上固定板与下固定板通过安装板连接；所述储样模块可拆卸设置于安装板外侧；所述安装板的内侧可拆卸设置有释放器，所述释放器用于控制提升模块。

9、进一步的，所述提升模块包括释放器外套、释放器内套、推力弹簧和提升板；所述释放器外套内滑动连接有释放器内套，所述释放器内套中设置有推力弹簧，所述推力弹簧一端固定连接于释放器外套，另一端与释放器内套固定连接，所述释放器内套的端部与提升板固定连接；所述提升板第一侧与提升手柄连接，所述提升板第二侧通过挂钩与释放器连接；所述释放器包括防水电磁锁、释放挂钩和微动弹簧，所述防水电磁锁固定连接于安装板的内侧，所述释放挂钩设置于防水电磁锁的输出端，所述微动弹簧固定连接于安装板的内侧且位于释放挂钩的一侧。

10、有益效果

11、相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

12、结构模块化，操作与维护简便，储样模块、浮力模块与控制舱均采用模块化设计，各部件独立安装与拆卸，便于日常维护、部件更换及水样提取。例如，储样模块通过储样筒固定手柄即可快速固定或卸下，无需复杂工具，降低了现场操作难度；控制舱的端盖式结构，使得内部主控制板、电池等元件的检修与更换更加便捷，减少了设备维护成本与维修难度。

13、多层气密保压，确保水样参数原生态保留，装置通过“多重密封+实时监测”构建全链条保压体系。储样模块的活塞双层密封（x型圈+o型圈）与下盖双重密封（双氟橡胶圈+锥面）形成冗余防护，这种设计使水样中溶解氧、挥发性有机物等易失参数保留率≥98%，检测误差＜3%，完全满足实验分析对高精度采样的要求，解决了传统设备“水样污染或参数流失”导致的无效作业问题。

14、精准分层控制，实现深海多深度精细化采样，突破机械压力开关触发误差的技术瓶颈，装置依托高精度压力传感器（精度±0.1%fs）与“水压-深度”标定算法，将深度检测误差控制在≤±0.3米，触发误差≤±0.5米。可预设1-6个采样深度，在10-6000米水深范围内实现多层精准采样，重复性误差＜2%，远超同类设备的分层精度。配合超声波避障传感器（探测精度±5mm），能在接近海底（＜0.5米）时自动触发避障，既避免设备损毁，又确保近底关键层水样的采集完整性，为海洋生态分层研究、热泉区环境评估提供可靠样本。

15、无缆式自主作业，提升灵活性与采样深度，摆脱了传统缆控式采水系统对电缆的依赖，通过磁性抛载重块实现自主下沉，浮力块实现自主上浮，可适应更深的采样深度（最大采样深度可根据压力传感器与储样筒的耐压等级定制），且不受水流对电缆的干扰，作业范围更广，灵活性更强。

16、压力感应精准控深，分层采样精度高，采用压力传感器实时检测水压，结合主控制板的精准计算，可实现对采样深度的精确控制，深度控制误差可控制在±0.2米以内，且能根据预设深度依次完成多深度分层采样，有效保障不同深度水样的代表性与准确性，满足海洋分层研究的需求。

17、多重保护机制，系统可靠性强，集成超声波测距传感器实现海底避障，当采样器距离海底过近时强制抛载上浮，避免设备碰撞损坏，或未达到采样深度采样器无法继续工作或返回；防水电磁锁与推力弹簧的配合设计，确保采样触发机制稳定可靠，减少误采样或漏采样情况；控制舱采用高压密封设计，保护内部电子元件免受深海高压与海水侵蚀，延长设备使用寿命。

18、定位与示警结合，回收便捷高效，采样器上浮至水面后，自动开启gps/北斗定位与示警灯，通过上位机实时获取定位信息，工作人员可快速定位并回收采样器，大幅降低回收难度与成本，提高作业效率。

19、成本可控，适用性广，系统核心部件采用性价比高的工业级材料，如钛合金等，既满足深海高压、耐腐蚀的环境需求，又避免了过度依赖昂贵特种材料导致的成本过高问题；同时，系统支持根据采样需求灵活调整储样模块的数量（1-6组均可）与采样深度范围（10-6000米），可适配海洋科学研究、环境监测、资源勘探等不同场景的采样需求，适用性极强。