一种容量自调节的海水采样装置

1.本实用新型涉及深海海水溶解气体检测领域，具体涉及一种可通过容量自调节完整保存采自高压低温深海的海水样品中溶解气体组分的气密非保压海水采样装置。


背景技术：

2.获取深海各种溶解气体浓度的精确信息，在探测海底环境、研究深海生命过程、寻找海底矿藏、预警海洋生态灾害等领域都有重要意义，是保障海洋生态安全、推动海洋科学进步、促进海洋经济发展的重要需求。
3.深海溶解气体检测仍然是一项具有挑战性的工作，保真采样是其中的难点。传统的海水气体溶解浓度检测，通常是利用自动取水器或原位采样瓶，将海面下不同深度的海水采回实验室用气相色谱等技术进行气体含量分析。海水样品保真是获取准确数据的关键。深海样品保真的难点在于，常规的采水器，如卡盖式采水器，其容器和密封盖均不耐高压，难以实现深海水样的保真。水样在从压力巨大和低温的深海被带回到常压工作环境的过程中，溶解气体在水样中的溶解度会大幅下降，不断逸出变成游离气体，而游离气体的体积还会随压力下降进一步膨胀。当内外压力差超过容器密封盖的耐受范围时，为重新达到容器内外压力平衡，容器中的海水和气体样品会冲破采水器的封口流出容器而导致样品流失，从而造成样品失真。
4.近年来出现了可以避免这种样品失真的保压采样装置，如日本的whats系统、美国的ams系统等。这些装置采用耐高压容器和复杂的密封装置，价格昂贵，操作复杂，使用成本非常高，限制了其应用范围。
5.近期又出现了气密不保压的采样器制作思路。采用体积可变的容器制作采水器，可实现当容器内样品需要以体积膨胀的方式降低压力，使得容器内外的压力重新达到平衡的时候，该装置能够提供足够的空间容纳增加的体积，依然将采样位点获得的水样完整的保留在容器之中，实现保真采样。此方案成本低，无需复杂的载具，具有较好的应用前景。但是目前此类装置研究和应用的报道尚不多，仍然有非常大的实用化改进和优化的空间。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种容量自调节的海水采样装置，可实现深海水样的气密非保压保真提取。
7.为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
8.一种容量自调节的海水采样装置，该装置包括水样容器和支架；水样容器包括伸缩管和连接在升缩管两端的筒状容器，筒状容器连接在支架上，筒状容器远离伸缩管的一端转动连接有密封盖，密封盖外侧通过带释放机构的拉绳一与支架连接，密封盖内侧通过弹性件一与筒状容器内壁连接，当拉绳一的释放机构动作以断开拉绳一与支架的连接时，密封盖在弹性件一的作用下闭合筒状容器；支架包括容量调节开关，容量调节开关关闭时，筒状容器被固定在支架上，容量调节开关打开后，至少一个筒状容器能够在伸缩管的推动
下沿支架滑动，以改变水样容器的容量。
9.进一步地，所述筒状容器与伸缩管连接的一端设有法兰盘，法兰盘边缘设有若干供支架穿过的通孔。
10.进一步地，所述伸缩管为两端带法兰盘的波纹管。
11.进一步地，所述波纹管为若干个，可根据需要依次连接组成容量更大的采样容器，避免单一波纹管过长容易出现破损等问题。
12.进一步地，所述容量调节开关包括挡板、弹性件二和带释放机构的拉绳二；挡板中部转动连接在支架上，挡板一端抵接在筒状容器的法兰盘背离伸缩管的一侧，挡板另一端分别通过弹性件二和拉绳二与支架连接，当拉绳二的释放机构动作以断开拉绳二与支架的连接时，挡板在弹性件二的作用下旋转，使得挡板的端部脱离筒状容器的法兰盘。
13.进一步地，为方便取样，所述筒状容器远离伸缩管的一端还设有自密封取样口。
14.与现有技术相比，本实用新型的益效果在于：
15.1、本装置可以在不采用任何耐高压元器件的情况下，实现深海保真采样。使用时，装置在下沉过程中，密封盖打开，容量调节开关关闭，容积保持设定值不变。此时内部海水和外部海水连通，任何深度下内外压力差都为零。装置在深海装入高压低温海水样品后，释放机构动作，密封盖闭合，容量调节开关打开使挡板脱离筒状容器，此时，水样容器的容积处于可变化状态。随着装置回到海面的过程中，环境压力下降，容器内部样品的压力通过波纹管的弹性壁释放，容器容积增加，以容纳气体逸出或游离气体膨胀的部分，直到实现压力平衡，从而避免样品冲破密封盖而流失，实现保真采样。
16.2、具有良好的兼容性。本装置的载体、外部控制(拉绳释放机构等)与传统的采水装置，例如尼斯金采水器等，完全相同。可以充分利用现有的海洋科学考察平台，有效降低使用成本。
17.3、采用模块化设计。可以根据不同的采样需求，连接多个波纹管，做成采样体积不同的采水器。
18.4、样品转移方便。采样器回到常压后，可以通过压缩波纹管，使得逸出气体从取样口排入其它容器，供分析测试用。同时也可以通过挤压波纹管排出大部分海水，避免接触空气，为精确测量海水中残留的溶解气体奠定基础。
附图说明
19.图1是海水取样装置下潜到采样位点过程中的状态图，图中为剖面图；
20.图2是海水取样装置在采样位点采集到样品以后封闭保存样品的状态图，图中为透视图；
21.附图标记说明：1-支架；2拉绳一；3-密封盖；4-弹性拉条一；5-筒状容器一；6-挡板；7-挂钩一；8-拉绳二；9-弹性拉条二；10-波纹管；11-挂钩二；12-取样口；13-筒状容器二。
具体实施方式
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
23.实施例
24.如图1和图2所示，本实施例的一种容量自调节的海水采样装置，主要包括具有容器容量调节和固定作用的支架1，以及容量自调节的密封水样容器。
25.支架1包括底板和固定在底板上的倒u型的框架，水样容器被限定在框架内部。框架上设置有各种固定孔，用于连接采水器、缆绳、ctd等载体。
26.水样容器包括从上往下依次连接的筒状容器一5、升缩管和筒状容器二13。
27.筒状容器一5为上下相通的圆筒状结构。筒状容器一5的上端转动连接有密封盖3，密封盖3外侧通过带释放机构的拉绳一2与支架1连接，筒状容器一5内部设有挂钩一7，密封盖3内侧与挂钩一7之间通过弹性拉条一4连接。如此，当拉绳一2的释放机构动作以断开拉绳一2与支架1的连接时，密封盖3在弹性拉条一4的作用下闭合筒状容器一5上端。筒状容器一5的下端为带密封圈的法兰盘，法兰盘边缘设有供支架1穿过的通孔，通孔的下端面通过安装在支架1上的定位螺栓定位，上端面则通过容量调节开关进行定位，当容量调节开关打开后，筒状容器一5可在伸缩管的推动下沿支架1上下滑动，从而改变水样容器的容量。
28.本实施例中，容量调节开关主要由挡板6、弹性拉条二9和带释放机构的拉绳二8组成。其中，挡板6呈z字形，中部转动连接在支架1上，挡板6上端抵接在筒状容器一5的法兰盘上端面，挡板6下端分别通过弹性拉条二9和拉绳二8与支架1连接，如此，当拉绳二8的释放机构动作以断开拉绳二8与支架1的连接时，挡板6在弹性拉条二9的作用下顺时针旋转，使得挡板6上端脱离筒状容器一5的法兰盘，从而解锁筒状容器一5的定位。
29.容易理解的是，容量调节开关还可以采用其他的形式，例如，可采用连接在支架1上的具有斜面的弹性销，当容器内部压力大于设定值时，弹性销被压入支架1内部，从而解锁筒状容器一5的定位，还可以采用直接安装在支架1上的声学释放器等，只要能够在需要时能解锁筒状容器一5的定位状态即可。
30.筒状容器二13的结构和筒状容器一5相同，上下对称地连接在升缩管两端，与筒状容器一5不同的是，筒状容器二13的法兰盘的两端均通过安装在支架1上的定位螺栓固定在支架1上，也就是说，筒状容器二13不能沿支架1上下滑动。
31.升缩管同样上下相通，本实施例采用能够通过纵向伸缩而改变体积的波纹管10，当然也可以采用其他形式的管结构，只要能够自伸缩改变自身体积均可。波纹管10上下两端均设置法兰盘，用于和筒状容器一5、筒状容器二13密封连接。作为优选，波纹管10可以准备多根，这样就可根据采样需要，将多根波纹管10相接组成容量更大的采样容器，避免采用单一波纹管10过长容易出现破损等问题。
32.另外，本实施例的用于拉绳的释放机构可采用现有的声学释放器，弹性拉条可采用弹簧或橡胶拉条等。同时，为方便取样，筒状容器一5的上端和筒状容器二13的下端还设有自密封取样口12，在采样器回到常压后，可以通过压缩波纹管10，使得逸出气体从取样口12排入其它容器，供分析测试用。同时也可以通过挤压波纹管10排出大部分海水，避免接触空气，为精确测量海水中残留的溶解气体奠定基础。
33.下面结合附图对本技术的工作原理进行详细说明：
34.采样时，装置被垂直固定于缆绳或ctd等载体上。在到达采样位点前，密封盖3和挡板6均通过拉绳固定，密封盖3处于打开状态，筒状容器一5被挡板6和定位螺栓锁定在支架上1，容器的容积处于预定的固定状态。当以一定的速度下放采样装置时，不同深度的海水
贯穿容器，此时容器内外海水连通，内外压力差为零，如图1所示。采样装置到达预定深度采样位点后，激发释放机构动作，密封盖3、挡板6的拉绳同时放松。容器两端的密封盖3在弹性拉条一4的拉力作用下迅速关闭，完成海水样品的提取和密封动作。同时挡板6松开筒状容器一5，使得中部的波纹管10可自由伸缩，从而使得容器的容积可以根据内外压力平衡的需求自动调节，如图2所示。在回收采水器时，从深海到海面，容器外部压力逐渐降低。当容器内部压力高于外部时，波纹管10拉伸，推动筒状容器一5上移，使容器体积增加，以容纳气体逸出或游离气体膨胀的部分，直到实现压力平衡，从而避免样品冲破密封盖3而流失，实现保真采样。
35.从上述使用过程可以看出，整个过程容器内外压力差保持在很小的状态，低于密封盖3的弹性拉条一4产生的闭合力，使得容器始终处于密封状态。这样就可以保证整个过程中容器内部不会和外部发生物质交换，完整保持采样位点的状态，实现保真采样，为气体分析提供可靠的样品。
36.上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的保护范围中。