深海水平浊流颗粒物收集装置及其收集方法

技术领域

本发明涉及深海水平浊流颗粒物采集技术领域，特别是涉及一种深海水平浊流颗粒物收集装置及其收集方法。

背景技术

海洋是地球上最大的碳库,在缓和碳温室效应及对全球气候变暖趋势的影响方面具有极其重要的作用，海洋中普遍存在的悬浮颗粒物,与海洋碳循环存在着十分紧密的关系，海洋颗粒物质通量研究中，对于底部洋流造成的颗粒物水平运输与转移的研究一直相对薄弱，究其原因主要是缺乏对应的技术手段和工具。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种深海水平浊流颗粒物收集装置及其收集方法，该装置可长期布放于海底进行水平浊流颗粒物的收集工作，能够在规定的时间内获取随着洋流携带的浊流颗粒物，为海洋颗粒物质通量研究提供技术支撑。

本发明在一方面提供了一种深海水平浊流颗粒物收集装置，包括：

浊流颗粒物分离装置，所述浊流颗粒物分离装置包括分离腔体、连接于所述分离腔体的浊流收集口、设置于所述分离腔体顶部的海水出口、以及设置于所述分离腔体底部的漏斗部，其中所述浊流收集口设置为蜂窝折流板结构，用于改变浊流的流动方向，使得浊流进行错流运动，并在所述分离腔体内形成湍流，从而使得浊流分离为颗粒物和海水，其中颗粒物自所述漏斗部排出，海水自所述海水出口排出；

颗粒物采样模块，所述颗粒物采样模块连接于所述漏斗部底部，用于按照时间序列采集自所述漏斗部排出的颗粒物；以及

采样模块控制单元，所述采样模块控制单元连接于所述颗粒物采样模块，用于控制所述颗粒物采样模块进行颗粒物收集工作。

在本发明的一实施例中，所述采样模块控制单元具有能够与上位机连接通讯的通讯接口，所述采样模块控制单元用于经由所述通讯接口接收上位机发送的控制指令，并按照所述控制指令控制所述颗粒物采样模块展开采样工作。

在本发明的一实施例中，所述通讯接口为RS485通讯接口。

在本发明的一实施例中，所述颗粒物采样模块包括电机、由所述电机驱动转动的齿轮转盘以及沿所述齿轮转盘的周向设置在所述齿轮转盘之下的多个采样瓶，所述采样模块控制单元基于所述控制指令控制所述电机工作，从而使得所述齿轮转盘转动而切换对应的所述采样瓶进行采样。

在本发明的一实施例中，所述颗粒物采样模块还包括连接于所述浊流颗粒物分离装置的颗粒物出口的采样口，所述齿轮转盘设置有25个与所述采样口对接的位置，25个对接位置对应安装有24个采样瓶和1个空白对照瓶。

在本发明的一实施例中，所述深海水平浊流颗粒物收集装置还包括用于安装所述浊流颗粒物分离装置、所述颗粒物采样模块以及所述采样模块控制单元的支撑架，其中所述浊流颗粒物分离装置的所述分离腔体、所述浊流收集口以及所述海水出口被支撑于所述支撑架顶部，所述漏斗部位于所述支撑架的上半部腔室内，所述颗粒物采样模块以及所述采样模块控制单元位于所述支撑架的下半部腔室内。

在本发明的一实施例中，所述深海水平浊流颗粒物收集装置还包括深海拍照系统，所述深海拍照系统包括深海相机和深海LED灯，所述深海相机和所述深海LED灯分别设置在所述浊流收集口的两侧。

在本发明的一实施例中，所述深海水平浊流颗粒物收集装置还包括电连接于所述颗粒物采样模块、所述采样模块控制单元以及所述深海拍照系统的电源模块，所述电源模块用于为所述颗粒物采样模块、所述采样模块控制单元以及所述深海拍照系统提供电能输出。

在本发明的一实施例中，所述深海水平浊流颗粒物收集装置还搭载有水文传感器和化学传感器，所述水文传感器和所述化学传感器用于进行深海水文、化学环境长期监测。

本发明在另一方面还提供了所述深海水平浊流颗粒物收集装置的收集方法，包括步骤：

S1、浊流自浊流收集口流入分离腔体中进行固液两相分离，其中浊流中的颗粒物经由漏斗部排出，海水经由海水出口排出；和

S2、上位机发送控制指令，采样模块控制单元经由通讯接口接收所述控制指令，并按照所述控制指令控制颗粒物采样模块对经由所述漏斗部排出的颗粒物展开采样工作。

本发明的所述深海水平浊流颗粒物收集装置可长期布放于海底进行水平浊流颗粒物的收集工作，能够在规定的时间内获取随着洋流携带的浊流颗粒物，为海洋颗粒物质通量研究提供技术支撑。

本发明的所述深海水平浊流颗粒物收集装置能够通过深海拍照系统展开深海环境长期定时拍照工作，同时还能够搭载水文、化学传感器进行深海水文、化学环境长期监测，满足对深海环境研究的技术需求。

本发明的所述深海水平浊流颗粒物收集装置能够经由载人潜器或者ROV等运载平台的机械手进行布放和回收，整体结构简单、使用方便，具有广泛的应用前景。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本发明的一优选实施例的所述深海水平浊流颗粒物收集装置的立体结构示意图。

图2为图1所示的所述深海水平浊流颗粒物收集装置的收集方法的流程框图。

附图标号说明：深海水平浊流颗粒物收集装置100；浊流颗粒物分离装置10；分离腔体11；浊流收集口12；海水出口13；漏斗部14；颗粒物采样模块20；电机21；齿轮转盘22；采样瓶23；采样口24；采样模块控制单元30；支撑架40；深海拍照系统50；深海相机51；深海LED灯52；电源模块60。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种深海水平浊流颗粒物收集装置100，所述深海水平浊流颗粒物收集装置100可长期布放于海底进行水平浊流颗粒物的收集工作，能够在规定的时间内获取随着洋流携带的浊流颗粒物，为海洋颗粒物质通量研究提供技术支撑，而且本发明还提供了所述深海水平浊流颗粒物收集装置100的收集方法，收集和布放方式简单，通过载人潜器或者ROV等运载平台的机械手即可完成操作，易于实现和推广使用。

具体地，如图1所示，本发明在一方面提供了一种深海水平浊流颗粒物收集装置100，包括：

浊流颗粒物分离装置10，所述浊流颗粒物分离装置10包括分离腔体11、连接于所述分离腔体11的浊流收集口12、设置于所述分离腔体11顶部的海水出口13、以及设置于所述分离腔体11底部的漏斗部14，其中所述浊流收集口12设置为蜂窝折流板结构，用于改变浊流的流动方向，使得浊流进行错流运动，并在所述分离腔体11内形成湍流，利用固体颗粒物的重量较大而惯性较大，而海水密度较小的特点，使得浊流分离为颗粒物和海水，其中颗粒物自所述漏斗部14排出，海水自所述海水出口13排出；

颗粒物采样模块20，所述颗粒物采样模块20连接于所述漏斗部14底部，用于按照时间序列采集自所述漏斗部14排出的颗粒物；以及

采样模块控制单元30，所述采样模块控制单元30连接于所述颗粒物采样模块20，用于控制所述颗粒物采样模块20进行颗粒物收集工作。

值得一提的是，所述深海水平浊流颗粒物收集装置100能够经由载人潜器或者ROV等运载平台的机械手进行布放和回收，整体结构简单、使用方便，具有广泛的应用前景。

特别地，所述采样模块控制单元30具有能够与上位机连接通讯的通讯接口，所述采样模块控制单元30用于经由所述通讯接口接收上位机发送的控制指令，并按照所述控制指令控制所述颗粒物采样模块20展开采样工作。

具体地，所述通讯接口为RS485通讯接口，所述采样模块控制单元30通过所述RS485通讯接口与上位机连接通讯，在所述深海水平浊流颗粒物收集装置100被布放到海底后，所述采样模块控制单元30接收上位机发送的控制指令，按照预设指令控制所述颗粒物采样模块20展开采样工作。

具体地，所述颗粒物采样模块20包括电机21、由所述电机21驱动转动的齿轮转盘22以及沿所述齿轮转盘22的周向设置在所述齿轮转盘22之下的多个采样瓶23，所述采样模块控制单元30基于所述控制指令控制所述电机21工作，从而使得所述齿轮转盘22转动而切换对应的所述采样瓶23进行采样。

在本发明的这一具体实施例中，所述颗粒物采样模块20还包括连接于所述浊流颗粒物分离装置10的颗粒物出口的采样口24，所述齿轮转盘22设置有25个与所述采样口24对接的位置，25个对接位置对应安装有24个采样瓶23和1个空白对照瓶。

可以理解的是，所述浊流颗粒物分离装置10的颗粒物出口即为所述漏斗部14底部的出口。

所述颗粒物采样模块20的工作流程为：由所述电机21带动所述齿轮转盘22转动，将所述采样瓶23传送到所述采样口24正下方，每隔一段时间按照预设程序轮换到下一个采样瓶23，对正在沉降的浊流颗粒物按照时间序列展开收集工作，所述颗粒物采样装置预设安装24个采样瓶23，可以一次采集24个具有时间分辨率的样品。

应该理解的是，在本发明的一些实施例中，根据实际的采集需求，所述颗粒物采样装置设置的采样瓶23也可以为其他数量，本发明对此不作限制。

进一步地，所述深海水平浊流颗粒物收集装置100还包括用于安装所述浊流颗粒物分离装置10、所述颗粒物采样模块20以及所述采样模块控制单元30的支撑架40，如图1所示，其中所述浊流颗粒物分离装置10的所述分离腔体11、所述浊流收集口12以及所述海水出口13被支撑于所述支撑架40顶部，所述漏斗部14位于所述支撑架40的上半部腔室内，所述颗粒物采样模块20以及所述采样模块控制单元30位于所述支撑架40的下半部腔室内。

值得一提的是，所述深海水平浊流颗粒物收集装置100还包括深海拍照系统50，所述深海拍照系统50包括深海相机51和深海LED灯52，所述深海相机51和所述深海LED灯52分别设置在所述浊流收集口12的两侧。

具体地，所述深海相机51可以采用深海4K照相机，可与所述深海LED灯52配合工作，在深海展开长期定时拍照工作，使用图像记录深海环境变化。

进一步地，所述深海水平浊流颗粒物收集装置100还包括电连接于所述颗粒物采样模块20、所述采样模块控制单元30以及所述深海拍照系统50的电源模块60，所述电源模块60用于为所述颗粒物采样模块20、所述采样模块控制单元30以及所述深海拍照系统50提供电能输出。

值得一提的是，所述深海水平浊流颗粒物收集装置100还搭载有水文传感器和化学传感器，所述水文传感器和所述化学传感器用于进行深海水文、化学环境长期监测。所述电池模块也可以为搭载的所述水文传感器和所述化学传感器提供能源支持。

所述深海水平浊流颗粒物收集装置100的收集工作流程如下：

1.布放前准备

(1)将所有采样瓶23充满灭菌海水，并添加Hgc l

(2)将所述颗粒物采集模块转动到空白位置，即将所述空白对照瓶与所述采样口24对接，防止布放过程中海水对采样瓶23的污染。

2.布放作业

完成布放准备工作后，所述深海水平浊流颗粒物装置搭载载人潜器或者ROV等运载平台，布放到海底目标地点，随后所述深海水平浊流颗粒物装置的各项功能模块开始展开工作。

3.深海作业

(1)所述浊流颗粒物分离装置10展开浊流收集与固液两相分离工作；

(2)所述颗粒物采集模块按照预设时间序列，展开颗粒物收集功能；

(3)所述深海拍照系统50展开深海环境长期定时拍照工作；

(4)搭载的水文传感器和化学传感器展开深海水文、化学环境长期监测功能。

4.回收与样品保存

完成作业后，载人潜器或者ROV等运载平台将所述深海水平浊流颗粒物收集装置100回收，依次取下采样瓶23，并将采样瓶23盖上密封盖，保存到冰箱或低温样品柜，以便后续展开分析测试。

可以理解的是，如图2所示，本发明在另一方面还提供了所述深海水平浊流颗粒物收集装置100的收集方法，包括步骤：

S1、浊流自浊流收集口12流入分离腔体11中进行固液两相分离，其中浊流中的颗粒物经由漏斗部14排出，海水经由海水出口13排出；和

S2、上位机发送控制指令，采样模块控制单元30经由通讯接口接收所述控制指令，并按照所述控制指令控制颗粒物采样模块20对经由所述漏斗部14排出的颗粒物展开采样工作。

值得一提的是，在所述步骤S1之前，还包括布放前准备的步骤和布放作业的步骤，所述深海水平浊流颗粒物收集装置100的收集方法还包括控制所述深海拍照系统50展开深海环境长期定时拍照工作的步骤，和控制所搭载的水文传感器和化学传感器展开深海水文、化学环境长期监测工作的步骤。

具体地，所述步骤S2包括步骤：

所述采样模块控制单元30接收所述控制指令而驱动所述电机21工作；和

所述电机21带动所述齿轮转盘22以设定的时间间隔转动，从而切换对应的所述采样瓶23进行颗粒物收集工作。

总的来讲，本发明提供了一种结构简单、使用方便、可搭载在载人潜器或者ROV等运载平台上使用的深海水平浊流颗粒物收集装置，可长期布放于海底进行水平浊流颗粒物的收集工作，能够在规定的时间内获取随着洋流携带的浊流颗粒物，为海洋颗粒物质通量研究提供技术支撑。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。