專利名稱：液壓驅(qū)動的海底生物樣品拖曳采樣及密封系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及樣品采集裝置，更具體的說，是涉及一種液壓驅(qū)動的海底生物 樣品拖曳采樣及密封系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于海底生物的研究，最常用的方法還是從海底取回樣本到科學(xué)考察船上 進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的取樣方法主要是利用海底拖網(wǎng)、取樣器或者抓斗獲取生物樣 本，近年來隨著深海潛水器的出現(xiàn)，國外普遍采用一體化的探測、過濾與取樣 技術(shù)，利用深海作業(yè)的機(jī)械手通過虹吸式取樣器捕獲生物樣品。但是，這種一 體化的探測、過濾與取樣技術(shù)只能在采樣前設(shè)定好采樣的深度，預(yù)設(shè)采樣條件 進(jìn)行工作，也就是說，不能實時在線進(jìn)行監(jiān)控，不能實時觀察采樣的具體情景， 也不能對海下復(fù)雜的環(huán)境進(jìn)行應(yīng)變。
基于海底拖曳的生物采樣系統(tǒng)還很難在海底生物樣品取樣方面得到良好應(yīng) 用，其主要原因有(1)不能保持在海底的原位壓力，導(dǎo)致所采集的生物樣品 出水面時已幾乎全部死亡；(2)只能在拖體前進(jìn)方向上捕獲到網(wǎng)口范圍以內(nèi)的 生物樣品，很難獲得完整的海底生物樣品群落；(3)沒有精確控制取樣水深， 很難區(qū)分各類不同海底生物樣品生活的實際水深。而捕獲到的海底生物樣品的 成活率、群落的完整性與層次性對海底生物樣品取樣系統(tǒng)來說至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種液壓驅(qū)動的海底生物 樣品拖曳采樣及密封系統(tǒng)。為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
該液壓驅(qū)動的海底生物樣品拖曳采樣及密封系統(tǒng)，包括框架和至少一個拖 網(wǎng)，拖網(wǎng)的網(wǎng)底設(shè)置取樣器；框架內(nèi)設(shè)拖網(wǎng)支撐桿，每個拖網(wǎng)均配備兩個并列 設(shè)置的擺動網(wǎng)桿；擺動網(wǎng)桿通過網(wǎng)桿連接頭分別與相互獨立的液壓缸的活塞桿 對應(yīng)連接，液壓缸動作時擺動網(wǎng)桿以網(wǎng)桿支撐軸為軸心轉(zhuǎn)動；拖網(wǎng)的網(wǎng)口固定于兩個擺動網(wǎng)桿上形成兩個相鄰的固定邊，網(wǎng)口其余部分為活動邊，其中間位
置設(shè)一定位點連接于拖網(wǎng)支撐桿上；所述取樣器包括一個位于中空的保壓筒內(nèi) 的網(wǎng)底管，保壓筒入口端和出口端分設(shè)相互獨立的密封組件，密封組件包括閥 門和閥門控制機(jī)構(gòu)；入口端密封組件的閥門與拖網(wǎng)的網(wǎng)底相連。
作為一種改進(jìn)，所述液壓缸分別與相互獨立的液壓控制機(jī)構(gòu)連接，液壓缸 并列安裝于液壓缸支撐軸上。
作為一種改進(jìn)，所述保壓管上連接一個蓄能器。
作為一種改進(jìn)，所述閥門控制機(jī)構(gòu)包括液壓轉(zhuǎn)角油缸和液壓管路，液壓轉(zhuǎn) 角油缸與閥桿相連。
作為一種改進(jìn)，所述閥門包括閥體、球面密封件、球形閥芯和閥桿。
作為一種改進(jìn)，所述閥門的球面密封件與球形閥芯之間設(shè)有浮動閥座，保 壓筒兩端分別與密封組件的浮動閥座相連。
作為一種改進(jìn)，所述框架由內(nèi)框架和外框架組成，內(nèi)框架活動安裝在外框 架內(nèi)部，在使用拉出以擴(kuò)展拖網(wǎng)的使用空間。
作為一種改進(jìn)，所述框架前端設(shè)置導(dǎo)流罩。
作為一種改進(jìn)，所述框架上設(shè)置水下攝像系統(tǒng)。
作為一種改進(jìn)，所述水下攝像系統(tǒng)包括云臺、水下攝像機(jī)和水下照明系統(tǒng)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(1) 本發(fā)明中海底生物樣品拖曳采樣系統(tǒng)既能在水層中進(jìn)行垂直分層采 樣，又能在近海底進(jìn)行水平分段拖曳采樣，可大幅度提高采集生物樣品的范圍。
(2) 本發(fā)明提出了直接在水中讓拖網(wǎng)網(wǎng)底的采樣管與拖網(wǎng)本體分離，并準(zhǔn) 確進(jìn)入保壓筒內(nèi)保壓，這種方法可大幅度提高捕獲到的海底生物樣品的成活率。


圖1是液壓驅(qū)動的海底生物樣品拖曳采樣及密封系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是自動選網(wǎng)組件開閉裝置結(jié)構(gòu)示意圖之一； 圖3是自動選網(wǎng)組件開閉裝置結(jié)構(gòu)示意圖之二； 圖4是自動選網(wǎng)組件開閉裝置結(jié)構(gòu)示意圖之三； 圖5是自動選網(wǎng)組件開閉裝置結(jié)構(gòu)示意圖之四； 圖6是自動選網(wǎng)組件的結(jié)構(gòu)布置示意圖(取樣前網(wǎng)口關(guān)閉狀態(tài))；
4圖7是自動選網(wǎng)組件的結(jié)構(gòu)布置示意圖(取樣時網(wǎng)口打開狀態(tài))； 圖8是取樣開始前網(wǎng)口的關(guān)閉狀態(tài)示意圖； 圖9是取樣進(jìn)行時網(wǎng)口的張開狀態(tài)示意圖io是取樣結(jié)束時網(wǎng)口的關(guān)閉狀態(tài)示意圖。
圖ll是取樣器結(jié)構(gòu)示意圖12取樣器的密封組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
結(jié)合附圖，下面通過具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 本具體實施例中的該液壓驅(qū)動的海底生物樣品拖曳采樣及密封系統(tǒng)，包括
一個框架，其前端設(shè)置導(dǎo)流罩103?？蚣懿捎脽彳埖冗吔卿摵附佣?，由內(nèi)框架 101和外框架102組成，內(nèi)框架101通過導(dǎo)軌活動安裝在外框架102的內(nèi)部構(gòu)成伸 縮式框架。外框架102主要是用來安裝自動開閉裝置、液壓系統(tǒng)的各個部件以及 導(dǎo)流罩103等等，內(nèi)框架主要用來安裝保壓取樣系統(tǒng)。取樣工作時內(nèi)框架101可 以伸出外框架102，取樣結(jié)束后內(nèi)框架101可以縮回外框架102，這種結(jié)構(gòu)使可以 擴(kuò)展拖網(wǎng)2的使用空間，使得拖網(wǎng)2工作更靈活，還可以有效減少框架放置在甲 板上的占地面積。
框架上還設(shè)置水下攝像系統(tǒng)，包括云臺、水下攝像機(jī)和水下照明系統(tǒng)。運 用云臺技術(shù)使水下照明燈與攝像頭能夠旋轉(zhuǎn)，既可俯視拖體下方，以免在近底 拖曳時拖體觸底，又可直視拖體前方。
框架內(nèi)設(shè)拖網(wǎng)支撐桿1和并列安設(shè)的三個拖網(wǎng)2，拖網(wǎng)2的網(wǎng)底設(shè)置取樣器3。 每個拖網(wǎng)2均配備并列設(shè)置的擺動網(wǎng)桿4和擺動網(wǎng)桿5，擺動網(wǎng)桿4和擺動網(wǎng)桿5 通過網(wǎng)桿連接頭6下端螺紋孔內(nèi)的銷軸分別與相互獨立的液壓缸7的活塞桿對應(yīng) 連接，液壓缸7并列安裝于液壓缸支撐軸8上，液壓缸支撐軸8固定在拖曳采樣系 統(tǒng)的外框架102上。液壓缸7分別與相互獨立的液壓控制機(jī)構(gòu)連接，該液壓控制 機(jī)構(gòu)是遠(yuǎn)程控制的電動閥門組件，可通過信號線連接至遠(yuǎn)端控制中心；也可以 在本地電動閥門組件中內(nèi)置控制程序軟件模塊，根據(jù)預(yù)設(shè)的時間、壓力或溫度 等條件實現(xiàn)液壓缸自動動作。本實施例中采用六聯(lián)閥箱來控制12個液壓缸。
擺動網(wǎng)桿4和擺動網(wǎng)桿5通過插孔固定在網(wǎng)桿支撐軸上，相互之間通過隔套 隔開液壓缸7動作時擺動網(wǎng)桿4和擺動網(wǎng)桿5以網(wǎng)桿支撐軸9為軸心轉(zhuǎn)動；本實施
5例中，第一個拖網(wǎng)2的網(wǎng)口固定于擺動網(wǎng)桿4和擺動網(wǎng)桿5上，形成兩個相鄰的固 定邊，網(wǎng)口其余部分為活動邊，其中間位置設(shè)一定位點連接于拖網(wǎng)支撐桿l上， 拖網(wǎng)支撐桿1平行于網(wǎng)桿支撐軸9設(shè)置并固定在拖曳采樣系統(tǒng)的外框架102上。
本實例中自動選網(wǎng)組件的三套拖網(wǎng)2可以先后獨立工作，互不影響。
下面結(jié)合附圖介紹本實施例的拖網(wǎng)工作的實現(xiàn)步驟
(1) 第一個拖網(wǎng)2的網(wǎng)口采樣前，擺動網(wǎng)桿4和擺動網(wǎng)桿5貼合，為關(guān)閉狀 態(tài)(如圖5和圖7所示)，位于網(wǎng)底的取樣器3的進(jìn)口端和出口端的密封組件均為 開啟狀態(tài)；
(2) 采樣開始后，與擺動網(wǎng)桿4對應(yīng)的液壓缸7開啟，控制擺動網(wǎng)桿4以網(wǎng) 桿支撐軸9為軸心轉(zhuǎn)動，使擺動網(wǎng)桿4與擺動網(wǎng)桿5形成合適的夾角(通常為90 度角時打開最大)，拖網(wǎng)2的網(wǎng)口打開(如圖6和圖8所示)。此時隨著拖網(wǎng)2在水 中的移動，海底生物樣品可以進(jìn)入拖網(wǎng)2內(nèi)部，并最終進(jìn)入取樣器3;
(3) 采樣結(jié)束時，與擺動網(wǎng)桿5對應(yīng)的液壓缸7開啟，控制擺動網(wǎng)桿5以網(wǎng) 桿支撐軸9為軸心轉(zhuǎn)動，直至擺動網(wǎng)桿4和擺動網(wǎng)桿5貼合使拖網(wǎng)2的網(wǎng)口關(guān)閉(如 圖9所示)，同時取樣器3進(jìn)口端和出口端密封組件關(guān)閉，海底生物樣品進(jìn)入取樣
器3;
(4) 依次重復(fù)上述過程即可對另外兩個拖網(wǎng)2進(jìn)行海底生物樣品拖網(wǎng)采樣；
(5) 采樣結(jié)束后，12個液壓缸可以進(jìn)行復(fù)位，以便下次采樣。 取樣器3包括一個中空的保壓筒11，保壓筒11是用來對網(wǎng)底管采集到的海底
生物樣品進(jìn)行保壓的容器，分為入口端和出口端。有一網(wǎng)底管12位于保壓筒11 內(nèi)，用來對拖網(wǎng)采集到的海底生物樣品進(jìn)行過濾，使海底生物樣品與海水分離。 保壓筒ll兩端分設(shè)相互獨立的密封組件，密封組件包括閥門和閥門控制機(jī)構(gòu)。 閥門包括閥體23、球面密封件26、球形閥芯25和閥桿22;球面密封件26與球形 閥芯之25間設(shè)有浮動閥座24,球形閥芯25通過閥桿22固定在閥體23上，受壓時 球形閥芯25不產(chǎn)生移動；球形閥芯25受壓時，壓力使浮動閥座24產(chǎn)生移動，使 球面密封件26緊壓在球形閥芯25上，以保證密封。保壓筒ll兩端分別與密封組 件的浮動閥座24相連，入口端的浮動閥座24與拖網(wǎng)尾端相連。閥門控制機(jī)構(gòu)包 括液壓轉(zhuǎn)角油缸21和液壓管路，液壓轉(zhuǎn)角油缸21與閥桿22相連，液壓轉(zhuǎn)角油缸 21轉(zhuǎn)動帶動閥桿22轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動球形閥芯25轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)閥門開閉。閥門控制 機(jī)構(gòu)通過信號線與遠(yuǎn)程控制中心連接，接收到開關(guān)閥門的信號后進(jìn)行開關(guān)閥門的操作。保壓筒11上還連接一個蓄能器13,以補(bǔ)充由于保壓筒ll體變形、密封 件形狀變化以及滲漏等弓I起的壓力下降。
拖網(wǎng)采集的海水和海底生物樣品經(jīng)過進(jìn)口端的密封組件進(jìn)入保壓筒ll，海 水經(jīng)保壓筒11內(nèi)部的網(wǎng)底管12過濾后由保壓筒的出口端排出，海底生物樣品留 在保壓筒ll內(nèi)部，采樣結(jié)束后進(jìn)口端和出口端密封組件關(guān)閉，采集到的海底生 物樣品進(jìn)入保壓狀態(tài)。
閥門密封采用球形閥芯25的雙密封結(jié)構(gòu)，即球形閥芯25與浮動閥座24兩端 配合，表面均有球體密封件26 (例如密封圈)。
本具體實例中采樣前保壓筒ll進(jìn)口端和出口端的閥門都是處于開啟狀態(tài)， 海水可以順利地通過整個保壓筒ll;采樣開始后，拖網(wǎng)采集的海底生物樣品和 海水一起經(jīng)過保壓筒ll進(jìn)口端的閥門進(jìn)入保壓筒ll，經(jīng)過保壓筒ll內(nèi)的網(wǎng)底管 12過濾后海底生物樣品留在保壓筒11內(nèi)部，海水經(jīng)保壓筒11出口端的閥門流出。 采樣完成后，控制信號發(fā)出，控制液壓轉(zhuǎn)角油缸21轉(zhuǎn)動，帶動閥桿2連接的球形 閥芯25轉(zhuǎn)動關(guān)閉保壓筒11進(jìn)口端和出口端的閥門，對海底生樣品進(jìn)行保壓；與 保壓筒11直接相連的蓄能器13在海底生物樣品采樣系統(tǒng)從海底提升至海面的過 程中對保壓筒ll進(jìn)行壓力補(bǔ)償，使采樣后的海底生物樣品更加接近采樣點的原 始壓力。
海底生物樣品采樣后，絕大多數(shù)的海底生物樣品都集中在拖網(wǎng)底部，采用 在水中讓原有拖網(wǎng)的尾部網(wǎng)底管12與拖網(wǎng)本體分離，并使得樣品準(zhǔn)確進(jìn)入保壓 筒ll內(nèi)保壓的方式，可以最小的代價提高海底生物樣品的成活率，不僅減小了 保壓筒ll和密封系統(tǒng)的體積和重量，同時也節(jié)約了大量的能耗。
整個系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動。蓄電池作為電源，油缸作為執(zhí)行器。為了解決耐 壓和密封的問題，本發(fā)明把油源各部件集成在一起，外接蓄能器對整個油源進(jìn) 行壓力補(bǔ)償。
最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā) 明不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明 公開的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種液壓驅(qū)動的海底生物樣品拖曳采樣及密封系統(tǒng)，包括框架和至少一個拖網(wǎng)，拖網(wǎng)的網(wǎng)底設(shè)置取樣器，其特征在于框架內(nèi)設(shè)拖網(wǎng)支撐桿，每個拖網(wǎng)均配備兩個并列設(shè)置的擺動網(wǎng)桿；擺動網(wǎng)桿通過網(wǎng)桿連接頭分別與相互獨立的液壓缸的活塞桿對應(yīng)連接，液壓缸動作時擺動網(wǎng)桿以網(wǎng)桿支撐軸為軸心轉(zhuǎn)動；拖網(wǎng)的網(wǎng)口固定于兩個擺動網(wǎng)桿上形成兩個相鄰的固定邊，網(wǎng)口其余部分為活動邊，其中間位置設(shè)一定位點連接于拖網(wǎng)支撐桿上；所述取樣器包括一個位于中空的保壓筒內(nèi)的網(wǎng)底管，保壓筒入口端和出口端分設(shè)相互獨立的密封組件，密封組件包括閥門和閥門控制機(jī)構(gòu)；入口端密封組件的閥門與拖網(wǎng)的網(wǎng)底相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的拖曳采樣及密封系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓缸分 別與相互獨立的液壓控制機(jī)構(gòu)連接，液壓缸并列安裝于液壓缸支撐軸上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的海底生物樣品拖曳釆樣系統(tǒng)，其特征在于，所述保 壓管上連接一個蓄能器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的拖曳采樣及密封系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門控制 機(jī)構(gòu)包括液壓轉(zhuǎn)角油缸和液壓管路，液壓轉(zhuǎn)角油缸與閥桿相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的拖曳采樣及密封系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門包括 閥體、球面密封件、球形閥芯和閥桿。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的拖曳采樣及密封系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門的球 面密封件與球形閥芯之間設(shè)有浮動閥座，保壓筒兩端分別與密封組件的浮動閥座 相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的任意一種拖曳采樣及密封系統(tǒng)，其特征在于， 所述框架由內(nèi)框架和外框架組成，內(nèi)框架活動安裝在外框架內(nèi)部，在使用拉出以 擴(kuò)展拖網(wǎng)的使用空間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的任意一種拖曳采樣及密封系統(tǒng)，其特征在于， 所述框架前端設(shè)置導(dǎo)流罩。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的任意一種拖曳采樣及密封系統(tǒng)，其特征在于， 所述框架上設(shè)置水下攝像系統(tǒng)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的任意一種拖曳采樣及密封系統(tǒng)，其特征在于，所 述水下攝像系統(tǒng)包括云臺、水下攝像機(jī)和水下照明系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及樣品采集裝置，旨在提供一種液壓驅(qū)動的海底生物樣品拖曳采樣及密封系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括框架和至少一個拖網(wǎng)，拖網(wǎng)的網(wǎng)底設(shè)置取樣器；框架內(nèi)設(shè)拖網(wǎng)支撐桿，每個拖網(wǎng)均配備兩個并列設(shè)置的擺動網(wǎng)桿；所述取樣器包括一個位于中空的保壓筒內(nèi)的網(wǎng)底管，保壓筒入口端和出口端分設(shè)相互獨立的密封組件，密封組件包括閥門和閥門控制機(jī)構(gòu)；入口端密封組件的閥門與拖網(wǎng)的網(wǎng)底相連。本發(fā)明既能在水層中進(jìn)行垂直分層采樣，又能在近海底進(jìn)行水平分段拖曳采樣，可大幅度提高采集生物樣品的范圍。直接在水中讓拖網(wǎng)網(wǎng)底的采樣管與拖網(wǎng)本體分離，并準(zhǔn)確進(jìn)入保壓筒內(nèi)保壓，這種方法可大幅度提高捕獲到的海底生物樣品的成活率。
文檔編號G01N1/20GK101509844SQ20091009626
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者劉敬彪, 李世倫, 楊俊毅, 王春生, 錢鑫炎, 陳家旺, 顧臨怡 申請人:國家海洋局第二海洋研究所