专利名称：负压抽提式原位气密采水技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下环境与资源探测的流体原位采集技术，属于物质或物体的探测领域，专利分类号G01V。
背景技术：
水下环境与资源探测常常需要对各种气、水异常及其派生的地球化学标志进行探查。特别是底层水和海底浅表沉积物的孔隙水中保留大量有用的海底地球化学信息，因而成为探测的重要对象。发展实用的采集底层水和空隙水的技术十分必要。目前国内外多是先用采样器将沉积物采集到考察船上再在甲板抽取或压榨出孔隙水。用采样器采集沉积物到甲板，由于温压条件剧烈变化，可能发生溶解在沉积物孔隙水中的气体逃逸等物理化学变化，再采集孔隙水进行水溶气等测试，结果就不真实了，因此， 有必要开发沉积物孔隙水原位气密采集的技术。已经有使用电磁阀控制的原位采水设备， 要求电磁阀必须耐高压同时保真空且铁心抗海水腐蚀，技术难度大，阀门体积不易缩小，设备的耐用性，经济性亟待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运用负压抽提原理在原地直接采集底层水或沉积物孔隙水，气密保存提升到考察船的采水技术。本发明的技术方案是在一个气密采集瓶壳体内有一个储水室，在进水口与储水室之间安装一个单向水阀、进水口前可加微孔过滤芯，储水室底端是一个抽提活塞，其侧旁壳体开一出水口，储水室上端壁上开一个外压引入口，储水室之上为缓冲室，两者通过活塞隔开，缓冲室上部侧旁壳体开孔与外部相通，壳体最上端为堵头。一个外接压力源由水箱和负压源组成，水箱灌满清水，可对外开放即压力等于环境压力，或再加低水压；负压源灌满空气或抽真空。采水瓶外压引入口通过一个三位三通阀选择接入水箱或负压源，或关闭。采样瓶在下水采样前，储水室活塞在底部，缓冲室和储水室均与外部连通。到达采样位置后采水瓶外压引入口接入负压源，活塞在负压驱动下向上运动，抽提进水口处的水透过过滤芯，顶开单向水阀进入储水室，直到活塞到达储水室顶端，受到缓冲室底部活塞阻挡，采水过程结束。此时操纵三位三通阀，先将采水瓶外压引入口接通水箱，再关闭外压引入口，储水室内压等于采水深度静水压强。将采样瓶上提回收，随着水深减小，缓冲室上部压力随外部压力降低，储水室中压力较高的水推动缓冲室底部的活塞上移，保持与外部压力的平衡。孔隙水样品中的水溶气因压力下降而可能释放出来的气体，也得以保存。本发明由于采用的上述原位气密采集技术，保证了采集到底层水或沉积物孔隙水以及溶解在其中的气体，在上提到甲板的过程中不会因为温压条件改变而损失。比用采样器将沉积物采到甲板再抽取孔隙水的传统方法，样品化学性质保存完好。而采用负压抽提原理采水，免除了现有的使用电磁阀控制原位采水设备中电磁阀必须耐高压同时保真空的特殊要求以及铁心抗海水腐蚀，阀门体积不易缩小等技术难题，从而降低了设备制造难度和成本，提高了设备的耐用性，经济性。
图1是本发明的负压抽提式原位气密采水技术原理图，其左表示负压抽提式原位气密采水瓶的结构，其右表示压力源连接流程。图中M-壳体，A-过滤层，B-单向阀，C-活塞，D-储水室，E-外压引入口，F-缓冲室，G-堵头，H-出水口，K-三位三通阀，P-压力源， Pl-水箱，P2-负压源
具体实施例方式以下结合附图对本发明的采水过程进行详细说明。图左是本发明的负压抽提式原位气密采水瓶的结构图，在一个气密采集瓶壳体M 内有一个储水室D，在进水口与储水室之间安装一个单向水阀B、进水口前可加微孔过滤芯 A，储水室底端是一个抽提活塞C，其侧旁壳体开一出水口 H，储水室上端壁上开一个外压引入口 E，储水室之上为缓冲室F，与储水室通过活塞分隔，缓冲室上部侧旁壳体开孔与外部相通，壳体最上端为堵头G。图右是本发明的压力源连接流程图，一个外接压力源P由水箱Pl和负压源P2组成，Pl灌满清水，可对外开放即压力等于环境压力，或可附加低水压如自来水压力0. 3MPa 左右；P2灌满空气或抽真空。采水瓶外压引入口 E通过一个三位三通阀K选择接入压力源 Pl或P2，或关闭。采样瓶在甲板，首先打开出水口 H，将外压引入口 E接通水箱P1，P1接入自来水将活塞推到储水室底部，封闭H，撤销自来水压力令Pl对外连通。设备然后下水，缓冲室F和储水室D均与外部连通。到达采样位置后采水瓶外压引入口 E接入负压源P2，活塞在负压驱动下向上运动，抽提进水口处的水透过过滤芯A，顶开单向水阀B进入储水室D，直到活塞到达储水室顶端，受到缓冲室底部活塞阻挡，采水过程结束。此时操纵三位三通阀K，先将采水瓶外压引入口 E接通水箱P1，再关闭外压引入口 E，储水室D内压等于采水深度静水压强。将采样瓶上提回收，随着水深减小，缓冲室F上部压力随外部压力降低，储水室D中压力较高的水推动缓冲室F底部的活塞上移，保持与外部压力的平衡。孔隙水样品中的水溶气因压力下降而可能释放出来的气体，也得以保存。以下介绍本发明应用在水下水样原位气密采样的使用过程(1)将采样瓶、外接压力源P1，P2以及三位三通阀等集成到水下采样设备上，设备同时配备有必要的触发装置和三位三通阀驱动装置；(2)在甲板，首先打开采样瓶出水口 H，再将外压引入口 E接通Pl，Pl接入自来水将活塞推到储水室底部，关闭出水口 H，撤销自来水压力令Pl对外连通。P2排空水，必要时抽真空后密封。(3)设备下水。到达采样位置后通过触发信号操纵三位三通阀K将外压引入口 E 接入负压源P2，活塞在负压驱动下向上运动，抽提进水口处的水透过过滤芯A顶开单向水阀B进入储水室D，直到活塞到达储水室顶端，受到缓冲室底部活塞阻挡，采水过程结束。(4)操纵三位三通阀K，先将采水瓶外压引入口 E接通水箱P1，再关闭外压引入口E，储水室D内压等于采水深度静水压强。将采样瓶上提回收，随着水深减小，缓冲室F上部压力随外部压力降低，储水室D中压力较高的水推动缓冲室F底部的活塞上移，保持与外部压力的平衡。孔隙水样品中的水溶气因压力下降而可能释放出来的气体，也得以保存。(5)到达甲板，通过出水口将采集到的孔隙水样和它释放出的气体样品转移到测试用样品瓶。(6)工作结束。本发明还可以应用于水下海洋油气调查与开采、水下环境监测等领域，有广阔的应用前景。与本发明的构思相同的各种方案，都在本权利要求的保护范围之内。
权利要求
1. 一种负压抽提式原位气密采水技术。其特征在于，在一个气密采集瓶壳体内有一个储水室，在进水口与储水室之间安装一个单向水阀、进水口前可加微孔过滤芯，储水室底端是一个抽提活塞，其侧旁壳体开一出水口，储水室上端壁上开一个外压引入口，储水室之上为缓冲室，两者通过活塞隔开，缓冲室上部侧旁壳体开孔与外部相通，壳体最上端为堵头； 一个外接压力源由水箱和负压源组成，水箱灌满清水，可对外开放即压力等于环境压力，或可附加低水压，负压源灌满空气或抽真空，采水瓶外压引入口通过一个三位三通阀选择接入水箱或负压源，或关闭；采样瓶在下水前储水室活塞在底部，到达采样位置后采水瓶外压引入口接入负压源，驱动活塞向上运动，抽提进水口处的水进入储水室，直到活塞到达储水室顶端，受到缓冲室底部活塞阻挡，采水过程结束，此时操纵三位三通阀，先将采水瓶外压引入口接通水箱，再关闭外压引入口，将采样瓶上提回收，随着水深减小，缓冲室底部的活塞上移，储水室水样保持与外部压力的平衡，样品中的水溶气因压力下降而可能释放出来的气体，也得以保存。
全文摘要
负压抽提式原位气密采水技术涉及一种用于在原地直接采集底层水或沉积物孔隙水并气密回收的采水技术，属于物质或物体的探测领域。该技术包含一个抽提式采水瓶和一套压力源，利用常压相对于水底水层的静压力形成的负压，驱动采水瓶的储水室底端的活塞向上运动，抽提进水口处的水进入储水室。采水结束将采样瓶上提回收，采水瓶的缓冲室保持储水室水样与外部压力的平衡并保存因压力下降而可能释放出来的气体。用本技术采集的水样化学性质保存完好。而采用负压抽提原理采水，比使用电磁阀的方案设备制造难度和成本降低，耐用性，经济性提高。本发明可应用于海底资源调查与水下环境监测等领域。
文档编号G01N1/14GK102305729SQ20111020566
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者吴宣志 申请人:中国地质科学院矿产资源研究所