专利名称：一种冰盖浅层永久积雪孔隙封堵提取气体的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冰盖浅层永久积雪孔隙封堵提取气体的采样装置。
背景技术：
目前，人类的活动使自身赖以生存的自然界产生了一系列重大的环境问题，如温室气体增加和全球变暖、臭氧层减薄甚或形成臭氧洞、森林锐减和物种灭绝、土壤肥力下降和土地荒漠化，以及淡水资源短缺等。因此，国际科学界针对这些全球性的环境问题提出了全球变化研究这一重大科学课题，以预测人类生存环境的变化及防范对策。要提高对全球变化的预测力，必须对过去全球变化有充分的认识和了解，冰芯以其保真性好(低温环境)、分辨率高(可达到年)、记录序列长(可达几十万年)和信息量大，倍受到地球科学家的关注。冰芯包裹气体储藏着丰富的古气候和环境变化信息，迄今为止，就人类活动对大 气温室气体含量及其对气候变化影响的认识主要来自于冰芯包裹气体的提取分析和对大气的直接观测，来获取过去地球变化的良好记录。揭示大气成分的演化历史，提供不同历史时期大气气溶胶、沙漠演化、植被演替、生物活动、大气环流强度、火山活动等信息。其对于研究现代大气的变化提供参考依据。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种冰盖浅层永久积雪孔隙封堵提取气体的装置。通过封闭钻孔，从不同深度冰雪层孔隙中抽取空气样品，进行研究分析。本发明的目的是这样实现的一种冰盖浅层永久积雪孔隙封堵提取气体的装置，主要是由气囊、滑轮绞管轮毂、绞线轮毂支架、气泵、真空泵、隔膜真空泵、氧化碳实时分析仪、储气罐、蓄电瓶和发电机组成。气泵有一个气嘴接口，真空泵和隔膜真空泵分别有两个气嘴接口。气囊填充于冰孔中，其两端紧箍于气囊上堵头紧箍盖和气囊下堵头紧箍盖，分别用螺丝上紧。气囊下堵头紧箍盖固结气腔隔板和探底保护环，气囊上堵头插孔中插有第一快速抽气嘴、气囊充气嘴和第一慢速抽气嘴，第一快速抽气嘴下端接快速抽气管，快速抽气管穿过气囊下堵头的第二快速抽气嘴位于气囊下堵头和气腔隔板之间。第一慢速抽气嘴下端接慢速抽气管，慢速抽气管穿过气囊下堵头的第二慢速抽气嘴位于气囊下堵头和探底保护环之间；第一快速抽气嘴、气囊充气嘴和第一慢速抽气嘴上端分别接第一抽气充气管、第二抽气充气管、第三抽气充气管通过绞线轮毂支架上滑轮绞管轮毂，与第二抽气充气管连接充气管上带有快速充气嘴插入气泵气嘴口，充气管上设有第一阀门和第一压力计；与抽气充气管连接的快速充气管上带有快速抽气嘴插入真空泵一个气嘴口，另一气嘴口插入快速出气嘴通过胶管上的第二阀门与二氧化碳分析仪连接；与第三抽气充气管连接的慢速抽气管上带有慢速出气嘴插入隔膜真空泵一个气嘴口，隔膜真空泵另一个气嘴口插入的慢速出气嘴通过胶管上的第三阀门和第二压力计与取样罐连接；气泵、真空泵和隔膜真空泵放置小车框架内，蓄电瓶和发电机置于框架下，发电机和蓄电瓶通过导线分别与气泵、真空泵和隔膜真空泵连接，登山绳系在上堵头紧箍盖的吊环上。本发明的优点是I、气囊筒袋采用顺丁橡胶。顺丁橡胶耐低温，表面硬度高。充气管充气或放气，使气囊筒袋膨胀或收缩，为冰雪层钻孔内营造真空环境，便于取样工作。取样工作与冰芯钻取工作配合进行。每取一次气体样品，需中断钻探工作一个半小时左右。按每8米等间距完成一个120米深的粒雪层取样，累计时间15小时，相当于一个半工作日。因此，使用相当方便，并且不会耽搁冰芯钻取进程。2、本发明结构新颖，易加工，价格低廉，可以提取厚达几十米甚至上百米同层粒雪层孔隙中气体，为研究现代大气的变化提供参考依据。
图I是本发明结构示意图。
具体实施例方式本发明采用的气泵型号为3HBB. 34303X，700kPa真空泵型号VCA5036B-24V最大压力50kPa，抽气速度为601/min ；隔膜真空泵型号为Gm-1· 0A,极限压力为O. 08MPa,抽气速度为 386/min。下面，结合附图对本发明的技术方案再作进一步的说明一种冰盖浅层永久积雪孔隙封堵提取气体的装置，主要是由气囊4、滑轮绞管轮毂13、绞线轮毂支架14、气泵18、真空泵20、隔膜真空泵22、氧化碳实时分析仪26、储气罐27、蓄电瓶29和发电机31组成。气泵18有一个气嘴接口，真空泵20和隔膜真空泵22分别有两个气嘴接口。气囊4填充于冰孔11中，其两端紧箍于气囊上堵头紧箍盖10和气囊下堵头紧箍盖3，分别用螺丝上紧。气囊下堵头紧箍盖3固结气腔隔板2和探底保护环1，气囊上堵头紧箍盖10插孔中插有第一快速抽气嘴7、气囊充气嘴8和第一慢速抽气嘴9。第一快速抽气嘴7下端接快速抽气管6，快速抽气管6穿过气囊下堵头紧箍盖3的第二快速抽气嘴7'位于气囊下堵头紧箍盖3和气腔隔板2之间。第一慢速抽气嘴9下端接慢速抽气管5，慢速抽气管5穿过气囊下堵头3的第二慢速抽气嘴9'位于气囊下堵头紧箍盖3和探底保护环I之间。探底保护环I和气腔隔板2的作用是防止由抽气管压入孔底积雪层中而堵塞管道，同时形成抽取气体小隔舱集气室；第一快速抽气嘴7、气囊充气嘴8和第一慢速抽气嘴9上端分别接第一抽气充气管12、第二抽气充气管12'、第三抽气充气管12"通过绞线轮毂支架14上滑轮绞管轮毂13，与第二抽气充气管12'连接充气管17上带有快速充气嘴19插入气泵18气嘴口，充气管17上设有第一阀门33和第一压力计34;与抽气充气管12连接的快速充气管16上带有快速抽气嘴35插入真空泵20 —个气嘴口，另一气嘴口插入快速出气嘴21通过胶管25上的第二阀门24与二氧化碳分析仪26连接；与第三抽气充气管12 "连接的慢速抽气管15上带有慢速出气嘴23插入隔膜真空泵22 —个气嘴口，隔膜真空泵22另一个气嘴口插入的慢速出气嘴37通过胶管25上的第三阀门28和第二压力计36与取样罐27连接；气泵18、真空泵20和隔膜真空泵22放置小车30框架内，蓄电瓶29和发电机31置于框架下，发电机31和蓄电瓶29通过导线分别与充气泵18、真空泵20和隔膜真空泵22连接，登山绳32系在气囊上堵头紧箍盖10的吊环上。南极上的粒雪层和冰盖层一般厚度在50-120米。同层粒雪层孔隙中气体取样一般结合冰芯钻机一起进行，即每8米取一次样品。当冰芯钻机钻到预定取样深度时，提出钻机，放入气囊4进行气体取样。详细的取样过程是先将一根登山绳32系在气囊上堵头紧箍盖10上的吊环上，将气囊4的下端移到钻孔口，登山绳32和气囊4跟随进入钻孔中、慢速抽气管15、快速充气管16和充气管17通过绞线轮毂支架14上的滑轮绞管轮毂13慢慢将气囊4放入钻孔底部，待气囊4连接快速充气嘴19的探底保护环I触底后，开启充气第一阀门33，打开充气泵18向气囊4内压入空气，使气囊4膨胀堵住钻孔，防止气体流入集气室。气囊4内的气压可以通过压力计33获得。待气囊4内的气压达到预定的压力时关闭第一阀门33，此时，气囊4已将钻孔封闭。在绞线轮毂支架14上滑轮绞管轮毂13上，快速吸气管16和慢速吸气管15分别连接到快速气嘴21和慢速吸气嘴23上，打开第二阀门24、快速抽气泵20和慢速抽气泵22，通过100米长的吸气管，经快速抽气泵20抽气，钻孔底部的气体由快速吸气嘴7抽取钻取冰芯和放入气囊而混入粒雪层孔隙中的外界大气，由快速气嘴21吸入的气体进入二氧化 碳实时分析仪26，用来实时监测气体中的CO2浓度。在积雪气体抽取过程中，该浓度将缓慢地从现代环境大气的CO2浓度水平(这是由于气囊活塞效应将空气压入钻孔内而造成的)下降到一个常值。当二氧化碳含量持续降低到一稳定值时，可以认定钻取冰芯和放入气囊而混入粒雪层孔隙中的外界大气被全部排除。然后，关闭第二阀门24。随着抽取钻孔大气过程的不断进行，粒雪孔隙中的气体被不断抽走，同时周边粒雪层孔隙中的气体又不断的补充。这时钻孔底部集气室周围粒雪层孔隙中及排气管中的气体可以认定是该层位粒雪层孔隙中原有的气体。启动隔膜真空泵22，并开启第三阀门28，将气体样品通过慢速出气嘴37被压缩到取样罐27内，通过压力表36观测取样罐27内气体压力，当达到取样罐27预定压力时，关闭隔膜真空泵22和第三阀门28。取样完成后，关闭所有泵和阀门，最后打开第一阀门33，排除气囊4内中气体，硅胶管25通过绞线轮毂支架14上滑轮绞管轮毂13转动，慢慢将登山绳32和气囊4从钻孔提出。移走滑轮绞线轮毂支架14。再将冰芯钻机放入钻孔，继续进行冰芯钻取工作，当达到下一个预定的气体取样深度时，重复上述实验取样过程，直到钻机钻透冰盖粒雪层为止。
权利要求
1.一种冰盖浅层永久积雪孔隙封堵提取气体的装置，主要是由气囊(4)、滑轮绞管轮毂(13)、绞线轮毂支架(14)、气泵(18)、真空泵(20)、隔膜真空泵(22)、氧化碳实时分析仪(26)、储气罐(27)、蓄电瓶(29)和发电机(31)组成，气泵(18)有一个气嘴接口，真空泵(20)和隔膜真空泵(22)分别有两个气嘴接口，其特征是气囊(4)填充于冰孔(11)中，其两端紧箍于气囊上堵头紧箍盖(10)和气囊下堵头紧箍盖(3)，分别用螺丝上紧，气囊下堵头紧箍盖(3)固结气腔隔板(2)和探底保护环(I)，气囊上堵头紧箍盖(10)插孔中插有第一快速抽气嘴(7)、气囊充气嘴(8)和第一慢速抽气嘴(9)，第一快速抽气嘴(7)下端接快速抽气管￠)，快速抽气管￠)穿过气囊下堵头(3)的第二快速抽气嘴(V )位于气囊下堵头(3)和气腔隔板(2)之间；第一慢速抽气嘴(9)下端接慢速抽气管(5)，慢速抽气管(5)穿过气囊下堵头紧箍盖(3)的第二慢速抽气嘴(9')位于气囊下堵头紧箍盖(3)和探底保护环(I)之间；第一快速抽气嘴(7)、气囊充气嘴(8)和第一慢速抽气嘴(9)上端分别接第一抽气充气管(12)、第二抽气充气管(12')、第三抽气充气管(12〃)通过绞线轮毂支架(14)上滑轮绞管轮毂(13)，与第二抽气充气管(12')连接充气管(17)上带有快速充气嘴(19)插入气泵(18)气嘴口，充气管(17)上设有第一阀门(33)和第一压力计(34);与抽气充气管(12)连接的快速充气管(16)上带有快速抽气嘴(35)插入真空泵(20) —个气嘴口，另一气嘴口插入快速出气嘴(21)通过胶管(25)上的第二阀门(24)与二氧化碳分析仪(26)连接；与第三抽气充气管(12〃 )连接的慢速抽气管(15)上带有慢速出气嘴(23)插入隔膜真空泵(22) —个气嘴口，隔膜真空泵(22)另一个气嘴口插入的慢速出气嘴(37)通过胶管(25)上的第三阀门(28)和第二压力计(36)与取样罐(27)连接；气泵(18)、真空泵(20)和隔膜真空泵(22)放置小车(30)框架内，蓄电瓶(29)和发电机(31)置于框架下，发电机(31)通过导线分别与充气泵(18)、真空泵(20)和隔膜真空泵(22)连接，登山绳(32)系在气囊上堵头紧箍盖(10)的吊环上。
全文摘要
本发明涉及一种冰盖浅层永久积雪孔隙封堵提取气体的装置。气囊中的快速抽气管和慢速吸气管上端分别与气囊上堵头紧箍盖的快速抽气嘴和慢速吸气嘴相连接，下端与气囊下堵头紧箍盖的快速抽气嘴和慢速吸气嘴相连接，气路中的快速充气泵嘴、慢速出气嘴分别与气囊内快速抽气嘴和慢速吸气嘴对接，进气管接气泵，另外两路管接真空泵、隔膜真空泵及管路上的阀门控制吸气量，慢速出气嘴出气口端接在取样罐的进气口端，从钻孔中可以提取厚达几十米甚至上百米同层粒雪层孔隙中气体，为研究现代大气的变化提供参考依据。本发明结构新颖，易加工，价格低廉，有广泛的应用前景。
文档编号G01N1/26GK102890019SQ20111021249
公开日2013年1月23日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者赵爱国, 何元庆, 牛永红, 赵晶, 刘婧, 张蔚, 汤红官 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所