一种人工上升流羽流捕获及海水采样装置的制作方法

本实用新型涉及海洋监测领域，尤其涉及一种人工上升流羽流捕获及海水采样装置。

背景技术：

全世界大气二氧化碳浓度的增加导致了如海水酸化、全球变暖等一系列生态环境问题。在2009年我国签署了《京都议定书》，承担削减排放温室气体的义务。我国每年有一定的碳排放削减指标，若无法完成该指标就得向其他国家购买指标(碳汇)。因此，如果我国能自主增加碳汇，就能促进我国的工业发展，提高我国国际影响力。

人工上升流被认为是可以增加碳汇的一种方法。人工上升流就是将海洋深处富含营养盐的海水提到海洋表层。藻类繁殖需要阳光和营养盐，而在真光层，限制藻类繁殖的主要因素就是营养盐。因此，当富营养盐的深海水被提到真光层时，藻类就会突然爆发繁殖，其光合作用会吸收大量的二氧化碳，从而增加碳汇。人工上升流提升的海水所在区域被称为羽流区，分析羽流区的盐浓度和叶绿素浓度，可以了解藻类爆发的具体情况，有利于提高碳汇增加的效率。

科学家在研究人工上升流羽流时需要得到一定距离间隔的海水样品，以获得具体盐浓度对藻类繁殖的影响。以往的海水采样装置无法满足这样的要求。目前我国急需自主开发自悬浮式海水样品采集设备，捕捉人工上升流羽流区海水，以实现对人工上升流的效果评估。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种人工上升流羽流捕获及海水采样装置，可以实现在人工上升流羽流区，按照一定的距离间隔采集海水样品。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种人工上升流羽流捕获及海水采样装置，它包括：导流网兜、采水器以及固定在采水器上的浮力装置、收放线装置以及密封舱；

所述导流网兜连接在采水器上；

所述浮力装置包括油囊、油泵、储油箱，所述油囊和油囊均通过油管与油泵相连；

所述收放线装置包括导线轮和第一水下电机；所述导线轮卷绕有绳子，所述导线轮铰接在采水器上，所述第一水下电机固定在采水器上，所述第一水下电机的输出轴与导线轮相连，驱动导线轮转动；

所述密封舱内设置有单片机、电池、第一电机驱动器和油泵驱动器；所述电池为整个装置提供工作电压，所述单片机的I/O输出端口与第一电机驱动器I/O输入端相连；第一电机驱动器的I/O输出端与第一水下电机相连；所述单片机的I/O输出端口与油泵驱动器I/O输入端相连，油泵驱动器的I/O输出端与油泵相连；

所述采水器上还设置有深度传感器、氮浓度传感器；所述深度传感器、氮浓度传感器的I/O口均与单片机I/O口相连；

所述采水器与单片机相连，通过单片机来控制采水。

进一步的，所述采水器包括采水针筒、固定杆、圆盘基座、限位圆盘；所述限位圆盘通过固定杆连接在圆盘基座上端，所述圆盘基座上沿圆周方向均布若干采水针筒，在每个采水针筒处设置有活塞杆压杆，每个采水针筒的底部与限位圆盘之间连接有弹性绳，所述限位圆盘的中心安装有第二水下电机，所述第二水下电机的输出轴上安装有拨杆。

进一步的，所述拨杆与活塞杆压杆处于同一水平面上。

进一步的，所述密封舱内还设置有第二电机驱动器，所述单片机的I/O输出端口与第二电机驱动器I/O输入端相连；第二电机驱动器的I/O输出端与第二水下电机相连。

进一步的，所述采水针筒包括针筒和活塞杆；所述活塞杆滑动设置在针筒内，所述活塞杆与弹性绳相连。

进一步的，所述采水器还包括第一圆环、第二圆环和连接杆，所述第一圆环通过固定杆连接在限位圆盘上端，所述第二圆环通过连接杆连接在第一圆环内，所述油囊设置在第一圆环和第二圆环上。

进一步的，所述圆盘基座与限位圆盘的间距小于活塞杆长度。

进一步的，所述弹性绳处于拉伸状态。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过深度传感器、氮浓度传感器可以准确判断采水器的位置，便于捕捉人工上升流羽流；

2、通过导流网兜和浮力装置可以保证采水器停留在羽流区，有利于对羽流的采样；

3、通过导线轮和水下电机可以控制采水器与人工上升流涌升管的距离，可以采样不同稀释程度的海水样品；

4、本装置设置好参数后可以在水下自动运行采样，无需持续操作；

5、海水样品采集在针筒中，可以定量取样且取样方便。

附图说明

图1是本实用新型的整体系统结构示意图；

图2为本实用新型的采水器结构示意图；

图3为本实用新型采水器的侧视图；

图4为图3的D‐D向剖面图；

图中，采水器1、导流网兜2、针筒3、活塞杆4、固定杆5、圆盘基座6、拨杆7、活塞杆压杆8、限位圆盘9、第一圆环10、油囊11、弹性绳12、导线轮固定杆13、导线轮14、第一水下电机15、电机固定架16、油管17、油泵18、储油箱19、水密电缆20、密封舱21、传感器固定架22、第二水下电机23、第二圆环24、连接杆25。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型做进一步的说明。

如图1‐4所示，本实用新型提供一种人工上升流羽流捕获及海水采样装置，它包括：导流网兜2、采水器1以及固定在采水器1上的浮力装置、收放线装置以及密封舱21；

如图1所示，所述导流网兜2连接在采水器1上，导流网兜2用于导流，使采水器1顺着海流方向流动；

如图2‐4所示，所述浮力装置包括油囊11、油泵18、储油箱19，所述油囊11和油囊11均通过油管17与油泵18相连，油泵18控制油囊11内轻质油的输入和输出，从而控制油囊11的体积，实现采水器1的浮力控制，储油箱19为油囊11提供油；

如图2所示，所述收放线装置包括导线轮14和第一水下电机15；所述导线轮14上绕有绳子，所述导线轮14铰接在采水器1上，所述第一水下电机15固定在采水器1上，所述第一水下电机15的输出轴与导线轮14相连，驱动导线轮14转动；导线轮14和第一水下电机15用于收放线，控制采水器1跟涌升管的距离；

所述密封舱21防水密封，其内部设置有单片机、电池、第一电机驱动器、第二电机驱动器和油泵驱动器；所述单片机对整个系统进行控制；所述电池为整个装置提供工作电压，所述单片机的I/O输出端口与第一电机驱动器I/O输入端相连；第一电机驱动器的I/O输出端与第一水下电机15相连；所述单片机的I/O输出端口与油泵驱动器I/O输入端相连，油泵驱动器的I/O输出端与油泵18相连；

所述采水器1上还设置有深度传感器、氮浓度传感器；所述深度传感器、氮浓度传感器用于获取采水器1的深度和采水器1所处区域的海水的氮浓度数据，所述深度传感器、氮浓度传感器的I/O口均与单片机I/O口相连；第二水下电机23固定在限位圆盘9上；

所述采水器1与单片机相连，通过单片机来控制采水。

进一步的，所述采水器1包括采水针筒、固定杆5、圆盘基座6、限位圆盘9；所述限位圆盘9通过固定杆5连接在圆盘基座6上端，所述圆盘基座6上沿圆周方向均布若干采水针筒，本实施例中布设了8个采水针筒，在每个采水针筒处设置有活塞杆压杆8，每个采水针筒的底部与限位圆盘9之间连接有弹性绳12，所述弹性绳12处于拉伸状态；所述限位圆盘9的中心安装有第二水下电机23，所述第二水下电机23的输出轴上安装有拨杆7；第二水下电机23固定在限位圆盘9上；所述圆盘基座6为整个采水器提供基座，同时可以限定针筒3和固定杆5的位置；所述限位圆盘9用于限定弹性绳12的位置；

进一步的，所述拨杆7与活塞杆压杆8处于同一水平面上，所述圆盘基座6与限位圆盘9的间距小于活塞杆4长度。

进一步的，所述密封舱21内还设置有第二电机驱动器，所述单片机的I/O输出端口与第二电机驱动器I/O输入端相连；第二电机驱动器的I/O输出端与第二水下电机23相连。

进一步的，所述采水针筒包括针筒3和活塞杆4；所述活塞杆4滑动设置在针筒3内，所述活塞杆4与弹性绳12相连。

进一步的，所述采水器1还包括第一圆环10、第二圆环24和连接杆25，所述第一圆环10通过固定杆5连接在限位圆盘9上端，所述第二圆环24通过连接杆25连接在第一圆环10内，所述油囊11设置在第一圆环10和第二圆环24上；导线轮14通过导线轮固定杆13固定在固定杆5上，同时导线轮14与第一水下电机15连接；第一水下电机15通过电机固定架16固定在固定杆5上；深度传感器、氮浓度传感器固定在传感器固定架22上，油泵18、储油箱19、密封舱21、传感器固定架22均固定在限位圆盘9上；

油泵18、第一水下电机15、第二水下电机23、深度传感器以及氮浓度传感器均通过水密电缆20与密封舱21进行信号交换与电能输送。

本实用新型实例中固定杆5、圆盘基座6、拨杆7、活塞杆压杆8、限位圆盘9、第一圆环10、导线轮固定杆13、电机固定架16、储油箱19、密封舱21、传感器固定架22、第二圆环24、连接杆25等的材料均为316不锈钢。所述单片机可以采用TI公司MSP430F169型号的产品，但不仅限于此。所述第一电机驱动器可以采用聚迅公司AHD8221型号的产品，但不仅限于此。所述第二电机驱动器可以采用聚迅公司AHD8221型号的产品，但不仅限于此。所述油泵驱动器可以采用聚迅公司AHD8224型号的产品，但不仅限于此。所述电池可以采用YUASA公司NP4‐6型号的产品，但不仅限于此。

针对上述实施例，这里描述一下本实用新型的工作过程，具体如下：

如图2所示，在将海水羽流采样装置投放到海中前，将各活塞杆4推压到针筒3的底端，排出针筒3内的空气，此时弹性绳12处于拉伸状态；拨动活塞杆压杆8，使其抵住活塞杆4，防止活塞杆4被弹性绳12从针筒3中拉出。

如图1所示，用绳绑住采水器1和导流网兜2，在单片机中设定最大深度为25m，并根据当地的表层海水氮浓度设定氮浓度初值，将导线轮14的绳子绑在人工上升流涌升管的上端，缓慢将采水器1和导流网兜2放入海中。

一开始采水器1在重力作用下下沉，同时深度传感器和氮浓度传感器的数据会被记录并通过单片机进行阈值比较，当实测氮浓度与氮浓度初值出现1倍以上差值时，单片机会判断采水器1进入羽流区，此时单片机控制第二水下电机23转动45°，拨杆7拨开对应角度的活塞杆压杆8，使活塞杆4被弹性绳12从针筒3中拉出，采集海水，并使单片机计数器的采集次数加1；采集完成后，若单片机计数器次数不足8次，则单片机控制第一水下电机15旋转，使得导线轮14转动放线，在导流网兜2的作用下，采水器1会随着海流飘到下一个位置去采取下一组水样；若单片机判断采水器1没进入羽流区，则通过单片机控制油泵18将轻质油从储油箱19抽入油囊11实现采水器1的上浮，或者从油囊11抽入储油箱19实现采水器1的下降，单片机会控制采水器1在深度小于25米的区域持续地寻找羽流区，防止疏漏，直到所有的针筒3都采集到海水。上述单片机的判断均为简单的阈值比较判断，是本领域技术人员常用的技术手段。