适用于深海高温热液流体的耐腐蚀拉曼探头装置及方法与流程

[0001]
本发明属于深海高温热液流体的原位光谱探测领域，具体地说是一种适用于深海高温热液流体的耐腐蚀拉曼探头装置及方法。


背景技术：

[0002]
由于深海热液喷口流体的温度可达450℃，ph值可低至2，并且富含金属硫化物颗粒，现有的传感器很难做到保温保压的原位探测；而在温度压强等外部条件变化时，金属硫化物颗粒会沉降附着，并且热液流体中的成分也可能发生改变。因此，需要改进现有的原位探测方式，避免温度压强等外部条件对原位测量结果带来的影响。防颗粒物附着的方式也需要改进，一方面通过前置过滤将粒径较大的颗粒物滤除，另一方面通过加热保持流体的温度避免颗粒物因溶解度变化造成的沉降附着。以上情况决定了针对深海高温热液流体，需要对传统探测装置进行改善，以克服温度维持方式和颗粒物附着两方面的不足。


技术实现要素：

[0003]
针对上述深海高温热液流体原位探测所存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种适用于深海高温热液流体的耐腐蚀拉曼探头装置及方法。
[0004]
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]
本发明的拉曼探头装置包括探头舱、探杆、加热模块、光缆接头及液压接头，其中探头舱的探头舱壳体为内部中空结构，一端安装有所述光缆接头，另一端与所述探杆的一端密封连接，该探杆的另一端设有所述加热模块，所述探头舱壳体内安装有拉曼探头；所述探杆内部分别开设有探头通道及流体通道，该探杆上安装有液压接头，所述液压接头的一端与流体通道相连通，另一端通过液压管路与流体样品抽滤系统相连；所述加热模块包括加热模块本体、加热模块壳体及加热器，该加热模块本体的一端与所述探杆的另一端密封连接，所述加热模块本体的另一端安装有过滤器，所述探头通道及流体通道分别延伸至加热模块本体内部，该加热模块本体内分别设有光谱探测腔及进液通道，所述光谱探测腔的一端分别与探头通道及流体通道相连通，另一端通过所述进液通道与过滤器相连通；所述加热模块壳体安装于加热模块本体外部，所述加热器位于加热模块壳体内，并安装在所述加热模块本体外表面上，该加热器通过深海电缆与外接电源相连；所述光缆接头通过深海充油光缆与主耐压舱连接。
[0006]
其中：所述加热模块壳体内还设有保温层，该保温层包裹于所述加热模块本体的外部，所述加热器安装于保温层上。
[0007]
所述保温层内设有安装于加热模块本体上的温度传感器，该温度传感器通过电缆与所述主耐压舱连接，用于控制所述光谱探测腔的温度。
[0008]
所述流体通道的轴向中心线与探头通道的轴向中心线相平行。
[0009]
本发明适用于深海高温热液流体的耐腐蚀拉曼探头装置的使用方法为：所述主耐压舱通过深海充油光缆与探头相连，实现激发激光以及样品拉曼信号的传输；所述流体样
品抽滤系统通过液压管路与探杆相连，抽取外界的高温热液流体进入加热模块本体内的光谱探测腔中，实现进样；所述过滤器滤除高温热液流体中大粒径的颗粒物，所述外接电源通过深海电缆与加热模块内的加热器相连，维持进入光谱探测腔的高温热液流体样品的温度，在所述光谱探测腔内实现保温保压原位高温热液流体的拉曼光谱探测。具体为：
[0010]
所述探杆通过液压接头经液压管路与流体样品抽滤系统相连，在所述流体样品抽滤系统的驱动下，高温热液流体从外界通过所述过滤器进入到加热模块本体内的光谱探测腔；
[0011]
所述探头舱通过光缆接头经深海充油光缆与主耐压舱相连，所述主耐压舱内的激光器发出的激光经深海充油光缆，到达所述探头舱壳体内的拉曼探头、再出射到所述光谱探测腔内的高温热液流体样品中，激发高温热液流体样品产生拉曼信号；高温热液流体样品产生的后向拉曼信号由所述拉曼探头收集，并通过所述深海充油光缆进入到主耐压舱内的光谱仪，进行拉曼光谱的采集和保存；
[0012]
所述外接电源经深海电缆给加热模块内的加热器供电，维持进入所述光谱探测腔的高温热液流体样品的温度；
[0013]
所述加热模块壳体内还设有保温层，该保温层内设有安装于加热模块本体上的温度传感器，通过所述温度传感器控制光谱探测腔的温度。
[0014]
本发明的优点与积极效果为：
[0015]
本发明结构简单，设计合理，可在外接电源、主耐压舱和流体样品抽滤系统的配合下完成高温热液流体的保温保压原位探测；通过加热器对进入光谱探测腔的高温热液流体加热，一方面避免温度改变导致的流体样品中成分发生的变化，另一方面也可以避免温度变化时样品中固体颗粒物附着对光谱探测的影响。
附图说明
[0016]
图1为本发明耐腐蚀拉曼探头装置的外部整体结构示意图；
[0017]
图2为本发明耐腐蚀拉曼探头装置的结构剖视图；
[0018]
其中：1为探头舱，2为探杆，3为加热模块，4为光缆接头，5为液压接头，6为深海充油光缆，7为液压管路，8为深海电缆，9为主耐压舱，10为流体样品抽滤系统，11为外接电源，12为过滤器，13为加热模块壳体，14为保温层，15为温度传感器，16为光谱探测腔，17为加热器，18为流体通道，19为探头通道，20为拉曼探头，21为探头舱壳体，22为加热模块本体，23为进液通道。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0020]
如图1、图2所示，外围部件包括均为现有技术的主耐压舱9、流体样品抽滤系统10、外接电源11、深海充油光缆6、液压管路7及深海电缆8，本发明的耐腐蚀拉曼探头装置包括探头舱1、探杆2、加热模块3、光缆接头4及液压接头5，其中探头舱1的探头舱壳体21为内部中空结构，一端安装有光缆接头4，另一端与探杆2的一端密封连接，该探杆2的另一端设有加热模块3，探头舱壳体21内安装有拉曼探头20。探杆2内部分别开设有探头通道19及流体通道18，该流体通道18及探头通道19均沿轴向开设，本实施例的流体通道18的轴向中心线
与探头通道19的轴向中心线相平行。探杆2上安装有液压接头5，液压接头5的一端与流体通道18相连通，另一端通过液压管路7与流体样品抽滤系统10相连。
[0021]
本实施例的加热模块3包括加热模块本体22、加热模块壳体13、温度传感器15及加热器17，该加热模块本体22的一端与探杆2的另一端密封连接，加热模块本体22的另一端安装有过滤器12，探头通道19及流体通道18分别延伸至加热模块本体22内部；该加热模块本体22内分别设有光谱探测腔16及进液通道23，光谱探测腔16的一端分别与探头通道19及流体通道18相连通，另一端通过进液通道23与过滤器12相连通。加热模块壳体13安装于加热模块本体22外部，加热器17位于加热模块壳体13内，本实施例的加热模块壳体13内还设有保温层14，该保温层14包裹于加热模块本体22的外部，加热器17安装于保温层14上，加热器17通过深海电缆8与外接电源11相连；在保温层14内设有安装于加热模块本体22上的温度传感器15，该温度传感器15通过电缆与主耐压舱9连接，用于控制光谱探测腔16的温度。光缆接头4通过深海充油光缆6与主耐压舱9连接。本实施例的保温层14的材质可为硅酸铝纤维棉。本实施例加热器17可为热电偶或电阻丝。
[0022]
本实施例的探头舱壳体21内的拉曼探头20通过深海充油光缆6与主耐压舱9内的激光器、光谱仪连接，构成光谱探测回路；过滤器12、光谱探测腔16，探杆2内的流体通道18，液压管路7以及流体样品抽滤系统10构成液压回路；加热模块3内的温度传感器15、加热器17、保温层14与深海电缆8，外接电源11构成温度控制回路。
[0023]
本发明耐腐蚀拉曼探头装置的使用方法为：
[0024]
主耐压舱9通过深海充油光缆6与探头舱1相连，实现激发激光以及样品拉曼信号的传输；流体样品抽滤系统10通过液压管路7与探杆2相连，抽取外界的高温热液流体进入加热模块本体22内的光谱探测腔16中，实现进样以及反向冲洗功能；过滤器12滤除高温热液流体中大粒径的颗粒物，外接电源11通过深海电缆8与加热模块3内的加热器17相连，维持进入光谱探测腔16的高温热液流体样品的温度，在光谱探测腔16内实现保温保压原位高温热液流体的拉曼光谱探测。具体为：
[0025]
探杆2通过液压接头5经液压管路7与流体样品抽滤系统10相连，在流体样品抽滤系统10的驱动下，高温热液流体从外界通过过滤器12进入到加热模块本体22内的光谱探测腔16；
[0026]
探头舱1通过光缆接头4经深海充油光缆6与主耐压舱8相连，主耐压舱8内的激光器发出的激光经深海充油光缆6，到达探头舱壳体21内的拉曼探头20、再出射到光谱探测腔16内的高温热液流体样品中，激发高温热液流体样品产生拉曼信号；高温热液流体样品产生的后向拉曼信号由拉曼探头20收集，并通过深海充油光缆6进入到主耐压舱8内的光谱仪，进行拉曼光谱的采集和保存；
[0027]
外接电源11经深海电缆8给加热模块3内的加热器17供电，并通过温度传感器15控制光谱探测腔16的温度，维持进入光谱探测腔16的高温热液流体样品的温度。