信模块与上位机连接，进行工作参数设定；通过外部时钟模块、AD采样模块以及压 力传感探头，获得系统的时钟和所处工作深度；根据时间、深度以及设定参数判断，触发多 路继电模块，驱动深海抽滤栗按照设定参数工作；同时，利用多通道AD采集模块，采集温度 探头、盐度探头、溶解氧探头以及倾斜传感器的输出，将传感探头输出量转换为数字信号， 保存于外部存储模块中；继电4通路时，抽滤栗5驱动海水通过可控单向阀6,进入安装多 层滤膜的深海滤筒7中，经滤膜过滤后的海水通过可控单向阀8排出；为了防止滤膜采样受 压力影响而变化，利用单向阀9和压力补偿器10为深海滤筒7补偿压力。
[0029] 上述控制流程中，多种海洋环境参数传感探头（包括压力传感探头，温度探头，盐 度探头，溶解氧探头和倾斜传感器）的测量频率在设定时分为同步测量和非同步测量，多 通道AD采集模块采集各个探头输出时，将测量频率低的探头输出量默认为最近一次输出 量。
[0030] 根据过滤过程中滤膜孔隙变化情况，将滤膜假设为一种特殊薄壁小孔，流量方程 如下：
[0032] 其中，Q为流经节流小孔的流量，Cf为流量系数，A。为小孔截面积，AP为小孔前 后压力差，P为液体介质的密度。
[0033] 滤膜在采集过程中会随着膜表面过滤物的增加，其堵塞程度逐渐升高，相应的小 孔截面积A值减小，那么，滤膜微孔截面积随时间变化的函数如下：
[0035] 作为对上述深海海水样本抽滤控制技术方案的进一步限定，结合图3所示，在该 实施例中，抽滤控制系统采用三种工作模式（包括时间触发工作模式，深度触发工作模式， 和默认工作模式）。其中，默认工作模式无需启动时工作参数设定，按照核心控制板上芯片 的编写程序进行工作。时间触发工作模式，和深度触发工作模式，分别设定启动触发时间 和触发深度，作为启动抽滤栗的判断依据。时间触发工作模式下，启动抽滤栗后工作时长递 减，至零时刻停止抽滤。深度触发工作模式下，如果抽滤系统受海流影响，出现所在深度浮 动超出设定深度范围，那么抽滤动作暂停，等待系统采样深度值匹配成功后，继续抽滤，并 且抽滤动作进行的同时累加工作时间，以达到所设定工作时长后停止抽滤。
[0036] 在该实施例中，为保证海水样本的有效抽滤，多个深海抽滤栗体之间采用抽滤串 联结构，使用继电开关同步控制。
[0037] 图4示出了本实用新型所采用的多路继电开关电路示意图，不同继电开关两端连 接不同伏值的动力栗工作电压（VI，V2,V3)，通过控制多路继电开关，实现动力栗的抽滤速 率变化。
[0038]多路继电器模块与核心控制板连接，利用核心控制板I/O端口的高低电平变化触 发不同继电器通路，这根据实际采用的继电器特点为高电平或低电平触发而确定。深海抽 滤系统开发时编写控制程序，并载入到核心控制板内，以设置连接继电器模块的I/O口高 低电平变化时间，在预设启动时刻触发抽滤栗在不同工作电压下工作。通过这种多路的继 电开关，可根据不同实验区域的海水浑浊度和采用的滤膜特征，实现不同流通速率、不同时 长的海水抽滤控制。
[0039] 本实用新型所述的用于深海海水样本抽滤的多路控制系统可应用在深海海水抽 滤系统中，作为抽滤控制和海洋环境参数测量系统，通过时间阈值或深度阈值触发，进行根 据设定参数的抽滤动作，同时采集海中工作环境参数，以供还原采样物质成分所处环境，实 现深海海水物质特征分析及反演。
[0040] 以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前 述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对 前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些 修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和 范围。
【主权项】
1. 一种用于深海海水样本抽滤的多路控制系统，其特征在于，包括： 核心控制板，用于在预定工作模式下控制多通道AD采集模块和多路继电模块的工作； 多通道AD采集模块，连接核心控制板，用于海洋环境参数传感探头输出信号的模数转 换，实现海洋环境参数的采集； 海洋环境参数传感探头，连接多通道AD采集模块，用于实现多路控制系统工作时周围 海洋环境参数的测量； 外部时钟模块，连接核心控制板，用于实现所述多路控制系统时钟的校时和抽滤时间 计时； 外部存储模块，连接核心控制板，用于所述多路控制系统的时间、工作水深、水温及设 置参数的记录存储； 多路继电模块，连接核心控制板，包括多路继电器，用于在核心控制板的控制下实现多 路继电器的同步开关； 多个抽滤栗，连接多路继电模块，采用抽滤串联结构，用于对不同浑浊度的海水进行不 同流量、不同时长的抽滤； 串口模块，连接核心控制板，用于将核心控制板连接到上位机。2. 根据权利要求1所述的一种用于深海海水样本抽滤的多路控制系统，其特征在于， 所述海洋环境参数传感探头包括压力传感探头，温度探头，盐度探头，溶解氧探头和倾斜传 感器。3. 根据权利要求1所述的一种用于深海海水样本抽滤的多路控制系统，其特征在于， 所述串口模块通过232或485串口通信方式实现核心控制板和上位机的通信。4. 根据权利要求1所述的一种用于深海海水样本抽滤的多路控制系统，其特征在于， 所述核心控制板通过上位机进行参数设置和工作模式选择。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于深海海水样本抽滤的多路控制系统。所述抽滤控制系统包括核心控制板，多通道AD采集模块，海洋环境参数传感探头，外部时钟模块，外部存储模块，多路继电模块，多个抽滤泵，串口模块。本实用新型在预定深度、或预设条件下，触发不同继电通路开启抽滤泵,控制海水流通速率,使大量海水流通过采样滤膜，流经滤膜的海水体积能够根据流量探测而精确还原海水物质含量，同时记录抽滤时海洋环境参数，能够实现在设定深度范围内长时间、定位准确的采样。
【IPC分类】G01C13/00, G01N1/34, G01N1/14
【公开号】CN204789055
【申请号】CN201520584894
【发明人】李晓龙, 陈永华, 刘庆奎, 姜静波, 徐永平, 倪佐涛, 涂登志
【申请人】中国科学院海洋研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月6日