海底生物保压保温采样转移系统的制作方法

本实用新型涉及一种深海生物采样装置，特别涉及一种海底生物保压保温采样转移系统。

背景技术：

全世界海洋的总面积约为3.6l亿平方公里，占地球表面积的71％，海底中不仅蕴藏了丰富的矿产资源，而且孕育了种类繁多不为人知的生物资源。对海底生物资源的探索是揭示人类生命奥秘、基因起源的重要环节，能极大地促进生命科学的发展。海底生物采样工具是开展海底环境研究、进行海底生物资源采样和勘探所必备的技术手段，然而，目前海底生物采样工具的研制多集中在拖网、抓斗、诱捕式大型生物采样器等，从采样到实验的过程中，由于不能保持生物原有的生存环境，导致所采集的海底生物从海底返回水面母船的过程中已经死去，这对研究海底生物的物种特性十分不利。因此，研制一种海底生物保压保温采样与转移系统，尽可能地保证生物原位特性，对维持生物原有结构及性质具有重要意义，对生物检测数据的真实可信至关重要。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、操作方便、工作可靠的海底生物保压保温采样转移系统。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种海底生物保压保温采样转移系统，包括用于保压的保压总成、用于采样海底生物的采样总成、用于控制的电路筒、用于采集保压总成内温度的温度传感器、用于采集保压总成内压力的压力传感器、用于转移海底生物的培养釜；采样总成插入保压总成内，采样总成与培养釜连接，所述保压总成中部入口处设有入口密封总成，保压总成中部外壁上粘接用于保温的保温总成，保压总成底部外壁上设有用于保持保压总成内压力平衡的压力补偿装置、用于释放诱饵的诱饵筒，压力补偿装置与保压总成连通，诱饵筒通过开关阀与保压总成连通；所述保压总成内壁上设有温度传感器、压力传感器；所述电路筒安装在保压总成外壁上，电路筒内设有电源和控制器，电源为保温总成、控制器、温度传感器、压力传感器供电，控制器分别与温度传感器、压力传感器、保温总成连接。

上述海底生物保压保温采样转移系统，所述保压总成包括保压筒、方形挡栓、高压阀ⅰ，所述保压筒顶部侧壁上径向设有多个方形挡栓孔，每个方形挡栓孔内均设有方形挡栓；保压筒外壁上对应于方形挡栓处通过螺栓ⅰ固定安装有挡栓盒，方形挡栓与挡栓盒相对的端面之间通过压缩弹簧ⅰ连接，方形挡栓在压缩弹簧ⅰ的作用下可在方形挡栓孔内移动，挡栓盒上设有用于对方形挡栓进行限位的限位销，所述保压筒内腔底部通过高压管ⅰ与高压阀ⅰ连接。

上述海底生物保压保温采样转移系统，所述采样总成包括采样筒、采样杆、上端盖和下端盖，采样筒上端固定在上端盖下端面上，采样筒下端固定在下端盖上端面上，采样杆通过螺栓ⅱ固定在上端盖上端面上，所述采样杆上端部开有环形槽；上端盖侧壁上设有密封圈ⅰ，下端盖中心设有通孔ⅰ，下端盖侧壁上设有密封圈ⅱ；所述采样筒侧壁上部设有圆形孔i，采样筒侧壁下部设有圆形孔ii，采样筒上端部设有圆形通孔；所述保压筒出口直径与圆形孔i、圆形孔ii和圆形通孔直径相同。

上述海底生物保压保温采样转移系统，所述入口密封总成包括密封筒、翻板阀座、翻板阀盖、翻板轴、密封圈ⅲ、扭簧、套筒；翻板阀座通过螺栓ⅲ与密封筒入口密封连接，所述翻板阀座上设有铰耳，铰耳上固定有翻板轴，翻板阀盖通过翻板轴及铰耳与翻板阀座铰接以开闭密封筒入口，翻板阀盖和翻板阀座通过密封圈ⅲ密封，翻板轴上还设有扭簧；所述套筒安装在翻板阀盖上，密封筒上设有用于对套筒及翻板阀盖限位的触发机构；所述触发机构包括触发杆ⅰ，所述的触发杆ⅰ一端开有触发绳安装孔ⅰ，通过触发绳安装孔ⅰ与触发绳ⅰ连接，触发杆ⅰ另一端穿过密封筒侧壁上的触发杆安装孔ⅰ后插入套筒，触发杆ⅰ与触发杆安装孔ⅰ之间通过密封圈ⅳ进行密封，密封筒侧壁上设有用于对触发杆ⅰ进行限位的限位机构ⅰ；密封筒出口与保压总成1中部入口连通；所述翻板阀盖上的套筒与触发机构上的触发杆ⅰ的中心线在同一条直线上。

上述海底生物保压保温采样转移系统，所述的压力补偿装置包括耐压筒、活塞、补偿器端盖及充气阀；所述补偿器端盖密封安装在耐压筒顶部开口处；活塞置于耐压筒内；补偿器端盖上设有高压管连接孔，并通过高压管ⅱ与保压筒连通；耐压筒底部设有通孔ⅱ，通过通孔ⅱ与充气阀连接。

上述海底生物保压保温采样转移系统，所述的诱饵筒包括耐压缸体、诱饵筒底盖、过滤板；所述诱饵筒底盖通过螺栓ⅳ安装在耐压缸体底部；耐压缸体内设有诱饵；所述耐压缸体顶部设有过滤板，过滤板上开有过滤孔，诱饵筒通过高压管ⅲ经开关阀与保压筒内腔连通；过滤板上的过滤孔的直径小于高压管ⅲ内径。

上述海底生物保压保温采样转移系统，所述的开关阀包括进口接口、出口接口、密封圈ⅴ、阀体、触发杆ⅱ；所述阀体下部开有进口接口，所述的进口接口通过高压管ⅲ连通诱饵筒，阀体上部开有出口接口，出口接口通过高压管ⅳ连通保压筒，阀体中部设有用于连通进口接口和出口接口的腔体，腔体一端开口，所述触发杆ⅱ一端开有触发绳安装孔ⅱ，通过触发绳安装孔ⅱ连接触发绳ⅱ，触发杆ⅱ另一端从腔体开口处横向插设于腔体内并可在腔体中滑动，腔体开口处设有用于对触发杆ⅱ进行限位的限位机构ⅱ，触发杆ⅱ尺寸与内腔尺寸相匹配，触发杆ⅱ与阀体之间通过密封圈ⅴ密封，触发杆ⅱ中部设有环形凹槽，且环形凹槽正对进口接口和出口接口。

上述海底生物保压保温采样转移系统，所述的保温总成一共有两组，保温总成通过导热硅胶与保压筒外壁粘接，保温总成包括多级半导体制冷片、电线、电极座，半导体制冷片由导热板与散热片夹紧，接触面之间涂有导热硅脂；半导体制冷片冷端通过导热板与保压筒外壁连接，热端通过散热片与海水接触；每级半导体制冷片分别通过联接螺母与各电极座连接，各电极座之间通过电线进行串联，电线通过水密缆ⅰ与电路筒连接。

上述海底生物保压保温采样转移系统，所述培养釜包括高压筒、端盖、密封塞；所述的高压筒底部开口用端盖密封，端盖中间设有密封塞，密封塞与端盖之间通过密封圈ⅵ密封；培养釜通过密封塞与采样筒连接，所述的密封塞底部中间设有用于供采样杆顶部插入的插入腔；所述的密封塞底部侧壁上设有多个挡栓孔，挡栓孔沿径向设置，每个挡栓孔内分别设有挡栓，挡栓前端伸入插入腔内，挡栓后侧固定有螺栓ⅴ；挡栓与螺栓ⅴ相对的端面之间通过压缩弹簧ⅱ连接，挡栓在压缩弹簧ⅱ的作用下可在挡栓孔内移动。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的海底生物保压保温采样转移系统可实现对海底生物诱捕与保压保温培养，可有效地保证海底生物原位的生命特征。

2、本实用新型的海底生物保压保温采样转移系统可实现与培养釜对接，对海底生物保压保温转移。

3、本实用新型的海底生物保压保温采样转移系统采用两组独立的半导体制冷组件，可以根据环境需要控制其工作开关，保温范围广。

4、本实用新型的海底生物保压保温采样转移系统结构简单、紧凑、操作简便、适合搭载在着陆器、载人潜水器、无人潜水器上。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型采样前的状态图。

图3为本实用新型采样后的状态图。

图4为本实用新型保压总成的结构示意图。

图5为本实用新型采样总成的结构示意图。

图6为本实用新型入口密封总成开启状态的结构示意图。

图7为本实用新型入口密封总成关闭状态的结构示意图。

图8为本实用新型压力补偿装置的结构示意图。

图9为本实用新型诱饵筒的结构示意图。

图10为本实用新型开关管阀的结构示意图。

图11为本实用新型保温总成的结构示意图。

图12为本实用新型培养釜的结构示意图。

图13为本实用新型培养釜中密封塞的放大结构图。

图14为本实用新型的电路结构框图。

图15为本实用新型的控制器电路图。

图16为本实用新型的采样总成与培养釜对接的结构示意图。

图17为本实用新型转移过程的状态图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-图3所示，一种海底生物保压保温采样转移系统，其特征在于：包括用于保压的保压总成1、用于采样海底生物的采样总成3、用于控制的电路筒15、用于采集保压总成1内温度的温度传感器14、用于采集保压总成1内压力的压力传感器13、用于转移海底生物的培养釜9；采样总成3插入保压总成1内，采样总成3与培养釜9连接，所述保压总成1中部入口处设有入口密封总成2，保压总成1中部外壁上粘接用于保温的保温总成12，保压总成1底部外壁上设有用于保持保压总成1内压力平衡的压力补偿装置4、用于释放诱饵的诱饵筒6，压力补偿装置4与保压总成1连通，诱饵筒6通过开关阀7与保压总成1连通；所述保压总成1内壁上设有温度传感器14、压力传感器13；所述电路筒15安装在保压总成1外壁上，电路筒15内设有电源和控制器，电源为保温总成12、控制器、温度传感器14、压力传感器13供电，控制器分别与温度传感器14、压力传感器13、保温总成12连接。

如图4所示，所述保压总成1包括保压筒101、方形挡栓102，所述保压筒101顶部侧壁上径向设有多个方形挡栓孔104，每个方形挡栓孔104内均设有方形挡栓102，方形挡栓102与方形挡栓孔104之间设有密封圈ⅶ108；保压筒101外壁上对应于方形挡栓102处通过螺栓ⅰ105固定安装有挡栓盒106，方形挡栓102与挡栓盒106相对的端面之间通过压缩弹簧ⅰ107连接，方形挡栓102在压缩弹簧ⅰ107的作用下可在方形挡栓孔104内移动，挡栓盒上设有用于对方形挡栓进行限位的限位销105，所述保压筒101内腔底部通过高压管ⅰ103与高压阀ⅰ17连接。

如图5所示，所述采样总成3包括采样筒301、采样杆302、上端盖303和下端盖304，采样筒301上端固定在上端盖303下端面上，采样筒301下端固定在下端盖304上端面上，采样杆302通过螺栓ⅱ305固定在上端盖303上端面上，所述采样杆302上端部开有环形槽311；上端盖303侧壁上设有密封圈ⅰ306，下端盖304中心设有通孔ⅰ，下端盖304侧壁上设有密封圈ⅱ307；所述采样筒3侧壁上部设有圆形孔i308，采样筒3侧壁下部设有圆形孔ii309，采样筒3上端部设有圆形通孔310；所述保压筒101出口直径与圆形孔i308、圆形孔ii309和圆形通孔310直径相同，直径为68mm，基本能够满足全海深环境下宏生物的进入；保压筒101筒体均采用钛合金材料，能够承受120mpa的超高压力。

如图6、图7所示，所述入口密封总成2包括密封筒207、翻板阀座201、翻板阀盖202、翻板轴205、密封圈ⅲ206、扭簧205、套筒203；翻板阀座201通过螺栓ⅲ208与密封筒207入口密封连接，所述翻板阀座201上设有铰耳，铰耳上固定有翻板轴205，翻板阀盖202通过翻板轴205及铰耳与翻板阀座201铰接以开闭密封筒207入口，翻板阀盖202和翻板阀座201通过密封圈ⅲ206密封，翻板轴205上还设有扭簧204；所述套筒203安装在翻板阀盖202上，密封筒207上设有用于对套筒203及翻板阀盖202限位的触发机构5；所述触发机构5包括触发杆ⅰ501，所述的触发杆ⅰ501一端开有触发绳安装孔ⅰ502，通过触发绳安装孔ⅰ502与触发绳ⅰ8连接，触发杆ⅰ501另一端穿过密封筒507侧壁上的触发杆安装孔ⅰ后插入套筒203，触发杆ⅰ501与触发杆安装孔ⅰ之间通过密封圈ⅳ进行密封，密封筒507侧壁上设有用于对触发杆ⅰ501进行限位的限位机构ⅰ；密封筒207出口与保压总成1中部入口连通；所述翻板阀盖202上的套筒203与触发机构5上的触发杆ⅰ501的中心线在同一条直线上。打开状态时，触发杆ⅰ501插入套筒203，使得翻板阀盖202保持打开状态，需要闭合时，通过触发绳ⅰ8拉动触发杆ⅰ501左移，使得触发杆ⅰ501与翻板阀盖202上的套筒203分开，翻板阀盖202在扭簧204的作用下闭合并覆盖密封筒207入口。

如图8所示，所述的压力补偿装置4包括耐压筒403、活塞402、补偿器端盖404及充气阀401；所述补偿器端盖404密封安装在耐压筒403顶部开口处；活塞402置于耐压筒403内；补偿器端盖404上设有高压管连接孔，并通过高压管ⅱ10与保压筒101连通；耐压筒403底部设有通孔ⅱ，通过通孔ⅱ与充气阀401连接。

如图9所示，所述的诱饵筒6包括耐压缸体601、诱饵筒底盖604、过滤板602；所述诱饵筒底盖604通过螺栓ⅳ安装在耐压缸体601底部；耐压缸体601内设有诱饵；所述耐压缸体601顶部设有过滤板602，过滤板602上开有过滤孔603，诱饵筒6通过高压管ⅲ经开关阀7与保压筒101内腔连通；过滤板602上的过滤孔603的直径小于高压管ⅲ内径。

如图10所示，所述的开关阀7包括进口接口706、出口接口703、密封圈ⅴ702、阀体704、触发杆ⅱ701；所述阀体704下部开有进口接口706，所述的进口接口706通过高压管ⅲ连通诱饵筒6，阀体704上部开有出口接口703，出口接口707通过高压管ⅳ11连通保压筒101，阀体704中部设有用于连通进口接口706和出口接口703的腔体，腔体一端开口，所述触发杆ⅱ701一端开有触发绳安装孔ⅱ705，通过触发绳安装孔ⅱ705连接触发绳ⅱ801，触发杆ⅱ701另一端从腔体开口处横向插设于腔体内并可在腔体中滑动，腔体开口处设有用于对触发杆ⅱ701进行限位的限位机构ⅱ，触发杆ⅱ701尺寸与内腔尺寸相匹配，触发杆ⅱ701与阀体704之间通过密封圈ⅴ702密封，触发杆ⅱ701中部设有环形凹槽，且环形凹槽正对进口接口706和出口接口703。图10为开关阀7打开时的状态图，进口接口706和出口接口703通过触发杆ⅱ701中部的环形凹槽连通，当需要关闭开关阀7时，通过触发绳ⅱ801拉动触发杆ⅱ701左移，使得触发杆ⅱ701中部的环形凹槽与进口接口706、出口接口703错位，即可实现封堵。

如图11所示，所述的保温总成12一共有两组，保温总成12通过导热硅胶与保压筒101外壁粘接，保温总成12包括多级半导体制冷片1207、电线1203、电极座1201，半导体制冷片1207由导热板1206与散热片1205夹紧，接触面之间涂有导热硅脂；半导体制冷片1207冷端通过导热板1206与保压筒101外壁连接，热端通过散热片1205与海水接触；每级半导体制冷片1207分别通过联接螺母1204与各电极座1201连接，各电极座1201之间通过电线1203进行串联，电线1203通过水密缆ⅰ1204与电路筒15连接。

如图12、图13所示，所述培养釜9包括高压筒901、端盖902、密封塞903；所述的高压筒901底部开口用端盖902密封，端盖902中间设有密封塞903，密封塞903与端盖902之间通过密封圈ⅵ905密封；培养釜9通过密封塞903与采样筒301连接，所述的密封塞903底部中间设有用于供采样杆302顶部插入的插入腔；所述的密封塞903底部侧壁上设有多个挡栓孔904，挡栓孔904沿径向设置，每个挡栓孔904内分别设有挡栓905，挡栓905前端伸入插入腔内，挡栓905后侧固定有螺栓ⅴ907；挡栓905与螺栓ⅴ907相对的端面之间通过压缩弹簧ⅱ906连接，挡栓905在压缩弹簧ⅱ906的作用下可在挡栓孔904内移动；所述的高压筒901外壁上设有高压管连接孔，并通过高压管ⅴ分别与压力表910、溢流阀911连接。

如图14、图15所示，控制器的主控芯片的型号是stc89c51，图15中p1.0作为温度信号入口，p1.1作为压力信号入口，p2.3作为电流增大输出端，p2.4作为电流减少输出端。端口k1，k2，k3作为按键set、按键down、按键up的输入，可以手动控制脉冲发送频率，经单片机处理后转化为相应的脉冲信号来控制半导体制冷片1207的工作电流，进而控制制冷功率，达到保温效果。p1.0测得的实际温度信号与单片机给出的温度信号进行比较，通过pid控制调整半导体制冷片1207的工作电流。

一种海底生物保压保温采样转移方法，包括以下步骤：

（1）在海底生物保压保温采样转移系统下水之前，通过充气阀401向压力补偿装置4中活塞402的下部容腔充气0.3倍采样点水深压力的惰性气体，此时压力补偿装置4中活塞402将处于压力补偿装置4容腔顶部；保温总成12安装在保压筒101外壁上，连接好电路，接通电源，将海底生物保压保温采样转移系统固定在着陆器上；

（2）打开翻板阀盖202和诱饵筒6上的开关阀7，将触发绳ⅱ801的一端固定在触发杆ⅱ701一端开有触发绳安装孔ⅱ705上，另一端捆绑在着陆器的承重块上；触发绳ⅰ8的一端固定在触发杆ⅰ501一端开有触发绳安装孔ⅰ502上，另一端捆绑在着陆器的承重块上；

（3）着陆器下放过程中，在海水压力的作用下，压力补偿装置4活塞402将向下移动，直到活塞402下腔和上腔内的压力达到平衡；

（4）海底生物保压保温采样转移系统下放到指定海底表面时，诱饵筒6中的诱饵经过滤板602流入保压筒101，诱捕深海深环境下的海底生物；着陆器上的摄像头观察到有海底生物进入保压筒101时，通过释放器释放承重块，触发触发杆ⅰ501、触发杆ⅱ701，同时关闭翻板阀盖202和诱饵筒6上的开关阀7，着陆器上浮；

（5）海底生物保压保温采样转移系统回收至海面过程中，由于外界海水压力的减小，压力传感器13发出压力信号，控制器输入端接受来自压力传感器13的实时压力信号，保压筒101将膨胀变形，此时压力补偿装置4活塞402下腔内的惰性气体将推动活塞402向上腔移动，迫使上腔内的海水经高压管ⅱ10向保压筒101内流动，从而补偿由于保压筒101膨胀变形而导致保压筒101内部的压力损失；

海底生物保压保温采样转移系统回收至海面过程中，由于外界海水温度升高，温度传感器14发出温度信号，控制器输入端接受来自温度传感器14的实时温度信号，控制器输出端输出控制信号，控制半导体制冷片1207中的工作电流来控制制冷功率，半导体制冷片1207冷端通过导热板1206使保压筒101内的温度一直保持与采样点相同的温度值，热端通过散热片1205将热量转移到海水；

（6）海底生物保压保温采样转移系统回收至海面后，在实验室将培养釜9与海底生物保压保温采样转移系统对接，即可开展海底生物保压保温转移；

步骤（6）的具体操作如下：

（6-1）在将培养釜9与海底生物保压保温采样转移系统对接之前，向培养釜9中注入海水，并使培养釜9中的压力环境与采样点水深压力环境基本相等；

（6-2）将培养釜9与海底生物保压保温采样转移系统对接过程中，挡栓905与采样杆302上端部的环形槽311配合，使压缩弹簧ⅱ906压缩，实现对接，然后通过螺栓ⅴ907使培养釜9与采样装置密封连接；

（6-3）断开压力传感器13、温度传感器14连接的水密缆ⅱ16；

（6-4）将加压泵与高压阀17连接，向保压筒101中加压至大于采样点水深压力0.3mpa-0.7mpa，从而使采样总成3向上移动，当采样总成3移动到圆形孔ii309和保压筒101出口相通时，停止加压，采样筒3中的海底生物将从圆形孔i308和圆形通孔310中游到培养釜9中，完成海底生物保压保温转移。