深海着陆器用海底生物保真采样装置的制作方法

本实用新型涉及一种海底生物采样装置，特别涉及一种深海着陆器用海底生物保真采样装置。

背景技术：

海底赋存大量生物群落，对这些海底生物进行科学研究，是人类认识和研究海洋生命演化和海底环境的重要手段。传统的海底生物采样手段为拖网或非保压和保温的诱捕装置，这些传统海底生物采样装置由于不能保持深海海底的原位压力和温度，导致所采集的生物从海底返回水面母船的过程中已经死去，这将对该海底区域生物的生存状况、海底环境等精确研究产生极大的影响。深海着陆器是一种结构简单、操控便利、成本低的海底探测/观测装备，研制一套与深海着陆器配套的结构简单，操作方便、可靠的深海着陆器用海底生物保真采样装置，获取海底生物活体样本，对海洋生物生命科学的研究意义将十分重大。

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、工作可靠的深海着陆器用海底生物保真采样装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种深海着陆器用海底生物保真采样装置，包括保压筒，所述保压筒外壁上设有压力补偿装置、诱饵筒、半导体制冷组件、电路筒，所述压力补偿装置通过高压管ⅰ与保压筒连通，诱饵筒通过高压管ⅱ经开关阀与保压筒内腔连通；保压筒入口处安装有入口密封机构，入口密封机构底部安装有喇叭口；保压筒内腔中设有用于将海底生物从保压筒入口赶至保压筒出口的倒须口机构；保压筒出口处安装有出口密封机构和用于控制出口密封机构开闭的齿轮机构；所述保压筒内壁上设有压力传感器、温度传感器；所述电路筒内设有电源和控制器，电源为半导体制冷组件、压力传感器、温度传感器供电，控制器分别与半导体制冷组件、压力传感器、温度传感器连接。

上述深海着陆器用海底生物保真采样装置，所述入口密封机构包括翻板阀座ⅰ、翻板阀盖ⅰ、翻板轴ⅰ、密封圈ⅰ、扭簧ⅰ、套筒；翻板阀座ⅰ通过螺栓ⅰ与保压筒密封连接，所述翻板阀座ⅰ上设有铰耳，铰耳上固定有翻板轴ⅰ，翻板阀盖ⅰ通过翻板轴ⅰ及铰耳与翻板阀座ⅰ铰接以开闭保压筒入口，翻板阀盖ⅰ和翻板阀座ⅰ通过密封圈ⅰ密封，翻板轴ⅰ上还设有扭簧ⅰ；所述套筒安装在翻板阀盖ⅰ上，保压筒上设有用于对套筒及翻板阀盖ⅰ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另一端穿过保压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ⅱ进行密封，保压筒侧壁上设有用于对触发杆ⅰ进行限位的限位机构ⅰ；所述翻板阀盖ⅰ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。

上述深海着陆器用海底生物保真采样装置，所述的压力补偿装置包括耐压筒、活塞、补偿装置端盖及充气阀；所述补偿装置端盖密封安装在耐压筒顶部开口处；活塞置于耐压筒内；补偿装置端盖上设有高压管连接孔，并通过高压管ⅰ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。

上述深海着陆器用海底生物保真采样装置，所述的倒须口机构包括锥齿轮、摇杆、摇柄、倒须、丝杆；倒须位于保压筒入口侧且安装在丝杆一端，锥齿轮位于保压筒出口侧且安装在丝杆另一端，保压筒侧壁上设有摇柄，摇柄通过摇杆与锥齿轮连接。

上述深海着陆器用海底生物保真采样装置，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ⅱ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ⅱ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ⅱ内径。

上述深海着陆器用海底生物保真采样装置，所述的开关阀包括进口接口、出口接口、密封圈ⅲ、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ⅱ连通诱饵筒，阀体上部开有出口接口，出口接口通过高压管ⅱ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ⅲ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。

上述深海着陆器用海底生物保真采样装置，所述的出口密封机构包括翻板阀座ⅱ、翻板阀盖ⅱ、密封圈ⅳ、扭簧ⅱ、翻板轴ⅱ，翻板阀座ⅱ通过密封圈ⅳ与保压筒密封连接，所述的翻板阀座ⅱ上设有阀孔，阀孔处设有翻板轴ⅱ，所述的扭簧ⅱ安装在翻板轴ⅱ上，翻板阀盖ⅱ通过翻板轴ⅱ与翻板阀座ⅱ铰接，且翻板阀座ⅱ在铰接处的形状为齿轮状，翻板阀座ⅱ通过齿轮机构开闭。

上述深海着陆器用海底生物保真采样装置，所述的齿轮机构包括充气接口、齿轮杆、齿轮杆容纳腔、o型密封圈ⅰ，所述齿轮杆容纳腔位于保压筒外壁内，所述的充气接口设在保压筒上且与齿轮杆容纳腔连通，所述齿轮杆容纳腔内设有齿轮杆，且齿轮杆外径与齿轮杆容纳腔内径相匹配，齿轮杆可在齿轮杆容纳腔内移动，齿轮杆远离充气接口的一端设有齿，齿与翻板阀座ⅱ铰接处相啮合；齿轮杆与齿轮杆容纳腔内壁之间通过o型密封圈ⅰ进行密封。

上述深海着陆器用海底生物保真采样装置，所述的半导体制冷组件一共有两组，半导体制冷组件通过导热硅胶与保压筒外壁粘接，半导体制冷组件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。

本实用新型的有益效果在于：

（1）本实用新型可实现对海底生物诱捕与保温保压培养，可有效地保证海底生物原位的生命特征。同时，本实用新型可以与培养釜对接，对海底生物保真转移至培养釜中。

（2）本实用新型采用两组独立的半导体制冷组件，可以根据深海着陆器用海底生物保真采样装置的外部环境温度独立进行实时调节；

（3）本实用新型的结构简单、紧凑、操作简便、可利用深海着陆器进行触发密封。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图2为本实用新型的入口密封机构开启状态结构示意图。

图3为本实用新型的入口密封机构关闭状态结构示意图。

图4为本实用新型的压力补偿装置结构示意图。

图5为本实用新型的诱饵筒中过滤板结构示意图。

图6为本实用新型的开关阀结构示意图。

图7为本实用新型的出口密封机构和齿轮机构结构示意图。

图8为本实用新型的半导体制冷组件结构示意图。

图9为本实用新型的电路结构框图。

图10为本实用新型的控制器电路图。

图11为本实用新型采样前的状态示意图。

图12为本实用新型采样后的状态示意图。

图13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所示，一种深海着陆器用海底生物保真采样装置，包括入口密封机构2、保压筒3、出口密封机构6、齿轮机构7、倒须口机构8、开关阀10，所述保压筒3外壁上设有压力补偿装置4、诱饵筒12、半导体制冷组件16、电路筒17，所述压力补偿装置4通过高压管ⅰ5与保压筒3连通，诱饵筒12通过高压管ⅱ9经开关阀10与保压筒3内腔连通；保压筒3入口处安装有入口密封机构2，入口密封机构2底部安装有喇叭口1；保压筒3内腔中设有用于将海底生物从保压筒3入口赶至保压筒3出口的倒须口机构8；保压筒3出口处安装有出口密封机构6和用于控制出口密封机构6开闭的齿轮机构7；所述保压筒3内壁上设有压力传感器20、温度传感器18；所述电路筒17内设有电源和控制器，电源为半导体制冷组件16、压力传感器20、温度传感器18供电，控制器分别与半导体制冷组件16、压力传感器20、温度传感器18连接。

如图2、图3所示，所述入口密封机构2包括翻板阀座ⅰ201、翻板阀盖ⅰ202、翻板轴ⅰ205、密封圈ⅰ206、扭簧ⅰ204、套筒203；翻板阀座ⅰ201通过螺栓ⅰ11与保压筒3密封连接，所述翻板阀座ⅰ201上设有铰耳，铰耳上固定有翻板轴ⅰ205，翻板阀盖ⅰ202通过翻板轴ⅰ205及铰耳与翻板阀座ⅰ201铰接以开闭保压筒3入口，翻板阀盖ⅰ202和翻板阀座ⅰ201通过密封圈ⅰ206密封，翻板轴ⅰ205上还设有扭簧ⅰ204；所述套筒203安装在翻板阀盖ⅰ202上，保压筒3上设有用于对套筒203及翻板阀盖ⅰ202限位的触发机构13；所述触发机构13包括触发杆ⅰ1301，所述的触发杆ⅰ1301一端开有触发绳安装孔ⅰ1302，通过触发绳安装孔ⅰ1302与触发绳ⅰ15连接，触发杆ⅰ1301另一端穿过保压筒3侧壁上的触发杆安装孔ⅰ后插入套筒203，触发杆ⅰ1301与触发杆安装孔ⅰ之间通过密封圈ⅱ进行密封，保压筒3侧壁上设有用于对触发杆ⅰ1301进行限位的限位机构ⅰ；所述翻板阀盖ⅰ202上的套筒203与触发机构13上的触发杆ⅰ1301的中心线在同一条直线上。打开状态时，触发杆ⅰ1301插入套筒203，使得翻板阀盖ⅰ202保持打开状态，需要闭合时，通过触发绳ⅰ15拉动触发杆ⅰ1301左移，使得触发杆ⅰ1301与翻板阀盖ⅰ202上的套筒203分开，翻板阀盖ⅰ202在扭簧ⅰ204的作用下闭合并覆盖保压筒3入口。

如图4所示，所述的压力补偿装置4包括耐压筒403、活塞402、补偿装置端盖404及充气阀401；所述补偿装置端盖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；补偿装置端盖404上设有高压管连接孔，并通过高压管ⅰ5与保压筒3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。

所述的倒须口机构8包括锥齿轮803、摇杆802、摇柄801、倒须804、丝杆805；倒须804位于保压筒3入口侧且安装在丝杆805一端，锥齿轮803位于保压筒3出口侧且安装在丝杆805另一端，保压筒3侧壁上设有摇柄801，摇柄801通过摇杆802与锥齿轮803连接。

所述的诱饵筒12包括耐压缸体1201、诱饵筒底盖1203、过滤板1202；所述诱饵筒底盖1203通过螺栓ⅱ安装在耐压缸体1201底部；耐压缸体1201内设有诱饵；所述耐压缸体1201顶部设有过滤板1202，如图5所示，过滤板1202上开有过滤孔1204，诱饵筒12通过高压管ⅱ9经开关阀10与保压筒3内腔连通；过滤板1202上的过滤孔1204的直径小于高压管ⅱ9内径。

如图6所示，所述的开关阀10包括进口接口1006、出口接口1003、密封圈ⅲ1002、阀体1004、触发杆ⅱ1001；所述阀体1004下部开有进口接口1006，所述的进口接口1006通过高压管ⅱ9连通诱饵筒12，阀体1004上部开有出口接口1003，出口接口1003通过高压管ⅱ9连通保压筒3，阀体1004中部设有用于连通进口接口1006和出口接口1003的腔体，腔体一端开口，所述触发杆ⅱ1001一端开有触发绳安装孔ⅱ1005，通过触发绳安装孔ⅱ1005连接触发绳ⅱ1501，触发杆ⅱ1001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ⅱ1001进行限位的限位机构ⅱ，触发杆ⅱ1001尺寸与内腔尺寸相匹配，触发杆ⅱ1001与阀体1004之间通过密封圈ⅲ1002密封，触发杆ⅱ1001中部设有环形凹槽，且环形凹槽正对进口接口1006和出口接口1003。图6为开关阀10打开时的状态图，进口接口1006和出口接口1003通过触发杆ⅱ1001中部的环形凹槽连通，当需要关闭开关阀10时，通过触发绳ⅱ1501拉动触发杆ⅱ1001左移，使得触发杆ⅱ1001中部的环形凹槽与进口接口1006、出口接口1003错位，即可实现封堵。

如图7所示，所述的出口密封机构6包括翻板阀座ⅱ603、翻板阀盖ⅱ601、密封圈ⅳ602、扭簧ⅱ604、翻板轴ⅱ605，翻板阀座ⅱ603通过密封圈ⅳ602与保压筒3密封连接，所述的翻板阀座ⅱ603上设有阀孔，阀孔处设有翻板轴ⅱ605，所述的扭簧ⅱ604安装在翻板轴ⅱ605上，翻板阀盖ⅱ601通过翻板轴ⅱ605与翻板阀座ⅱ603铰接，且翻板阀座ⅱ603在铰接处的形状为齿轮状，翻板阀座ⅱ603通过齿轮机构7开闭。

所述的齿轮机构7包括充气接口701、齿轮杆703、齿轮杆容纳腔、o型密封圈ⅱ702，所述齿轮杆容纳腔位于保压筒3外壁内，所述的充气接口701设在保压筒3上且与齿轮杆容纳腔连通，所述齿轮杆容纳腔内设有齿轮杆703，且齿轮杆703外径与齿轮杆容纳腔内径相匹配，齿轮杆703可在齿轮杆容纳腔内移动，齿轮杆703远离充气接口701的一端设有齿，齿与翻板阀座ⅱ603铰接处相啮合，通过加压泵连接齿轮机构7中充气接口701，向保压筒3内加压，齿轮杆703在压力的作用下左移，从而带动出口密封机构6的翻板阀盖ⅱ601顺时针旋转，打开保压筒3出口；齿轮杆703与齿轮杆容纳腔内壁之间通过o型密封圈ⅱ702进行密封。

如图8所示，所述的半导体制冷组件16一共有两组，两组半导体制冷组件1616是独立控制的，可以根据需要控制其工作。半导体制冷组件16通过导热硅胶与保压筒3外壁粘接，半导体制冷组件16包括多级半导体制冷片1607、电线1603、电极座1601，半导体制冷片1607由导热板1606与散热片1605夹紧，接触面之间涂有导热硅脂；半导体制冷片1607冷端通过导热板1606与保压筒3外壁连接，导热板1606采用高导热率材料制造，使热量均匀高效的传递；热端通过散热片1605与海水接触；每级半导体制冷片1607分别通过联接螺母1604与各电极座1601连接，通过o型密封圈ⅲ密封，各电极座1601之间通过电线1603进行串联，电线1603通过水密缆ⅰ19与电路筒17连接。

如图9、图10所示，所述的控制器的主控芯片的型号是stc89c51，图10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1607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1607的工作电流。

一种深海着陆器用海底生物保真采样方法，包括以下步骤：

（1）在深海着陆器用海底生物保真采样装置下水之前，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；半导体制冷组件16安装在保压筒3外壁上，连接好电路，接通电源，将深海着陆器用海底生物保真采样装置固定在着深海陆器上；

（2）打开入口密封机构2和诱饵筒12上的开关阀10，关闭出口密封机构6，将触发绳ⅱ1501的一端固定在触发杆ⅱ1001一端开有触发绳安装孔ⅱ1005上，另一端捆绑在深海着陆器的承重块上；触发绳ⅰ15的一端固定在触发杆ⅰ1301一端开有触发绳安装孔ⅰ1302上，另一端捆绑在深海着陆器的承重块上；

（3）深海着陆器下放过程中，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）深海着陆器用海底生物保真采样装置下放到指定海底表面时，诱饵筒12中的诱饵经过滤板1202流入保压筒3，开始诱捕海底生物；深海着陆器上的摄像头观察到有海底生物进入保压筒3时，通过释放器释放承重块，触发触发杆ⅰ1301、触发杆ⅱ1001，同时关闭入口密封机构2和诱饵筒12上的开关阀10，深海着陆器上浮；

（5）深海着陆器用海底生物保真采样装置回收至海面过程中，由于外界海水压力的减小，压力传感器20发出压力信号，控制器输入端接受来自压力传感器20的实时压力信号，保压筒3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ⅰ5向保压筒3内流动，从而补偿由于保压筒3膨胀变形而导致保压筒3内部的压力损失；

深海着陆器用海底生物保真采样装置回收至海面过程中，由于外界海水温度升高，温度传感器18发出温度信号，控制器输入端接受来自温度传感器18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1607中的工作电流来控制制冷功率，半导体制冷片1607冷端通过导热板1606使保压筒3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1605将热量转移到海水；

（6）深海着陆器用海底生物保真采样装置的海底生物保真转移过程中，先将深海着陆器用海底生物保真采样装置与培养釜14连接，通过加压泵连接齿轮机构7中充气接口701，向保压筒3内加压至大于采样点水深压力0.3mpa-0.7mpa，从而带动齿轮机构7的齿轮杆703使出口密封机构6打开，然后停止加压，此时保压筒3与培养釜14内的压力相同；转动倒须口机构8的摇柄801，带动锥齿轮803转动，使倒须804向上移动，驱赶保压筒3中的海底生物向培养釜14中移动，完成海底生物保真转移。