一种多功能浅海时间系列沉积物捕获和观测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及海洋采样和观测技术，尤其涉及一种多功能浅海时间系列沉积物捕获和观测装置，可用于浅海沉降颗粒物质的采样及其相关海水环境的观测。
【背景技术】
[0002]海洋沉积环境是指海洋沉积物的堆积环境，其特征主要取决于堆积环境中的水动力条件及物理、化学与生物过程。受波浪、海流和引力等多种因素的影响，在现代海洋范围内，无论从横向或纵向(深度)来看，海水的动力条件都不是均一的。根据温度、盐度、压力及水动力条件等自然特征的不同，可以把海域划分成不同的沉积环境，每一个海洋环境又可以反映其沉积物的特征。盐度是海水浓度的标志，海洋中的许多现象和过程都与其分布和变化息息相关。而海水温度及压力的变化影响海洋生物族群的生长与消亡。而海流流速的变化通常会对沉积速率产生影响。因此，通过海水温盐深及流速等海洋环境参数微变化的测量研究沉积物成分及速率的变化，对于海水环境对海洋沉积作用影响的研究具有重要的现实意义。
[0003]海洋颗粒物质记录了海洋物理、化学和生物过程的有关信息。沉积物捕获器是布放于海水中用于收集海洋沉降颗粒物质的一种采样设备，该设备能够实现在一定时间内获取正在沉降的颗粒物质。时间系列沉积物捕获器可以通过设定一定的时间系列对水域中不同深度的沉降颗粒物质进行时空尺度上的高分辨率通量测量，是目前进行海洋颗粒物质通量研究不可或缺的重要方法，沉积物捕获器是目前海洋沉积学、海洋化学、海洋生物学、海洋工程地质学及海洋环境监测领域中非常实用的先进采样设备之一。
[0004]目前，国内仅有少数几家单位拥有该类取样设备，国外虽有不少国家使用了该类取样设备，但仅实现了一定时间段内的自动采样，没有实现对采样时间内海水环境的变化进行定时跟踪观测。无法实现通过较长一段时间内海水环境参数微变化的记录，分析沉积环境变化对沉积作用过程的影响。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种多功能浅海时间系列沉积物捕获和观测装置。
[0006]本实用新型的目的是这样实现的:
[0007]采用步进电机和棘齿传动实现采样瓶的自动转换，并通过自动控制单元按照预先设置的时间系列和工作流程收集沉降颗粒，定时跟踪观测并记录海水环境参数。
[0008]具体地说，多功能浅海时间系列沉积物捕获和观测装置(简称装置)的结构是:
[0009]包括框架单元、沉积物捕获单元、沉积物存储单元、环境观测单元和自动控制单元;
[0010]框架单元是由6根等距离包罗水平放置的上部圆环、中部圆环和下部圆盘的垂直放置的圆管连接而成的圆筒形框架，是本装置的支撑体；
[0011]在上部圆环和下部圆盘之间设置有沉积物捕获单元，在下部圆盘的下部设置有沉积物存储单元，沉积物捕获单元的底部和沉积物存储单元的上部对接，捕获和存储沉积物；
[0012]在中部圆环的两侧分别设置有环境观测单元和自动控制单元，沉积物存储单元和环境观测单元分别与自动控制单元电气连接，实现对沉积物存储单元和环境观测单元的控制。
[0013]本装置的使用方法及工作机理是:
[0014]在装置投入使用前采用外接计算机连接本装置的自动控制单元，对自动控制单元进行激活及初始化设定，包括采样时间间隔的设定和传感器观测时间间隔的设定。确定需要研究沉积速率的海域后，将该装置与可回收锚系连接，并投入海中。装置在到达指定时间后启动工作，在自身自动控制单元的控制下，进行采样并定时切换采样瓶，定时启动各传感器观测温度、盐度、压力和海水流速等海洋环境参数并存储至存储器。完成全部时间系列的采样及观测工作后停止工作，等待回收。回收后，即可获取所需海洋沉积样品，连接外接计算机后即可获取跟踪海水环境参数数据的记录。
[0015]本实用新型具有下列优点和积极效果:
[0016]①采用时间系列控制，可实现根据设定定时切换采样瓶，便于对海洋沉积作用进行阶段性和连续变化的研究；
[0017]②采样的同时跟踪记录海水环境参数，为沉积环境的微变化对沉积作用影响的研究提供基础数据；
[0018]③低功耗设计，可满足长时间采样及观测的需要；
[0019]④操作简便，对装置进行初始化设定后，即可投入海中，采样及观测过程无需人工干预；
[0020]⑤适用于浅海沉降颗粒物质的采样及其相关海水环境的观测。
【附图说明】
[0021]图1为本装置的结构示意图，
[0022]图2为固定盘21的结构示意图；
[0023]图3为转动盘22的结构示意图；
[0024]图4.1为光电定位器25无狭缝251时的工作说明示意图；
[0025]图4.2为光电定位器25有狭缝251时的工作说明示意图。
[0026]图中:
[0027]00—框架单元，
[0028]01一上部圆环,02—中部圆环，03—下部圆盘，04一圆管。
[0029]10—沉积物捕获单元，
[0030]11一维形漏斗，12—蜂窝巢。
[0031]20—沉积物存储单元，
[0032]21—固定盘，
[0033]211—固定盘中央圆孔，212—传动轴，213—固定盘颗粒接收孔；
[0034]22—转动盘，
[0035]221—转动盘中央圆孔，222—棘齿，223—转动盘颗粒接收孔；
[0036]23—采样瓶；
[0037]241—步进电机，242—齿轮，243—传动链；
[0038]25—光电定位器，
[0039]251—狭缝；
[0040]252—线性LED光源，253—感光元件(XD，254—信号转换模块；
[0041]A—光发射线，B—光反射线。
[0042]30—环境观测单元，
[0043]31 —温度传感器，32—压力传感器，33—盐度计，34—流速计。
[0044]40—自动控制单元，
[0045]41 一单片机，42—存储器，43—日历时钟，
[0046]44 一驱动电路，45 —闻能电池及稳压电路。
【具体实施方式】
[0047]下面结合附图和实施例详细说明:
[0048]一、装置
[0049]1、总体
[0050]如图1，本装置包括框架单元00、沉积物捕获单元10、沉积物存储单元20、环境观测单元30和自动控制单元40 ；
[0051]框架单元00是由6根等距离(60° X6)包罗水平放置的上部圆环01、中部圆环02和下部圆盘03的垂直放置的圆管04连接而成的圆筒形框架，是本装置的支撑体；
[0052]在上部圆环01和下部圆盘03之间设置有沉积物捕获单元10，在下部圆盘03的下部设置有沉积物存储单元20，沉积物捕获单元10的底部和沉积物存储单元20的上部对接，捕获和存储沉积物；
[0053]在中部圆环02的两侧分别设置有环境观测单元30和自动控制单元40，沉积物存储单元20和环境观测单元30分别与自动控制单元40电气连接，实现对沉积物存储单元20和环境观测单元30的控制。
[0054]2、功能单元
[0055]I)框架单元00
[0056](I)上部圆环01位于距圆管04顶端5cm处；
[0057]内径60cm,外径64cm,壁厚2mm,钛合金材料；
[0058]圆环实体横轴线上等距离设置6处2cm直径的圆孔，以用于焊接圆管04。
[0059](2)中部圆环02位于框架单元00中部，直径75cm，其左侧在垂直方向上与上部圆环01平齐，并在与上部圆环01的对应位置处设置6处同样2cm直径的圆孔，以用于焊接圆管04 ；
[0060]中部圆环02右侧按照“四筒”形设置4处5cm直径的圆孔，以用于安装和固定温度传感器31、压力传感器32、盐度传感器33和流速计34。
[0061](3)下部圆盘03位于框架单元00中下部，距圆管04底端22cm ；
[0062]直径64cm，厚1cm，主要用于安装沉积物捕获单元10和沉积物存储单元20 ；
[0063]其位置在垂直方向上与上部圆环01平行，并于对应位置处设置6处2cm直径的圆孔，与圆管04焊接；下部圆盘03中央设置直径6cm的中央圆孔，以便锥形漏斗11尾部通过；中央圆孔右侧12cm处设置直径3cm的右侧圆孔，用于安装转动盘22转动轴；其次，下部圆盘03上还设置有相应孔位供光电定位器25和步进电机241的供电线路通过。
[0064](4)圆管04为钛合金圆管，每根长80cm,夕卜径2cm,内径1.5cm,壁厚0.5cm ;
[0065]顶端至2cm处设置有螺纹，下端2cm处设置预留孔，预留孔直径0.5cm，可通过连接结构与锚系系统相连。
[0066]I)沉积物捕获单元10
[0067]如图1，沉积物捕获单元10由上下连接的蜂窝巢12和锥形漏斗11组成。
[0068]锥形漏斗11的顶部内径60cm，集样面积为0.28m2，采用天然聚乙烯材料制作，以防止水样遭受污染；
[0069]蜂窝巢12是防止大型的游泳生物侵入锥形漏斗11，并减少锥形漏斗11内部涡漩的产生，避免已经捕获的沉积物(颗粒)因再悬浮而漏损。
[0070]2)沉积物存储单元20
[0071]如图1，沉积物存储单元20由固定盘21、转动盘22、采样瓶23、步进电机241、齿轮242、传动链243、光电定位器25组成；
[0072]其位置和连接关系是:
[0073]固定于下部圆盘03下面的固定盘21和转动盘22通过传动轴212上下设置；
[0074]如图2，在固定盘21的左侧与锥形漏斗11尾孔对应位置处设置有直径5cm的固定盘颗粒接收孔213，以固定盘颗粒接收孔213与固定盘中央圆孔211的中心连线为轴，从底部向内安装有光电定位器25 ；
[0075]如图3，在转动盘22的外缘处均于设置有13个直径5cm的转动盘颗粒接收孔223，其中O处为O号孔，不安装采样瓶23，其余I?12孔安装采样瓶23 ;在转动盘22内，在转动盘颗粒接收孔223