本實(shí)用新型涉及海洋監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種人工上升流羽流捕獲及海水采樣裝置。

背景技術(shù)：

全世界大氣二氧化碳濃度的增加導(dǎo)致了如海水酸化、全球變暖等一系列生態(tài)環(huán)境問題。在2009年我國簽署了《京都議定書》，承擔(dān)削減排放溫室氣體的義務(wù)。我國每年有一定的碳排放削減指標(biāo)，若無法完成該指標(biāo)就得向其他國家購買指標(biāo)(碳匯)。因此，如果我國能自主增加碳匯，就能促進(jìn)我國的工業(yè)發(fā)展，提高我國國際影響力。

人工上升流被認(rèn)為是可以增加碳匯的一種方法。人工上升流就是將海洋深處富含營養(yǎng)鹽的海水提到海洋表層。藻類繁殖需要陽光和營養(yǎng)鹽，而在真光層，限制藻類繁殖的主要因素就是營養(yǎng)鹽。因此，當(dāng)富營養(yǎng)鹽的深海水被提到真光層時(shí)，藻類就會(huì)突然爆發(fā)繁殖，其光合作用會(huì)吸收大量的二氧化碳，從而增加碳匯。人工上升流提升的海水所在區(qū)域被稱為羽流區(qū)，分析羽流區(qū)的鹽濃度和葉綠素濃度，可以了解藻類爆發(fā)的具體情況，有利于提高碳匯增加的效率。

科學(xué)家在研究人工上升流羽流時(shí)需要得到一定距離間隔的海水樣品，以獲得具體鹽濃度對藻類繁殖的影響。以往的海水采樣裝置無法滿足這樣的要求。目前我國急需自主開發(fā)自懸浮式海水樣品采集設(shè)備，捕捉人工上升流羽流區(qū)海水，以實(shí)現(xiàn)對人工上升流的效果評估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種人工上升流羽流捕獲及海水采樣裝置，可以實(shí)現(xiàn)在人工上升流羽流區(qū)，按照一定的距離間隔采集海水樣品。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下：一種人工上升流羽流捕獲及海水采樣裝置，它包括：導(dǎo)流網(wǎng)兜、采水器以及固定在采水器上的浮力裝置、收放線裝置以及密封艙；

所述導(dǎo)流網(wǎng)兜連接在采水器上；

所述浮力裝置包括油囊、油泵、儲(chǔ)油箱，所述油囊和油囊均通過油管與油泵相連；

所述收放線裝置包括導(dǎo)線輪和第一水下電機(jī)；所述導(dǎo)線輪卷繞有繩子，所述導(dǎo)線輪鉸接在采水器上，所述第一水下電機(jī)固定在采水器上，所述第一水下電機(jī)的輸出軸與導(dǎo)線輪相連，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線輪轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述密封艙內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)、電池、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和油泵驅(qū)動(dòng)器；所述電池為整個(gè)裝置提供工作電壓，所述單片機(jī)的I/O輸出端口與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I/O輸入端相連；第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的I/O輸出端與第一水下電機(jī)相連；所述單片機(jī)的I/O輸出端口與油泵驅(qū)動(dòng)器I/O輸入端相連，油泵驅(qū)動(dòng)器的I/O輸出端與油泵相連；

所述采水器上還設(shè)置有深度傳感器、氮濃度傳感器；所述深度傳感器、氮濃度傳感器的I/O口均與單片機(jī)I/O口相連；

所述采水器與單片機(jī)相連，通過單片機(jī)來控制采水。

進(jìn)一步的，所述采水器包括采水針筒、固定桿、圓盤基座、限位圓盤；所述限位圓盤通過固定桿連接在圓盤基座上端，所述圓盤基座上沿圓周方向均布若干采水針筒，在每個(gè)采水針筒處設(shè)置有活塞桿壓桿，每個(gè)采水針筒的底部與限位圓盤之間連接有彈性繩，所述限位圓盤的中心安裝有第二水下電機(jī)，所述第二水下電機(jī)的輸出軸上安裝有撥桿。

進(jìn)一步的，所述撥桿與活塞桿壓桿處于同一水平面上。

進(jìn)一步的，所述密封艙內(nèi)還設(shè)置有第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述單片機(jī)的I/O輸出端口與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I/O輸入端相連；第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的I/O輸出端與第二水下電機(jī)相連。

進(jìn)一步的，所述采水針筒包括針筒和活塞桿；所述活塞桿滑動(dòng)設(shè)置在針筒內(nèi)，所述活塞桿與彈性繩相連。

進(jìn)一步的，所述采水器還包括第一圓環(huán)、第二圓環(huán)和連接桿，所述第一圓環(huán)通過固定桿連接在限位圓盤上端，所述第二圓環(huán)通過連接桿連接在第一圓環(huán)內(nèi)，所述油囊設(shè)置在第一圓環(huán)和第二圓環(huán)上。

進(jìn)一步的，所述圓盤基座與限位圓盤的間距小于活塞桿長度。

進(jìn)一步的，所述彈性繩處于拉伸狀態(tài)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

1、通過深度傳感器、氮濃度傳感器可以準(zhǔn)確判斷采水器的位置，便于捕捉人工上升流羽流；

2、通過導(dǎo)流網(wǎng)兜和浮力裝置可以保證采水器停留在羽流區(qū)，有利于對羽流的采樣；

3、通過導(dǎo)線輪和水下電機(jī)可以控制采水器與人工上升流涌升管的距離，可以采樣不同稀釋程度的海水樣品；

4、本裝置設(shè)置好參數(shù)后可以在水下自動(dòng)運(yùn)行采樣，無需持續(xù)操作；

5、海水樣品采集在針筒中，可以定量取樣且取樣方便。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的采水器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型采水器的側(cè)視圖；

圖4為圖3的D‐D向剖面圖；

圖中，采水器1、導(dǎo)流網(wǎng)兜2、針筒3、活塞桿4、固定桿5、圓盤基座6、撥桿7、活塞桿壓桿8、限位圓盤9、第一圓環(huán)10、油囊11、彈性繩12、導(dǎo)線輪固定桿13、導(dǎo)線輪14、第一水下電機(jī)15、電機(jī)固定架16、油管17、油泵18、儲(chǔ)油箱19、水密電纜20、密封艙21、傳感器固定架22、第二水下電機(jī)23、第二圓環(huán)24、連接桿25。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。

如圖1‐4所示，本實(shí)用新型提供一種人工上升流羽流捕獲及海水采樣裝置，它包括：導(dǎo)流網(wǎng)兜2、采水器1以及固定在采水器1上的浮力裝置、收放線裝置以及密封艙21；

如圖1所示，所述導(dǎo)流網(wǎng)兜2連接在采水器1上，導(dǎo)流網(wǎng)兜2用于導(dǎo)流，使采水器1順著海流方向流動(dòng)；

如圖2‐4所示，所述浮力裝置包括油囊11、油泵18、儲(chǔ)油箱19，所述油囊11和油囊11均通過油管17與油泵18相連，油泵18控制油囊11內(nèi)輕質(zhì)油的輸入和輸出，從而控制油囊11的體積，實(shí)現(xiàn)采水器1的浮力控制，儲(chǔ)油箱19為油囊11提供油；

如圖2所示，所述收放線裝置包括導(dǎo)線輪14和第一水下電機(jī)15；所述導(dǎo)線輪14上繞有繩子，所述導(dǎo)線輪14鉸接在采水器1上，所述第一水下電機(jī)15固定在采水器1上，所述第一水下電機(jī)15的輸出軸與導(dǎo)線輪14相連，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)線輪14轉(zhuǎn)動(dòng)；導(dǎo)線輪14和第一水下電機(jī)15用于收放線，控制采水器1跟涌升管的距離；

所述密封艙21防水密封，其內(nèi)部設(shè)置有單片機(jī)、電池、第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和油泵驅(qū)動(dòng)器；所述單片機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制；所述電池為整個(gè)裝置提供工作電壓，所述單片機(jī)的I/O輸出端口與第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I/O輸入端相連；第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的I/O輸出端與第一水下電機(jī)15相連；所述單片機(jī)的I/O輸出端口與油泵驅(qū)動(dòng)器I/O輸入端相連，油泵驅(qū)動(dòng)器的I/O輸出端與油泵18相連；

所述采水器1上還設(shè)置有深度傳感器、氮濃度傳感器；所述深度傳感器、氮濃度傳感器用于獲取采水器1的深度和采水器1所處區(qū)域的海水的氮濃度數(shù)據(jù)，所述深度傳感器、氮濃度傳感器的I/O口均與單片機(jī)I/O口相連；第二水下電機(jī)23固定在限位圓盤9上；

所述采水器1與單片機(jī)相連，通過單片機(jī)來控制采水。

進(jìn)一步的，所述采水器1包括采水針筒、固定桿5、圓盤基座6、限位圓盤9；所述限位圓盤9通過固定桿5連接在圓盤基座6上端，所述圓盤基座6上沿圓周方向均布若干采水針筒，本實(shí)施例中布設(shè)了8個(gè)采水針筒，在每個(gè)采水針筒處設(shè)置有活塞桿壓桿8，每個(gè)采水針筒的底部與限位圓盤9之間連接有彈性繩12，所述彈性繩12處于拉伸狀態(tài)；所述限位圓盤9的中心安裝有第二水下電機(jī)23，所述第二水下電機(jī)23的輸出軸上安裝有撥桿7；第二水下電機(jī)23固定在限位圓盤9上；所述圓盤基座6為整個(gè)采水器提供基座，同時(shí)可以限定針筒3和固定桿5的位置；所述限位圓盤9用于限定彈性繩12的位置；

進(jìn)一步的，所述撥桿7與活塞桿壓桿8處于同一水平面上，所述圓盤基座6與限位圓盤9的間距小于活塞桿4長度。

進(jìn)一步的，所述密封艙21內(nèi)還設(shè)置有第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述單片機(jī)的I/O輸出端口與第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器I/O輸入端相連；第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的I/O輸出端與第二水下電機(jī)23相連。

進(jìn)一步的，所述采水針筒包括針筒3和活塞桿4；所述活塞桿4滑動(dòng)設(shè)置在針筒3內(nèi)，所述活塞桿4與彈性繩12相連。

進(jìn)一步的，所述采水器1還包括第一圓環(huán)10、第二圓環(huán)24和連接桿25，所述第一圓環(huán)10通過固定桿5連接在限位圓盤9上端，所述第二圓環(huán)24通過連接桿25連接在第一圓環(huán)10內(nèi)，所述油囊11設(shè)置在第一圓環(huán)10和第二圓環(huán)24上；導(dǎo)線輪14通過導(dǎo)線輪固定桿13固定在固定桿5上，同時(shí)導(dǎo)線輪14與第一水下電機(jī)15連接；第一水下電機(jī)15通過電機(jī)固定架16固定在固定桿5上；深度傳感器、氮濃度傳感器固定在傳感器固定架22上，油泵18、儲(chǔ)油箱19、密封艙21、傳感器固定架22均固定在限位圓盤9上；

油泵18、第一水下電機(jī)15、第二水下電機(jī)23、深度傳感器以及氮濃度傳感器均通過水密電纜20與密封艙21進(jìn)行信號交換與電能輸送。

本實(shí)用新型實(shí)例中固定桿5、圓盤基座6、撥桿7、活塞桿壓桿8、限位圓盤9、第一圓環(huán)10、導(dǎo)線輪固定桿13、電機(jī)固定架16、儲(chǔ)油箱19、密封艙21、傳感器固定架22、第二圓環(huán)24、連接桿25等的材料均為316不銹鋼。所述單片機(jī)可以采用TI公司MSP430F169型號的產(chǎn)品，但不僅限于此。所述第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以采用聚迅公司AHD8221型號的產(chǎn)品，但不僅限于此。所述第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以采用聚迅公司AHD8221型號的產(chǎn)品，但不僅限于此。所述油泵驅(qū)動(dòng)器可以采用聚迅公司AHD8224型號的產(chǎn)品，但不僅限于此。所述電池可以采用YUASA公司NP4‐6型號的產(chǎn)品，但不僅限于此。

針對上述實(shí)施例，這里描述一下本實(shí)用新型的工作過程，具體如下：

如圖2所示，在將海水羽流采樣裝置投放到海中前，將各活塞桿4推壓到針筒3的底端，排出針筒3內(nèi)的空氣，此時(shí)彈性繩12處于拉伸狀態(tài)；撥動(dòng)活塞桿壓桿8，使其抵住活塞桿4，防止活塞桿4被彈性繩12從針筒3中拉出。

如圖1所示，用繩綁住采水器1和導(dǎo)流網(wǎng)兜2，在單片機(jī)中設(shè)定最大深度為25m，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐谋韺雍Ｋ獫舛仍O(shè)定氮濃度初值，將導(dǎo)線輪14的繩子綁在人工上升流涌升管的上端，緩慢將采水器1和導(dǎo)流網(wǎng)兜2放入海中。

一開始采水器1在重力作用下下沉，同時(shí)深度傳感器和氮濃度傳感器的數(shù)據(jù)會(huì)被記錄并通過單片機(jī)進(jìn)行閾值比較，當(dāng)實(shí)測氮濃度與氮濃度初值出現(xiàn)1倍以上差值時(shí)，單片機(jī)會(huì)判斷采水器1進(jìn)入羽流區(qū)，此時(shí)單片機(jī)控制第二水下電機(jī)23轉(zhuǎn)動(dòng)45°，撥桿7撥開對應(yīng)角度的活塞桿壓桿8，使活塞桿4被彈性繩12從針筒3中拉出，采集海水，并使單片機(jī)計(jì)數(shù)器的采集次數(shù)加1；采集完成后，若單片機(jī)計(jì)數(shù)器次數(shù)不足8次，則單片機(jī)控制第一水下電機(jī)15旋轉(zhuǎn)，使得導(dǎo)線輪14轉(zhuǎn)動(dòng)放線，在導(dǎo)流網(wǎng)兜2的作用下，采水器1會(huì)隨著海流飄到下一個(gè)位置去采取下一組水樣；若單片機(jī)判斷采水器1沒進(jìn)入羽流區(qū)，則通過單片機(jī)控制油泵18將輕質(zhì)油從儲(chǔ)油箱19抽入油囊11實(shí)現(xiàn)采水器1的上浮，或者從油囊11抽入儲(chǔ)油箱19實(shí)現(xiàn)采水器1的下降，單片機(jī)會(huì)控制采水器1在深度小于25米的區(qū)域持續(xù)地尋找羽流區(qū)，防止疏漏，直到所有的針筒3都采集到海水。上述單片機(jī)的判斷均為簡單的閾值比較判斷，是本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的技術(shù)手段。