水体悬沙原位分时次取样与过滤系统

技术领域

本发明涉及海洋取样设备，具体地说是一种水体悬沙原位分时次取样与过滤系统。

背景技术

海洋中悬浮颗粒物(suspended particles concentration，SPC)(包括浮游微生物和悬浮泥沙等)是沉积物的主要来源，而沉积物是许多痕量元素由表层水向底层水输送的主要载体，它在元素输送、循环和去除中充当着重要角色，是元素的一种赋存形态。水体表层悬浮颗粒量影响着水的透明度和真光层的厚度，从而影响浮游生物的光合作用和初级生产力；悬浮颗粒物本身可作为微小生物的食物，而这些无机颗粒物和有机碎屑到达海底后成为底栖生物的主要食物来源；地震或浊流能引起大量沉积物的悬浮，使底层水密度大大增加，并常常改变底层水的温度和盐度。因而，悬浮颗粒物的精确观测对研究海洋物质输运和水体要素特征具有重要意义。在近岸海域，悬浮颗粒物的沉积影响着海水水质、生物群落和地球化学形态。

目前，悬浮颗粒物浓度的测量最根本的方式是通过现场获取水样，回实验室后过滤分析；或基于光学、声学、密度、介电常数等测量进行估计。因此，其测量方法主要分为两类，即传统方法和现代方法。传统方法是现场取水(三点或六点法)，然后对水样进行过滤、称重、计算悬浮颗粒物质量浓度，这被认为是最准确的方法；但仅能得到某几层深度、较大时间间隔的悬浮颗粒物数据，耗时且耗费较大。现代方法是利用光学、声学、密度、介电常数等传感器间接观测悬浮颗粒物浓度，其特点是效率高，连续采集，可获得具有较高时空分辨率的悬浮颗粒物信息；但其测量精度较低，而且这些间接观测悬浮颗粒物浓度的方法，需要对所用设备定期进行校准，并受到适用测量深度的限制。因此，如何省时省力地实现多测点、全水深多水层、长时次悬浮颗粒物浓度的测量，是目前迫切需要解决的问题。海水原位过滤有望成为传统的海水提升后到实验室过滤方法的有益补充。

发明内容

为了开展海洋悬浮颗粒物研究，满足获取水体样本的需求，本发明的目的在于提供一种水体悬沙原位分时次取样与过滤系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括分别安装于载体上的粗过滤装置、水下泵、水下电磁选通阀组、水下过滤集成装置、水下数字流量计及水下中控与供电装置，其中水下泵的进水口通过耐压水管与暴露于海水中的所述粗过滤装置连通，该水下泵的出水口通过耐压水管连接所述水下电磁选通阀组，所述水下过滤集成装置中集成有多个水下原位过滤装置，所述水下电磁选通阀组中的每个水下电磁阀分别通过耐压水管与一个水下原位过滤装置连通，每个所述水下原位过滤装置的出口通过耐压水管与所述水下数字流量计的进水口连通，该水下数字流量计的出水口与外界海水相通；所述水下中控与供电装置内具有控制与采集电路板及为控制与采集电路板供电的电源，该控制与采集电路板通过防水电缆分别与所述水下泵、水下电磁选通阀组及水下数字流量计相连。

其中：所述水下泵包括密封筒体、电机、泵头及进出水密封机构，该电机及泵头分别安装于所述密封筒体内，所述电机通过防水电缆与控制与采集电路板相连，所述泵头由电机驱动；所述密封筒体上开设的进水口及出水口处均安装有与泵头连接的进出水密封机构，进水口处安装的所述进出水密封机构通过耐压水管与所述粗过滤装置连通，出水口处安装的所述出水密封机构通过耐压水管与所述水下电磁选通阀组连通；所述密封筒体上安装有用于与防水电缆相连的水密接插件。

所述进出水密封机构包括进出水管、密封填料、压套及螺旋压紧管，该进出水管的一端与所述泵头密封螺纹连接，另一端与所述螺旋压紧管相连通，该螺旋压紧管的一端与所述密封筒体螺纹连接，另一端位于密封筒体外部、并连接耐压水管；所述进出水管上分别套设有密封填料及压套，该密封填料与所述密封筒体抵接，所述压套位于密封填料与螺旋压紧管之间，通过该螺旋压紧管压紧所述密封填料。

所述密封筒体包括左端盖、细圆筒、粗圆筒及右端盖，该细圆筒的一端密封连接有左端盖，另一端与所述粗圆筒的一端密封相连，该粗圆筒的另一端密封连接有右端盖，所述水密接插件设置在左端盖上，所述进出水密封机构安装于粗圆筒上。

所述水下原位过滤装置包括水洒、上盖、密封垫圈、过滤网、缓水板及底托，该上盖、密封垫圈及底托依次密封连接，所述过滤网被压紧于密封垫圈与底托之间，该过滤网的上方设有水洒，所述水洒的进口由上盖穿出、用于通过耐压水管与水下电磁阀相连，所述过滤网的下方设有安装在底托上的缓水板，所述底托上开设有用于通过耐压水管与水下数字流量计连接的出口。

所述上盖、密封垫圈及底托通过压紧螺栓依次固接，该压紧螺栓的上端由所述上盖穿出、并螺纹连接压紧螺母，所述压紧螺栓的下端由底托穿出、并螺纹连接收紧螺母；所述密封垫圈的上下两面分别开设有密封槽，该密封槽内容置有与上盖、底托形成密封的压紧密封圈。

所述水下中控与供电装置包括依次密封连接的上端盖、密封筒及下端盖，所述控制与采集电路板及电源安装于密封筒内，该上端盖上分别安装有牺牲阳极、水密紧固件及深度计，所述水密紧固件通过防水电缆与水下泵相连，所述深度计与控制与采集电路板连接，所述水下电磁选通阀组由水下中控与供电装置予以供电和控制，所述控制与采集电路板控制水下电磁选通阀组中各水下电磁阀的选通。

所述密封筒与上端盖之间及与下端盖之间均通过端盖定位螺栓固接，该上端盖与所述密封筒之间分别设有端盖轴向密封圈及端盖径向密封圈，所述下端盖与密封筒之间分别设有端盖轴向密封圈及端盖径向密封圈。

本发明的优点与积极效果为：

本发明可以在水下对水体悬沙进行原位分时次进行取样和过滤，具有节省人力、原位保真获取样品等优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中水下泵的内部结构示意图；

图3为图2中进出水密封机构的结构示意图；

图4A为图1中水下电磁选通阀组的结构主视图；

图4B为图4A的结构俯视图；

图4C为图1中水下电磁选通阀组中一个水下电磁阀的结构示意图；

图5为图1中水下过滤集成装置中一个水下原位过滤装置的内部结构示意图；

图6为图1中水下中控与供电装置的内部结构示意图；

图7为本发明的工作原理图；

图8为本发明的工作流程图；

其中：1为粗过滤装置；

2为水下泵，201为水密接插件，202为左端盖，203为径向定位螺栓，204为细密封圈，205为细圆筒，206为粗圆筒，207为粗密封圈，208为轴向定位螺栓，209为电机，210为泵头，211为进出水密封机构，2111为O型密封圈，2112为进出水管，2113为密封填料，2114为压套，2115为螺旋压紧管；

3为水下电磁选通阀组；

4为水下过滤集成装置，401为进口，402为水洒，403为压紧螺母，404为上盖，405为密封垫圈，406为压紧螺栓，407为压紧密封圈，408为过滤网，409为收紧螺母，410为缓水板，411为底托，412为出口；

5为水下数字流量计；

6为水下中控与供电装置，601为牺牲阳极，602为水密紧固件，603为水密紧固件螺母，604为端盖定位螺栓，605为上端盖，606为端盖轴向密封圈，607为端盖径向密封圈，608为控制与采集电路板，609为电源，610为密封筒，611为下端盖；

7为防水电缆，8为耐压水管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图7所示，本发明包括分别安装于载体(本实施例的载体为一个架体)上的粗过滤装置1、水下泵2、水下电磁选通阀组3、水下过滤集成装置4、水下数字流量计5及水下中控与供电装置6，其中水下泵2的进水口通过耐压水管8与暴露于海水中的粗过滤装置1连通，该水下泵2的出水口通过耐压水管8连接水下电磁选通阀组3，水下过滤集成装置4中集成有多个水下原位过滤装置，水下电磁选通阀组3中的每个水下电磁阀分别通过耐压水管8与一个水下原位过滤装置连通，每个水下原位过滤装置的出口通过耐压水管8与水下数字流量计5的进水口连通，该水下数字流量计5的出水口与外界海水相通；水下中控与供电装置6内具有控制与采集电路板608及为控制与采集电路板608供电的电源609，该控制与采集电路板608通过防水电缆7分别与水下泵2、水下电磁选通阀组3及水下数字流量计5相连。本发明的粗过滤装置为现有技术，在此不再赘述。

如图1～3所示，本实施例的水下泵2包括密封筒体、电机209、泵头210及进出水密封机构211，该电机209及泵头210分别安装于密封筒体内，电机209通过防水电缆7与控制与采集电路板608相连，泵头210由电机209驱动；密封筒体上开设的进水口及出水口处均安装有与泵头210连接的进出水密封机构211，进水口处安装的进出水密封机构211通过耐压水管8与粗过滤装置1连通，出水口处安装的出水密封机构211通过耐压水管8与水下电磁选通阀组3连通；密封筒体上安装有用于与防水电缆7相连的水密接插件201。本实施例的密封筒体包括左端盖202、细圆筒205、粗圆筒206及右端盖212，该细圆筒205的一端通过径向定位螺栓203与左端盖202固接，并通过细密封圈204实现密封；细圆筒205的另一端与粗圆筒206的一端通过径向定位螺栓203固接，并通过细密封圈204实现密封；粗圆筒206的另一端通过轴向定位螺栓208与右端盖212固接，并通过粗密封圈207实现密封。水密接插件201设置在左端盖202上，进出水密封机构211安装于粗圆筒206上。本实施例的进出水密封机构211包括进出水管2112、密封填料2113、压套2114及螺旋压紧管2115，该进出水管2112的一端与泵头210螺纹连接，并通过O型密封圈2111实现密封；进出水管2112的另一端与螺旋压紧管2115相连通，该螺旋压紧管2115的一端与粗圆筒206螺纹连接，另一端位于粗圆筒206外部、并连接耐压水管8；进出水管2112上分别套设有密封填料2113及压套2114，该密封填料2113与粗圆筒206抵接，压套2114位于密封填料2113与螺旋压紧管2115之间，通过该螺旋压紧管2115压紧密封填料2113。本实施例的密封填料2113的材料可为聚四氟乙烯。

如图1、图4A～4C所示，本实施例的水下电磁选通阀组3包括了11个水下电磁阀，11个水下电磁阀集成在密封箱中，再固定在架体上。水下泵2出水口处安装的进出水密封机构211通过耐压水管8分别与11个水下电磁阀的入口端相连，11个水下电磁阀的出口端分别连接耐压水管8，水下电磁选通阀组3由水下中控与供电装置6予以供电和控制，控制与采集电路板608控制水下电磁选通阀组3中各水下电磁阀的选通。

如图1、图5所示，超过10个的水下原位过滤装置集成在密封箱中，再固定在架体上。本实施例的水下原位过滤装置的数量与水下电磁阀数量相同，均为11个，每个水下电磁阀均通过耐压水管8与一个水下原位过滤装置的进口相连，水下原位过滤装置的出口再通过耐压水管8与水下数字流量计5连接。水下原位过滤装置包括水洒402、上盖404、密封垫圈405、过滤网408、缓水板410及底托411，上盖404、密封垫圈405及底托411通过压紧螺栓406依次固接，该压紧螺栓406的上端由上盖404穿出、并螺纹连接压紧螺母403，压紧螺栓406的下端由底托411穿出、并螺纹连接收紧螺母409；密封垫圈405的上下两面分别开设有密封槽，该密封槽内容置有与上盖404、底托411形成密封的压紧密封圈407。过滤网408的边缘被压紧于密封垫圈405与底托411之间，该过滤网408的上方设有水洒402，水洒402的进口401由上盖404穿出、用于通过耐压水管8与水下电磁阀相连，过滤网408的下方设有安装在底托411上的缓水板410，底托411上开设有用于通过耐压水管8与水下数字流量计5连接的出口412。

如图1、图6所示，本实施例的水下中控与供电装置6包括依次密封连接的上端盖605、密封筒610及下端盖611，密封筒610与上端盖605之间及与下端盖611之间均通过端盖定位螺栓604固接，该上端盖605与密封筒610之间分别设有端盖轴向密封圈606及端盖径向密封圈607，下端盖611与密封筒610之间分别设有端盖轴向密封圈606及端盖径向密封圈607。控制与采集电路板608及电源609安装于密封筒610内，该上端盖605上分别安装有牺牲阳极601、水密紧固件602及深度计，水密紧固件602通过防水电缆7与水下泵2相连，深度计与控制与采集电路板608连接。

本发明的工作原理为：

如图1～7所示，系统定时启动，打开深度计、打开水下数字流量计5，控制与采集电路板608控制第1个水下电磁阀打开，水下泵2开启工作，通过水下数字流量计5判断是否到预设流量或达到截止时间，若是则关闭水下泵2，否则继续判断，直到达到预设流量或达到截止时间，关闭第1个水下电磁阀，关闭水下数字流量计5、关闭深度计；等待设定时间后，按上述操作打开深度计、打开水下数字流量计5，控制与采集电路板608控制第2个水下电磁阀打开，水下泵2开启工作，通过水下数字流量计5判断是否到预设流量或到截止时间，若是则关闭水下泵2，否则继续判断，直到达到预设流量或达到截止时间，关闭第2个水下电磁阀，关闭水下数字流量计5、关闭深度计；再等待设定时间后，按上述操作直至控制与采集电路板608控制第11个水下电磁阀打开，水下泵2开启工作，通过水下数字流量计5判断是否到预设流量或到截止时间，若是则关闭水下泵2，否则继续判断，直到达到预设流量或达到截止时间，关闭第11个水下电磁阀，关闭水下数字流量计5、关闭深度计，然后进入节电模式，系统停止工作，等待下一个人为操作控制。