[发明专利]深海全剖面流体采集及环境监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及深海流体采集与环境监测，尤其是涉及深海全剖面流体采集及环境监测装置。

背景技术

在现代海洋化学调查研究、海底极端环境探测和各种矿产资源的勘探开发过程中，常常需要对海水全剖面的多环境参数(例如温度、盐度、pH、Eh，以及不同气体，包括氧气、甲烷、硫化氢和二氧化碳的浓度等)进行连续监测和水体样品的定点、定时采集。传统上，可有如下几种方法：1)甲板采水测试，利用配备采水器的常规CTD(如Seabird 911plus)，在甲板设置好层位后从接近海底位置以水文绞车带动采样仪器向上垂直运动，在设定的位置定点采水和进行CTD参数采集；2)利用深海锚系装置，在不同层位设置固定传感器(或传感器组合)进行参数采集；3)利用ROV或AUV等水下智能机器人进行分层定点采样和环境参数采集。

目前，上述方法各有其优缺点。概括而言，这些方法仍存在如下不足：1)不能解决采样时在水体剖面上的层间扰动或混合，因为利用CTD采水器和ROV与AUV等手段采样，无论上从上往下还是从下往上采集，都不可能用时过长，因此会不可避免地发生层间水体扰动和混合，导致所采取的水样及环境参数与实际失真；2)无法解决样品采集和环境参数监测的瞬时对比。除了深海锚系装置、CTD采样器打水采样、ROV以及AUV分层采集和测试均不能解决在某一精确时间点层间样品采集和环境参数的可对比性。而深海锚系装置可以解决环境参数在精确时间点的对比，但却不能进行某一时间同时采样；3)三种方法均不能解决在某一时间尺度(如一周内)海水全剖面上不同层位在不同时间的样品采集和多环境参数观测等更加复杂的调查目标；4)由于可能存在的海流、母船漂移以及智能机器人操作的原因，方法(1)和(3)无法精确保证所采集的样品和监测的参数处于一个垂直的剖面上。因此，当前急需研制一种能解决以上不足，并可适应于海水化学取样观测以及极端环境(海底冷泉和热液)羽状流分层取样和监测的仪器装备，以更好地进行海水化学领域的研究、热液金属硫化物矿床以及天然气水合物资源勘探和开发监测。

发明内容

本发明的目的在于提供深海全剖面流体采集及环境监测装置。

本发明设有浮力系统、上监测单元、下监测单元、上采样单元、下采样单元、上马达转子、下马达转子、通讯承重光缆、供电单元、声学释放器和重力基座；所述上监测单元和下监测单元设于浮力系统下方，上监测单元和下监测单元的各参数探头开口均设于上采样单元和下采样单元垂直方向的中部并配备数据存储装置，上监测单元、上采样单元、下监测单元和下采样单元通过通讯承重光缆相连接，上采样单元设在上马达转子上，下采样单元设在下马达转子上，上马达转子和下马达转子通过通讯承重光缆与供电单元连接，通讯承重光缆上设有通讯接口，供电单元设于下马达转子下方，声学释放器设于供电单元与重力基座之间。

所述浮力系统可采用浮球，所述上监测单元和下监测单元可采用多参数传感器组监测单元，所述多参数传感器组包括溶解氧探头、pH探头、Eh探头、CTD探头、气体浓度探头等，所述气体浓度探头包括甲烷浓度探头、硫化氢浓度探头和二氧化碳浓度探头等；所述上采样单元和下采样单元可采用采样瓶，所述采样瓶可采用12个8L Niskin采样瓶，12个8L Niskin采样瓶呈梅花状锚定于通讯承重光缆上；所述上采样单元和下采样单元可为两头开口，上采样单元和下采样单元可设有自动关闭装置，当上马达转子和下马达转子被触发时，自动关闭装置可立即关闭，将该层位的水体捕获于密闭仓体中；所述声学释放器可采用两台并联，以增加仪器回收的安全性。

12个8L Niskin采样瓶放置在连接马达转子上，马达转子按时间间隔不同(如1小时、12小时或1天、1周不等)可设置12个时间点，到达设定时间时，自动触发关闭装置，然后采集水体，然后电机转子进入下一个时间点的待采状态，依次类推，最多可采相同层位的不同时间点的12瓶。为保证在同一时间点不同层位的水体特征的监测，每一层的转子的起始时间点和采样步长都统一设置。

对可选配置的多种探头(包括溶解氧、pH计、Eh计、CTD以及各种气体探头)都做小型化和模块化插拔处理，并且实现统一供电，数据由同一面板显示。实时监测数据按统一时间步长采集，采集好的数据存储于通信电缆上的储存单元中。通讯承重光缆的长度根据研究目的和观测位置的水深设置，如离底100m、200m或者全剖面等不同层级。整个系统的供电电池按6～12个月的工作周期配置。