[发明专利]一种极地浮冰下层热熔式取样器

说明书

本发明公开了一种新型极地浮冰下层热熔式取样器，包括舱体，舱体内部具有密封的中空结构并在中空结构内设有冷热源，舱体下表面安装有水平推进器、和均匀分布在舱体四周竖直推进器；舱体上表面设有底座，底座与竖直推进器同心设置并且底座一端与竖直推进器的动力输出端固连，底座另一端转动连接有可绕自身关节自转的机械手臂，机械手臂自由端螺纹连接冷热头；舱体上表面密封安装有直线电机，直线电机输出端螺纹连接热熔钻头；冷热头和热熔钻头通过两位三通阀与冷热源连接，由冷热源对冷热头和热熔钻头进行制冷或制热。使用热熔钻头进行取样，利用冷热源进行钻头的加热和降温，使得取样动作更加简单。

技术领域

本发明涉及极地冰芯取样领域，具体涉及到一种利用热熔方式进行极地冰芯取样的取样器，即涉及一种新型极地浮冰下层热熔式取样器。

背景技术

作为极地研究的重要资料，冰芯对于了解古气候变化有着举足轻重的作用，极地冰芯取样方式分为手动和机动。手动冰芯取样设备简单，取样量小，钻深较小，但更方便。机动冰芯取样包括了机械回旋方式和热水钻，设备庞大、维护难度大、试验成本高昂。为了获取更深的冰芯样品以便了解更远古的气候变化，常常需要钻取到上千米的深度。南北极冰盖厚度最大处达到了三四千米，浮冰的厚度也可达几十米。

极地浮冰是极地研究的重要内容，但由于浮冰四处漂浮，大型设备难以安装到浮冰上，小型手动取样装置需要人在浮冰上操作，但浮冰性质的力学性质不稳定，易破裂，给操作人员造成生命危险。有文献表明，浮冰的下表层聚集有大量的极地微生物，而对此冰水界面的取样目前无专用设备。浮冰下表层取样的主要难度在于取样点到达、水下取样器动态平衡、取样过程取样器的水下固定以及冰芯的获取。冰芯钻头采用机械回旋式的主要弊端在于机械回旋需要旋转电机提供周向旋转动作，因此在结构上多了旋转电机，并且由于在水下工作，需要配套充油舱，电机与控制模块的通信利用水密接插件连接实现，因此整体结构变得更加的繁杂。

采用热熔钻头可以在结构上得到精简，另外热熔钻头和冷热头可以共用制冷制热系统。目前吉林大学采用的热熔钻是自上而下的，且是以极地冰盖作为对象的。其设备尺寸庞大，尽管做到了相对密封的环境取样并且污染相对较少，但其弊端在于整个作业过程漫长，并且在浮冰上也不能进行作业。截至目前，没有以浮冰为取样对象，并且着重于冰水界面层的专用取样器。

除此之外，目前的取样器取样作业基本采用吊放或者重力下坠的方式进行，其只能单次作业，并且无法自己运动到指定地点。若是搭载ROV进行海底取样，设备的整体尺寸变得较大，不适宜少量取样。具备海底自主巡航和无线远程控制取样操作的取样器目前还未在研究中被找到。

浮冰下存在的大量微生物是了解极地生命形态的重要参考来源。其生存环境较为严苛，并且由于浮冰的移动性以及力学特性决定了无法采用大型设备进行作业。因此设计一套能够自主巡航、单次下放多次取样的取样器显得必要，由下而上的冰芯取样方式在保证了原位环境的同时，也保证了取样样品的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，设计一种以极地浮冰为对象的新型热熔式取样器，取样对象主要为浮冰下层海水、冰水界面以及下层冰芯。

一种新型极地浮冰下层热熔式取样器，包括舱体，舱体内部具有密封的中空结构并在中空结构内设有冷热源，舱体下表面安装有用于使舱体在水平方向运动的水平推进器、和均匀分布在舱体四周并用于使舱体在竖直方向运动的竖直推进器；

舱体上表面设有底座，底座与竖直推进器同心设置并且底座一端与竖直推进器的动力输出端固定连接，底座另一端转动连接有可绕自身关节自转的机械手臂，所述机械手臂自由端螺纹连接冷热头；

所述舱体上表面还密封安装有直线电机，直线电机输出端螺纹连接热熔钻头；所述冷热头和热熔钻头通过两位三通阀与所述冷热源连接，由冷热源对冷热头和热熔钻头进行制冷或制热。