【摘要】： 海洋環(huán)境污染監(jiān)測、海水化學(xué)與地質(zhì)調(diào)查和生物采樣,大多數(shù)情況下需要現(xiàn)場采集水樣。有時(shí)需要在不同深度依次采樣,獲取梯度剖面的現(xiàn)場水體信息,以保證分析結(jié)果的統(tǒng)一性、規(guī)范性和類比性。近幾十年來,水體取樣和保存技術(shù)迅速發(fā)展,各式各樣的采水器紛紛問世并獲得成功應(yīng)用。常規(guī)CTD葵花式采水器(CTD rosette sampler)(配備尼斯金采樣瓶(Niskin bottle)或郭福洛采樣瓶(Go-Flo bottle))和船用吸泵均為目前廣泛使用的梯度水樣采集裝置。但其應(yīng)用各有一定缺陷。因此,設(shè)計(jì)一種既適用于大型科考船又適用于小型船只、采樣深度可精確控制、采水操作簡便、無沾污的采水器在海洋科學(xué)研究中有較大實(shí)用意義。 本課題所設(shè)計(jì)的無纜自動(dòng)返回式采水器(a New Auto-Returned Column Water Sampling Device-‘ARWAD’)是一種新型垂直剖面采水器,該采水器外掛四個(gè)1.5L卡蓋式結(jié)構(gòu)的HOUSKIN采水瓶。為采水器加載適當(dāng)重量的配置體,使其在水中受到負(fù)浮力下潛。采水是在釋放配置體后,采水器受到正浮力上升的過程中依次完成的。 本文的主要內(nèi)容為: (1)本課題詳述了該無纜自動(dòng)返回式采水器的機(jī)械機(jī)構(gòu)與密封方案。采水器的主殼體為硬鋁合金圓柱狀防水耐壓設(shè)計(jì),外掛四個(gè)卡蓋式結(jié)構(gòu)的采水瓶,其機(jī)械機(jī)構(gòu)主要包括①配置體的懸掛與釋放機(jī)構(gòu);②采水瓶關(guān)閉采水機(jī)構(gòu); (2)詳述該采水器的控制系統(tǒng),包括硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì),并對控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試�？刂葡到y(tǒng)裝置于主體的防水耐壓倉內(nèi),以單片機(jī)為核心,裝載壓力傳感器獲知水深。下位機(jī)程序控制在到達(dá)指定深度時(shí)釋放配置體和關(guān)閉各采樣瓶,上位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)在甲板上的自檢、設(shè)定配置體的釋放深度和各采水瓶的關(guān)閉采樣深度; (3)用解析法和經(jīng)驗(yàn)公式對該采水器承壓零件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)用數(shù)值計(jì)算方法對其強(qiáng)度校核; (4)為保證采水器的采水精度和確保其工作安全,對采水器進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)計(jì)算,確定阻力及阻力系數(shù)等參數(shù),使采水器在上升采水過程中最大速度小于2.0m/s,以為外形設(shè)計(jì)提供參考; (5)采水器采樣性能驗(yàn)證�，F(xiàn)場采集水樣后,在實(shí)驗(yàn)室測定懸浮顆粒物的質(zhì)量濃度和體積濃度分布。在采集水樣的同時(shí),應(yīng)用激光粒度儀獲取現(xiàn)場懸浮物粒徑分布信息。通過與激光粒度儀現(xiàn)場測定結(jié)果對比,證明該自動(dòng)返回式采水器采水深度準(zhǔn)確,質(zhì)量較好。 該采水器使用時(shí)無需鋼絲繩,而是裝載壓力傳感器獲知水深,由此避免了使用絞車和由鋼絲繩計(jì)量深度帶來的深度誤差;采樣時(shí)也無須連接電纜,節(jié)省電力;自由下潛和上升,無需配備絞車深度補(bǔ)償設(shè)施,避免出現(xiàn)深度逆變現(xiàn)象。主要應(yīng)用于駕駛小規(guī)模船只在較淺水域(湖泊或河口)采水,亦可用于大型科考船,其結(jié)構(gòu)輕便、造價(jià)低廉以及操作方便等性能使其成為CTD葵花式采水器和泵采系統(tǒng)的有益補(bǔ)充。
【圖文】：

懸掛配重體后，投放采水器。采水器在配重體后，采水器在水中受到正浮力，得以上浮，配備的聲學(xué)釋放器和拋棄式水下剖面測量系統(tǒng)中放器是利用聲學(xué)通信原理，對收到的信號(hào)解碼確推出掛吊機(jī)構(gòu)（鐘偉彬，1989）。拋棄式水下剖，測量探頭的釋放靠主體密封浮筒內(nèi)的釋放器實(shí)統(tǒng)和釋放筒組成，當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出指令時(shí)，電機(jī)動(dòng)。由于釋放筒下部帶螺紋，因此在電機(jī)的帶動(dòng)兩種海洋儀器均涉及到螺紋密封和螺紋承重，對故成本亦很高，因此本課題未采用這種辦法。機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分和掛鉤脫鉤部分組成。洋儀器，也可有效實(shí)現(xiàn)懸掛和自動(dòng)釋放。

圖 2-4. 采水瓶關(guān)閉采水機(jī)構(gòu)采水瓶關(guān)閉機(jī)構(gòu)固定在主殼體上相對于“配置體的懸掛與釋放機(jī)構(gòu)”的另一端。見附錄Ⅲ“采水瓶關(guān)閉機(jī)構(gòu)裝配圖”。共有四套采水瓶關(guān)閉系統(tǒng)。每一套關(guān)閉機(jī)構(gòu)獨(dú)立工作，互不影響。每套關(guān)閉機(jī)構(gòu)主要包括一個(gè)電磁閥、一個(gè)銷軸、一個(gè)銷軸密封臺(tái)和一個(gè)銷軸定位架。電磁閥選用直動(dòng)式（見圖 2－5），是定做的，固定于電磁閥倉內(nèi)，由電磁閥墊圈和電磁閥擋板固定位置。銷軸與電磁閥的動(dòng)鐵芯固定。銷軸伸出電磁閥倉和采水瓶關(guān)閉機(jī)構(gòu)端蓋，其運(yùn)動(dòng)被限定在銷軸定位架的孔的軸向方向。電磁閥倉底部安裝一個(gè)水密接頭，四個(gè)電磁閥的電源線通過水密接頭與控制密封倉（主殼體）內(nèi)控制電路相連。水密接頭為五芯，其中一芯為四個(gè)電磁閥的電源公共端，，另四芯分別連接各電磁閥的電源輸入端。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X830.1

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本文編號(hào)：2598217