CN108332997A - 一种防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置及其方法，包括控制系统，活塞系统，端口系统，收集过滤系统；所述的收集过滤系统包括N个水样收集器和N个与水样收集器入口相连的颗粒物采集器，所述的颗粒物采集器内部设有滤网，滤网上下层各设置有铜网垫片。外层镀铜的水样收集器和铜质外壳颗粒物采集器及铜网垫片可以防止附着生物生长；通过控制系统执行实现全自动的端口转口以及活塞的运动，同时收集等时间间隔的定量水样和颗粒物。所使用装置可根据需要采用不同材料和密封技术，(如PVC或钛合金)，满足近海或深远海全水深水样和颗粒物的收集，且可长期原位在线使用。

Description

一种防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置及其 方法

技术领域

本发明属于海水化学原位在线监测领域，为海洋中长时间自动等时间间隔原位的水样及颗粒物采集提供易操作装置，同时进行预先无污染过滤处理，具体涉及一种防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置及其方法。

背景技术

海水的水样和颗粒物采集是海洋监测、海水研究等工作中的重要环节，对于中长期的采集工作，所使用装置的自动化运行功能尤为重要，海水水样和颗粒物同时采集和保存以及采样装置在海水环境中的防生物附着也是采样系统所必须攻克的难题之一。一般情况下中长期的海水水样、颗粒物的采集和保存多使用两套装置，目前国内外商品化的原位过滤装置造价昂贵、易生物附着(如Pall^TM、Millipore^TM等品牌)，操作上的自动化环节也较为薄弱；自动采集装置多为浮游植物、悬浮颗粒物的采集(如McLane^TM等品牌)，缺乏同时期海水水样的采集保存，在研究生态系统的营养物质交换过程中缺乏直接数据支持。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明目的是为克服现有在线连续采集海水水样及颗粒物的技术不足，提供一种防生物附着的海水水样及颗粒物采集装置。它可以防止海洋生物附着，海水可在不同时间点被动多次经过该装置，同时定量收集固定时间间隔的水样及颗粒物，达到长期采集目的。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置包括：控制系统，活塞系统，端口系统，收集过滤系统；

所述的收集过滤系统包括N个水样收集器和N个与水样收集器入口相连的颗粒物采集器，所述的颗粒物采集器内部设有滤网，滤网上下层各设置有铜网垫片；所述的端口系统包括一个端口选择阀门、N个进样口和至少一个出水口，出水口通过出水管与外部环境连通，每一个进样口均通过进样管与一个水样收集器的出口相连，端口选择阀门选择处于参与工作的进样口或出水口；所述的活塞系统的活塞腔通过端口选择阀门与所述的进样口或出水口相连，所述的控制系统控制活塞系统的活塞运动和端口选择阀门的端口选择。

作为本发明的优选方案，所述的端口选择阀门为旋转阀，所述的进样口和出水口呈圆形排列均匀分布在同一平面上，所述的旋转阀位于所述圆形的圆心；旋转阀通过端口电机驱动旋转，当选择对应的进样口或出水口后，旋转阀即与相应的进样口或出水口形成通路，所述的端口电机由控制系统控制。端口选择阀门也可以采取其它实现方式，其目的是为了选择对应的进样口和出水口。

作为本发明的优选方案，所述水样收集器为外层镀铜的聚乙烯材质的圆柱形收集器，由防化学腐蚀的聚乙烯管连接在进样口，所有进样管和出水管材质均为防化学腐蚀的聚乙烯，在收集器内提前加入100μL的饱和HgCl₂溶液，用于固定采集的水样防止微生物影响。

作为本发明的优选方案，所述的颗粒物采集器外壳由全铜制作，滤膜上下各放置一个半径略大于滤膜的200目铜网垫片。滤膜厚度可以为0.45μm。

作为本发明的优选方案，所述的防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置还包括电源系统，所述的电源系统为采集装置的用电设备供电。

作为本发明的优选方案，所述的防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置还包括数据&供电端口，所述的数据&供电端口连接控制系统，用于接收外部控制指令输入和/或供电输入。

作为本发明的优选方案，所述的活塞系统包括活塞柱筒、活塞、推杆、活塞电机和螺杆；活塞位于活塞柱筒内，活塞一端与推杆相连；推杆设有螺纹，且与螺杆的螺纹相互咬合，螺杆与活塞电机相连。所述活塞装置设置于装置的中部，由电机触发螺杆带动推杆在活塞柱筒内进行抽吸和推压，进而使得海水进入水样收集器(抽吸)或将活塞柱筒中的空气或水排出(推压)。

本发明还公开了所述采集装置的原位海水水样及颗粒物自动采集方法，其步骤如下：

工作时，端口选择阀门选择将活塞腔与一个进样口相连，与该进样口相连的水样收集器及与该水样收集器配合的颗粒物采集器即处于工作状态；活塞系统由控制系统驱动形成负压，水样通过颗粒物采集器进入，经由铜网垫片、滤膜、铜网垫片过滤采集颗粒物后进入加有饱和HgCl₂的水样收集器中保存，空气和过量的水样经进样管和进样口进入活塞腔，水样收集完毕后，端口选择阀门选择将活塞腔与出水口相连，而后活塞系统由控制系统驱动，将活塞腔内的空气和水通过出水口排出；复位休眠；

下次工作时，端口选择阀门选择另一进样口，即可利用另一组水样收集器和颗粒物采集器进行采样；采样完毕后，端口选择阀门选择将活塞腔与出水口相连，而后活塞系统由控制系统驱动，将活塞腔内的空气和水通过出水口排出；复位休眠；以此循环运动，直至获得所需数量的水样及颗粒物滤膜样品。

本发明所述控制系统和端口电机位于整个装置的顶部，电池及活塞电机等位于整个装置的底端，装置的所有外壳均使用防水设计和耐压材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明由于采用了以上的技术方案，外层镀铜的水样收集器和铜质外壳颗粒物采集器及铜网垫片可以防止附着生物生长；通过控制系统的命令执行实现全自动的端口转口以及活塞的运动，同时收集等时间间隔的定量水样和颗粒物。所使用装置可根据需要采用不同材料和密封技术，(如PVC或钛合金)，满足近海或深远海全水深水样和颗粒物的收集，且可长期原位在线使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是装置主体的主视图；

图3是装置主体的俯视图；

图4是端口系统的横剖面示意图；

图5是水样、颗粒采集器示意图；

图6是颗粒物采集器内部结构图。

附图标注：1、活塞柱筒；2、推杆；3、活塞；4、水样收集器；5、颗粒物采样器；6、电源装置；7、控制系统；8、铜网垫片；9、滤膜；10、进样管；11、出水管；12、端口系统；13、数据&供电端口；14、活塞电机；15、螺杆；16、端口电机；17、旋转阀；18、推杆凹槽；19、突起；20、支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

如图1所示，在本发明的一个具体实施案例中，提供一种防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置，包括电源系统6，控制系统7，活塞系统，端口系统，收集系统和过滤系统。

所述电源系统6为整个装置提供电力，可采取自备电池供电或通过电脑和数据&供电端口13连接浮标、移动平台等电源集中供电。

所述控制系统7控制整个装置的唤醒、运行及休眠。由连接线通过数据&供电端口13连接电脑用于控制指令输入。如图3所示，整个装置设有三根支架20进行支撑。

所述活塞系统包括活塞柱筒1、活塞3、推杆2、活塞电机14和螺杆15五部分，活塞柱筒1的筒壁有一定的厚度耐受一定水深。推杆2有内螺纹，与螺杆15的螺纹相互咬合，活塞3与推杆2相连且随之运动。原始状态下活塞柱筒1内为真空，活塞3位于活塞柱筒1的顶部。整个活塞系统的运行由控制系统7控制，如图2所示，活塞电机14触发螺杆15带动推杆2运动，推杆两侧各有一个凹槽18和突起19起到防止推杆2旋转的作用，进而使得推杆2可以进行上下的运动。

所述端口系统12包括13个端口，其中A-L号端口为进样口，通过进样管10与水样收集器4相连；M号端口为出水口，通过出水管11与大气连通，其作用为将活塞柱筒1内的空气或水排出。电脑设置命令通过控制系统7，如图4所示，由端口电机16驱动旋转阀17进行端口系统12的端口选择和切换。

所述收集系统包括外层镀铜的聚乙烯水样收集器4以及铜质颗粒物采集器5，其结构如图5所示，水样收集器4两端分别于进样管10和颗粒物采集器5相连，水样收集器4内提前加入饱和HgCl₂溶液用于固定采集的水样防止微生物影响，滤膜9放置于颗粒物采集器5内。

所述过滤系统即颗粒物采集器5，其外壳由全铜制作，颗粒物采集器5内如图6所示，滤膜9上下各放置一个半径略大于滤膜9的200目铜网垫片8，由于铜的生物毒性，可防止附着生物的生长，延长装置使用寿命。

控制系统7可设置时间命令，在特定时间激活端口电机16和活塞电机14开始工作。第一次工作时，端口电机16驱动旋转阀17对准端口A后，活塞电机14带动螺杆15转动，因螺纹咬合使推杆2向下运动，带动活塞3向下抽吸，水样通过颗粒物采集器5进入，经由铜网垫片8、滤膜9、铜网垫片8过滤采集颗粒物后进入加有饱和HgCl₂的水样收集器4中保存，收集完毕后，端口电机16驱动旋转阀17对准端口M，而后活塞电机14带动螺杆15反向转动，因螺纹咬合使推杆2向上运动，带动活塞3向上推压至活塞柱筒1顶部，排空活塞柱筒1内的空气或水后，复位休眠。

第二次工作时，端口电机16驱动旋转阀17对准端口B后，活塞电机14带动螺杆15转动，因螺纹咬合使推杆2向下运动，带动活塞3向下抽吸，水样通过颗粒物采集器5进入，经由铜网垫片8、滤膜9、铜网垫片8过滤采集颗粒物后进入加有饱和HgCl₂的水样收集器4中保存，收集完毕后，端口电机16驱动旋转阀17对准端口M，而后活塞电机14带动螺杆15反向转动，因螺纹咬合使推杆2向上运动，带动活塞3向上推压至活塞柱筒1顶部，排空活塞柱筒1内的空气或水后，复位休眠。

以此循环运动，系统装置可采集并保存12组水样及颗粒物滤膜样品。

Claims (8)

1.一种防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置，其特征在于包括：控制系统，活塞系统，端口系统，收集过滤系统；

所述的收集过滤系统包括N个水样收集器和N个与水样收集器入口相连的颗粒物采集器，所述的颗粒物采集器内部设有滤网，滤网上下层各设置有铜网垫片；

所述的端口系统包括一个端口选择阀门、N个进样口和至少一个出水口，出水口通过出水管与外部环境连通，每一个进样口均通过进样管与一个水样收集器的出口相连，端口选择阀门选择处于参与工作的进样口或出水口；

所述的活塞系统的活塞腔通过端口选择阀门与所述的进样口或出水口相连，

所述的控制系统控制活塞系统的活塞运动和端口选择阀门的端口选择。

2.根据权利要求1所述的防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置，其特征在于所述的端口选择阀门为旋转阀，所述的进样口和出水口呈圆形排列均匀分布在同一平面上，所述的旋转阀位于所述圆形的圆心；旋转阀通过端口电机驱动旋转并选择对应的进样口或出水口，所述的端口电机由控制系统控制。

3.根据权利要求1所述的防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置，其特征在于所述的水样收集器为外层镀铜的聚乙烯水样收集器，水样收集器内提前加入饱和HgCl₂溶液用于固定采集的水样防止微生物影响。

4.根据权利要求1所述的防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置，其特征在于所述的颗粒物采集器外壳由全铜制作，滤膜上下各放置一个半径大于滤膜的200目铜网垫片。

5.根据权利要求1所述的防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置，其特征在于还包括电源系统，所述的电源系统为采集装置的用电设备供电。

6.根据权利要求1所述的防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置，其特征在于还包括数据&供电端口，所述的数据&供电端口连接控制系统，用于接收外部控制指令输入和/或供电输入。

7.根据权利要求1所述的防生物附着的原位海水水样及颗粒物自动采集装置，其特征在于所述的活塞系统包括活塞柱筒、活塞、推杆、活塞电机和螺杆；活塞位于活塞柱筒内，活塞一端与推杆相连；推杆设有螺纹，且与螺杆的螺纹相互咬合，螺杆与活塞电机相连。

8.一种如权利要求1所述采集装置的原位海水水样及颗粒物自动采集方法，其特征在于步骤如下：

工作时，端口选择阀门选择将活塞腔与一个进样口相连，与该进样口相连的水样收集器及与该水样收集器配合的颗粒物采集器即处于工作状态；活塞系统由控制系统驱动形成负压，水样通过颗粒物采集器进入，经由铜网垫片、滤膜、铜网垫片过滤采集颗粒物后进入加有饱和HgCl₂的水样收集器中保存，空气和过量的水样经进样管和进样口进入活塞腔，水样收集完毕后，端口选择阀门选择将活塞腔与出水口相连，而后活塞系统由控制系统驱动，将活塞腔内的空气和水通过出水口排出；复位休眠；

下次工作时，端口选择阀门选择另一进样口，即可利用另一组水样收集器和颗粒物采集器进行采样；采样完毕后，端口选择阀门选择将活塞腔与出水口相连，而后活塞系统由控制系统驱动，将活塞腔内的空气和水通过出水口排出；复位休眠；以此循环运动，直至获得所需数量的水样及颗粒物滤膜样品。