海底沉积物热特性试验装置

1.本发明涉及海底沉积物中微生物原位加热取样技术领域，特别是涉及一种海底沉积物热特性试验装置。


背景技术：

2.甲烷是一种重要的温室气体，深刻影响着全球的气候变化。同时，甲烷还是天然气水合物的主要成分。海洋沉积物是甲烷生物转化的一个重要生态区域，栖居在沉积物表层的甲烷代谢微生物，利用氧气作为电子受体将复杂有机质进行降解。氧气在表层范围内被快速耗尽后，亚硝酸盐/硝酸盐、铁锰等金属离子和硫酸根成为微生物代谢的主要电子受体，将有机质进行厌氧降解，产生二氧化碳或甲烷。游离甲烷气以及溶解甲烷在高压低温的条件下，与水聚合成一种类似冰的具有笼型结构的晶体—天然气水合物，较为稳定地储存在沉积物中。温度以及营养物质对海底表层微生物中微生物的甲烷代谢过程有着很大的影响，但是目前没有能控制这两个参数的深海装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种海底沉积物热特性试验装置，将调配好初始营养物质的沉积物样品送至海底原位，并进行加热和取样。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明公开了一种海底沉积物热特性试验装置，包括支架、旋转组件和电控舱；所述支架包括底座和圆杆，所述底座上设有操作孔，所述圆杆固定于所述底座上；所述旋转组件包括套设于所述圆杆外侧的旋转架，以及沿所述圆杆的轴线方向滑动穿过所述旋转架的套筒释放结构、放样结构、抓取结构、加热结构、取样结构；所述旋转架旋转时，所述套筒释放结构、所述放样结构、所述抓取结构、所述加热结构、所述取样结构均能够对准所述操作孔；
6.所述套筒释放结构具有套筒，所述套筒用于插入所述操作孔下方的海底沉积物内，所述套筒释放结构能够释放所述套筒；所述放样结构用于将调配好初始营养物质的沉积物样品注入所述套筒内；所述抓取结构用于将所述套筒从所述操作孔处取出；所述加热结构用于加热所述沉积物样品；所述取样结构用于回收加热后的所述沉积物样品；
7.所述电控舱与所述加热结构电连接，以向所述加热结构供电。
8.优选地，所述底座上设有提手。
9.优选地，所述套筒释放结构包括所述套筒和第一杆体；所述套筒套设于所述第一杆体外侧且与所述第一杆体通过旋转卡扣卡接相连，所述第一杆体滑动穿过所述旋转架；所述第一杆体上设有用于提拉的第一手柄，所述第一手柄位于所述旋转架背离所述底座的一侧。
10.优选地，所述放样结构包括放样筒体、第二杆体和放样活塞；所述放样筒体固定于所述旋转架上，所述放样活塞固定于所述第二杆体上且与所述放样筒体的内壁滑动接触，
所述放样筒体的开口朝向所述底座；所述第二杆体滑动穿过所述旋转架，所述第二杆体上设有用于提拉的第二手柄，所述第二手柄位于所述旋转架背离所述底座的一侧。
11.优选地，所述放样筒体靠近所述底座的一端设有花瓣结构；所述放样活塞向所述底座移动时，所述花瓣结构能够打开；所述放样活塞背离所述底座运动时，所述花瓣结构能够弹性复位。
12.优选地，所述抓取结构包括勾爪和第三杆体；所述勾爪固定于所述第三杆体靠近所述底座的一端，所述勾爪能够弹性变形，以卡在所述套筒内壁上的凹槽内；所述第三杆体滑动穿过所述旋转架，所述第三杆体上设有用于提拉的第三手柄，所述第三手柄位于所述旋转架背离所述底座的一侧。
13.优选地，所述加热结构包括加热探针和提拉件；所述提拉件包括卡块和第四杆体，所述第四杆体固定于所述卡块上，所述第四杆体上设有用于提拉的第四手柄；所述加热探针的针尖穿过所述卡块和所述旋转架，沿所述加热探针的长度方向，所述第四杆体、所述卡块、所述旋转架依次设置；所述加热探针的接线端位于所述卡块背离所述旋转架的一侧。
14.优选地，所述取样结构包括取样筒体、第五杆体和取样活塞；所述取样活塞固定于所述第五杆体上且与所述取样筒体的内壁滑动接触，所述取样筒体的开口朝向所述底座，所述取样筒体固定于所述旋转架上；所述第五杆体滑动穿过所述旋转架，所述第五杆体上设有用于提拉的第五手柄，所述第五手柄位于所述旋转架背离所述底座的一侧。
15.优选地，所述电控舱上设有水密接插件和霍尔开关；所述水密插接件与所述加热探针的接线端通过导线相连，所述霍尔开关用于控制所述加热探针的电流通断。
16.优选地，所述套筒释放结构、所述放样结构、所述抓取结构、所述加热结构、所述取样结构沿所述圆杆的圆周方向均布。
17.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
18.本发明的海底沉积物热特性试验装置能够在深海进行原位试验，通过在深海环境中对海底沉积物进行加热和取样，然后对取得的样品进行相应测量，可以得到更准确的试验结果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例海底沉积物热特性试验装置的正视图；
21.图2为本发明实施例海底沉积物热特性试验装置一个视角的示意图；
22.图3为本发明实施例海底沉积物热特性试验装置另一个视角的示意图；
23.图4为本发明实施例海底沉积物热特性试验装置又一个视角的示意图。
24.附图标记说明：1旋转组件；1-1套筒释放结构；1-2放样结构；1-3抓取结构；1-4加热结构；1-5取样结构；2支架；2-1提手；2-2旋转架；2-3操作孔；3电控舱；3-1水密接插件；3-2霍尔开关。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.本发明的目的是提供一种海底沉积物热特性试验装置，将调配好初始营养物质的沉积物样品送至海底原位，并进行加热和取样。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
28.参照图1～图4，本实施例提供一种海底沉积物热特性试验装置，包括支架2、旋转组件1和电控舱3。支架2包括底座和圆杆，底座上设有操作孔2-3，圆杆固定于底座上。旋转组件1包括滑动套设于圆杆外侧的旋转架2-2，以及沿圆杆的轴线方向滑动穿过旋转架2-2的套筒释放结构1-1、放样结构1-2、抓取结构1-3、加热结构1-4、取样结构1-5。旋转架2-2旋转时，套筒释放结构1-1、放样结构1-2、抓取结构1-3、加热结构1-4、取样结构1-5均能够对准操作孔2-3。
29.套筒释放结构1-1具有套筒，套筒用于插入操作孔2-3下方的海底沉积物内，套筒释放结构1-1能够释放套筒。放样结构1-2用于将调配好初始营养物质的沉积物样品注入套筒内。抓取结构1-3用于将套筒从操作孔2-3处取出。加热结构1-4用于加热操作孔2-3处的沉积物样品。取样结构1-5用于回收加热后的沉积物样品。电控舱3与加热结构1-4电连接，以向加热结构1-4供电。套筒释放结构1-1、放样结构1-2、抓取结构1-3、加热结构1-4、取样结构1-5优选为沿圆杆的圆周方向均布。旋转架2-2的中部顶端优选为设置把手，以便于对旋转架2-2进行旋转。
30.本实施例海底沉积物热特性试验装置的使用过程如下：
31.s1、先将底座放置于海底指定位置.
32.s2、转动旋转架2-2，使套筒对正操作孔2-3。先将套筒插入操作孔2-3下方的海底沉积物内，然后再释放套筒。套筒被留在操作孔2-3下方的海底沉积物中，以防止沉积物塌陷。
33.s3、转动旋转架2-2，使放样结构1-2对正操作孔2-3，将放样结构1-2内调配好初始营养物质注入套筒内。
34.s4、转动旋转架2-2，使抓取结构1-3对正操作孔2-3，将套筒从操作孔2-3处取出。
35.s5、转动旋转架2-2，使加热结构1-4对正操作孔2-3，通过加热结构1-4对操作孔2-3下方的沉积物样品进行加热。
36.s6、转动旋转架2-2，使取样结构1-5对正操作孔2-3，通过取样结构1-5收集加热后的沉积物样品。
37.本实施例中，上述操作过程可由水下机器人完成。需要说明的是，现有技术中，往往在浅水区进行海底沉积物热特性试验，以模拟深海中的试验结果。但是，由于浅水区与深海的压力差别很大，试验结果往往差异较大。本实施例的海底沉积物热特性试验装置能够在深海进行原位试验，通过在深海环境中对海底沉积物进行加热和取样，然后对取得的样品进行相应测量，可以得到更准确的试验结果。
38.作为一种可能的示例，本实施例中，底座上设有提手2-1。提手2-1用于水下机器人抓取，以便于将海底沉积物热特性试验装置放置于指定位置。
39.作为一种可能的示例，本实施例中，套筒释放结构1-1包括套筒和第一杆体。套筒套设于第一杆体外侧且与第一杆体通过旋转卡扣卡接相连，第一杆体滑动穿过旋转架2-2。第一杆体上设有用于提拉的第一手柄，第一手柄位于旋转架2-2背离底座的一侧。使用时，通过水下机器人下压第一手柄，即可使套筒与第一杆体同步向下运动，从而将套筒插入操作孔2-3下方的海底沉积物中。之后，通过水下机器人旋转第一手柄，即可解除套筒和第一杆体的卡接关系。接着，通过水下机器人提升第一手柄，即可实现第一杆体与套筒的分离。
40.作为一种可能的示例，本实施例中，放样结构1-2包括放样筒体、第二杆体和放样活塞。放样筒体固定于旋转架2-2上，放样活塞固定于第二杆体上且与放样筒体的内壁滑动接触，放样筒体的开口朝向底座。第二杆体滑动穿过旋转架2-2，第二杆体上设有用于提拉的第二手柄，第二手柄位于旋转架2-2背离底座的一侧。放样筒体的开口对正操作孔2-3后，通过水下机器人下压第二手柄，与第二手柄固定相连的第二杆体即可带动放样活塞向下运动，从而将放样筒体内(放样活塞下方)调配好初始营养物质注入套筒内。由于放样筒体固定于旋转架2-2上，当放样活塞上下运动时，并不会影响放样筒体的高度。
41.作为一种可能的示例，本实施例中，放样筒体靠近底座的一端设有花瓣结构。花瓣结构为弹性材质制成(例如橡胶)，以在变形后能够自动复原。放样活塞向底座移动时，花瓣结构能够打开，以便将调配好初始营养物质注入套筒内。放样活塞背离底座运动时，花瓣结构能够弹性复位。本实施例通过设置花瓣结构，能够提高放样筒体的密封性能，避免放样筒体内调配好初始营养物质泄漏。
42.作为一种可能的示例，本实施例中，抓取结构1-3包括勾爪和第三杆体，勾爪固定于第三杆体靠近底座的一端。勾爪具有多个爪尖，多个爪尖沿第三杆体的圆周方向均布，勾爪的尖端以斜向上的方向朝向第三杆体外侧张开。勾爪能够弹性变形，勾爪在向下进入套筒时，爪尖在套筒内壁的压力下向第三杆体移动。当爪尖移动至套筒内壁的凹槽处时，爪尖弹性复位。第三杆体滑动穿过旋转架2-2，第三杆体上设有用于提拉的第三手柄和用于定位的盘体，第三手柄、盘体均位于旋转架2-2背离底座的一侧，盘体用于和旋转架2-2的上表面相抵。使用时，通过水下机器人将第三手柄向上或向下移动，即可带动第三杆体、勾爪同步运动。
43.作为一种可能的示例，本实施例中，加热结构1-4包括加热探针和提拉件。提拉件包括卡块和第四杆体，第四杆体固定于卡块上，第四杆体上设有用于提拉的第四手柄。加热探针的针尖穿过卡块和旋转架2-2，沿加热探针的长度方向，第四杆体、卡块、旋转架2-2依次设置。加热探针的接线端位于卡块背离旋转架2-2的一侧。加热探针的针尖与卡块之间通过摩擦力保持相对位置，通过将加热探针的针尖下压，即可将加热探针的针尖插入操作孔2-3内。加热结束后上提第四手柄，以将加热探针的针尖从操作孔2-3内抽出，之后转动旋转架2-2，使加热探针的针尖与操作孔2-3错开，之后下压第四手柄。加热探针的针尖下端与底座相抵后不再下移，卡块继续向下移动，直至卡块与旋转架2-2的上表面相抵。
44.作为一种可能的示例，本实施例中，取样结构1-5包括取样筒体、第五杆体和取样活塞。取样活塞固定于第五杆体上且与取样筒体的内壁滑动接触，取样筒体的开口朝向底座，取样筒体固定于旋转架2-2上。第五杆体滑动穿过旋转架2-2，第五杆体上设有用于提拉
的第五手柄，第五手柄位于旋转架2-2背离底座的一侧。取样筒体的下端开口对正操作孔2-3后，通过水下机器人上提第五手柄，带动取样活塞向上移动，即可将操作孔2-3下方的加热后的沉积物样品抽吸至取样筒体内。之后转动旋转架2-2，使取样筒体的下端面与底座的上表面贴合，使沉积物样品被收集在底座与取样筒体围成的空间内。
45.作为一种可能的示例，本实施例中，电控舱3上设有水密接插件3-1和霍尔开关3-2。水密插接件与加热探针的接线端通过导线相连，霍尔开关3-2用于控制加热探针的电流通断。
46.作为一种可能的示例，本实施例中，旋转架2-2分别与套筒、放样筒体、取样筒体、盘体、卡块磁性吸附。
47.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，包括支架、旋转组件和电控舱；所述支架包括底座和圆杆，所述底座上设有操作孔，所述圆杆固定于所述底座上；所述旋转组件包括套设于所述圆杆外侧的旋转架，以及沿所述圆杆的轴线方向滑动穿过所述旋转架的套筒释放结构、放样结构、抓取结构、加热结构、取样结构；所述旋转架旋转时，所述套筒释放结构、所述放样结构、所述抓取结构、所述加热结构、所述取样结构均能够对准所述操作孔；所述套筒释放结构具有套筒，所述套筒用于插入所述操作孔下方的海底沉积物内，所述套筒释放结构能够释放所述套筒；所述放样结构用于将调配好初始营养物质的沉积物样品注入所述套筒内；所述抓取结构用于将所述套筒从所述操作孔处取出；所述加热结构用于加热所述沉积物样品；所述取样结构用于回收加热后的所述沉积物样品；所述电控舱与所述加热结构电连接，以向所述加热结构供电。2.根据权利要求1所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述底座上设有提手。3.根据权利要求1所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述套筒释放结构包括所述套筒和第一杆体；所述套筒套设于所述第一杆体外侧且与所述第一杆体通过旋转卡扣卡接相连，所述第一杆体滑动穿过所述旋转架；所述第一杆体上设有用于提拉的第一手柄，所述第一手柄位于所述旋转架背离所述底座的一侧。4.根据权利要求1所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述放样结构包括放样筒体、第二杆体和放样活塞；所述放样筒体固定于所述旋转架上，所述放样活塞固定于所述第二杆体上且与所述放样筒体的内壁滑动接触，所述放样筒体的开口朝向所述底座；所述第二杆体滑动穿过所述旋转架，所述第二杆体上设有用于提拉的第二手柄，所述第二手柄位于所述旋转架背离所述底座的一侧。5.根据权利要求4所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述放样筒体靠近所述底座的一端设有花瓣结构；所述放样活塞向所述底座移动时，所述花瓣结构能够打开；所述放样活塞背离所述底座运动时，所述花瓣结构能够弹性复位。6.根据权利要求1所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述抓取结构包括勾爪和第三杆体；所述勾爪固定于所述第三杆体靠近所述底座的一端，所述勾爪能够弹性变形，以卡在所述套筒内壁上的凹槽内；所述第三杆体滑动穿过所述旋转架，所述第三杆体上设有用于提拉的第三手柄，所述第三手柄位于所述旋转架背离所述底座的一侧。7.根据权利要求1所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述加热结构包括加热探针和提拉件；所述提拉件包括卡块和第四杆体，所述第四杆体固定于所述卡块上，所述第四杆体上设有用于提拉的第四手柄；所述加热探针的针尖穿过所述卡块和所述旋转架，沿所述加热探针的长度方向，所述第四杆体、所述卡块、所述旋转架依次设置；所述加热探针的接线端位于所述卡块背离所述旋转架的一侧。8.根据权利要求1所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述取样结构包括取样筒体、第五杆体和取样活塞；所述取样活塞固定于所述第五杆体上且与所述取样筒体的内壁滑动接触，所述取样筒体的开口朝向所述底座，所述取样筒体固定于所述旋转架上；所述第五杆体滑动穿过所述旋转架，所述第五杆体上设有用于提拉的第五手柄，所述第五手柄位于所述旋转架背离所述底座的一侧。9.根据权利要求1所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述电控舱上设有
水密接插件和霍尔开关；所述水密插接件与所述加热探针的接线端通过导线相连，所述霍尔开关用于控制所述加热探针的电流通断。10.根据权利要求1所述的海底沉积物热特性试验装置，其特征在于，所述套筒释放结构、所述放样结构、所述抓取结构、所述加热结构、所述取样结构沿所述圆杆的圆周方向均布。

技术总结
本发明公开了一种海底沉积物热特性试验装置，包括支架、旋转组件和电控舱。支架包括底座和圆杆，底座上设有操作孔，圆杆固定于底座上。旋转组件包括套设于圆杆外侧的旋转架，以及沿圆杆的轴线方向滑动穿过旋转架的套筒释放结构、放样结构、抓取结构、加热结构、取样结构。旋转架旋转时，套筒释放结构、放样结构、抓取结构、加热结构、取样结构均能够对准操作孔。电控舱与加热结构电连接，以向加热结构供电。相比于现有技术，本发明的海底沉积物热特性试验装置能够在深海进行原位试验，通过在深海环境中对海底沉积物进行加热和取样，然后对取得的样品进行相应测量，可以得到更准确的试验结果。果。果。


技术研发人员：周忠会 陈家旺 金章勇 周建玲 张春月 周朋 高峰 方玉平 戴文迪
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/7/12