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深海热液采样器系统改进设计及性能实验研究

王杭州  
【摘要】: 深海热液采样器作为深海热液探测和采样最直接的工具之一,在人们认识和研究热液过程中扮演着不可或缺的重要作用。通过它科学家可以获知热液口的相关物理量、化学量等参数,采集热液样品并最大程度地保持样品的原有状态,带到实验室中进行分析和处理,是科学家认识深海热液环境的一种重要手段。 本文研究的热液采样器是在实验室开发的第三代热液采样器的基础上进行改进设计和性能实验研究。综合应用了机械、电子、液压和密封等多方面知识,达到小型化、低成本化、低功耗和性能稳定的目的。 采样器的改进设计从机械结构和温度测量系统两部分着手。结构方面,对除采样阀以外的其它主要部件进行改进设计,包括:新型的采样阀触发机构、样品容腔及蓄能机构、电路腔等;温度测量系统的改进包括温度板的低功耗设计和相应的控制程序的编写,保证采集到正确的温度数据。 性能实验研究部分工作主要包括:研究采样阀的疲劳性能,估算出阀芯使用寿命及给出设计改进建议;验证采样腔、蓄能腔的内压性能;进行温度板与上位机的通信实验,最后校正AD通道,给出相关公式。 改进设计后的热液采样器各项性能指标经实验验证均达到要求。采样器主要是由化学性能稳定的TC4加工而成,在空气中重7.5kg,采样容积为60ml,预充氮气的压力为热液口压力的1/9,采集60ml的样品大致需要一分钟时间。最大工作深度可达7000m,采集瞬时温度高达400℃的热液。目前已经完成了经改进的热液采样器的设计制造,有一套已被拿到美国明尼苏达大学准备参加海试。


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