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原文传递一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置及方法

专利名称：	一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置及方法
摘要：	本发明公开了一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置及方法，该采样装置安装于自主水下机器人肋部的金属框架上，由通讯与供电接口、电路腔、采样阀、采样腔和蓄能腔组成。该采样装置具有针对热液羽状流的自主识别能力，将常规的热液羽状流实验室人工识别转变为水下在线自主识别，能够根据识别结果直接采集热液羽状流样品，采集的样品具有精确的位置信息，有利于后续的样品分析和科学研究。本发明将自主水下机器人对热液羽状流的探测、识别和采样融合在一起，提升了自主水下机器人在热液羽状流探测识别方面的智能化水平，实现了自主水下机器人热液羽状流样品采集能力从无到有的提升。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	自然资源部第二海洋研究所
发明人：	蔡巍;王渊;吴世军;张国堙;陶春辉;徐巍军;周红伟;邓显明;周建平
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910391716.1
公开号：	CN110045079A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	刘静;邱启旺
分类号：	G01N33/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	310012 浙江省杭州市保俶北路36号
主权项：	1.一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，该采样装置由通讯与供电接口(1)、电路腔(2)、采样阀(4)、采样腔(10)和蓄能腔(14)组成；所述通讯与供电接口(1)为四芯水密接插件，其中2芯为供电线路，2芯为通讯线路；所述电路腔(2)外形为圆柱体，内部为采样装置(24)的控制电路(3)，前端连接通讯与供电接口(1)，后端通过采样阀(4)连接采样腔(10)；所述采样阀(4)内部具有电机，根据控制电路(3)的采样指令开启或关闭采样阀阀芯(7)；所述采样腔(10)外形为圆柱体，前端下方为进样口(6)，进样口(6)通过进样通道(5)与采样阀阀芯(7)相连，采样腔(10)内部具有采样腔活塞(8)；所述蓄能腔(14)外形为圆柱体，后端上方为进气阀阀芯(15)，可以旋转进行开启和关闭，蓄能腔(14)内部具有蓄能腔活塞(13)；所述采样腔(10)和蓄能腔(14)通过腔体连接器(12)连接，所述腔体连接器(12)中心开有腔体联通孔(11)。 2.根据权利要求1所述的一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，所述采样腔(10)的进样口(6)直径为8mm，进样通道(5)直径为3mm，采样腔活塞(8)直径为40mm。 3.根据权利要求1所述的一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，所述采样腔活塞(8)外壁安装有两个O型圈(9)，起到密封液体的作用。 4.根据权利要求1所述的一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，所述蓄能腔(14)内部的蓄能腔活塞(13)直径为40mm，蓄能腔活塞(13)外壁安装有两个O型圈(9)，起到密封液体的作用。 5.根据权利要求1所述的一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，所述腔体连接器(12)分别与采样腔(10)和蓄能腔(14)以螺纹方式连接，所述腔体连接器(12)中心开有直径5mm的腔体联通孔(11)。 6.根据权利要求1所述的一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，所述采样装置(24)外径为60mm，长度为700mm，外壳壁厚5mm，由钛合金制成，最大工作水深为4500米。 7.根据权利要求1所述的一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，所述通讯与供电接口(1)通过水密缆(19)与自主水下机器人(17)的探测控制单元(18)连接，由探测控制单元(18)供给采样装置(24)电源。 8.根据权利要求1所述的一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，该采样装置(24)安装于自主水下机器人(17)肋部的金属框架上，整体位于自主水下机器人(17)的线型内。 9.根据权利要求1所述的一种用于自主水下机器人的热液羽状流自主识别采样装置，其特征在于，所述自主水下机器人(17)底部安装有进行热液羽状流探测的温盐深传感器(20)、浊度传感器(21)、氧化还原电位传感器(22)和甲烷传感器(23)，均以1赫兹的采样频率采集海水的物理和化学参数，其中温盐深传感器(20)采集海水的温度值、盐度值和传感器所处位置的压力值，浊度传感器(21)采集海水的浊度值，氧化还原电位传感器(22)采集海水的氧化还原电位值，甲烷传感器(23)采集海水中溶解的甲烷浓度值，采集的传感器数据通过水密缆(19)上传到自主水下机器人(17)的探测控制单元(18)进行标准化处理；所述电路腔(2)内部的控制电路(3)接收自主水下机器人(17)的探测控制单元(18)传输的标准化处理后的传感器数据，控制电路(3)上运行热液羽状流自主识别模块，判断是否探测到热液羽状流，并将采样指令传输给采样阀(4)。 10.一种利用权利要求1-9任一项所述采样装置进行热液羽状流自主识别采样的方法，其特征在于，该方法包括： (1)下水前准备工作：关闭采样阀阀芯(7)；在采样腔(10)内充满洁净的海水，使采样腔活塞(8)位于采样腔(10)的前端；打开进气阀阀芯(15)，通过进气口(16)向蓄能腔(14)内充入氮气，使蓄能腔(14)内部气压达到需采样水深压力的十分之一，关闭进气阀阀芯(15)，使蓄能腔活塞(13)位于蓄能腔(14)的前端； (2)传感器探测：自主水下机器人(17)按照预定的规划路径航行，安装于自主水下机器人(17)底部的传感器以一定的频率采集海水的物理和化学参数，包括温度值、盐度值、压力值、浊度值、氧化还原电位值和甲烷浓度值； (3)数据处理：传感器通过水密缆(19)将温度值、盐度值、压力值、浊度值、氧化还原电位值和甲烷浓度值数据传输到自主水下机器人(17)的探测控制单元(18)，由探测控制单元(18)对数据进行标准化处理； (4)自主识别：自主水下机器人(17)的探测控制单元(18)将处理后的标准化数据传输给热液羽状流自主识别采样装置的控制电路(3)，由运行于控制电路(3)上的自主识别模块判断是否探测到热液羽状流； (5)采集样品：如果自主识别模块判断已经探测到热液羽状流，则由热液羽状流自主识别采集装置开启采样阀(4)，对热液羽状流进行采样。 (6)装置回收：回收自主水下机器人(17)后，打开采样阀(4)，开启采样阀阀芯(7)，通过进样口(6)导出采集的热液羽状流，使用洁净海水对采样腔(10)进行清洗，以备下一次使用。
所属类别：	发明专利