抽液取样式主动保压原位海水取样器及其取样方法
技术领域
本发明涉及海洋技术仪器设备领域，具体地，涉及一种保压海水取样装置及其取样方法。
背景技术
在现有技术中，海水保压取样装置包括蓄压筒、蓄压活塞、连接体、样品筒以及样品活塞。上述部件共同构成了三个腔室，即蓄压腔、隔离水腔和样品腔。虽然该海水保压取样装置可以实现保压采样、储存以及提取的功能，但是其存在着几点不足，例如：该海水保压取样装置在进行取样前，由于吸水管和采样阀死区容积内预注的深海水和夹杂的环境海水(即非样品海水)不能预先排除，因此，采样时，上述的深海水以及环境海水会随着需要采样的样品一同进入样品腔内，影响样品纯度；此外，隔离水腔需要加注现场海底水，以防止样品活塞在采样移动时，残留在样品腔壁上的介质进入样品腔内，由此增加操作难度，并同时加剧了成本和采样工艺的复杂性；另外，由于该海水保压取样装置采用的是固定节流孔控制流量，随着采样的进行，蓄压腔氮气压力增高，压差越来越小，由此采样速度越来越慢，进而影响采样效率。
通过对现有技术进行专利以及文献检索可以看出，例如：公开号为CN1453567A，公开日为2003年11月5日，名称为“高纯度保压深海热液取样器”的中国专利文献公开了一种高纯度保压深海热液取样器。在该专利文献所公开的技术方案中，高纯度保压深海热液取样器包括：蓄压筒、蓄压腔活塞、连接体、样品筒、阀板、取样阀、吸水管、充气阀、微量阀、微量高压泵。该专利文献所公开的技术方案实现了气体保压、非样品海水预吸、隔离以及变阻尼节流控制的功能，但是该高纯度保压深海热液取样器无法对采集的海水进行主动保压，因而，保压精度不高。
又例如；公开号为CN207488005U，公开日为2018年6月12日，名称为“一种利用钛合金薄膜密封保压的扇形深海取样装置”的中国专利文献公开了一种利用钛合金薄膜密封保压的扇形深海取样装置。在该专利文献所公开的技术方案中，所述扇形深海取样装置包括扇形外壳、旋转部件、及密封保压部件；扇形外壳包括上、下底盘，旋转部件位于上、下底盘之间，密封保压部件包括两块钛合金薄膜、两个活塞及液压系统，样品腔随旋转部件转至钛合金薄膜位置时，钛合金薄膜通过内凹形变实现密封，液压系统为钛合金薄膜活塞装置进行压力补偿以达到密封保压的效果。该专利文献所公开的技术方案实现了气体保压、但是其也无法对采集的海水进行主动保压，因而，保压精度不高。
基于此，期望获得一种取样装置，该取样装置可以克服现有技术的不足，实现对待取样样品进行主动保压，采用该取样装置取样时，保压精度高、安全性好，操作方便，使用灵活。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种抽液取样式主动保压原位海水取样器及其取样方法。
为了实现上述发明目的，本发明提出了一种抽液取样式主动保压原位海水取样器，其包括：
取样器本体，取样器本体内设有隔离元件，隔离元件将取样器本体内部空间分隔为取样腔室以及非取样腔室，取样腔室具有液体进出口；
主动控压系统，其与取样器本体连接，主动控压系统检测取样腔室和/或非取样腔室内的压力；
当取样腔室和/或非取样腔室内的压力达到第一设定值时，主动控压系统从非取样腔室抽取液体介质，以使得隔离元件向非取样腔室所在侧移动，同时外界海水通过液体进出口进入取样腔室；
当取样腔室和/或非取样腔室内的压力低于第二设定值时，主动控压系统向非取样腔室充入液体介质，以向非取样腔室加压。
由上述可以看出，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，通过设置主动控压系统，解决了现有技术中由于采用被动补偿技术所导致的压力变化进而影响保压精度的问题，由此提高了本案的抽液取样式主动保压原位海水取样器取样时的保压精度。
此外，本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器通过主动控压系统向非取样腔室内充入液体以进行主动加压动作，可以避免现有技术中采用高压气体被动补偿所导致的高压气引发的安全问题，由此使得采用本案的抽液取样式主动保压原位海水取样器在使用时更为安全。
优选地，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，主动控压系统包括依次电连接的压力检测件、控制器以及调节装置，压力检测件检测取样腔室和/或非取样腔室内的压力；当取样腔室或者非取样腔室内的压力达到第一设定值后，控制器控制调节装置向非取样腔室抽取液体介质；当取样腔室或者非取样腔室内的压力达到第二设定值后，控制器控制调节装置向非取样腔室充入液体介质。
优选地，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，调节装置包括双向压力调节装置。
优选地，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，调节装置包括两个单向压力调节装置。
优选地，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，取样器本体包括中空的舱体，舱体一端与连接件连接，另一端与端盖螺纹连接，液体进出口设于端盖上。
优选地，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，舱体与连接件和/或端盖之间的连接处具有密封结构。
优选地，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，抽液取样式主动保压原位海水取样器还包括阀，阀设于与取样腔室连接的管路上，以控制待取样样品从所述取样腔室的流入、流出或截止。
优选地，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，当阀为电动阀，电动阀与主动控压系统电连接，主动控压系统控制电动阀的启闭。
优选地，在本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器中，当液体进出口包括取样进口以及排液出口时，与取样进口连接的进样管路上设有单向阀，与排液出口连接的排液管路上设有开关阀。
为了实现上述发明目的，本发明还提出了一种海水取样方法，海水取样方法采用上述的抽液取样式主动保压原位海水取样器进行取样，其包括步骤：
当抽液取样式主动保压原位海水取样器取样前，主动控压系统向非取样腔室预充一定体积的液体介质并推动隔离元件，直至取样腔室内气体排空；
当抽液取样式主动保压原位海水取样器下潜到取水目标深度时，主动控压系统检测检测到所述取样腔室或者非取样腔室内的压力达到第一设定值后，主动控压系统从非取样腔室抽取液体介质，以使得隔离元件向非取样腔室所在侧移动；
当所述抽液取样式主动保压原位海水取样器进行回收时，当所述取样腔室和/或非取样腔室内的压力低于第二设定值时，主动控压系统向非取样腔室充入液体介质，以向非取样腔室加压。
与现有技术相比，本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器及其取样方法具有如下所述的优点以及有益效果：
首先，本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器由于设置了主动控压系统，使得采用本案的抽液取样式主动保压原位海水取样器在采集原位海水时可以主动保压，避免了采用现有技术所采用的的高压气体被动补偿所带来的缺陷，由此极好地提高了保压精度以及安全性。
其次，本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器使用时，取样器工作深度不需要在水面预配置，因此，使得其使用方便，灵活性好。
再者，本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器通过主动控压系统进行加压时，非取样腔室内的液体介质与取样腔室内的样品不会混合，因而，保证了作为样品的原位海水不受污染。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在一种实施例下的结构示意图。
图2示意性地显示了本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在一种实施例下的取样前的结构。
图3示意性地显示了本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在一种实施例下的抽取液体介质后的结构。
图4示意性地显示了本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在一种实施例下的充入液体介质时的结构。
图中示出：
1-取样器本体；11-舱体；12-端盖；13-取样腔室；14-非取样腔室；15-连接件；16-排液出口；17-取样进口；31-压力检测件；32-控制器；33-调节装置；41-开关阀；42-单向阀；2-隔离元件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
图1为本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在一种实施例下的结构示意图。
如图1所示，在本实施例中，抽液取样式主动保压原位海水取样器包括取样器本体1、隔离元件2以及与取样器本体1连接的主动控压系统，其中，主动控压系统包括压力检测件31、控制器32以及调节装置33。在本实施例中，隔离元件2采用活塞件。
进一步参考图1可以看出，取样器本体1包括中空的舱体11，舱体11一端与连接件15连接，另一端与端盖12螺纹连接，使得舱体11内形成封闭的空间。为了提高密封效果，可以在舱体11与连接件15和/或端盖12之间的连接处设置密封结构。隔离元件2设于取样器本体1内，将取样器本体内部空间(即舱体11形成的封闭空间)分隔为取样腔室13以及非取样腔室14，取样腔室13具有取样进口17以及排液出口16。参考图1可以看出，取样进口17以及排液出口16设于端盖12上。与取样进口17连接的进样管路上设有单向阀42，与排液出口16连接的排液管路上设有开关阀41。
压力检测件31检测取样腔室13内的压力，当取样腔室13内的压力达到预设值后，控制器32控制调节装置33向非取样腔室14内充入或抽取液体介质，以维持取样腔室13内的压力不变。
在本实施例中，调节装置33为双向工作泵，因而，通过控制双向工作泵的正向转动或是反向转动实现液体介质不同流动方向，进而实现向非取样腔室充入或是抽取液体介质。
此外，在本实施例中，控制器32可以根据上位机指令或提前预设的程序完成各项数据采集以及指令输出。
需要说明的是，液体介质可以为海水，也可以为其他液体，例如预设置在泵吸口的非海水液体。
结合图2至图4对所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器进行取样的工作原理进行进一步说明。其中，图2示意性地显示了本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在一种实施例下的取样前的结构。图3示意性地显示了本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在一种实施例下的抽取液体介质后的结构。图4示意性地显示了本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在一种实施例下的充入液体介质时的结构。
如图2所示，取样前，在非取样腔室14内预充一定体积的液体介质，隔离元件2位于舱体靠近端盖12的位置，排液出口16处于关闭状态。
当抽液取样式主动保压原位海水取样器下潜到取水目标深度时，压力检测件31检测到在目标深度时的压力值达到预设值，并将第一信号传输给控制器32，控制器32收到第一信号后发送抽取指令至调节装置33。调节装置33收到抽取指令后，开始抽取非取样腔室14内的液体介质。此时，非取样腔室14内的压力下降，使得取样腔室13内的压力大于非取样腔室内的压力，形成压差。隔离元件2在该压差驱动下向非取样腔室方向(即图2中所示的F1方向)移动，待取样样品(即原位海水)由此通过单向阀41从取样进口17流入取样腔室13内，直至待取样样品充满取样腔室13。
随后，隔离元件2移动至如图3所示的状态，此时，原位海水充盈整个取样腔室13内，取样腔室13体积达到最大，调节装置33不再抽取液体介质。
取样完成后，回收抽液取样式主动保压原位海水取样器，此时，抽液取样式主动保压原位海水取样器的结构可以参考图4。回收过程中，随着抽液取样式主动保压原位海水取样器所处位置的深度变浅，取样腔室13内的压力开始衰减，此时压力检测件31检测到压力变化值后，发送第二信号至控制器32，控制器32收到第二信号后发送充入指令至调节装置33。调节装置33收到充入指令后，开始向非取样腔室14充入液体介质，以维持取样腔室13内的压力不变。
回收结束后，待取样样品可以从排液出口16处获得。
在上述过程中，由于隔离元件2的存在，因此，非取样腔室14内的液体介质与取样腔室13内的待取样样品不会互相混合，因而，本案的抽液取样式主动保压原位海水取样器在进行取样时可以保证待取样样品不受污染。
实施例2
实施例2中的抽液取样式主动保压原位海水取样器，其结构与实施例1中的抽液取样式主动保压原位海水取样器的结构基本一致，其区别在于，在实施例2中，调节装置33可以包括两个单向压力调节装置，例如可以设置为包括两个泵，其中一个泵用于抽取液体介质，另一个泵用于充入液体介质。
实施例3
实施例3中的抽液取样式主动保压原位海水取样器，其结构与实施例1中的抽液取样式主动保压原位海水取样器的结构基本一致，其区别在于，主动控压系统可以采用智能泵系统，也就是说，在实施例3中，将智能泵系统与取样器本体1连接，因此，在实施例3中，无需额外再设置其他的压力检测件以及控制器，而是可以采用智能泵系统中的相应装置以实现对应的功能。
实施例4
实施例4中的抽液取样式主动保压原位海水取样器，其结构与实施例1中的抽液取样式主动保压原位海水取样器的结构基本一致，其区别在于，实施例1中的进样管路与排液管路不相连，但是在实施例4中，进样管路与排液管路可以连通，因此，实施例4中的抽液取样式主动保压原位海水取样器仅在进样管路与排液管路连通的管路上设置阀。由于该进样管路与排液管路连通的管路与取样腔室13连接，因此，可以通过控制该阀的方式，实现改变流入或流出取样腔室13的待取样样品的流动路径。
在一些进一步优选的实施例中，该阀可以采用电动阀。并且，尤其是，电动阀可以与控制器32电连接，由此可以通过控制控制器32控制电动阀的启闭。
综上所述可以看出，在本发明所述的技术方案中，该抽液取样式主动保压原位海水取样器可以用于对原位海水进行取样时：
取样前，首先在非取样腔室内预充一定体积的液体介质，直至取样腔室内的气体排空。随后将该抽液取样式主动保压原位海水取样器下潜至所需取样的目标深度进行取样，此时，压力检测件检测到在目标深度时的压力值达到预设值，并将第一信号传输给控制器，控制器收到第一信号后发送抽取指令至调节装置。调节装置收到抽取指令后，开始抽取非取样腔室内的液体介质。此时，非取样腔室内的压力下降，使得取样腔室内的压力大于非取样腔室内的压力，形成压差。隔离元件在该压差驱动下向非取样腔室方向移动，待取样样品(即原位海水)由此从取样进口流入取样腔室内，直至待取样样品充满取样腔室。
取样完成后，回收该抽液取样式主动保压原位海水取样器。回收过程中，随着该抽液取样式主动保压原位海水取样器所处位置的深度变浅，取样腔室内的压力开始衰减，此时压力检测件检测到压力变化值后，发送第二信号至控制器，控制器收到第二信号后发送充入指令至调节装置。调节装置收到充入指令后，开始向非取样腔室充入液体介质，以维持取样腔室内的压力不变。
取样前以及取样过程中，排液出口处于关闭状态，而回收结束后，待取样样品可以从排液出口处获得。
在上述过程中，由于隔离活塞的存在，因此，非取样腔室内的液体介质与取样腔室内的待取样样品不会互相混合，因而，本发明所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器在进行取样时可以保证待取样样品不受污染。
需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，液体介质可以为海水，也可以为其他液体。
需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
综上所述可以看出，本案所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器由于设置了主动控压系统，使得采用本案的抽液取样式主动保压原位海水取样器在采集原位海水时可以主动保压，避免了采用现有技术所采用的的高压气体被动补偿所带来的缺陷，由此极好地提高了保压精度以及安全性。
此外，本案所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器使用时，取样器工作深度不需要在水面预配置，因此，使得其使用方便，灵活性好。
另外，本案所述的抽液取样式主动保压原位海水取样器通过主动控压系统进行加压时，非取样腔室内的液体介质与取样腔室内的样品不会混合，因而，保证了作为样品的原位海水不受污染。
本案所述的海水取样方法也同样具有上述的优点以及有益效果。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
