CN109283179A - 自容式海底热液羽状流原位探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自容式海底热液羽状流原位探测装置，包括支架、热液喷口罩、云台、支撑关节、传感器基座、图像采集装置以及热液探测传感器，支架包括支架本体；热液喷口罩固定连接于支架本体的一侧；云台通过转动连接件连接于支架的顶部；支撑关节的底部与云台连接，支撑关节的顶部与传感器基座连接，支撑关节能够带动传感器基座相对云台转动；在传感器基座的顶面上固定热液探测传感器或图像采集装置。本发明能够对海底热液喷口的热液羽状流的参数梯度变化进行原位实时探测，并原位实时探测与参数梯度变化相同步的光学影像，从而有助于对热液羽状流做定量研究，进而更快、更准确地探测海底热液活动相关机制。

Description

自容式海底热液羽状流原位探测装置

技术领域

本发明涉及海洋调查与海洋探测技术领域，尤其是涉及一种自容式海底热液羽状流原位探测装置。

背景技术

海底热液喷口周围海洋生物资源和矿产资源丰富，其中喷出的热液羽状流是深海热量和物质循环的重要组成部分，热液羽状流影响洋中脊散热、区域水体混合、深部生物圈和洋底成矿等多种过程。

热液羽状流在上升和扩散过程中与周围水体发生物质交换，形成各种物理、光学、化学等参数和组分的梯度，研究热液羽状流，需要对其温度、盐度、深度、浊度、甲烷浓度、溶解氧浓度、氧化还原电位等参数进行测量以获知这些参数梯度的变化。

现有技术中，传统做法是在船上或岸上分析采水器采集的水体探测羽状流水样，该方法存在无法对热液羽状流进行海底热液喷口原位实时探测，探测得到的数据误差较大，更加无法原位获得热液羽状流的与参数梯度变化相同步的光学影像的技术问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种自容式海底热液羽状流原位探测装置。

该自容式海底热液羽状流原位探测装置能够对海底热液喷口的热液羽状流的参数梯度变化进行原位实时探测，并原位实时探测与参数梯度变化相同步的光学影像，从而有助于对热液羽状流做定量研究，进而更快、更准确地探测海底热液活动相关机制。

为实现本发明的目的采用如下的技术方案。

本发明的第一技术方案提供了一种自容式海底热液羽状流原位探测装置，包括支架、热液喷口罩、云台、支撑关节、传感器基座、图像采集装置以及热液探测传感器。

其中：所述支架包括支架本体；所述热液喷口罩固定连接于所述支架本体的一侧；所述云台通过转动连接件连接于所述支架的顶部，所述转动连接件配置成能够使所述云台相对所述支架的顶部转动；所述支撑关节和所述传感器基座分别具有多个，且所述支撑关节和所述传感器基座一一对应形成多组支撑关节和传感器基座，在每组所述支撑关节和传感器基座中，所述支撑关节的底部与所述云台连接，所述支撑关节的顶部与所述传感器基座连接，所述支撑关节能够带动所述传感器基座相对所述云台转动；在所述传感器基座的顶面上固定所述热液探测传感器或所述图像采集装置。

另外，第二技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第一技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，所述支撑关节由多组球头销与锁紧螺母的组合结构串连而成。

另外，第三技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第二技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，所述球头销的锥度为100度-130度。

另外，第四技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第一技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，所述自容式海底热液羽状流原位探测装置还包括与所述支架连接的电池仓，在所述电池仓的内部设置有电池，所述电池通过水密电缆与所述热液探测传感器和所述图像采集装置电连接。

另外，第五技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第四技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，所述电池仓设置于所述云台的底部和所述支架的顶部之间，且，所述转动连接件的顶部与所述云台的底部连接，所述转动连接件的底部与所述电池仓的顶部连接。

另外，第六技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第一或第五技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，所述转动连接件包括横杆和纵杆。所述横杆的两端通过两个相互面对的连接耳铰接于所述云台的底面上；所述纵杆的顶部与所述横杆的中部底面固定连接，所述纵杆的底部形成旋转端部。

另外，第七技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第一技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，所述热液探测传感器通过传感器锁紧块以及螺栓螺母组件锁紧于对应的所述传感器基座上；所述图像采集装置通过抱箍锁紧于对应的所述传感器基座上。

另外，第八技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第一技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，所述图像采集装置包括照相机和/或摄像机。

另外，第九技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第一技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，在所述支架本体上固定有支架手柄；在所述传感器基座上固定有基座手柄。

另外，第十技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置，在第一技术方案的自容式海底热液羽状流原位探测装置中，所述热液喷口罩具有本体和一端与所述本体固定连接且另一端与所述支架固定连接的固定杆；所述本体包括顶部圈、底部圈以及连接所述顶部圈与所述底部圈的连接杆，所述顶部圈的直径小于所述底部圈的直径。

与现有技术相比，采用上述技术方案，本发明能产生如下有益效果。

本发明提供了一种自容式海底热液羽状流原位探测装置。

该自容式海底热液羽状流原位探测装置包括支架、热液喷口罩、云台、支撑关节、传感器基座、图像采集装置以及热液探测传感器。

其中：支架包括支架本体；热液喷口罩固定连接于支架本体的一侧；云台通过转动连接件连接于支架的顶部，转动连接件配置成能够使云台相对支架的顶部转动；支撑关节和传感器基座分别具有多个，且支撑关节和传感器基座一一对应形成多组支撑关节和传感器基座，在每组支撑关节和传感器基座中，支撑关节的底部与云台连接，支撑关节的顶部与传感器基座连接，支撑关节能够带动传感器基座相对云台转动；在传感器基座的顶面上固定热液探测传感器或图像采集装置。

本发明提供的自容式海底热液羽状流原位探测装置能够对海底热液喷口的热液羽状流的参数梯度变化进行原位实时探测，并原位实时探测与参数梯度变化相同步的光学影像，从而有助于对热液羽状流做定量研究，进而更快、更准确地探测海底热液活动相关机制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1是表示本发明实施例提供的自容式海底热液羽状流原位探测装置的一个视角下的整体结构示意图；

图2是表示本发明实施例提供的自容式海底热液羽状流原位探测装置的另一个视角下的整体结构示意图；

图3是表示图1中安装热液探测传感器的传感器基座与支撑关节之间的连接结构示意图；

图4是表示图1中构成支撑关节的球头销的整体结构示意图；

图5是表示图1中构成支撑关节的球头销的正视图。

附图标记：1-支架；11-支架手柄；2-热液喷口罩；21-固定杆；22-顶部圈；23-底部圈；24-连接杆；3-云台；4-支撑关节；41-球头销；42-锁紧螺母；5-传感器基座；51-基座手柄；6-图像采集装置；61-抱箍；7-热液探测传感器；71-传感器锁紧块；8-转动连接件；81-横杆；82-纵杆；83-连接耳；9-支撑关节锁紧螺母；10-电池仓。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面根据本发明提供的自容式海底热液羽状流原位探测装置的整体结构，对其具体实施例进行说明。

图1是表示本发明实施例提供的自容式海底热液羽状流原位探测装置的一个视角下的整体结构示意图；图2是表示本发明实施例提供的自容式海底热液羽状流原位探测装置的另一个视角下的整体结构示意图。

参照图1和图2，本实施例提供了一种自容式海底热液羽状流原位探测装置，该自容式海底热液羽状流原位探测装置包括支架1、热液喷口罩2、云台3、支撑关节4、传感器基座5、图像采集装置6以及热液探测传感器7。

其中，支架1包括支架本体；热液喷口罩2固定连接于支架本体的一侧；云台3通过转动连接件8连接于支架1的顶部，转动连接件8配置成能够使云台3相对支架1的顶部转动；支撑关节4和传感器基座5分别具有多个，且支撑关节4和传感器基座5一一对应形成多组支撑关节4和传感器基座5，在每组支撑关节4和传感器基座5中，支撑关节4的底部与云台3连接，支撑关节4的顶部与传感器基座5连接，支撑关节4能够带动传感器基座5相对云台3转动；在传感器基座5的顶面上固定热液探测传感器7或图像采集装置6。

使用时，在水下机器人确定了热液喷口位置后，水下机器人夹持该自容式海底热液羽状流原位探测装置的支架1，将热液喷口罩2稳固罩设于热液喷口的热液烟囱上，并通过机械手调节云台3的角度，且通过机械手夹持传感器基座5以使支撑关节4带动传感器基座5相对云台3转动，从而方便地调节热液探测传感器7和图像采集装置6的探测姿态，确保在空间上实现对热液羽状流的原位精准探测。

该自容式海底热液羽状流原位探测装置能够对海底热液喷口的热液羽状流的参数梯度变化进行原位实时探测，并原位实时探测与参数梯度变化相同步的光学影像，从而有助于对热液羽状流做定量研究，进而更快、更准确地探测海底热液活动相关机制。

进一步地，在本实施例中，支撑关节4由多组球头销41与锁紧螺母42的组合结构串连而成。

图3是表示图1中安装热液探测传感器的传感器基座与支撑关节之间的连接结构示意图；图4是表示图1中构成支撑关节的球头销的整体结构示意图。

参照图1至图4，每组球头销41与锁紧螺母42的组合结构包括球头销41和旋紧于该球头销41的一端外部的锁紧螺母42，相邻两组球头销41与锁紧螺母42的组合结构中，其中一组中的球头销41的球形头部能够在另一组中的锁紧螺母42内圈中转动，其转动的角度可根据球头销41的锥度进行设计，通过锁紧螺母42与球头销41的拧紧程度可以调节其转动所需力度的大小。

更进一步地，参照图5所示出的图1中构成支撑关节的球头销的正视图，以上述球头销41的锥度为α度，则，α为100-130，即，球头销41的锥度可以为但不限于为100度或110度或120度或130度；优选地，上述球头销41的锥度为120度，即，每组球头销41与锁紧螺母42的组合结构可实现120度锥角内的球形转动，由此，可保证可利用该支撑关节4调整传感器基座5的角度，进而方便控制探测角度。

另外，如图3所示，支撑关节4可通过支撑关节锁紧螺母9与云台3连接，且，传感器基座5可与支撑关节4的最顶部的球头销41之间通过螺栓连接。

另外，在本实施例中，该自容式海底热液羽状流原位探测装置还包括与支架1连接的电池仓10，在电池仓10的内部设置有电池，电池通过水密电缆与热液探测传感器7和图像采集装置6电连接。

从而，可使该自容式海底热液羽状流原位探测装置依靠自身电池仓10携带能源对海底热液羽状流温度、盐度、深度、浊度、甲烷浓度、溶解氧浓度、氧化还原电位等参数进行测量。

由电池仓10为热液探测传感器7和图像采集装置6的正常工作提供长期稳定的电量，设置合适的采样周期以确保在海底热液喷口实现长周期的原位探测工作，获取宝贵的原位探测数据，对研究海底热液羽状流的物质组成、物质循环、物质运动状态、热通量及物质通量、生物群落演化等具有重要意义。

进一步地，电池仓10设置于云台3的底部和支架1的顶部之间，且，转动连接件8的顶部与云台3的底部连接，转动连接件8的底部与电池仓10的顶部连接。

更进一步地，转动连接件8包括横杆81和纵杆82。横杆81的两端通过两个相互面对的连接耳83铰接于云台3的底面上；纵杆82的顶部与横杆81的中部底面固定连接，纵杆82的底部形成旋转端部，该旋转端部与电池仓10的顶部旋转连接。从而，使云台3能够围绕横杆81的中心轴转动的同时可围绕纵杆82的径向转动，以便于通过机械手调整转动连接件8进而对云台3的位置进行调整，以达到精准检测的功能。

另外，在本实施例中，热液探测传感器7通过传感器锁紧块71以及螺栓螺母组件锁紧于对应的传感器基座5上；图像采集装置6通过抱箍61锁紧于对应的传感器基座5上。从而，具有连接稳固且安装拆卸方便、易于安装维护的有益效果。

另外，在本实施例中，前述图像采集装置6包括照相机和/或摄像机，其中，“和/或”表示，前述图像采集装置6包括照相机和摄像机，照相机和摄像机分别固定于一个传感器基座5上；或者是，前述图像采集装置6包括照相机或摄像机。

另外，在本实施例中，在支架本体上固定有支架手柄11；在传感器基座5上固定有基座手柄51。由此，在定位操作过程中，可通过转动支架手柄11和基座手柄51对其探测位置进行具体调整，调整动作方便可靠。

另外，在本实施例中，热液喷口罩2具有本体和一端与本体固定连接且另一端与支架1固定连接的固定杆21；本体包括顶部圈22、底部圈23以及连接顶部圈22与底部圈23的连接杆24，顶部圈22的直径小于底部圈23的直径。

其中，具体地，上述固定杆21可包括多根，例如，如图1至图3所示，固定杆21具有两根，其中一根固定杆21的一端与顶部圈22连接，另一端与支架1固定连接；另一跟固定杆21的一端与底部圈23连接，另一端与支架1固定连接。

在上述结构中，通过设置顶部圈22的直径小于底部圈23的直径，由此，可使热液喷口罩2完全地罩住热液烟囱而不脱落，确保该探测装置与热液烟囱之间稳固连接，确保探测过程的稳定可靠性。

在以上的具体实施例中，对本发明的具体结构进行了说明，但是不限于此。

例如，在上述的具体实施例中，支撑关节由多组球头销与锁紧螺母的组合结构串连而成，但是不限于此，上述支撑关节也可以是形成为具有第一支撑臂、第二支撑臂以及设置于第一支撑臂和第二支撑臂之间的球头销组合而成，同样可实现转动控制功能，但是，明显地，按照具体实施方式中的结构进行设置，其可控转动角度范围更大，使用时更加灵活，有利于对数据的全方位采集。

另外，在上述的具体实施例中，球头销的锥度为100度-130度，但是不限于此，在对球头销的锥度的设置上，还可以采用100-130度之外的其他度数，只要能够实现转动功能即可，但是，按照具体实施例中的结构，设置球头销的锥度为100度-130度，其具有加工制造简单的优点，且，该锥度经多次试验，可使支撑关节具有较大的转动范围，其转动效果满足探测需要。

另外，在上述的具体实施例中，该自容式海底热液羽状流原位探测装置还包括与支架连接的电池仓，在电池仓的内部设置有电池，电池通过水密电缆与热液探测传感器和图像采集装置电连接。

但是不限于此，也可以不设置上述电池仓，而是为每一个热液探测传感器和图像采集装置单独配置小型电池以进行供电，维持原位探测装置的运行，但是，采用单独配置电池的技术方案，不仅占用较多空间，且其可供电的电量较小，无法达到实施例中能够达到的长周期探测效果，相比之下，按照具体实施方例中的结构，设置上述电池仓，从而，可为探测提供充足电量，且集成简单，占用空间小，更有助于探测位置的选择与调换。

另外，在上述的具体实施例中，电池仓设置于云台的底部和支架的顶部之间，且，转动连接件的顶部与云台的底部连接，转动连接件的底部与电池仓的顶部连接。

但是不限于此，上述电池仓也可以是设置于支架本体的一侧，同样可实现供电功能，但是，按照具体实施例中的结构，将电池仓设置于云台的底部和支架的顶部之间，且，转动连接件的顶部与云台的底部连接，转动连接件的底部与电池仓的顶部连接，有利于减小电池仓与热液探测传感器和图像采集装置之间的距离，增加探测的稳定可靠性。

另外，在上述的具体实施例中，转动连接件包括横杆和纵杆，横杆的两端通过两个相互面对的连接耳铰接于云台的底面上；纵杆的顶部与横杆的中部底面固定连接，纵杆的底部形成旋转端部。

但是不限于此，上述的转动连接件也可以仅仅包括纵杆，该纵杆的顶部与云台的底面固定连接，该纵杆的底部形成旋转端部，同样可实现通过转动连接件带动云台相对支架转动的功能，但是，按照具体实施例中的结构，设置转动连接件包括横杆和纵杆，横杆的两端通过两个相互面对的连接耳铰接于云台的底面上；纵杆的顶部与横杆的中部底面固定连接，纵杆的底部形成旋转端部，从而，使云台能够围绕横杆的中心轴转动的同时可围绕纵杆的径向转动，以便于通过机械手调整转动连接件进而对云台的位置进行调整，以达到精准检测的功能。

另外，在上述的具体实施例中，热液探测传感器通过传感器锁紧块以及螺栓螺母组件锁紧于对应的传感器基座上；图像采集装置通过抱箍锁紧于对应的传感器基座上。

但是不限于此，上述的热液探测传感器和图像采集装置也可以是分别固定连接于对应的传感器基座上，同样可实现探测功能，但是，按照具体实施例中的结构，使热液探测传感器通过传感器锁紧块以及螺栓螺母组件锁紧于对应的传感器基座上；图像采集装置通过抱箍锁紧于对应的传感器基座上，从而，具有连接稳固且安装拆卸方便、易于安装维护的有益效果。

另外，在上述的具体实施例中，在支架本体上固定有支架手柄；在传感器基座上固定有基座手柄，但是不限于此，也可以不设置上述的支架手柄和基座手柄，同样可实现原位探测功能，但是，按照具体实施例中的结构，设置上述的支架手柄和基座手柄，从而，可在定位操作过程中，通过转动支架手柄和基座手柄对其探测位置进行具体调整，调整动作方便可靠。

另外，在上述的具体实施例中，热液喷口罩具有本体和一端与本体固定连接且另一端与支架固定连接的固定杆；本体包括顶部圈、底部圈以及连接顶部圈与底部圈的连接杆，顶部圈的直径小于底部圈的直径。

但是不限于此，上述的顶部圈的直径也可以是与底部圈的直径相等，只要能够将该原位探测装置固定于热液喷口的热液烟囱上即可，但是，按照具体实施方式中的结构进行上述设置，从而，可使热液喷口罩完全地罩住热液烟囱而不脱落，确保该探测装置与热液烟囱之间稳固连接，确保探测过程的稳定可靠性。

另外，本发明的自容式海底热液羽状流原位探测装置，可由上述实施方式的各种结构组合而成，同样能够发挥上述的效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，包括支架、热液喷口罩、云台、支撑关节、传感器基座、图像采集装置以及热液探测传感器，

所述支架包括支架本体；

所述热液喷口罩固定连接于所述支架本体的一侧；

所述云台通过转动连接件连接于所述支架的顶部，所述转动连接件配置成能够使所述云台相对所述支架的顶部转动；

所述支撑关节和所述传感器基座分别具有多个，且所述支撑关节和所述传感器基座一一对应形成多组支撑关节和传感器基座，

在每组所述支撑关节和传感器基座中，所述支撑关节的底部与所述云台连接，所述支撑关节的顶部与所述传感器基座连接，所述支撑关节能够带动所述传感器基座相对所述云台转动；

在所述传感器基座的顶面上固定所述热液探测传感器或所述图像采集装置。

2.根据权利要求1所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，所述支撑关节由多组球头销与锁紧螺母的组合结构串连而成。

3.根据权利要求2所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，所述球头销的锥度为100度-130度。

4.根据权利要求1所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，所述自容式海底热液羽状流原位探测装置还包括与所述支架连接的电池仓，在所述电池仓的内部设置有电池，所述电池通过水密电缆与所述热液探测传感器和所述图像采集装置电连接。

5.根据权利要求4所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，所述电池仓设置于所述云台的底部和所述支架的顶部之间，且，所述转动连接件的顶部与所述云台的底部连接，所述转动连接件的底部与所述电池仓的顶部连接。

6.根据权利要求1或5所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，所述转动连接件包括横杆和纵杆，

所述横杆的两端通过两个相互面对的连接耳铰接于所述云台的底面上；所述纵杆的顶部与所述横杆的中部底面固定连接，所述纵杆的底部形成旋转端部。

7.根据权利要求1所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，

所述热液探测传感器通过传感器锁紧块以及螺栓螺母组件锁紧于对应的所述传感器基座上；

所述图像采集装置通过抱箍锁紧于对应的所述传感器基座上。

8.根据权利要求1所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，所述图像采集装置包括照相机和/或摄像机。

9.根据权利要求1所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，在所述支架本体上固定有支架手柄；在所述传感器基座上固定有基座手柄。

10.根据权利要求1所述的自容式海底热液羽状流原位探测装置，其特征在于，

所述热液喷口罩具有本体和一端与所述本体固定连接且另一端与所述支架固定连接的固定杆；

所述本体包括顶部圈、底部圈以及连接所述顶部圈与所述底部圈的连接杆，所述顶部圈的直径小于所述底部圈的直径。