[发明专利]水下注射式沉积物原位培养装置

说明书

技术领域

本发明属于海洋探测技术领域，具体涉及一种水下注射式沉积物原位培养装置，通过在深海海底向不同深度沉积物中注射同位素示踪剂等各种培养液，实现沉积物的原位培养和样品采集。

背景技术

深海生物地球化学过程的研究对于认识碳氮硫循环意义重大。传统生物地球化学过程的研究多数是在海底采集沉积物，然后运送到船上，在船上实验室或者陆地实验室中对采集到的沉积物样品添加同位素示踪剂等各种培养液进行培养，最后通过对培养产物开展分析测试揭示微生物所介导的生物地球化学反应的速率和机理。但是在热液和冷泉等极端海底环境，存在高浓度的甲烷／氢气／硫化氢等物质，这些物质是化能合成微生物生存必需的能量。沉积物中含有的这些高浓度的气体在沉积物样品从海底采集及随后运输到甲板的漫长过程中，会因为温度压力的变化发生交换和逃逸，导致采集到甲板的沉积物样品中这类气体的含量显著减少，从而造成实验室培养实验的结果出现显著偏差。

目前可与潜水器配套作业的沉积物短柱状采样器，只能通过机械手在海底采集沉积物样品，而不能够携带同位素示踪剂等培养液在海底沉积物中开展原位培养实验。本发明研制的水下注射式沉积物原位培养装置，可以根据研究需求，将培养所需要的同位素示踪剂等培养液事先灌注于装置中的注射器中，由潜水器将培养装置携带到深海海底，然后在机械手的操作下，在海底选择培养地点开展沉积物的原位培养，培养结束后再将采集了培养后沉积物的原位培养装置带回船上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原理可靠、结构简单、便于操作的水下注射式沉积物原位培养装置。该装置可与水下遥控潜水器ROV或者载人潜水器HOV配套作业，在深海海底对沉积物开展不同深度的原位培养和样品采集。实际应用时，可根据研究需求，将不同的培养底物或者是同位素示踪剂等培养液预先装入注射器中，并根据培养深度要求安装不同长度的针头，实现海底沉积物不同深度的原位培养。

本发明提出的水下注射式沉积物原位培养装置，包括绳缆1、T型螺杆机构、触发机构、注射器11a和配套针头11b、多孔挡板12、硅胶垫片13、壳体14以及培养筒19，其中：

T型螺杆机构包括T型螺杆2、第一弹簧调节螺母3a、第二弹簧调节螺母3b、硅胶垫片紧固螺母3c、第一螺杆紧固螺母3d、第二螺杆紧固螺母3e、上挡板4、下挡板10和弹簧5，T型螺杆2的螺杆端自上而下依次穿过第一弹簧调节螺母3a、第二弹簧调节螺母3b、上挡板4、弹簧5、下挡板10、硅胶垫片紧固螺母3c、硅胶垫片13、多孔挡板12和壳体14，弹簧5位于上挡板4和下挡板10之间，第一弹簧调节螺母3a、第二弹簧调节螺母3b、上挡板4、弹簧5和下挡板10作为培养装置的动力机构，触发时，通过弹簧5的弹簧力使下挡板10受力往下压注射器的推杆，从而将注射器中灌注的注射液注射进沉积物中；通过松紧第一弹簧调节螺母3a和第二弹簧调节螺母3b，可以调节弹簧的预压缩量，从而控制弹簧力的大小；第一弹簧调节螺母3a、第二弹簧调节螺母3b的使用还可起到防松、紧固作用； 壳体14和T型螺杆2连接处通过第一螺杆紧固螺母3d、第二螺杆紧固螺母3e紧固；

触发机构包括第一弧形挡块6a、第二弧形挡块6b、第一螺栓7a、第二螺栓7b、第三螺栓7c、开口销8和连接片9，第一弧形挡块6a和第二弧形挡块6b的上端均设有卡环；第一弧形挡块6a上设有通孔，所述通孔用于连接开口销8，第一弧形挡块6ａ和第二弧形挡块６b相对布置，构成类似圆环结构，第一弧形挡块6a、多孔挡板12和壳体14通过第一螺栓7a连接，第二弧形挡块6 b、多孔挡板12和壳体14通过第二螺栓7b连接；

壳体14底部设置培养筒19；壳体14上均匀布置有若干个注射器安装通道15b和排水通道16b；

注射器11a一端依次穿过多孔挡板12、壳体14，伸入培养筒19中；

绳缆1一端连接第一弧形挡块6a；

硅胶垫片13安装于多孔挡板12上方，通过调节硅胶垫片紧固螺母3c的位置，使硅胶垫片13压紧在多孔挡板12上，挡住多孔挡板12上的排水孔16a及壳体14的排水通道16b；当培养装置插入沉积物中时，水流可向上通过壳体14上的排水通道16b和多孔挡板12上的排水孔16a排出；当培养完成时，将培养装置从海底拿出后硅胶垫片13还可起到防止外界海水进入沉积物培养筒19的作用。