[发明专利]一种基于水下机器人的冰架底部仰孔取芯系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于水下机器人的冰架底部仰孔取芯系统和方法，取芯系统包括有水下机器人、取芯钻具、水箱、锅炉和控制系统，其中取芯钻具装配在水下机器人上部的壳体上，水箱、锅炉和控制系统均设在水下机器人的内腔中，水箱与锅炉之间由输水管连通，锅炉用水由水箱进行输入，取芯方法为：步骤一、将水下机器人投入水中工作；步骤二、进行自下而上仰孔钻进工作；步骤三、控制水下机器人返回海平面。有益效果：本发明提供的技术方案设计独特，原理清晰，突破了传统的由上而下的取芯钻进方法，能够在冰架冰芯研究的关键区域‑‑冰架底部与海洋交界面处取芯，而无需钻穿整个冰架，极大地减少了人力物力的资源浪费。

技术领域

本发明涉及一种冰架底部仰孔取芯系统和方法，特别涉及一种基于水下机器人的冰架底部仰孔取芯系统和方法。

背景技术

目前，极地和大洋分别以其全球冷源和广袤性，在全球气候系统中扮演着极其重要的角色。冰架是连接大洋和极地冰盖的纽带，对两个系统均有重要的影响。冰架结构和底部冻融过程将直接影响冰架稳定性和运动状态，从而对大陆冰盖、大洋水团和环流产生重要影响。基于此，相关部门将南极冰架与海洋水团和环流的相互作用列入了科学前沿研究计划，冰架-海洋相互作用研究成为全球变化研究的热点问题。冰芯是研究冰架问题的关键所在，冰架底部附近区域的冰芯研究意义更是重中之重。当前，世界上各国采用的方法都是利用钻具在冰架表面钻孔获得冰芯并且往下延伸至冰架底部，因此需要将整个冰架钻穿才能获得冰架底部的冰芯。对于冰架底部关键区域取芯的科学需求，这种常规的自上而下的钻进方式，极大的增加了钻进成本，造成了不必要的资源浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规自上而下的钻进获取冰芯方式所存在的诸多问题而提供的一种基于水下机器人的冰架底部仰孔取芯系统和方法。

本发明提供的基于水下机器人的冰架底部仰孔取芯系统包括有水下机器人、取芯钻具、水箱、锅炉和控制系统，其中取芯钻具装配在水下机器人上部的壳体上，水箱、锅炉和控制系统均设在水下机器人的内腔中，水箱与锅炉之间由输水管连通，锅炉用水由水箱进行输入，锅炉与取芯钻具之间也由输水管路进行连通，连通管路上设有高压泵，锅炉为取芯钻具提供钻进用热水，高压泵和锅炉的开关均与控制系统相连接，控制系统控制高压泵和锅炉的工作。

取芯钻具与水下机器人上部壳体的连接处设置有旋转绞车，取芯钻具在旋转绞车的带动下能够进行0-180°的旋转。

水箱的下部连接有进水管，进水管穿设在水下机器人下部的壳体上，进水管与水下机器人的外部相连通，进水管上设置有过滤器，水箱与锅炉之间的输水管为高压软管，高压软管上装配有阀门，该阀门与控制系统连接并由控制系统控制开合。

锅炉内腔的中部和上部分别设有液位传感器，锅炉内腔的中部还设置有温度传感器，两个液位传感器和温度传感器均与控制系统相连接，两个液位传感器和温度传感器能够把采集的数据及时发送到控制系统。

控制系统是由输入隔离板、信号接收模块、处理反应模块和输出隔离板组成，其中信号接收模块和处理反应模块相连接，输入隔离板连接在信号接收模块的一侧，输入隔离板还与锅炉内的两个液位传感器和温度传感器相连接，锅炉内的两个液位传感器和温度传感器采集的数据能够通过输入隔离板传输到控制系统内的信号接收模块，输出隔离板连接在处理反应模块的一侧，输出隔离板还与水箱和锅炉之间输水管上的阀门、锅炉的开关以及高压泵的开关相连接，输出隔离板能够把处理反应模块发出的指令及时传输到水箱和锅炉之间输水管上的阀门、锅炉的开关以及高压泵的开关。

上述的水下机器人、取芯钻具、水箱、锅炉、控制系统、液位传感器和温度传感器均为现有设备的组装，因此，具体型号和规格没有进行赘述。

本发明提供的基于水下机器人的冰架底部仰孔取芯方法，其方法如下所述：