CN105784408B - 海底沉积物原位分层声学测量同步采样器 - Google Patents

海底沉积物原位分层声学测量同步采样器 Download PDF

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Abstract

海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，包括原位测量头、同步采样管和主控箱，原位测量头固定于同步采样管底端的外壁，主控箱设置于同步采样管的顶端，同步采样管内设有采样孔，沉积物样品收集管安装于同步采样管的采样孔内，还包括有采样阀门，其安装于同步采样管的底端；还包括有无线通信单元和声学检测单元，声学检测单元包括声波仪和声学换能器，无线通信单元和声波仪安装于主控箱内，声学换能器安装于原位测量头内。本发明根据上述内容，能够在测量海底沉积物分层状态下的原位声学特性同时，同步采集不同分层的海底沉积物，节省作业时间，提高测量精度。

Description

海底沉积物原位分层声学测量同步采样器
技术领域
本发明涉及海洋监测技术领域，尤其涉及海底沉积物原位分层声学测量同步采样器。
背景技术
海底沉积状态和沉积结构复杂丰富，沉积物类型多种多样，深入地认知海底沉积物声学特性一直是提高声学遥测探测海洋精度的关键科学问题之一。目前的海底原位量都同存在一个共性问题，就是无法在原位声学测量作业同时采集沉积物样品，并且只能测量单一固定深度下的沉积物原位声学特性，无法测量海底沉积物分层状态下的声学特性。而沉积物样品采样是分析海底沉积物物理力学性质的必要环节，也是解释分析海底沉积物原位状态的必要环节，同时也是解释声学特性和传播特征的依据。因此非常有必要开发一种能够实现原位声学测量同时同步采集海底沉积物样品的采样器。
发明内容
本发明的目的在于提出一种海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，能够在测量海底沉积物分层状态下的原位声学特性同时，同步采集不同分层的海底沉积物，节省作业时间，提高测量精度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，包括原位测量头、同步采样管和主控箱，所述原位测量头固定于所述同步采样管的底端的外壁，所述主控箱设置于所述同步采样管的顶端，所述同步采样管内开有采样孔，在所述采样孔内安装有沉积物样品收集管，还包括有采样阀门，其安装于同步采样管的底端；
进一步，还包括有无线通信单元和声学检测单元，所述声学检测单元包括声波仪和声学换能器，所述无线通信单元和所述声波仪安装于所述主控箱内，所述声学换能器设置于所述原位测量头内。
进一步，还包括有姿态检测单元和加速度计，所述姿态检测单元安装于所述主控箱内，所述姿态检测单元包括陀螺仪和倾角传感器。
进一步，还包括有贯入状态及触底平稳检测单元，其安装于所述主控箱内，所述贯入状态及触底平稳检测由加速度计和姿态检测单元实现。
进一步，还包括有温度检测单元，所述温度检测单元包括温度采集器和温度传感器，所述温度采集器设置于所述主控箱内，所述温度传感器设置于所述原位测量头内；
进一步，所述同步采样管由两个或者多个采样段管组成，相邻的采样段管通过其端部内侧的螺纹紧固，并且通过同步采样管连接件连接定位及防松。
进一步，还包括有环状的配重，其固定于所同步采样管顶端的外壁，位于所述主控箱的下方，所述配重块数量至少具有两个。
进一步，还包括有三片或三片以上导流尾翼，均匀排列并固定于所述同步采样管的外壁，位于所述主控箱的上方。
进一步，所述同步采样管是中空圆柱形，所述原位测量头是两端开倒锥的圆柱形，所述声学换能器至少为一对，对称安装在所述原位测量头的中部，所述原位测量头的上端开有环形的电线槽，所述电线槽的设置有环形的电线槽盖13。
进一步，还包括有吊环，其设置于所述同步采样管的顶端部。
本发明根据上述内容，能够在测量海底沉积物分层状态下的原位声学特性同时，同步采集不同分层的海底沉积物，节省作业时间，提高测量精度。
附图说明
图1是本发明其中一个实施例的结构示意图。
图2是图1中原位测量头的剖视图。
其中：原位测量头1、电线槽11、声学换能器12、电线槽11、电线槽盖13、同步采样管2、采样孔21、采样段管22、主控箱3、配重4、导流尾翼5、吊环9。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，包括原位测量头1、同步采样管2和主控箱3，所述原位测量头1固定于所述同步采样管2的底端的外壁，所述主控箱3设置于所述同步采样管2的顶端，所述同步采样管2内开有采样孔21，在所述采样孔21内安装有沉积物样品收集管，还包括有采样阀门，其安装于同步采样管2的底端；
还包括有无线通信单元和声学检测单元，所述声学检测单元包括声波仪和声学换能器12，所述无线通信单元和所述声波仪安装于所述主控箱3内，所述声学换能器12设置于所述原位测量头1内。
所述的无线通信单元用于启动整个测量系统，海底沉积物原位分层声学测量同步采样器在甲板安装连接好后，采用吊机吊起在释放进入海水前，通过无线通讯启动整个测量系统开始工作。
所述声学检测单元在接近海底的10米内开启，开启时间t根据预先估计、或测量海底深度d和所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器的释放速度v来计算，达到精准开启的效果，开启时间t计算如下：
t＝(d-10)/v
当准备释放所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器时，通过所述无线通信单元启动定时开启时间t，开启后所述声波仪每隔0.1秒触发一次，发出脉冲波激励所述声学换能器12的工作，让其测量底层海水的声学特性；
所述原位测量头1贯入海底沉积物时，所述声学换能器12实时测量其原位声学特性；
通过调整所述声波仪触发时间tt，可以在海底沉积物中不同分层的声学测量，根据测量得到的所述原位分层声学测量采样器在沉积物中贯入速度vi可以计算每层测量长度ls如下：
ls＝vitt
所述同步采样管2内的沉积物样品收集管采集通过原位测量头1的海底沉积物时，所述采样阀门处于打开状态，海底沉积物一边从所述采样孔21贯入，一次作业便完成了对不同分层海底沉积物的原位声学特性测量和样品采样，保存原位测量海底沉积物最原始的物理性质和环境状态，从而获得海底表层沉积物的更为真实的地声特性，解决了当前对海底沉积物原位声学测量和样品采样分二次作业时，由于水流的运动、船体振动等原因造成两次作业点偏离而产生的原位测量与采样测量的对象不统一问题，提高了原位声学测量分析的精度和效率。采样结束后，所述采样阀门关上，确保采样到的海底沉积物结构的完整性。
进一步，还包括有姿态检测单元和加速度计，其安装于所述主控箱3内，所述姿态检测单元包括陀螺仪和倾角传感器。
通过所述陀螺仪和所述倾角传感器检测海底沉积物原位分层声学测量同步采样器在海底下沉过程中的姿态和位置，特别是贯入海底沉积物开始到稳定过程中海底沉积物原位分层声学测量同步采样器的状态，从而判断原位声学测量和同步采样的海底沉积物沿海底纵深方向的分布，检测计算方法如下：
当判断所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器处于稳定时，采用所述倾角传感器检测的角度计算得出所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器中心轴与重力加速度轴的姿态角度θ；
由姿态角度θ得到所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器在下放时和贯入海底沉积物中的竖直特性保持的程度，结合所述同步采样管2的长度L，依据下式计算出海底沉积物的沿埋深方向的深度D：
D＝Lsinθ。
进一步，还包括有贯入状态及触底平稳检测单元，其安装于所述主控箱3内，所述贯入状态及触底平稳检测由加速度计和姿态检测单元实现。
所述贯入状态和触底平稳检测单元通过所述加速度计检测所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器的下放运行状态、贯入海底沉积物瞬间状态、贯入海底沉积物状态及触底平稳状态，通过所述无线通信单元把所述贯入状态和触底平稳检测单元检测到的数据传输至用户端，以辨识海水和海底沉积物的分界时间点,有利于后续对数据的分析。
进一步，还包括有温度检测单元，所述温度检测单元包括温度采集器和温度传感器，所述温度采集器设置于所述主控箱3内，所述温度传感器设置于所述测原位量头1内；
所述温度传感器实时测量当前测量点的海底沉积物的温度，并将其反馈到所述温度采集器进行存储记录，便于后期对海底沉积物进行数据分析时的校正计算。
进一步，所述同步采样管2由两个或者多个采样段管22组成，相邻的采样段管22通过其端部内侧的螺纹紧固，并且通过同步采样管2连接件连接定位及防松。
可以根据情况调节同步采样管2的长度，适应不同底质的海底沉积物的采集，增加不同分层的海底沉积物的采样量；通过同步采样管2连接件连接定位及防松作用，避免了在所述同步采样管2贯入海底沉积物时产生的摩擦力矩作用、使得相邻的同步采样管2段22发生旋转错位，从而避免拉断电线，保护整个测量系统正常连接工作，同时提高整个所述同步采样管2的耐用度和坚固度。
进一步，还包括有环状的配重4，其固定于所述同步采样管2顶端的外壁，位于所述主控箱3的下方，所述配重4至少具有两个。
在所述配重4及采样器整体重力作用下，所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器平稳地在海水下沉，和所述导流尾翼5一起减少其在下沉过程中翻侧的可能性。根据不同海底底质类型，相应增加所述配重4的数量，保证所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器平稳地在海水中下沉。
进一步，还包括有三片或三片以上导流尾翼5，均匀分布排列并固定于所述同步采样管2的外壁，位于所述主控箱3的上方。
起到有效的导流作用，减少所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器在下沉过程中的阻力，使其下沉轨迹平稳单一。
进一步，如图1和图2所示，所述同步采样管2是中空圆柱形，所述原位测量头1是两端开倒锥的圆柱形，所述声学换能器12至少为一对，对称安装在所述原位测量头1的中部，所述原位测量头1的上端开有环形的电线槽11，所述电线槽11设置有环形的电线槽盖13。
能有效减少在下沉中其与海水的阻力，能有效减少海底沉积物贯入时阻力，更利于海底沉积物贯入到所述同步采样管2里，原位测量头1采用两端开倒锥的圆柱形。
成对所述声学换能器12对称安装在同一径向对称面上，实现对海底沉积物的原位声学测量，所述电线槽11能容纳所述原位测量头1和所述同步采样管2连接处的电线，所述电线槽盖13能封住在所述电线槽11内的电线，防止海底沉积物以及其他异物进入，解决了所述原位测量头1和所述同步采样管2电线连接处的错位的问题，使得所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器能够正常工作。
进一步，还包括有吊环9，其设置于所述同步采样管2的顶端部。
开始下放所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器时，在所述吊环9上系上吊索，待到采样工作结束后，利用吊索把所述海底沉积物原位分层声学测量同步采样器回收，容易操作。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，包括原位测量头、同步采样管和主控箱，
所述原位测量头固定于所述同步采样管的底端的外壁，所述主控箱设置于所述同步采样管的顶端，所述同步采样管内开有采样孔，在所述采样孔内安装有沉积物样品收集管，还包括有采样阀门，其安装于同步采样管的底端；
其特征在于：还包括有无线通信单元和声学检测单元，所述声学检测单元包括声波仪和声学换能器，所述无线通信单元和所述声波仪安装于所述主控箱内，所述声学换能器设置于所述原位测量头内；
所述同步采样管由两个或者多个采样段管组成，相邻的采样段管通过其端部内侧的螺纹紧固，并且通过同步采样管连接件连接定位及防松；
所述同步采样管是中空圆柱形，所述原位测量头是两端开倒锥的圆柱形，所述声学换能器至少为一对，对称安装在所述原位测量头的中部，所述原位测量头的上端开有环形的电线槽，所述电线槽的设置有环形的电线槽盖。
2.根据权利要求1所述的海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，其特征在于：还包括有姿态检测单元和加速度计，所述姿态检测单元安装于所述主控箱内，所述姿态检测单元包括陀螺仪和倾角传感器。
3.根据权利要求2所述的海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，其特征在于：还包括有贯入状态及触底平稳检测单元，其安装于所述主控箱内，所述贯入状态及触底平稳检测单元由所述加速度计和姿态检测单元实现。
4.根据权利要求1所述的海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，其特征在于：还包括有温度检测单元，所述温度检测单元包括温度采集器和温度传感器，所述温度采集器设置于所述主控箱内，所述温度传感器设置于所述原位测量头内。
5.根据权利要求1所述的海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，其特征在于：还包括有环状的配重，其固定于所同步采样管顶端的外壁，位于所述主控箱的下方，所述配重数量至少具有两个。
6.根据权利要求1所述的海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，其特征在于：还包括有三片或三片以上导流尾翼，均匀排列并固定于所述同步采样管的外壁，位于所述主控箱的上方。
7.根据权利要求1所述的海底沉积物原位分层声学测量同步采样器，其特征在于：还包括有吊环，其设置于所述同步采样管的顶端部。
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