CN108593330B - 一种声学测量多管采样装置 - Google Patents

Abstract

本申请所提供的一种声学测量多管采样装置，该装置由吊耳，安装架，配重块组，集采箱，电源箱，采样管组，声学测量探杆组组成。将现场声学测量仪器与多管采样通过安装架相结合，辅以配重块组和集采箱等，使得在沉积物多管采样同时可进行现场声学测量。同时使用多个采样管，可以采集多个沉积物数据，满足不同的物理力学测量需求。实现了在同一研究点上的现场声学测量与沉积物多管采样，极大程度上为沉积物的现场测量和实验室分析综合研究提供了便利。

Description

一种声学测量多管采样装置

技术领域

本申请涉及水底沉积物环境监测技术领域，具体涉及一种声学测量多管采样装置。

背景技术

当前江河湖海涉及到水底沉积物测量技术领域，现有的多管采样器能够实现多管采集沉积物样品。但通常多管采样器多采用有机玻璃管加上提起闭合管口的装置，实现沉积物样品的取样，结构稳定性有限，能够取的样品深度有限，而且机构相对复杂。而且，有些需要同时获取水底沉积物的声学特性，如海底探测，但现有的多管采样器都无法实现同站位海底沉积物的现场声学测量功能。

发明内容

本申请的目的是提供一种声学测量多管采样装置，用于同时实现现场声学测量和多管采集沉积物样品，从而实现高效率海底探测、多功能研究海底沉积物的需求。

为解决上述技术问题，本申请提供一种声学测量多管采样装置，具体技术方案如下：

吊耳，设于安装架顶端，用于通过缆绳连接缆车；

所述安装架，用于固定传感器和测量仪器，并为配重块组、集采箱、电源箱、采样管组和声学测量探杆组承重；所述吊耳与所述安装架的重心在水平面的投影重叠；

所述配重块组，与所述安装架固定连接，用于调节采样底质对应所需要的下压重量；

所述集采箱，与所述安装架固定连接，用于置放传感器的控制器，所述传感器包括现场声学测量传感器、温度传感器、姿态传感器和加速度传感器；

所述电源箱，与所述安装架固定连接，用于为所述集采箱供电；

所述采样管组，与所述安装架连接，用于置放设定数量的采样管，所述采样管用于沉积物采样；

所述声学测量探杆组，与所述安装架连接，用于沉积物现场声学测量；其中，所述采样管组与所述声学测量探杆组相对于所述吊耳所在铅垂线空间对称。

其中，所述安装架由吊耳连接架、上连接架、中间连接架和下连接架组成，所述中间连接架连接所述上连接架和所述下连接架；所述上连接架、所述中间连接架和所述下连接架构成圆柱形框架，所述吊耳通过设定数量的连接杆与所述上连接架固定连接。

其中，所述采样管组包括N(N≥3)个采样管，所述采样管包括采样管防护连接头、采样单管、刀头；所述采样管防护连接头设于所述下连接架上方；所述采样管与所述采样管防护连接头连接并设于所述下连接架下方；所述刀头设于所述采样管底端；所述采样管防护连接头与所述采样单管通过螺纹连接。

其中，所述声学测量探杆组具体包括三个声学测量探杆和一个温度测量探杆；其中，一个所述声学测量探杆用于发射声波，其余两个所述声学测量探杆用于接收声波。

其中，所述声学测量探杆由中空连接杆、中空连接头和声学探头依次通过螺纹连接组成。

其中，所述配重块组由对称的偶数个配重组构成，每个所述配重组包括设定数量的等重的配重块。

其中，所述采样管防护连接头由单向阀、细孔透水孔、连接外螺纹和主水通道孔组成；

所述单向阀用于所述采样管采集沉积物时排除上层水；所述细孔透水孔贯穿所述采样管防护连接头，用于释放所述采样管内压力；所述连接外螺纹用于与所述采样管连接；所述主水通道孔与所述采样管的中孔贯通。

其中，所述采样管由若干所述采样单管通过螺纹拼接而成。

其中，所述采样单管具体为直径8cm、长50cm的采样单管。

本申请所提供的一种声学测量多管采样装置，该装置由吊耳，安装架，配重块组，集采箱，电源箱，采样管组，声学测量探杆组组成。将将现场声学测量仪器与多管采样通过安装架相结合，辅以配重块组和集采箱等，使得在沉积物多管采样同时可进行现场声学测量。同时使用多个采样管，可以采集多个沉积物数据，满足不同的物理力学测量需求。实现了在同一研究点上的现场声学测量与沉积物多管采样，极大程度上为沉积物的现场测量和实验室分析综合研究提供了便利。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种声学测量多管采样装置的正视结构示意图；

图2为本申请提供的采样管防护连接头的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请提供的图1为本申请提供的一种的声学测量多管采样装置的正视结构示意图，图1中，虚线为附图标记引线。

吊耳1，设于安装架2顶端，用于通过缆绳连接缆车；

安装架2，用于固定传感器和测量仪器，并为配重块组3、集采箱4、电源箱5、采样管组6和声学测量探杆组7承重；吊耳1与安装架2的重心在水平面的投影重叠；

配重块组3，与安装架2固定连接，用于调节采样底质对应所需要的下压重量；

集采箱4，与安装架2固定连接，用于置放传感器的控制器，传感器包括现场声学测量传感器、温度传感器、姿态传感器和加速度传感器；

电源箱5，与安装架2固定连接，用于为集采箱4供电；

采样管组6，与安装架2连接，用于置放设定数量的采样管，采样管用于沉积物采样；

声学测量探杆组7，与安装架2连接，用于沉积物现场声学测量；其中，采样管组6与声学测量探杆组7相对于吊耳1所在铅垂线空间对称。

其中吊耳1是用来连接缆车，实现整个装置的吊起和下放。安装架2实现整体设备上仪器的固定和安装。配重块组3用来调节不同采样底质对应所需要的下压重量，可以理解的是，不同种类的沉积物其对应需要的现场声学测量装置的下压深度不同，因此对应的配重块组的重量也不同。集采箱4用来安放现场声学测量、温度测量、姿态和加速度测量等传感器的控制器，其中姿态和加速度传感器同样可以安装在集采箱4内部，而温度测量传感器和现场声学测量传感器显然不宜置于集采箱4内。电源箱5用来安放提供给集采箱的供电电池。采样管组6用来提供采样管实现沉积物样品采样。声学测量探杆组7用来实现沉积物现场声学测量，温度传感器与声学测量探杆组7安装在一起。

优选的，安装架2可以由吊耳连接架21、上连接架22、中间连接架23和下连接架24组成，中间连接架23连接上连接架22和下连接架24；上连接架22、中间连接架23和下连接架24构成圆柱形框架，吊耳1通过设定数量的连接杆与上连接架22固定连接。下连接架24用于承载配重块组3、集采箱4、电源箱5、采样管组6、声学测量探杆组7。上连接架22的作用是加强结构。在此对于连接杆的数量不作限定，具体可以为3根、4根、6根甚至8根等等。可以理解的是，安装架2的整体结构应当是结构对称的，以尽量保证测量装置在测量和采集沉积物时的稳定性。本申请采用了圆柱形结构的框架，当然还可以由此引申出其他具有结构对称性的框架，例如圆台形等等，在此不作具体限定，诸如此类的对称性安装架，均应在本申请的保护范围内。

本申请能够一次完成多管采样和沉积物现场声学测量，在同一研究点上的现场声学测量与沉积物多管采样，极大程度上为沉积物的现场测量和实验室分析综合研究提供了便利。

基于上述实施例，作为优选的实施例，所述采样管组6包括N(N≥3)个采样管，每个采样管包括采样管防护连接头61、采样单管62、刀头63；采样管防护连接头61设于下连接架24上方；采样单管62与采样管防护连接头61连接并设于下连接架24下方；刀头63设于采样单管62底端；采样管防护连接头61与采样单管62通过螺纹连接。N大于等于3是为了保证对称性和采样需求而确定，在此对于具体的采样单管的数量并不作限定。

采样管可以由若干采样单管62通过螺纹拼接，以及采样管防护连接头61和刀头63构成。每根采样单管62长度并不限定，可以为50cm～100cm不等。即采样管的长度是可以变化的，以适应不同类型沉积物的采集需求，其可以根据实际情况选择采样单管的拼接数量，以满足不同长度的采样管的需求。

需要说明的是，如图1所示，采样管组6包括设定数量的采样管，在此对于具体的采样管数量不限定，但至少为三个，具体数量应考虑结构的对称性以及采样需求。例如可以包括八个采样管，一管用于实验室声学测量，一管用于密度、孔隙度、组成成分测量，一管用于生化培养，三管用于弹性模量的测量、两管用于样品封存。当然还可以为其他数量，应由本领域技术人员根据实际测量需要对采样管的数量进行设置。优选的可以采用偶数个采样管进行对称安装，可以采集进行了声学现场测量的同一区域的沉积物的多管样品。每个采样管可以通过多段采样单管62拼接加长，以采集不同深度的沉积物。采样单管62的直径具有6cm、8cm、10cm等规格，通过安装相应直径规格的采样单管62，可以采集不同直径的沉积物样品。

采样管需要保证对称性，但并非要求所有采样管为同样长度。可以将所有采样管分成两组，每组采样管具有相同长度，相邻两根采样管为不同长度，这样也可以保证对称性。

基于上述实施例，作为优选的实施例，参见图2，图2为本申请提供的采样管防护连接头61的结构示意图，如图所示，采样管防护连接头61可以由单向阀611、细孔透水孔612、连接外螺纹613和主水通道孔614组成；

单向阀611用于采样管采集沉积物时排除上层水；细孔透水孔612贯穿采样管防护连接头61，用于释放采样管内压力；连接外螺纹613用于与采样管连接；主水通道孔614与采样单管62的中孔贯通。

单向阀611在采样管下沉过程中排出贯入的水，也在采样管采集沉积物时排出多余的上层水，其在采样管被拉起上升过程中，在上层水的稳态液动力、弹簧力和重力的作用下关闭，将采集到的沉积物和沉积物上层水封在采样管内，避免交换和受到上升过程中途径各层水的挤压，导致沉积物被压出。设计的细孔透水孔612从侧面开细小孔，目的是在采样管上升过程中，压力逐渐减小时，和外界水相通，释放采样管内部压力，同时采用细小孔流量很小，避免过度交换。主水通道孔614与采样单管62的孔直接相连，连接外螺纹613实现与采样单管62的连接并且紧固在下连接架24上。上文已描述过，采样管是可以由采样单管62拼接的，通常以50cm为一段，当对应不同底质类型和不同采样长度需要时，由两端带有外螺纹的连接头进行多段连接。这样结构的采样管防护连接头可以减少上升过程中水对采样管内部的冲刷，同时又能够保证采样管内外的压力平衡，最大程度的减少沉积物的扰动。

优选的，声学测量探杆组7可以具体包括三个声学测量探杆和一个温度测量探杆；其中，一个声学测量探杆用于发射声波，其余两个声学测量探杆用于接收声波。

声学测量探杆组7包括3个声学测量探杆和1个温度测量探杆，3个声学测量探杆采用一个声学探杆发射声波，另外两个接收声波，根据相关分析和频谱分析方法可以用来计算沉积物的传播声速和传播衰减系数。温度测量探杆能够测量得到沉积物的温度，从而为校正沉积物的声速等提供最需要的温度参数。现场声学探杆7可以由中空连接杆71、中空连接头72和声学探头73通过螺纹连接组成，现场声学测量探杆7通常长45cm，当然还可以为其他长度。且不管是声学测量探杆还是温度测量探杆均可以拼接，当对应不同底质类型和不同采样长度需要时，可以增加中空连接杆71，通过两端带有外螺纹的中空连接头72进行多段连接。中空部分用来通过声学探头的电线。拼接加长时和采样管配合加长，但总长度需要小于采样管长度。

现场声学测量头和采样管都可以加长，从而可以测量及采集不同深度的沉积物。采样管组包括若干采样管，可以为不同研究需求进行采样，整个装置具有较强的适用性。

需要说明的是，配重块组3由对称的偶数个配重组构成，每个配重组包括设定数量的等重的配重块。例如可以为对称的两组或者四组，每组由多个等重的配重块组合而成，可以通过不同的组合方式，实现整体装置的重量设计，适应不同海底底质的需要。如果是黏土质底质，采用的配重块的数量较少，如果是砂质底质，采用的配重块的数量较多。

以下介绍本申请所描述的现场声学测量装置的具体使用方法：

先通过缆绳直接连接吊耳1，利用重力将安装架2整体释放到海底，通过控制缆绳的张力和缆绳的松弛度和海图标明的海底，判断整体装置运动过程，和稳定坐底在海底的时间，保持在海底5分钟。声学测量探杆组7在安装好后进行延迟启动测量，延迟启动时间以整个装置在甲板上操作和放入到水中准备开始下放的全过程时间为设定值，到达设定时间，启动坐底状态检测，也开始启动声学测量，以一定时间间隔(比如每隔0.2秒采集一次)进行触发声波和采集声波信号，获得整体装置在海水中的声学测量值，用于标定。通过集采箱里的姿态和振动加速度传感器检测到坐底状态和运动过程，运动过程中振动加速度传感器的数据始终不为零，当坐底稳定后，振动加速度的数据为零，当检测到坐底状态后，启动连续测量。

需要说明的是，整个装置在海底的保持时间无要求，由本领域技术人员根据实际需要和实际情况决定。只有装置稳定下来时，声学换能器与沉积物接触稳定，测量的数据更为准确可靠。坐底状态的检测是用于判断装置是否满足稳定的要求，具体的，可以通过检测加速度传感器的相对加速度小于某一个阈值，或接近于0判断整个装置是否稳定。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种声学测量多管采样装置，其特征在于，包括：

吊耳（1），设于安装架（2）顶端，用于通过缆绳连接缆车；

所述安装架（2），用于固定传感器和测量仪器，并为配重块组（3）、集采箱（4）、电源箱（5）、采样管组（6）和声学测量探杆组（7）承重；所述吊耳（1）与所述安装架（2）的重心在水平面的投影重叠；

所述配重块组（3），与所述安装架（2）固定连接，用于调节采样底质对应所需要的下压重量；

所述集采箱（4），与所述安装架（2）固定连接，用于置放传感器的控制器，所述传感器包括现场声学测量传感器、温度传感器、姿态传感器和加速度传感器；

所述电源箱（5），与所述安装架（2）固定连接，用于为所述集采箱（4）供电；

所述采样管组（6），与所述安装架（2）连接，用于置放设定数量的采样管，所述采样管用于沉积物采样；

所述声学测量探杆组（7），与所述安装架（2）连接，用于沉积物现场声学测量；其中，所述采样管组（6）与所述声学测量探杆组（7）相对于所述吊耳（1）所在铅垂线空间对称；

其中，所述配重块组（3）由对称的偶数个配重组构成，每个所述配重组包括设定数量的等重的配重块；

其中，所述安装架（2）由吊耳连接架（21）、上连接架（22）、中间连接架（23）和下连接架（24）组成，所述中间连接架（23）连接所述上连接架（22）和所述下连接架（24）；所述上连接架（22）、所述中间连接架（23）和所述下连接架（24）构成圆柱形框架，所述吊耳（1）通过设定数量的连接杆与所述上连接架（22）固定连接；

其中，所述采样管组（6）包括个采样管，/>，所述采样管包括采样管防护连接头（61）、采样单管（62）、刀头（63）；所述采样管防护连接头（61）设于所述下连接架（24）上方；所述采样单管（62）与所述采样管防护连接头（61）连接并设于所述下连接架（24）下方；所述刀头（63）设于所述采样单管（62）底端；所述采样管防护连接头（61）与所述采样单管（62）通过螺纹连接；

其中，所述声学测量探杆组（7）具体包括三个声学测量探杆和一个温度测量探杆；其中，一个所述声学测量探杆用于发射声波，其余两个所述声学测量探杆用于接收声波；

其中，所述声学测量探杆由中空连接杆（71）、中空连接头（72）和声学探头（73）依次通过螺纹连接组成；

其中，所述采样管防护连接头（61）由单向阀（611）、细孔透水孔（612）、连接外螺纹（613）和主水通道孔（614）组成；

所述单向阀（611）用于所述采样单管（62）采集沉积物时排除上层水；所述细孔透水孔（612）贯穿所述采样管防护连接头（61），用于释放所述采样单管（62）内压力；所述连接外螺纹（613）用于与所述采样单管（62）连接；所述主水通道孔（614）与所述采样单管（62）的中孔贯通。

2.根据权利要求1所述的声学测量多管采样装置，其特征在于，所述采样管由若干所述采样单管（62）通过螺纹拼接而成。

3.根据权利要求2所述的声学测量多管采样装置，其特征在于，所述采样单管（62）具体为直径8cm、长50cm的采样单管（62）。