CN108828064A - 一种海底沉积物的原位声学测量部件 - Google Patents

Abstract

本申请所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件，包括：原位测量套筒，分别与采样管和刀头连接；连接臂板，设于原位测量套筒外表面；探杆安装管，焊接于连接臂板外表面，底端设有螺纹，用于连接声学探杆；连接臂板、探杆安装管和声学探杆的数量均为一一对应。通过在现有的采样管上加设原位测量套筒，并在原位测量套筒上设有用于原位声学测量的连接臂板及探杆安装管，实现原位声学换能器的固定和安装，从而实现海底沉积物的采样和原位声学测量二位一体，无需使用两套不同设备，提高了沉积物测量采样的整体效率，设备也更便携。此外，原位测量套筒也强化了刀头和采样管的连接稳定性。

Description

一种海底沉积物的原位声学测量部件

技术领域

本申请涉及声学探测技术领域，特别涉及一种海底沉积物的原位声学测量部件。

背景技术

为了获得海底沉积物原位声学特性，在原位测量技术的基础上已经发展了多种声学测量仪器，如原位沉积物声学测量系统、声学长矛等，这些设备能单独进行原位声学测量。但是由于原位测量设备无法获得海底沉积物样品，因此无法进行沉积物的样品类型、物理特性参数描述。

当前，重力取样器作为海底沉积物采样的基本设备之一，具有结构简单、操作方便等特点，但其只能进行沉积物采样作业。如果实现原位测量和同步沉积物采样，需要进行两次操作，采用以上原位测量和采样两种设备分别进行，才能获得沉积物的声学特性和采样样品。耗时长且需要携带两套设备，操作繁琐。

发明内容

本申请的目的是提供一种海底沉积物的原位声学测量部件，解决了现有的海底沉积物测量过程和采样过程需要使用两套设备的问题。

为解决上述技术问题，本申请提供一种海底沉积物的原位声学测量部件，具体技术方案如下：

一种海底沉积物的原位声学测量部件，用于重力柱状采样器，所述重力柱状采样器包括采样管和刀头，所述刀头外径大于所述采样管外径，所述刀头和所述采样管构成台肩；

原位测量套筒，分别与所述采样管和所述刀头连接；

连接臂板，设于所述原位测量套筒外表面；

探杆安装管，焊接于所述连接臂板外表面，底端设有螺纹，用于连接声学探杆；所述连接臂板、所述探杆安装管和所述声学探杆的数量均为一一对应。

其中，所述原位测量套筒内部设有与所述台肩相耦合的台阶状突起，所述台阶状突起与所述台肩相耦合，用于当沉积物冲击时，所述台阶状突起顶住所述台肩以避免所述原位测量套筒与所述重力柱状采样器脱离。

其中，所述原位测量套筒设有贯穿的螺纹通孔，用于通过螺钉将所述原位测量套筒与所述采样管、所述刀头固定。

其中，所述原位测量套筒设有第一槽口，用于通过所述声学探杆的电缆线。

其中，所述连接臂板上设有线缆槽，用于放置所述电缆线。

其中，所述连接臂板设有第二槽口，所述探杆安装管的端面与所述第二槽口的边缘对应焊接。

其中，所述原位声学测量部件还包括：

第一线缆防护盖，与所述连接臂板通过螺钉连接，用于保护水平的所述电缆线；第二线缆防护盖，与所述采样管通过螺钉连接，用于保护竖直的所述电缆线。

其中，所述原位声学测量部件还包括：

四个声学探杆，其中两个所述声学探杆分别封装了不同频率段的宽频声学发射换能器，其余两个所述声学探杆各自封装宽频听水器，所述宽频水听器用于接收所述宽频声学发射换能器的发射声波。

本申请所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件，包括：原位测量套筒，分别与所述采样管和所述刀头连接；连接臂板，焊接于所述原位测量套筒外表面；探杆安装管，焊接于所述连接臂板外表面，底端设有螺纹，用于连接声学探杆；所述连接臂板、所述探杆安装管和所述声学探杆的数量均为一一对应。通过在现有的采样管上加设原位测量套筒，不仅可以起到对采样管的保护作用，还可以在原位测量套筒上设有测量用于原位声学测量的连接臂板及探杆安装管，从而实现海底沉积物的采样和测量二位一体，无需使用两套不同设备，提高了沉积物测量采样的整体效率，设备也更便携。此外，原位测量套筒也强化了刀头和采样管的连接稳定性。

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为本申请实施例所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件的剖面结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件的水平线缆防护盖结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件的竖直线缆防护盖结构示意图。

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为本申请实施例所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件的结构示意图，图1中，包括原位测量套筒1，连接臂板2，探杆安装管3，声学探杆4，线缆防护盖5，螺纹通孔6，采样管7，刀头8。

该原位声学测量部件，用于重力柱状采样器，现有的重力柱状采样器包括采样管7和刀头8，所述刀头8外径大于所述采样管7外径，所述刀头8和所述采样管7构成台肩，包括：

原位测量套筒1，分别与所述采样管7和所述刀头8连接；

连接臂板2，设于所述原位测量套筒1外表面；

探杆安装管3，焊接于所述连接臂板2外表面，底端设有螺纹，用于连接声学探杆4；所述连接臂板2、所述探杆安装管3和所述声学探杆4的数量均为一一对应。

本申请中的原位声学测量部件安装在重力采样器的底端，具体的安装在采样管7和刀头8的连接位置。刀头8外径大于采样管7外径，两者组装后，采样管7和刀头8形成台肩。而原位测量套筒1的作用之一就是保护采样管7和刀头8。参见图1，原位测量套筒1并非是覆盖整个采样管7和刀头8，而是包覆二者的连接部位。

进一步的，由于采样管7和刀头8形成台肩，可以在原位测量套筒1内部设有与所述台肩相耦合的台阶状突起，台阶状突起与台肩相耦合，用于当沉积物冲击时，台阶状突起顶住台肩以避免所述原位测量套筒1与所述重力柱状采样器脱离。台阶状突起和台肩也可以理解为紧紧咬合。参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件的剖面结构示意图。图2中，上下两个矩形分别为采样管7和刀头8，阴影部分为原位测量套筒1，可以看出，原位测量套筒1的内部呈倒台阶状，与采样管7、刀头8形成的台肩相耦合。当出现异常情况导致沉积物的冲击过大时，台肩顶住台阶可以阻挡住原位测量套筒1的脱离。

探杆安装管3以焊接的方式固定在连接臂板2的一端，连接臂板2的另一端和原位测量套筒1相连，在此不限定连接臂板2和原位测量套筒1的连接方式，可以是固定连接，也可以为可拆卸的固定连接，例如可以为焊接、螺纹连接或法兰连接等。

连接臂板2用于将四个声学换能器相距一定距离。这里的连接臂板2的长度可以在一定范围内进行设定，如果测量海底沉积物的面积大，则采用较长的连接臂板2，如果测量面积小，则采用长度小的连接壁板2，也就是可以分成几种规格的原位声学测量头。实际测量中，连接臂板2的长度通常为8cm，保证相对两个声学探杆4的测量距离为25cm。当然，以上只是举例说明，并不代表本申请只针对连接臂板2的长度以及声学探杆4之间距离的限定，具体的参数应由本领域技术人员根据实际情况进行设定。

参见图1，图1中包括螺纹通孔6，用于通过螺钉将所述原位测量套筒1与采样管7、刀头8固定。螺纹通孔需要贯穿筒壁，进而起到紧固的作用。

连接臂板2、探杆安装管3和声学探杆4的数量均为一一对应，即一个连接臂板上通常只能装一个探杆安装管，而一个探杆安装管只能装一个声学探杆。此外，考虑到整个设备的稳定性，连接臂板2与原位测量套筒1连接时应考虑对称性。在实际使用过程中，通常四个声学探杆即可完成原位声学测量，因此对应的需要四个连接臂板2。但在此并不对于原位测量套筒连接的连接臂板的数量作限定，具体应由本领域技术人员根据实际情况进行相应的选择设定。

此外，考虑到原位测量套筒1与采样管7、刀头8之间需要保证连接紧固，可以在原位测量套筒1的外表面螺纹通孔6的边缘设空心凸台，以增加螺栓或螺钉在原位测量套筒1内部的长度，进而起到紧固连接的作用。

基于上述实施例，作为优选的实施例，原位测量套筒1上还可以设有槽口，用于通过所述声学探杆的电缆线。

原位测量套筒1开有第一槽口，为了使电缆线可以弯折通过进入到采样管7。在此不限定具体的槽口位置，只要可以通过电缆线即可。

进而由上述实施例针对采样管7的电缆线，还可以针对声学探杆4的电缆线对本申请中的原位测量套筒1作优化。可以在连接臂板2上设有线缆槽，用于放置所述电缆线。以及所述连接臂板2可以设有第二槽口，所述探杆安装管3的端面与所述第二槽口的边缘对应焊接。

声学探杆4的电缆线需要经过采样器7，并依次经过连接臂板2和探杆安装管3。因此可以连接臂板2上设有线缆槽，并在探杆安装管3和与连接臂板2的连接处设置第二槽口，用于通过电缆线。探杆安装管3的管径不小于第二槽口的口径。需要注意的是，上述只是为通过声学探杆4的电缆线的一种具体实施方式，并非一定要将第二槽口与探杆安装管的管口设为完全一致，只需连接臂板2和探杆安装管3之间存在可容电缆线通过的通口即可，而对于第二槽口和管口的大小、形状等均不作限定。

进一步的，除了上文所述的便于电缆线通过的线缆槽和各槽口(包括第一槽口和第二槽口)之外，为保护线缆在整个设备进入沉积物和从沉积物中拔出时避免被沉积物中的贝壳、石子等尖锐物体割裂，还可以设置线缆防护盖，与所述连接臂板2通过螺钉连接，用于保护所述电缆线。

如图3和图4所示，图3为本申请实施例所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件的水平线缆防护盖结构示意图，图4为本申请实施例所提供的一种海底沉积物的原位声学测量部件的竖直线缆防护盖结构示意图。

线缆防护盖分为两种，一种是为了连接臂板2线缆槽用防护盖，一种是为了采样管7上的电缆线防护盖；第一线缆防护盖51安装在连接臂板2设有电线槽的那一端，连接臂板2和第一线缆防护盖51均设有螺纹孔，用螺钉把第一线缆防护盖51固定在连接臂板上；第二线缆防护盖52安装在采样管7上，采样管7和第二线缆防护线盖52均设有螺纹孔，用螺钉把第二线缆防护盖52固定在采样管7上，二者均起到保护电缆线的作用。

基于上述实施例，当原位声学测量部件包括上文所有组件时，优选的，安装顺序可以如下：

(1)重力柱状采样器的组装：把采样管7、配重块、导流翼(用于减小下沉过程中侧翻的可能性)、内衬管、安装好，刀头8暂时不安装。

(2)将原位测量套筒1、连接臂板2、探杆安装管3依次焊接，形成原位测量套筒组件。

(3)将原位测量套筒组件在重力采样器上：先将原位测量套筒组件安装在采样管7上，然后把刀头8组装在采样管上，调整原位测量套筒的位置，使原位测量套筒内的台阶顶在刀头与采样管的台肩端面，确定位置后，用螺栓通过螺纹通孔6进行固紧。

(4)把声学探杆4和电缆线安装进入原位测量套筒组件，采用螺栓进行固紧，把线缆防护盖固紧在连接臂板上。

以下提供一种本申请的具体实施例，以原位声学测量部件包括四个声学探杆4为例进行说明。四个声学探杆4中，其中两个声学探杆(41、42)分别封装了不同频率段的宽频声学发射换能器，其余两个声学探杆(43、44)各自封装宽频听水器，所述宽频水听器用于接收所述宽频声学发射换能器的发射声波。声学探杆41和42的频率不同，分别对应40-80kHz，100kHz-200kHz。声学探杆41、42、43、44的声学换能器处于同一个水平面。当然，应当可以理解的，声学探杆的频率应由本领域技术人员根据实际测量需要进行相应的设定，本实施例中的声学探杆频率并不能视为本申请对声学探杆频率的限定。

在实际测量中，还需要包括上位机和声波仪。声波发射和接收是由声波仪实现的。而利用上位机和声波仪进行原位声学测量为本领域的现行技术方案，在此不作赘述。

具体的，第一种测量方法：在测量过程中，当声学探杆沉积物稳定后，声学探杆41分别被激发频率为40kHz、60kHz、80kHz的发射声波信号，声学探杆43和44接收通过沉积物传播的声波，获取沉积物的声学特性。声学探杆41的一个发射采集周期结束后，声学探杆42分别被激发频率为100kHz、120kHz、140kHz、160kHz、180kHz、200kHz的发射声波信号，声学探杆43和44接收通过沉积物传播的声波。

第二种测量方法：当声学探杆在沉积物中快速沉入过程中，只有声学探杆41激发频率为100kHz的发射声波信号(或者从以上41、42中选择一个指定的声波发射频率)，声学探杆43和44接收通过沉积物传播的声波，获取采样器下降过程中沉积物的各层声学特性。

无论哪种方法，均采用宽频换能器和宽频水听器，轮流进行测量，获得不同频率下海底沉积物的声速特性和声衰减特性。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的系统而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种海底沉积物的原位声学测量部件，用于重力柱状采样器，所述重力柱状采样器包括采样管(7)和刀头(8)，其特征在于，所述刀头(8)外径大于所述采样管(7)外径，所述刀头(8)和所述采样管(7)构成台肩，包括：

原位测量套筒(1)，分别与所述采样管(7)和所述刀头(8)连接；

连接臂板(2)，设于所述原位测量套筒(1)外表面；

探杆安装管(3)，焊接于所述连接臂板(2)外表面，底端设有螺纹，用于连接安装声学探杆(4)；所述连接臂板(2)、所述探杆安装管(3)和所述声学探杆(4)的数量均为一一对应。

2.根据权利要求1所述的原位声学测量部件，其特征在于，所述原位测量套筒(1)内部设有与所述台肩相耦合的台阶状突起，所述台阶状突起与所述台肩相耦合，用于当沉积物冲击时，所述台阶状突起顶住所述台肩以避免所述原位测量套筒(1)与所述重力柱状采样器脱离。

3.根据权利要求1所述的原位声学测量部件，其特征在于，所述原位测量套筒(1)上设有贯穿的螺纹通孔(6)，用于通过螺钉将所述原位测量套筒(1)与所述采样管(7)、所述刀头(8)固定。

4.根据权利要求2所述的原位声学测量部件，其特征在于，所述原位测量套筒(1)设有第一槽口，用于通过所述声学探杆(4)的电缆线。

5.根据权利要求4所述的原位声学测量部件，其特征在于，所述连接臂板(2)上设有线缆槽，用于放置所述电缆线。

6.根据权利要求1所述的原位声学测量部件，其特征在于，所述连接臂板(2)设有第二槽口，所述探杆安装管(3)的端面与所述第二槽口的边缘对应焊接。

7.根据权利要求5所述的原位声学测量部件，其特征在于，还包括：

第一线缆防护盖(51)，与所述连接臂板(2)通过螺钉连接，用于保护水平的所述电缆线；第二线缆防护盖(52)，与所述采样管(7)通过螺钉连接，用于保护竖直的所述电缆线。

8.根据权利要求1所述的原位声学测量部件，其特征在于，所述原位声学测量部件还包括：

四个声学探杆(4)，其中两个所述声学探杆分别封装了不同频率段的宽频声学发射换能器，其余两个所述声学探杆各自封装宽频听水器，所述宽频水听器用于接收所述宽频声学发射换能器的发射声波。