CN109099972B - 海底沉积物原位环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了海底沉积物原位环境监测系统，包括框架，所述框架的顶部设置有承载缆连接器，所述承载缆连接器与全海深延长下放设备连接，所述框架内设置有上面板和位于上面板底部的下面板，所述上面板与下面板之间至少设置有两组双摩擦轮贯入机构，所述双摩擦轮贯入机构包括连接板和设置于下面板上的双摩擦轮机构，所述连接板的底部并排设置有第一探杆、第二探杆和第三探杆，所述第二探杆位于所述第一探杆和第三探杆之间，所述下面板上设置有供第二探杆通过的通孔，所述双摩擦轮机构包括第一摩擦轮和与第一摩擦轮相对设置的第二摩擦轮，所述第二探杆从第一摩擦轮和第二摩擦轮之间通过，第一摩擦轮和第二摩擦轮用于夹持第二探杆。
Description
技术领域
本发明涉及强度测试领域，尤其涉及海底沉积物原位环境监测系统。
背景技术
深渊海底沉积物的相关成分、表层沉积物的锥尖阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力和剪切强度等力学参数以及沉积物的纵波信息和横波信息的测量一直是深海测量的难点，现有的测量一般是采用不同的仪器对深渊海底沉积物进行单独测量，此种测量方法工作效率低且费时费力。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供海底沉积物原位环境监测系统，第一探杆、第二探杆和第三探杆上可以分别安装有力学传感器、声学传感器和光学传感器等多种传感器，可以实现多参量原位测试同时进行。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
海底沉积物原位环境监测系统，包括框架，所述框架的顶部设置有承载缆连接器，所述承载缆连接器与全海深延长下放设备连接，所述框架内设置有上面板和位于上面板底部的下面板，所述上面板与下面板之间至少设置有两个双摩擦轮贯入机构，所述双摩擦轮贯入机构包括连接板和设置于下面板上的双摩擦轮机构，所述连接板的底部并排设置有第一探杆、第二探杆和第三探杆，所述第二探杆位于所述第一探杆和第三探杆之间，所述下面板上设置有供第二探杆通过的通孔，所述双摩擦轮机构包括第一摩擦轮和与第一摩擦轮相对设置的第二摩擦轮，所述第二探杆从第一摩擦轮和第二摩擦轮之间通过，第一摩擦轮和第二摩擦轮用于夹持第二探杆，所述双摩擦轮机构与摩擦轮间距调节机构连接，摩擦轮间距调节机构用于调节第一摩擦轮和第二摩擦轮之间的距离，所述双摩擦轮机构与动力装置连接；动力装置用于通过控制双摩擦轮机构的第一摩擦轮和第二摩擦轮转动，以控制第二探杆进行贯入和起拔运动。
进一步地，其中一个双摩擦轮贯入机构定义为第一双摩擦轮贯入机构，另一个双摩擦轮贯入机构定义为第二双摩擦轮贯入机构，第一双摩擦轮贯入机构与第二双摩擦轮贯入机构对称设置；所述第一双摩擦轮贯入机构的第一探杆为十字板剪切仪，所述第一双摩擦轮贯入机构的第二探杆为激光拉曼光谱仪，所述第二双摩擦轮贯入机构的第一探杆为静力触探仪，所述第二双摩擦轮贯入机构的第二探杆为孔隙水取样器。
进一步地，所述十字板剪切仪包括电气件仓、中空管状的贯入排泥杆、旋转杆、十字板和压力补偿器，所述压力补偿器与所述电气件仓连接，所述电气件仓与所述贯入排泥杆连通形成第一空腔，所述旋转杆穿过所述贯入排泥杆并延伸至所述电气件仓内，所述旋转杆与所述电气件仓通过第一滚动轴承连接，所述旋转杆与所述贯入排泥杆通过第二滚动轴承连接，所述旋转杆远离所述电气件仓的一端连接所述十字板，所述贯入排泥杆远离所述电气件仓的一端与所述旋转杆的杆身密封连接，所述电气件仓内设置有电机和扭矩传感器，所述电机通过齿轮组与所述旋转杆连接，所述扭矩传感器与所述旋转杆连接，所述第一空腔内的间隙空间充满变压器油。
进一步地，所述电气件仓内还设置有电气件，所述电气件内设置有控制器和蓄电池，所述控制器与所述扭矩传感器连接，所述蓄电池与所述电机连接；所述电气件仓上设置有螺纹孔，所述压力补偿器与所述电气件仓螺纹连接；所述齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合连接，所述主动齿轮与所述电机连接，所述从动齿轮与所述旋转杆连接。
进一步地，所述全海深延长下放设备包括绞车放置平台和承载缆，所述承载缆与所述承载缆连接器连接，所述绞车放置平台上设置有第一绞车和第二绞车，所述绞车放置平台靠近所述第一绞车的一端设置有向外倾斜的固定架，所述固定架上设置有输送所述承载缆的输送滑轮，所述承载缆包括第一承载缆和第二承载缆，所述第一承载缆的一端设置有第一承载缆接头，所述第二承载缆的一端设置有用于与第一承载接头连接的第二承载缆接头，所述第一绞车上绕接有接力缆，所述接力缆的尾部通过所述第一承载缆接头与所述第一承载缆连接，所述第二承载缆缠绕在所述第二绞车上。
进一步地，所述第一承载缆接头包括第一圆柱体和设置在第一圆柱体上用于拉紧所述接力缆的第一圆锥凸起，所述第一承载缆与所述第一圆锥凸起连接，所述第一圆柱体上设置有外螺纹；所述第二承载缆接头包括第二圆筒体和设置在第二圆筒体上的第二圆锥凸起，所述第二承载缆与所述第二圆锥凸起连接，所述第二圆筒体内设置有内螺纹，所述第一承载缆接头的第一圆柱体的外螺纹用于与所述第二承载缆接头的第二圆筒体的内螺纹连接。
进一步地，所述激光拉曼光谱仪包括激光器、光纤准直器、第一光纤耦合器、承压结构、二向色镜、第二光纤耦合器、圆转线光纤、滤光片、光谱仪腔体、准直透镜、反射式光栅、聚光镜和光电转换装置，所述准直透镜、反射式光栅和聚光镜设置于所述光谱仪腔体内，所述光电转换装置与所述光谱仪腔体连接，所述激光器与所述光纤准直器连接，所述承压结构上设置有前端聚焦镜头和承压窗片，所述第二光纤耦合器通过圆转线光纤与所述滤光片连接。
进一步地，所述上面板和下面板上均设置有水下灯和水下摄像头。
相比现有技术，本发明的有益效果在于，包括框架，所述框架的顶部设置有承载缆连接器，所述承载缆连接器与所述全海深延长下放设备连接，所述框架内设置有上面板和位于上面板底部的下面板，所述上面板与下面板之间至少设置有两组双摩擦轮贯入机构，所述双摩擦轮贯入机构包括连接板和设置于下面板上的双摩擦轮机构，所述连接板的底部并排设置有第一探杆、第二探杆和第三探杆，所述第二探杆位于所述第一探杆和第三探杆之间，所述下面板上设置有供第二探杆通过的通孔，所述双摩擦轮机构包括第一摩擦轮和与第一摩擦轮相对设置的第二摩擦轮，所述第二探杆从第一摩擦轮和第二摩擦轮之间通过，第一摩擦轮和第二摩擦轮用于夹持第二探杆，所述双摩擦轮机构与摩擦轮间距调节机构连接，摩擦轮间距调节机构用于调节第一摩擦轮和第二摩擦轮之间的距离。所述双摩擦轮机构与动力装置连接；本发明的第二探杆能被双摩擦轮机构驱动进行贯入和起拔运动，进而通过上端的连接板带动两边的第一探杆和第三探杆进行贯入和起拔运动，达到双摩擦轮机构能带动多个探杆同时运动的效果，第一探杆、第二探杆和第三探杆上可以分别安装有力学传感器、声学传感器和光学传感器等多种传感器，可以实现多参量原位测试同时进行。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明所述的双摩擦轮贯入机构的结构示意图。
图3为本发明所述的双摩擦轮机构和摩擦轮间距调节机构的结构示意图。
图4为本发明所述的十字板剪切仪的结构示意图。
图5为本发明所述的第一承载缆和第二承载缆连接前的结构示意图。
图6是图5的A区域的局部放大图。
图7为本发明所述的第一承载缆和第二承载缆连接时的结构示意图。
图8是图7的B区域的局部放大图。
图9为本发明所述的第一承载缆和第二承载缆连接后的结构示意图。
图10是图9的C区域的局部放大图。
图11为本发明所述的激光拉曼光谱仪的结构示意图。
图中：11-框架、12-承载缆连接器、2-全海深延长下放设备、13-上面板、14-下面板、131-水下灯、132-水下摄像头、3-双摩擦轮贯入机构、31-连接板、32-双摩擦轮机构、33-第一探杆、34-第二探杆、35-第三探杆、36-摩擦轮间距调节机构、37-动力装置、321-第一摩擦轮、322-第二摩擦轮、38-位移传感器、361-第一运动框架、362-第二运动框架、363-第一张紧机构、364-第二张紧机构、3611-第一滑槽、3612-第二滑槽、3631-第一螺纹杆、3632-第一滑块、3633-第一螺母、3634-第一弹簧、3635-第一滑杆、3636-第二滑杆、3621-第三滑槽、3622-第四滑槽、3641-第二螺纹杆、3642-第二滑块、3643-第二螺母、3644-第二弹簧、3645-第三滑杆、3646-第四滑杆、301-第一双摩擦轮贯入机构、302-第二双摩擦轮贯入机构、41-电气件仓、42-贯入排泥杆、43-旋转杆、44-十字板、45-压力补偿器、46-第一空腔、471-第一滚动轴承、472-第二滚动轴承、411-电机、412-扭矩传感器、413-齿轮组、414-电气件、415-耐高压水密接插件、4131-主动齿轮、4132-从动齿轮、51-绞车放置平台、511-第一绞车、512-第二绞车、513-固定架、5131-输送滑轮、52-第一承载缆、521-第一承载缆接头、53-第二承载缆、531-第二承载缆接头、54-接力缆、5211-第一圆柱体、5212-第一圆锥凸起、5311-第二圆筒体、5312-第二圆锥凸起、61-激光器、62-光纤准直器、63-第一光纤耦合器、64-承压结构、65-二向色镜、66-第二光纤耦合器、67-圆转线光纤、68-滤光片、69-光谱仪腔体、610-准直透镜、611-反射式光栅、612-聚光镜、613-光电转换装置、641-前端聚焦镜头、642-承压窗片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图11所示，海底沉积物原位环境监测系统，包括框架11，所述框架11的顶部设置有承载缆连接器12，所述承载缆连接器12与所述全海深延长下放设备2连接，所述框架11内设置有上面板13和位于上面板13底部的下面板14，所述上面板13与下面板14之间至少设置有两个双摩擦轮贯入机构3。
具体地，所述双摩擦轮贯入机构3包括连接板31和设置于下面板14上的双摩擦轮机构32，所述连接板31的底部并排设置有第一探杆33、第二探杆34和第三探杆35，所述第二探杆34位于所述第一探杆33和第三探杆35之间，所述下面板14上设置有供第二探杆34通过的通孔，所述双摩擦轮机构32包括第一摩擦轮321和与第一摩擦轮321相对设置的第二摩擦轮322，所述第二探杆34从第一摩擦轮321和第二摩擦轮322之间通过，第一摩擦轮321和第二摩擦轮322用于夹持第二探杆34。
具体地，所述双摩擦轮机构32与摩擦轮间距调节机构36连接，摩擦轮间距调节机构36用于调节第一摩擦轮321和第二摩擦轮322之间的距离，所述双摩擦轮机构32与动力装置37连接，优选地，动力装置37用于通过控制双摩擦轮机构32的第一摩擦轮321和第二摩擦轮322转动，以控制第二探杆34进行贯入和起拔运动。
具体地，所述双摩擦轮机构32的第一摩擦轮321或第二摩擦轮322连接有位移传感器38，位移传感器38与动力装置37连接，优选地，位移传感器38可以检测第一摩擦轮321和第二摩擦轮322的转速和转向。
具体地，所述摩擦轮间距调节机构36包括第一运动框架361、第二运动框架362、与所述第一运动框架361连接的第一张紧机构363和与所述第二运动框架362连接的第二张紧机构364，所述第一运动框架361与所述第一摩擦轮321连接，所述第二运动框架362与所述第二摩擦轮322连接。
具体地，所述第一运动框架361的两侧分别设置有第一滑槽3611和第二滑槽3612，所述第一张紧机构363包括第一螺纹杆3631和第一滑块3632，所述第一滑块3632与所述下面板14固定连接，所述第一运动框架361的两侧设置有第一通孔，所述第一螺纹杆3631穿过所述第一通孔与位于所述第一运动框架361内的第一滑块3632连接，所述第一螺纹杆3631远离所述第一运动框架361的一端套设有第一螺母3633和第一弹簧3634，所述第一弹簧3634位于所述第一运动框架361与所述第一螺母3633之间，所述第一滑块3632上设置有贯穿所述第一滑槽3611和第二滑槽3612的第一滑杆3635和第二滑杆3636。
具体地，所述第二运动框架362的两侧分别设置有第三滑槽3621和第四滑槽3622，所述第二张紧机构364包括第二螺纹杆3641和第二滑块3642，所述第二滑块3642与所述下面板14固定连接，所述第二运动框架362的两侧设置有第二通孔，所述第二螺纹杆3641穿过所述第二通孔与位于所述第二运动框架362内的第二滑块3642连接，所述第二螺纹杆3641远离所述第二运动框架362的一端套设有第二螺母3643和第二弹簧3644，所述第二弹簧3644位于所述第二运动框架362与所述第二螺母3643之间，所述第二滑块3642上设置有贯穿所述第三滑槽3621和第四滑槽3622的第三滑杆3645和第四滑杆3646。
具体地，所述第一张紧机构363和第二张紧机构364可以为液压张紧机构或其他任何可以达到张紧目的的机构，不仅限于上述提到的张紧机构。
由于不同的探杆的直径不一样，所以双摩擦轮贯入机构3下水前，需要调节摩擦轮间距调节机构36，使摩擦轮间距调节机构36调节第一摩擦轮321和第二摩擦轮322之间的距离。具体的操作是拧紧第一螺母3633，拧紧后的第一螺母3633会挤压第一弹簧3634，从而使第一弹簧3634推动第一运动框架361横向移动，第一运动框架361推动第一摩擦轮321横向移动，拧紧第二螺母3643，拧紧后的第二螺母3643会挤压第二弹簧3644，从而使第二弹簧3644推动第二运动框架362横向移动，第二运动框架362推动第二摩擦轮322横向移动，从而使第一摩擦轮321和第二摩擦轮322压紧第二探杆34。
具体地，所述动力装置37为液压马达或电机。
具体地，第二探杆34被双摩擦轮机构32驱动进行贯入和起拔运动，进而通过上端的连接板31带动两边的第一探杆33和第三探杆35进行贯入和起拔运动，达到双摩擦轮机构32能带动多个探杆同时运动的效果，第一探杆33、第二探杆34和第三探杆35上可以分别安装有力学传感器、声学传感器和光学传感器等多种传感器，可以实现多参量原位测试同时进行。
具体地，所述双摩擦轮贯入机构3包括第一双摩擦轮贯入机构301和与第一双摩擦轮贯入机构301对称设置的第二双摩擦轮贯入机构302；所述第一双摩擦轮贯入机构301的第一探杆为十字板剪切仪，所述第一双摩擦轮贯入机构301的第二探杆为激光拉曼光谱仪，所述第一双摩擦轮贯入机构301的第三探杆为波速测试仪，所述第二双摩擦轮贯入机构302的第一探杆为静力触探仪；所述第二双摩擦轮贯入机构302的第二探杆为孔隙水取样器，所述第二双摩擦轮贯入机构302的第三探杆为沉积物取样器。
具体地，波速测试仪利用两道全波列信号求某一段波列的互相关函数，对采集的信号进行匹配相关分析，从而获得纵、横波到达不同接收单元的时差，最后计算得到纵、横波的传播速度，静力触探仪是将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中，利用传感器测量其贯入阻力(锥头阻力、侧壁阻力)和孔隙水压力，获得海底浅层土的应力－深度关系和承载能力；十字板剪切仪是用插入软粘土中的十字板探头，以一定速率旋转，测出土的抵抗力矩，换算其不排水总剪切强度，获得浅层土的剪切应力与转角关系及灵敏度参数，激光拉曼光谱仪贯入深渊海底，获取沉积物分子的拉曼光谱，通过分析谱图中不同分子化学键的振动-转动能级信息，得到深渊沉积物的结构和组成特征，进而定性判断沉积物的化学成分；沉积物取样器的作用是确定原位测试系统的海底下陷深度。
具体地，本实施例的静力触探仪采用中国专利公开号为CN201020281748.0的一种静力触探探头的结构来实现，本实施例的孔隙水取样器采用中国专利公开号为CN201510972330.1的一种简易式原位孔隙水采水柱的结构来实现。
具体地，所述十字板剪切仪包括电气件仓41、中空管状的贯入排泥杆42、旋转杆43、十字板44和压力补偿器45，所述压力补偿器45与所述电气件仓41连接，压力补偿器45将海水的外部高压传递至十字板剪切仪的仪器内部而使得该仪器的内外压力平衡，适用于全海深，而本仪器能自动调节内外压力，使得整个十字板剪切仪无需采用耐压结构设计和耐高压密封结构，从而使得十字板剪切仪的重量轻、体积小和可靠性高。
具体地，所述电气件仓41与所述贯入排泥杆42连通形成第一空腔46，所述旋转杆43穿过所述贯入排泥杆42并延伸至所述电气件仓41内，所述旋转杆43远离所述电气件仓41的一端连接所述十字板44，所述贯入排泥杆42远离所述电气件仓41的一端与所述旋转杆43的杆身密封连接，优选地，十字板剪切仪采用旋转杆43与贯入排泥杆42的复合结构，从而使得海泥堆集于贯入排泥杆42外部而不能堆集在旋转杆43上，从而减小了海泥对测量剪切转矩的影响，提高了旋转杆43的测量精度。
具体地，旋转杆43带动十字板44旋转时，贯入排泥杆42是静止的，贯入排泥杆42将旋转杆43与外部隔离开，能够减少旋转杆43的侧壁摩擦力，从而有效地提高旋转杆43的测量精度。
具体地，所述旋转杆43与所述电气件仓41通过第一滚动轴承471连接，所述旋转杆43与所述贯入排泥杆42通过第二滚动轴承472连接，设置有第一滚动轴承471和第二滚动轴承472能够有效地减少旋转杆43与贯入排泥杆42和电气件仓41之间的摩擦力，能有效地提高旋转杆43的测量精度。
具体地，所述电气件仓41内设置有电机411和扭矩传感器412，所述电机411通过齿轮组413与所述旋转杆43连接，所述扭矩传感器412与所述旋转杆43连接，所述第一空腔46内的间隙空间充满变压器油；优选地，通过在第一空腔46内的间隙空间充满变压器油，能使本十字板剪切仪在深海环境下防止海水将设备压坏。
具体地，所述电气件仓41内还设置有电气件414，所述电气件414内设置有控制器和蓄电池，所述控制器与所述扭矩传感器412连接，所述蓄电池与所述电机411连接。蓄电池可以为电机411提供动力，使电机411带动旋转杆43进行转动；控制器可以处理扭矩传感器412所测得的数据并将数据保存于控制器内。
具体地，所述电气件仓41上设置有耐高压水密接插件415，所述耐高压水密接插件415与所述电气件414连接，由于深海作业时，海底的压力较大，为了防止接插件内部因压力过大遭到损坏及防止海水进入接插件内，接插件选用耐高压水密接插件415；此外，耐高压水密接插件415与所述电气件414连接，可以将电气件414采集的数据经耐高压水密接插件415传输到其他设备。
具体地，所述齿轮组413包括主动齿轮4131和从动齿轮4132，所述主动齿轮4131与所述从动齿轮4132啮合连接，所述主动齿轮4131与所述电机411连接，所述从动齿轮4132与所述旋转杆43连接。
具体地，所述电气件仓41上设置有螺纹孔，所述压力补偿器45与所述电气件仓41螺纹连接；压力补偿器45是通过可以移动伸缩的橡胶皮囊隔离海水与十字板剪切仪内部的油液，将外部的压力传递给十字板剪切仪内部，并且补偿由于高压和低温而引起的油液体积变化，从而使得十字板剪切仪内部压力内外平衡。
具体地，所述电气件仓41为钛电气件仓或不锈钢电气件仓，所述贯入排泥杆42为钛贯入排泥杆或不锈钢贯入排泥杆，所述旋转杆43为钛旋转杆或不锈钢旋转杆，由于海水的腐蚀性较强且要求十字板剪切仪的重量较轻，而钛或不锈钢的耐腐蚀性较好且密度较小，所以电气件仓41、贯入排泥杆42和旋转杆43皆采用钛或不锈钢制成，使十字板剪切仪的整体能更好地耐腐蚀且能使十字板剪切仪的整体重量较轻。
具体地，所述第一滚动轴承471为圆锥滚子轴承，所述第二滚动轴承472为圆锥滚子轴承。
具体地，所述压力补偿器45为皮囊式压力补偿器。
优选地，本实施例的十字板44采用微小十字板结构，采用微小十字板结构，可以对更多区域的海泥进行测量，从而能取得更多组的数据及提高测量的精度，为日后对海泥的分析提供了便利。
十字板剪切仪的工作原理：
电气件414内的蓄电池为电机411提供动力，开启电机411，电机411通过齿轮组413带动旋转杆43和十字板44进行旋转，从而使十字板44对海泥进行旋转测试，扭矩传感器412可以测量海泥的剪切强度，通过对不同区域的海泥进行测试，扭矩传感器412能测量出不同区域海泥的剪切强度，控制器能处理扭矩传感器412所测得的不同区域的数据并将数据保存于控制器内。另外，在不同海深的工作环境下，压力补偿器45将海水的外部高压传递至十字板剪切仪的仪器内部而使得该仪器的内外压力平衡，从而实现全海深适用，而本仪器能自动调节内外压力，使得整个十字板剪切仪无需采用耐压结构设计和耐高压密封结构，从而使得十字板剪切仪的重量轻、体积小和可靠性高。
具体地，所述全海深延长下放设备包括绞车放置平台51和承载缆，所述绞车放置平台上设置有第一绞车511和第二绞车512，所述绞车放置平台靠近所述第一绞车511的一端设置有向外倾斜的固定架513，所述固定架513上设置有输送所述承载缆的输送滑轮5131，所述承载缆包括第一承载缆52和第二承载缆53，所述第一承载缆52的一端设置有第一承载缆接头521，所述第二承载缆53的一端设置有第二承载缆接头531，所述第一绞车511上绕接有接力缆54，所述接力缆54的尾部通过所述第一承载缆接头521与所述第一承载缆52连接，所述第二承载缆53缠绕在所述第二绞车512上。
具体地，所述第一承载缆接头521包括第一圆柱体5211和设置在第一圆柱体5211上用于卡紧所述接力缆54的第一圆锥凸起5212，所述第一承载缆52与所述第一圆锥凸起5212连接，所述第一圆柱体5211上设置有外螺纹；所述第二承载缆接头531包括第二圆筒体5311和设置在第二圆筒体5311上的第二圆锥凸起5312，所述第二承载缆53与所述第二圆锥凸起5312连接，所述第二圆筒体5311内设置有内螺纹，所述第一承载缆接头521的第一圆柱体5211的外螺纹用于与所述第二承载缆接头531的第二圆筒体5311的内螺纹连接。
具体地，所述第一承载缆52为钢缆，所述第二承载缆53为钢缆。
具体地，所述接力缆54为凯夫拉绳，凯夫拉绳的强度较高，稳定性好，不易变形且耐磨。
具体地，所述第一承载缆52的长度范围为5000米-10000米，所述第二承载缆53的长度范围为5000米-10000米，所述接力缆54的长度为1-10米。
全海深延长下放设备的使用步骤如下：
S1、在第一绞车511上绕设接力缆54，在接力缆54的尾部绕一个绳圈，并把该绳圈套在第一承载缆接头521的第一圆锥凸起5212上，该绳圈的直径要比第一圆锥凸起5212的最大外径要小，如此，就可以在第一绞车511放缆时，实现第一承载缆52将接力缆54拉紧，然后把第一承载缆52缠绕在第一绞车511上；
S2、将第二承载缆53缠绕在第二绞车512上；
S3、第一绞车511放缆，当第一承载缆接头521出现一段距离后，第一绞车511停止放缆；
S4、将第二绞车512的第二承载缆53拉出，将第一承载缆接头521和第二承载缆接头531连接，即将第一承载缆接头521的第一圆柱体5211的外螺纹与所述第二承载缆接头531的第二圆筒体5311的内螺纹进行螺纹连接，从而将第一承载缆52和第二承载缆53连接起来，连接完成后用第二绞车512往回拉第二承载缆53和第一承载缆52，使接力缆54处于松弛状态，解开接力缆54尾部的绳圈，用第二承载缆53拖拽第一承载缆52；
S5、第二绞车512放缆，到达指定的位置后，第二绞车512停止放缆。
具体地，通过将第一承载缆接头521和第二承载缆接头531连接，从而将第一承载缆52和第二承载缆53连接起来，使全海深延长下放设备能将原位测试系统或其它测试系统下放至海底超过万米的深度，使科研工作人员能够对深海的海底沉积物检测分析。
具体地，所述激光拉曼光谱仪包括激光器61、光纤准直器62、第一光纤耦合器63、承压结构64、二向色镜65、第二光纤耦合器66、圆转线光纤67、滤光片68、光谱仪腔体69、准直透镜610、反射式光栅611、聚光镜612和光电转换装置613，所述准直透镜610、反射式光栅611和聚光镜612设置于所述光谱仪腔体69内，所述光电转换装置613与所述光谱仪腔体69连接，所述激光器61与所述光纤准直器62连接，所述承压结构64上设置有前端聚焦镜头641和承压窗片642，所述第二光纤耦合器66通过圆转线光纤67与所述滤光片68连接，聚焦镜头641与第一光纤耦合器63之间通过光纤连接。。
具体地，激发光从激光器61的出射口耦合进入光纤，另一端接光纤准直器62，可将从光纤出射的光准直，从而形成自由光路，自由光路经二向色镜65后45°反射至第一光纤耦合器63进入承压结构64内的光纤，通过承压结构64内的前端聚焦镜头641与承压窗片642，照射在外部被探测样品上，由被探测样品的散射光包括拉曼信号、瑞利信号和反射的激发光均经由原路返回至第一光纤耦合器63与二向色镜65，根据二向色镜65的选通特性，绝大部分的瑞利信号被反射，一小部分瑞利信号和拉曼斯托克斯信号可直接通过第二光纤耦合器66进入光谱仪腔体69，经由滤光片68将剩余的瑞利信号剔除，发散光经过准直透镜610成为平行光到达反射式光栅611，经过反射式光栅611衍射，不同波长的光衍射向不同的方向，衍射光经过聚光镜612聚焦后反射聚焦至光电转换装置613的光感元件上，最终在光电转换装置613中获取被探测物的拉曼光谱。
具体地，所述上面板13和下面板14上均设置有水下灯131和水下摄像头132，水下灯131和水下摄像头132用于水下工作时对本系统进行照明与拍摄，监控设备的运行状态，并辅助人眼对设备着底姿态进行判断，提高试验成功率。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.海底沉积物原位环境监测系统，其特征在于：包括框架，所述框架的顶部设置有承载缆连接器，所述承载缆连接器与全海深延长下放设备连接，所述框架内设置有上面板和位于上面板底部的下面板，所述上面板与下面板之间至少设置有两个双摩擦轮贯入机构，所述双摩擦轮贯入机构包括连接板和设置于下面板上的双摩擦轮机构，所述连接板的底部并排设置有第一探杆、第二探杆和第三探杆，所述第二探杆位于所述第一探杆和第三探杆之间，所述下面板上设置有供第二探杆通过的通孔，所述双摩擦轮机构包括第一摩擦轮和与第一摩擦轮相对设置的第二摩擦轮，所述第二探杆从第一摩擦轮和第二摩擦轮之间通过，第一摩擦轮和第二摩擦轮用于夹持第二探杆，所述双摩擦轮机构与摩擦轮间距调节机构连接，摩擦轮间距调节机构用于调节第一摩擦轮和第二摩擦轮之间的距离，所述双摩擦轮机构与动力装置连接；动力装置用于通过控制双摩擦轮机构的第一摩擦轮和第二摩擦轮转动，以控制第二探杆进行贯入和起拔运动。
2.根据权利要求1所述的海底沉积物原位环境监测系统，其特征在于：其中一个双摩擦轮贯入机构定义为第一双摩擦轮贯入机构，另一个双摩擦轮贯入机构定义为第二双摩擦轮贯入机构，第一双摩擦轮贯入机构与第二双摩擦轮贯入机构对称设置；所述第一双摩擦轮贯入机构的第一探杆为十字板剪切仪，所述第一双摩擦轮贯入机构的第二探杆为激光拉曼光谱仪，所述第二双摩擦轮贯入机构的第一探杆为静力触探仪，所述第二双摩擦轮贯入机构的第二探杆为孔隙水取样器。
3.根据权利要求2所述的海底沉积物原位环境监测系统，其特征在于：所述十字板剪切仪包括电气件仓、中空管状的贯入排泥杆、旋转杆、十字板和压力补偿器，所述压力补偿器与所述电气件仓连接，所述电气件仓与所述贯入排泥杆连通形成第一空腔，所述旋转杆穿过所述贯入排泥杆并延伸至所述电气件仓内，所述旋转杆与所述电气件仓通过第一滚动轴承连接，所述旋转杆与所述贯入排泥杆通过第二滚动轴承连接，所述旋转杆远离所述电气件仓的一端连接所述十字板，所述贯入排泥杆远离所述电气件仓的一端与所述旋转杆的杆身密封连接，所述电气件仓内设置有电机和扭矩传感器，所述电机通过齿轮组与所述旋转杆连接，所述扭矩传感器与所述旋转杆连接，所述第一空腔内的间隙空间充满变压器油。
4.根据权利要求3所述的海底沉积物原位环境监测系统，其特征在于：所述电气件仓内还设置有电气件，所述电气件内设置有控制器和蓄电池，所述控制器与所述扭矩传感器连接，所述蓄电池与所述电机连接；所述电气件仓上设置有螺纹孔，所述压力补偿器与所述电气件仓螺纹连接；所述齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合连接，所述主动齿轮与所述电机连接，所述从动齿轮与所述旋转杆连接。
5.根据权利要求1所述的海底沉积物原位环境监测系统，其特征在于：所述全海深延长下放设备包括绞车放置平台和承载缆，所述承载缆与所述承载缆连接器连接，所述绞车放置平台上设置有第一绞车和第二绞车，所述绞车放置平台靠近所述第一绞车的一端设置有向外倾斜的固定架，所述固定架上设置有输送所述承载缆的输送滑轮，所述承载缆包括第一承载缆和第二承载缆，所述第一承载缆的一端设置有第一承载缆接头，所述第二承载缆的一端设置有用于与第一承载接头连接的第二承载缆接头，所述第一绞车上绕接有接力缆，所述接力缆的尾部通过所述第一承载缆接头与所述第一承载缆连接，所述第二承载缆缠绕在所述第二绞车上。
6.根据权利要求5所述的海底沉积物原位环境监测系统，其特征在于：所述第一承载缆接头包括第一圆柱体和设置在第一圆柱体上用于拉紧所述接力缆的第一圆锥凸起，所述第一承载缆与所述第一圆锥凸起连接，所述第一圆柱体上设置有外螺纹；所述第二承载缆接头包括第二圆筒体和设置在第二圆筒体上的第二圆锥凸起，所述第二承载缆与所述第二圆锥凸起连接，所述第二圆筒体内设置有内螺纹，所述第一承载缆接头的第一圆柱体的外螺纹用于与所述第二承载缆接头的第二圆筒体的内螺纹连接。
7.根据权利要求2所述的海底沉积物原位环境监测系统，其特征在于：所述激光拉曼光谱仪包括激光器、光纤准直器、第一光纤耦合器、承压结构、二向色镜、第二光纤耦合器、圆转线光纤、滤光片、光谱仪腔体、准直透镜、反射式光栅、聚光镜和光电转换装置，所述准直透镜、反射式光栅和聚光镜设置于所述光谱仪腔体内，所述光电转换装置与所述光谱仪腔体连接，所述激光器与所述光纤准直器连接，所述承压结构上设置有前端聚焦镜头和承压窗片，所述第二光纤耦合器通过圆转线光纤与所述滤光片连接。
8.根据权利要求1所述的海底沉积物原位环境监测系统，其特征在于：所述上面板和下面板上均设置有水下灯和水下摄像头。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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