CN110332923B - 一种海床面沉降观测装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海床面沉降观测装置及测量方法，其属于海底观测技术领域，海床面沉降观测装置包括耐压舱、参考压力舱、泄压堵头和压差传感器，耐压舱的一端与外界连通，参考压力舱与所述耐压舱的另一端连通，所述参考压力舱上设置有泄压孔；泄压堵头设置于所述泄压孔处，以对所述参考压力舱进行密封和泄压；压差传感器位于所述耐压舱内，所述压差传感器密封所述耐压舱的两端，以检测所述参考压力舱内部与外界的压差。海床面沉降测量方法采用上述的海床面沉降观测装置进行测量。参考压力舱内的初始压力与测量点处初始状态的压力相同，压差传感器所测量的压力为海床面下沉的距离所产生的压差，压差传感器的量程减小，使得测量结果更精确。

Description

一种海床面沉降观测装置及测量方法

技术领域

本发明涉及海底观测技术领域，尤其涉及一种海床面沉降观测装置及测量方法。

背景技术

海床是指海洋板块构成的地壳表面，海底沉积物的变形与沉降是海底地质灾害、侵蚀及结构失稳的重要特征。

目前，主要采用测深技术，通过对监测点进行多次测深，然后对比水深变化来分析研究海床面的沉降。这种方法需要测量较深的海水压力，对压力传感器的量程要求较高，耗费巨大的财力，并且受海况影响较大，因此精度无法保证。目前尚未有一种有效的装置能够对海底尤其是深海海床面沉降进行精确观测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海床面沉降观测装置及测量方法，用于海床变形长期观测，以解决现有技术中存在的通过对比水深变化来分析研究海床面的沉降，费时费力，精度差的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种海床面沉降观测装置，包括：

耐压舱，其一端与外界连通；

参考压力舱，与所述耐压舱的另一端连通，所述参考压力舱上设置有泄压孔；

泄压堵头，设置于所述泄压孔处，以对所述参考压力舱进行密封和泄压；

压差传感器，位于所述耐压舱内，所述压差传感器密封所述耐压舱的两端，以检测所述参考压力舱内部与外界的压差。

其中，所述耐压舱的一端开设有第一通孔，所述第一通孔与外界连通，所述压差传感器的端部封堵于所述第一通孔处。

其中，所述耐压舱的另一端具有开口，所述参考压力舱设置于所述开口处，所述参考压力舱与所述耐压舱之间设置有第一密封圈。

其中，所述耐压舱的内壁上与所述第一通孔对应的位置开设有第一凹槽，所述压差传感器的端部位于所述第一凹槽内，所述压差传感器与所述第一凹槽之间设置有第二密封圈。

其中，所述参考压力舱包括可拆卸连接的舱体和舱盖，所述舱体与所述耐压舱连接，所述泄压孔开设于所述舱盖上。

其中，所述舱体上开设有第二通孔，所述第二通孔与所述耐压舱连通，所述压差传感器的端部封堵于所述第二通孔处。

其中，所述舱体的外壁上于所述第二通孔对应的位置开设有第二凹槽，所述压差传感器的端部位于所述第二凹槽内，所述压差传感器与所述第二凹槽之间设置有第三密封圈。

其中，所述参考压力舱上设置有与所述泄压孔连通的贯通孔，所述泄压堵头滑动设置于所述贯通孔内，所述泄压堵头的外周套设有第四密封圈，所述第四密封圈选择性地位于所述泄压孔的两侧以实现密封和泄压。

其中，所述参考压力舱上设置有延伸部，所述泄压孔和所述贯通孔均开设于所述延伸部上。

一种海床面沉降测量方法，采用如上所述的海床面沉降观测装置进行测量，包括：

打开泄压堵头，将海床面沉降观测装置沉到海底，此时参考压力舱内的压力与外界相同均等于测量点处初始状态的压力；

关闭泄压堵头，以对参考压力舱进行密封；

当海床面下沉时，海床面沉降观测装置下沉，外界压力逐渐增大，使得泄压堵头保持较高的密封性，根据压差传感器测得的压差即可得知海床面下沉的高度；

测量完成后，将海床面沉降观测装置逐渐拉出水面，随着外界压力逐渐减小，泄压堵头在压差的作用下自动打开，以对参考压力舱进行泄压。

本发明的有益效果：

本发明提出的海床面沉降观测装置，通过参考压力舱的设置，使得参考压力舱内的初始压力与测量点处初始状态的压力相同，压差传感器所测量的压力为海床面下沉的距离所产生的压差，压差传感器的量程减小，可以精确测量压力的微小变化，进而反映海床面的微小沉降；由于泄压堵头的设置，使得参考压力舱不会因压力过载而损坏。通过海底相对压力变化实现海底沉降变化观测，由于海水压力与水深具有一致性，因此该海床面沉降观测装置具有可靠性及稳定性；由于压差传感器具有很高的动态响应频率，利用该方法同样可以实现海底微小波动压力的观测，提高了测量精度。该装置进一步可应用于海床表面的波动压力观测，如海浪与潮汐引起的海床表面波压力变化。由于采用差压式测量方式，因此测量精确度将显著提升。

附图说明

图1是本发明实施例提供的海床面沉降观测装置的示意图；

图2是图1的A处的放大图；

图3是本发明实施例提供的海床面沉降观测装置的耐压舱的示意图；

图4是本发明实施例提供的海床面沉降观测装置的参考压力舱的示意图；

图5是本发明实施例提供的海床面沉降观测装置的泄压堵头的示意图；

图6是本发明实施例提供的海床面沉降观测装置的泄压堵头处于泄压状态的示意图；

图7是本发明实施例提供的海床面沉降观测装置的泄压堵头处于密封状态的示意图。

图中：

1、耐压舱；11、第一通孔；12、开口；13、第一凹槽；

2、参考压力舱；21、泄压孔；22、舱体；221、第二通孔；222、第二凹槽；23、舱盖；24、贯通孔；25、延伸部；

3、泄压堵头；31、限位部；

4、压差传感器；

5、第一密封圈；

6、第二密封圈；

7、第三密封圈；

8、第四密封圈；

9、水密插头。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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。

参见图1至图7，本发明实施例提供一种海床面沉降观测装置，包括耐压舱1、参考压力舱2、泄压堵头3和压差传感器4，耐压舱1为压差传感器4提供容置空间，参考压力舱2用于保持参考压力，泄压堵头3对参考压力舱2进行密封和泄压。下面一一进行介绍。

耐压舱1的一端与外界连通，另一端与参考压力舱2连通，参考压力舱2上设置有泄压孔21，泄压堵头3设置于泄压孔21处，以对参考压力舱2进行密封和泄压；压差传感器4位于耐压舱1内，压差传感器4密封耐压舱1的两端，以检测参考压力舱2内部与外界的压差。

耐压舱1的一端开设有第一通孔11，第一通孔11与外界连通，压差传感器4的端部封堵于第一通孔11处。耐压舱1的另一端具有开口12，参考压力舱2设置于开口12处，参考压力舱2与耐压舱1之间设置有第一密封圈5。开口12的设置，便于向耐压舱1内安装压差传感器4。参考压力舱2与耐压舱1之间螺纹连接，便于安装拆卸，第一密封圈5使得参考压力舱2与耐压舱1之间实现密封。

耐压舱1的内壁上与第一通孔11对应的位置开设有第一凹槽13，压差传感器4的端部位于第一凹槽13内，压差传感器4与第一凹槽13之间设置有第二密封圈6。第一凹槽13的设置，一方面对压差传感器4起到限位作用，另一方面，使得压差传感器4能够对第一通孔11的一端全面密封。当然，第一通孔11是开设在第一凹槽13的槽底的。

参考压力舱2包括可拆卸连接的舱体22和舱盖23，舱体22与耐压舱1连接，即舱体22设置于开口12处，第一密封圈5位于舱体22和耐压舱1之间。舱体22上开设有第二通孔221，第二通孔221与耐压舱1连通，压差传感器4的端部封堵于第二通孔221处。泄压孔21开设于舱盖23上，使得压差传感器4对第二通孔221的密封不影响泄压孔21的泄压。

舱体22的外壁上于第二通孔221对应的位置开设有第二凹槽222，压差传感器4的端部位于第二凹槽222内，压差传感器4与第二凹槽222之间设置有第三密封圈7。第二凹槽222的设置，一方面对压差传感器4起到限位作用，另一方面，使得压差传感器4能够对第二通孔221的一端全面密封。当然，第二通孔221是开设在第二凹槽222的槽底的。

在本实施例中，参考压力舱2上设置有与泄压孔21连通的贯通孔24，泄压堵头3滑动设置于贯通孔24内，泄压堵头3的外周套设有第四密封圈8，第四密封圈8选择性地位于泄压孔21的两侧以实现密封和泄压。具体地，贯通孔24与参考压力舱2的内腔连通，当向参考压力舱2内推动泄压堵头3，使得第四密封圈8位于泄压孔21靠近参考压力舱2的一侧，此时实现泄压孔21的密封；当参考压力舱2内的压力大于外界压力，或者在外力的作用下驱使泄压堵头3向远离参考压力舱2的方向移动，至第四密封圈8位于泄压孔21远离参考压力舱2的一侧时，此时实现参考压力舱2的泄压。

参考压力舱2上设置有延伸部25，泄压孔21和贯通孔24均开设于延伸部25上。具体地，泄压孔21和贯通孔24呈T字形连通。延伸部25的设置，不仅为垂直设置的泄压孔21和贯通孔24提供空间，也为泄压堵头3的滑动行程提供空间，使得泄压堵头3的移动过程更稳定。

为了防止泄压堵头3滑动过移位，泄压堵头3的两端均设置有限位部31，限位部31为凸设于泄压堵头3上的凸起。在密封时，防止泄压堵头3完全进入泄压孔21内，在泄压时，防止泄压堵头3从泄压孔21内脱出。

当然，泄压堵头3还可以是任意弹性部件，以实现对泄压孔21的密封和泄压即可。

在本实施例中，压差传感器4采用单晶硅压差传感器，其量程为10-40kpa。耐压舱1上安装水密插头9，用于与数据采集系统连接。第一密封圈5、第二密封圈6、第三密封圈7和第四密封圈8均为O型圈。

通过参考压力舱2的设置，使得参考压力舱2内的初始压力与测量点处初始状态的压力相同，压差传感器4所测量的压力为海床面下沉的距离所产生的压差，压差传感器4的量程减小，可以精确测量压力的微小变化，进而反映海床面的微小沉降；由于泄压堵头3的设置，使得参考压力舱2不会因压力过载而损坏。通过海底相对压力变化实现海底沉降变化观测，由于海水压力与水深具有一致性，因此该海床面沉降观测装置具有可靠性及稳定性；由于压差传感器4具有很高的动态响应频率，利用该方法同样可以实现海底微小波动压力的观测，提高了测量精度。该装置进一步可应用于海床表面的波动压力观测，如海浪与潮汐引起的海床表面波压力变化。由于采用差压式测量方式，因此测量精确度将显著提升。

本发明实施例还提供一种海床面沉降测量方法，采用如上的海床面沉降观测装置进行测量，包括：

打开泄压堵头3，将海床面沉降观测装置沉到海底，此时参考压力舱2内的压力与外界相同均等于测量点处初始状态的压力。在实施观测前，将泄压堵头3向上拔出，即打开泄压堵头3，使海床面沉降观测装置在沉至海底的过程中始终与外界压力保持一致。

关闭泄压堵头3，以对参考压力舱2进行密封。在下降至海底后，通过机械动作将泄压堵头3按下并使参考压力舱2内的压力与外界隔绝，这种条件下，压差传感器4的一端接收的是参考压力舱2内的压力，另一端接收的是外界海底压力。其中，参考压力舱2内的压力不随海床面沉降观测装置的沉降而发生变化；而海底压力随海床面沉降观测装置的沉降发生变化，一直保持与外界压力相同。

当海床面下沉时，海床面沉降观测装置下沉，外界压力逐渐增大，但泄压堵头3保持较高的密封性，根据压差传感器4测得的压差即可得知海床面下沉的高度。当海床面沉降观测装置随观测架一起下沉时，参考压力舱2内的压力不变，外界压力大于参考压力舱2内的压力，使泄压堵头3保持更加稳定的密封性；而海床面沉降观测装置所受的外界压力发生改变，如此，则产生相对压差，通过压差与水密度之间的相关关系可计算得到海床面沉降观测装置的下降高度。

测量完成后，将海床面沉降观测装置逐渐拉出水面，随着外界压力逐渐减小，泄压堵头3在压差的作用下自动打开，以对参考压力舱2进行泄压。当海床面沉降观测装置被拉出水面的过程中，由于水深减小，参考压力舱2内的压力大于外界压力，此时参考压力舱2内的压力给泄压堵头3施加向外的推力，使泄压堵头3向外移动，直至第四密封圈8越过泄压孔21。这种设计能够避免压力传感器受过载压力而损坏。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种海床面沉降观测装置，其特征在于，包括：

耐压舱(1)，其一端与外界连通；

参考压力舱(2)，与所述耐压舱(1)的另一端连通，所述参考压力舱(2)上设置有泄压孔(21)；

泄压堵头(3)，设置于所述泄压孔(21)处，以对所述参考压力舱(2)进行密封和泄压；

压差传感器(4)，位于所述耐压舱(1)内，所述压差传感器(4)密封所述耐压舱(1)的两端，以检测所述参考压力舱(2)内部与外界的压差；

所述耐压舱(1)的一端开设有第一通孔(11)，所述第一通孔(11)与外界连通，所述压差传感器(4)的端部封堵于所述第一通孔(11)处；

所述参考压力舱(2)包括可拆卸连接的舱体(22)和舱盖(23)，所述舱体(22)与所述耐压舱(1)连接，所述泄压孔(21)开设于所述舱盖(23)上；

所述舱体(22)上开设有第二通孔(221)，所述第二通孔(221)与所述耐压舱(1)连通，所述压差传感器(4)的端部封堵于所述第二通孔(221)处。

2.根据权利要求1所述的海床面沉降观测装置，其特征在于，所述耐压舱(1)的另一端具有开口(12)，所述参考压力舱(2)设置于所述开口(12)处，所述参考压力舱(2)与所述耐压舱(1)之间设置有第一密封圈(5)。

3.根据权利要求1所述的海床面沉降观测装置，其特征在于，所述耐压舱(1)的内壁上与所述第一通孔(11)对应的位置开设有第一凹槽(13)，所述压差传感器(4)的端部位于所述第一凹槽(13)内，所述压差传感器(4)与所述第一凹槽(13)之间设置有第二密封圈(6)。

4.根据权利要求1所述的海床面沉降观测装置，其特征在于，所述舱体(22)的外壁上于所述第二通孔(221)对应的位置开设有第二凹槽(222)，所述压差传感器(4)的端部位于所述第二凹槽(222)内，所述压差传感器(4)与所述第二凹槽(222)之间设置有第三密封圈(7)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的海床面沉降观测装置，其特征在于，所述参考压力舱(2)上设置有与所述泄压孔(21)连通的贯通孔(24)，所述泄压堵头(3)滑动设置于所述贯通孔(24)内，所述泄压堵头(3)的外周套设有第四密封圈(8)，所述第四密封圈(8)选择性地位于所述泄压孔(21)的两侧以实现密封和泄压。

6.根据权利要求5所述的海床面沉降观测装置，其特征在于，所述参考压力舱(2)上设置有延伸部(25)，所述泄压孔(21)和所述贯通孔(24)均开设于所述延伸部(25)上。

7.一种海床面沉降测量方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的海床面沉降观测装置进行测量，包括：

打开泄压堵头(3)，将海床面沉降观测装置沉到海底，此时参考压力舱(2)内的压力与外界相同均等于测量点处初始状态的压力；

关闭泄压堵头(3)，以对参考压力舱(2)进行密封；

当海床面下沉时，海床面沉降观测装置下沉，外界压力逐渐增大，使得泄压堵头(3)保持较高的密封性，根据压差传感器(4)测得的压差即可得知海床面下沉的高度；

测量完成后，将海床面沉降观测装置逐渐拉出水面，随着外界压力逐渐减小，泄压堵头(3)在压差的作用下自动打开，以对参考压力舱(2)进行泄压。

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