CN110672716A - 拖动式海底声学参数测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拖动式海底声学参数测量系统，包括：主钢管(11)、右侧钢管(12)、左侧钢管(13)、钢圆饼(20)、钢轮(21)、实心钢球(30)、发射换能器探针(41)、接收换能器探针(42)、电路密封管(50)和电源密封管(51)。本发明能够在海上作业调查时使测量系统方便顺利地下放到海底，并保证三个换能器探针顺利插入海底沉积物中；同时能够保证在海底拖行过程中换能器探针一直在沉积物中，保证了设备获得数据的可靠性；还增强了系统在海底的稳定性，减少了在海底拖动的阻力，保证了测量数据的准确性，为实现高效测量海底底质声学参数提供了典范。

Description

拖动式海底声学参数测量系统
技术领域
本发明属于海洋测量技术领域，具体涉及一种拖动式海底声学参数测量系统。
背景技术
海底沉积物声学特性研究随着海洋科学、海洋地质学等学科的发展以及海洋工程和海洋开发的需要，越来越广泛的受到重视。
海底是海洋声场环境的下界面，海洋工程、海洋声学等研究需要掌握海底沉积物的声学特性信息。但是由于海底沉积物的多样性再加上复杂的海洋环境，各种研究成果都带有强烈的区域局限性，几乎没有一个海区的研究成果可以完全应用于另一个海区，因此对于海底声学参数的直接原位测量就具有特别重要意义。
目前国内外相关技术均采用站位式测量系统，这种站位式测量作业效率较低，单个站点数据不能涵盖复杂沉积环境下底质的声学特性信息。
因此，本发明采用海底连续拖动式作业方式，既可以提高作业效率，又能使测量数据“由点及线”，从而更全面的提供海底声场环境信息。
发明内容
针对现有技术存在的问题和/或不足，本发明的目的在于提供一种拖动式海底声学参数测量系统，主要用于海底沉积物的声学参数的原位测量，测量系统的特殊设计能够保证设备在海底复杂的环境下稳定工作，连续地测量海底沉积物的声学参数，克服了站点式测量效率低的不足，极大提高了工作效率。
本发明提供的技术方案如下：
一种拖动式海底声学参数测量系统，包括：主钢管(11)、右侧钢管(12)、左侧钢管(13)、钢圆饼(20)、钢轮(21)、实心钢球(30)、发射换能器探针(41)、接收换能器探针(42)、电路密封管(50)和电源密封管(51)；
其中，主钢管(11)、右侧钢管(12)、左侧钢管(13)在同一平面内构成支撑架；主钢管(11)上端的两侧对称设有钢圆饼(20)；钢圆饼(20)的外侧对称设有钢轮(21)；主钢管(11)、右侧钢管(12)、左侧钢管(13)下端的两侧水平方向上分别对称设有实心钢球(30)；主钢管(11)、右侧钢管(12)下端的垂直方向上分别设有接收换能器探针(42)，左侧钢管(13)下端的垂直方向上设有发射换能器探针(41)；主钢管(11)中下部的两侧分别设有电路密封管(50)、电源密封管(51)；发射换能器探针(41)与电路密封管(50)之间、接收换能器探针(42)与电路密封管(50)之间电连接，电路密封管(50)与电源密封管(51)之间电连接。
进一步的，
在上述任一技术方案中，右侧钢管(12)、左侧钢管(13)的上端对称连接在主钢管(11)的中上部，另一端方向朝下。
进一步的，
在上述任一技术方案中，主钢管(11)的长度是右侧钢管(12)的1.1～1.5倍，左侧钢管(13)与右侧钢管(12)等长。
进一步的，
在上述任一技术方案中，右侧钢管(12)与左侧钢管(13)之间的夹角是45°～120°；优选的，右侧钢管(12)与左侧钢管(13)之间的夹角是70°～90°。
进一步的，
在上述任一技术方案中，发射换能器探针(41)、接收换能器探针(42)在支撑架平面的同一侧。
进一步的，
在上述任一技术方案中，接收换能器探针(42)与主钢管(11)之间、接收换能器探针(42)与右侧钢管(12)之间、发射换能器探针(41)与左侧钢管(13)之间的夹角均为45°～120°；优选的，接收换能器探针(42)与主钢管(11)之间、接收换能器探针(42)与右侧钢管(12)之间、发射换能器探针(41)与左侧钢管(13)之间的夹角均为70°～80°。
进一步的，
在上述任一技术方案中，电路密封管(50)、电源密封管(51)分别包括管体和密封管盖。
进一步的，
在上述任一技术方案中，电路密封管(50)的密封管盖、电源密封管(51)的密封管盖外侧上分别设有水密插座；电路密封管(50)密封管盖内侧连接电路板，电路板密封在电路密封管(50)的管体内；电源密封管(51)密封管盖内侧连接电源系统，电源系统密封在电源密封管(51)的管体内。
进一步的，
在上述任一技术方案中，电路密封管(50)密封管盖内侧连接的电路板，包括：声系控制模块、数据采集处理存储模块和电压转换模块。
进一步的，
在上述任一技术方案中，电路密封管(50)通过其密封管盖外侧上的水密插座与发射换能器探针(41)、接收换能器探针(42)、电源密封管(51)密封管盖上的水密插座分别电连接；优选的，电路密封管(50)通过其密封管盖外侧上的水密插座外接工控机。
本发明能够在海上作业调查时使测量系统方便顺利地下放到海底，并保证三个换能器探针顺利插入海底沉积物中；同时能够保证在海底拖行过程中换能器探针一直在沉积物中，保证了设备获得数据的可靠性；还增强了系统在海底的稳定性，减少了在海底拖动的阻力，保证了测量数据的准确性，为实现高效测量海底底质声学参数提供了典范。
附图说明
图1是本发明拖动式海底声学参数测量系统的立体结构示意图；
图2是本发明拖动式海底声学参数测量系统的俯视结构示意图；
图3是本发明拖动式海底声学参数测量系统中右侧钢管的侧面结构示意图；
图4是本发明拖动式海底声学参数测量系统中主钢管的侧面结构示意图；
图5是是本发明拖动式海底声学参数测量系统中电路密封管和电源密封管的结构示意图：(a)电路密封管或电源密封管的管体，(b)密封管盖，(c)密封管盖连接的内部电路板，(d)密封管盖连接的内部电池组；
图中：11-主钢管，12-右侧钢管，13-左侧钢管，20-钢圆饼，21-钢轮，30-实心钢球，41-发射换能器探针，42-接收换能器探针，50-电路密封管，51-电源密封管。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
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。
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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1～5所示，本发明拖动式海底声学参数测量系统，包括：主钢管11、右侧钢管12、左侧钢管13、钢圆饼20、钢轮21、实心钢球30、发射换能器探针41、接收换能器探针42、电路密封管50和电源密封管51(见图1和图2)；
其中，
主钢管11、右侧钢管12、左侧钢管13在同一平面内构成支撑架，右侧钢管12、左侧钢管13与主钢管11可以通过焊接连接在一起，也可以是一体成型；
右侧钢管12、左侧钢管13的上端对称连接在主钢管11的中上部，另一端(下端)方向朝下，右侧钢管12与左侧钢管13之间的夹角是80°；
进一步的，主钢管11的长度是右侧钢管12的1.35倍，左侧钢管13与右侧钢管12等长，如：主钢管11长度为108cm，右侧钢管12、左侧钢管13长度均为80cm；此外，钢管的直径和壁厚可以根据需要进行调整，如：壁厚为0.6cm；
主钢管11上端的两侧对称设有钢圆饼20(可以采用螺钉、螺栓等紧固件进行固定)，钢圆饼20的尺寸和数量可以根据需要进行调整，如：直径为18cm，厚度为16cm；
钢圆饼20的外侧对称设有钢轮21(可以采用螺钉、螺栓等紧固件进行固定)，钢轮21的直径可以是钢圆饼20直径的1.5～2倍，如：直径为27cm，厚度为8cm；
主钢管11、右侧钢管12、左侧钢管13下端的两侧水平方向上(与支撑架平面重合或平行)分别对称设有实心钢球30(可以采用螺钉、螺栓等紧固件进行固定)，实心钢球30的尺寸和数量可以根据需要进行调整；
主钢管11、右侧钢管12下端的垂直方向上(与支撑架平面垂直)分别设有接收换能器探针42(焊接连接)，左侧钢管13下端的垂直方向上(与支撑架平面垂直)设有发射换能器探针41(焊接连接)，接收换能器探针42与主钢管11之间、接收换能器探针42与右侧钢管12之间、发射换能器探针41与左侧钢管13之间的夹角均为75°(见图3和图4)；进一步的，发射换能器探针41、接收换能器探针42在支撑架平面的同一侧；
主钢管11中下部的两侧分别设有电路密封管50、电源密封管51(采用紧固环固定)；发射换能器探针41、接收换能器探针42分别与电路密封管50之间电连接(可以采用水密电缆和水密接插件连接)；
电路密封管50、电源密封管51分别包括管体(一端密封、另一端开口的空心结构)和密封管盖(见图5的(a)、(b))，密封管盖与管体之间密封连接(如：挤压O型圈)，电路密封管50的密封管盖、电源密封管51的密封管盖外侧上分别设有水密插座，通过水密插座实现电路密封管50与电源密封管51之间电连接(采用水密电缆和水密接插件连接)；
电路密封管50密封管盖外侧上的水密插座，外接工控机时接收指令，海底工作时通过水密电缆分别与发射/接收换能器、电源密封管51密封管盖上的水密插座连接；
电路密封管50密封管盖内侧连接电路板(见图5的(c))，且电路板密封在电路密封管50的管体内：声系控制模块、数据采集处理存储模块、电压转换模块集成在发射接收和采集电路板上，可以通过螺钉固定在电路板压条上；其中，声系控制模块功能是控制声波激发的时间和强度，接收工控机下达的指令，并调制和上传接收的声波信号；数据采集处理存储模块的功能主要是对声系接收的声波信号进行放大、滤波和模数转换；电压转换模块分别提供声系模块所需的低压电和声波换能器所需的高压电；
电源密封管51密封管盖外侧上的水密插座，可通过充电线与外部电源连接进行充电，在海底工作时通过水密电缆与电路密封管50密封管盖上的水密插座连接；
电源密封管51密封管盖内侧连接电源系统(见图5的(d))，且电源系统密封在电源密封管51的管体内：锂电池组用螺钉固定在电池板上，通过电源密封管51密封管盖外侧上的水密插座，可以检测电池组的电量并为电池组充电，从而为电路系统和声波换能器供电；
本发明的有益效果，具体有以下几点：
(1)整套系统以支撑架为主体，支撑架由三根钢管构成，实心钢球、钢圆饼和钢轮分别固定在支撑架底端和顶端的左右两侧，可以使设备配重分布均匀，保证换能器探针顺利插入海底沉积物中，同时能够保证在海底拖行过程中换能器探针一直在沉积物中，保证了设备获得数据的可靠性，整套系统的结构设计是发明创造的结果，与以往设备的结构存在明显不同；
(2)采用钢轮机构固定在主钢管顶端两侧，发射换能器探针和接收换能器探针固定在三根钢管的底端，并与钢管呈75°夹角焊接；当设备放置海底时，通过拖动钢轮机构可以使设备在海底平稳移动，依靠设备配重使换能器探针贯入海底，三对钢球的对称分布始终确保换能器探针贯入至海底沉积物中，呈75°夹角斜向焊接能够使换能器探针在拖动中更容易插入沉积物，保证了设备的正常运行和测量数据的准确性；
(3)钢轮机构固定在主钢管顶端两侧，电路密封管和电源密封管分别固定在主钢管两侧，能够有效地减少海底沉积物对电路密封管、电源密封管的碰撞，整套系统仅有钢轮机构、配重钢球和换能器探针与海底沉积物接触，这种独特的结构设计既保证了系统在海底的稳定性，还保证了设备在移动中进行测量，确保系统测量数据的准确性，为实现高效海底声学参数原位测量提供了典范，属于创新性发明，可运用于其他的坐底式海洋测量设备中。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种拖动式海底声学参数测量系统，其特征在于，包括：主钢管(11)、右侧钢管(12)、左侧钢管(13)、钢圆饼(20)、钢轮(21)、实心钢球(30)、发射换能器探针(41)、接收换能器探针(42)、电路密封管(50)和电源密封管(51)；
其中，主钢管(11)、右侧钢管(12)、左侧钢管(13)在同一平面内构成支撑架；主钢管(11)上端的两侧对称设有钢圆饼(20)；钢圆饼(20)的外侧对称设有钢轮(21)；主钢管(11)、右侧钢管(12)、左侧钢管(13)下端的两侧水平方向上分别对称设有实心钢球(30)；主钢管(11)、右侧钢管(12)下端的垂直方向上分别设有接收换能器探针(42)，左侧钢管(13)下端的垂直方向上设有发射换能器探针(41)；主钢管(11)中下部的两侧分别设有电路密封管(50)、电源密封管(51)；发射换能器探针(41)与电路密封管(50)之间、接收换能器探针(42)与电路密封管(50)之间电连接，电路密封管(50)与电源密封管(51)之间电连接。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，右侧钢管(12)、左侧钢管(13)的上端对称连接在主钢管(11)的中上部，另一端方向朝下。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，主钢管(11)的长度是右侧钢管(12)的1.1～1.5倍，左侧钢管(13)与右侧钢管(12)等长。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，右侧钢管(12)与左侧钢管(13)之间的夹角是45°～120°；优选的，右侧钢管(12)与左侧钢管(13)之间的夹角是70°～90°。
5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，发射换能器探针(41)、接收换能器探针(42)在支撑架平面的同一侧。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的测量系统，其特征在于，接收换能器探针(42)与主钢管(11)之间、接收换能器探针(42)与右侧钢管(12)之间、发射换能器探针(41)与左侧钢管(13)之间的夹角均为45°～120°；优选的，接收换能器探针(42)与主钢管(11)之间、接收换能器探针(42)与右侧钢管(12)之间、发射换能器探针(41)与左侧钢管(13)之间的夹角均为70°～80°。
7.根据权利要求1～5任意一项所述的测量系统，其特征在于，电路密封管(50)、电源密封管(51)分别包括管体和密封管盖。
8.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，电路密封管(50)的密封管盖、电源密封管(51)的密封管盖外侧上分别设有水密插座；电路密封管(50)密封管盖内侧连接电路板，电路板密封在电路密封管(50)的管体内；电源密封管(51)密封管盖内侧连接电源系统，电源系统密封在电源密封管(51)的管体内。
9.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，电路密封管(50)密封管盖内侧连接的电路板，包括：声系控制模块、数据采集处理存储模块和电压转换模块。
10.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，电路密封管(50)通过其密封管盖外侧上的水密插座与发射换能器探针(41)、接收换能器探针(42)、电源密封管(51)密封管盖上的水密插座分别电连接；优选的，电路密封管(50)通过其密封管盖外侧上的水密插座外接工控机。
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