CN113866268A - 一种海底底质声学垂直径向分层测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底底质声学垂直径向分层测量装置，涉及海底底质声学特性测量技术领域，其包括：底座、样品升降台、主机架，样品升降台设置在所述底座上；主机架设置在所述底座上，所述主机架上设有若干油囊调节架，所述油囊调节架具有沿所述主机架的高度方向活动的自由度，所述油囊调节架上设有油囊换能器，其中，所述样品升降台与若干所述油囊调节架配合夹持样品管。本发明可对不同直径的海底底质开展多频率的声速和声衰减系数径向分层测量工作。
Description
技术领域
本发明涉及海底底质声学特性测量技术领域，具体涉及一种海底底质声学垂直径向分层测量装置。
背景技术
海底表层沉积物是海底海水与海底沉积层的分界面，对水下声场空间结构和水声传播损耗有重要的影响。沉积物声学特性可以为船舰航行、声场分析、海洋工程活动提供重要参数，是现代海洋应用学和海洋声场研究的重要构成部分。另外，海底沉积物声学特性研究在海洋工程稳定性评价、海底资源勘探以及海洋环境监测等领域具有重要的应用价值和研究意义。
海底沉积物声学参数测量主要有以下三种，即取样测量、反射/折射剖面遥测以及原位测量。取样测量是在实验室或船舶甲板上测量沉积物的声学参数，一直是海底沉积物声学性质测量的主要方法，具有操作简单、方便快捷、节省人力物力等优势，是不可替代的。目前，实验室对海底底质声学特性测试一般采用收发分置技术，直接测量沉积物整段声波信号在沉积物中传播的时间，即将发射换能器和接收换能器分别置于水平沉积物两端，发射换能器激发的声波信号，声波信号在沉积物中传播后被另一端的接收换能器接收，再根据声波的走时和幅值计算声速和声衰减系数，
因此，如何能确保换能器与样品良好耦合，减少测量过程对沉积物的扰动和破坏，同时能够对柱状沉积物声学特性开展垂直径向分层测试，是现阶段海底沉积物声学特性测试面临的重大难题。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种海底底质声学垂直径向分层测量装置，本发明可对不同直径的海底底质开展多频率的声速和声衰减系数径向分层测量工作。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海底底质声学垂直径向分层测量装置，其包括：
底座；
样品升降台，其设置在所述底座上；以及，
主机架，其设置在所述底座上，所述主机架上设有若干油囊调节架，所述油囊调节架具有沿所述主机架的高度方向活动的自由度，所述油囊调节架上设有油囊换能器，其中，所述样品升降台与若干所述油囊调节架配合夹持样品管。
如上所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，进一步地，所述主机架包括：
伺服电机，其设置在所述主机架的上端；以及，
升降丝杠模组，其设置在所述主机架内，其中，所述伺服电机的输出轴与所述升降丝杠模组的输入动力端连接且所述升降丝杠模组的滑块与所述油囊调节架连接，在所述伺服电机的动力驱动下，所述升降丝杠模组具有沿所述主机架的高度方向活动的自由度。
如上所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，进一步地，所述样品升降台包括：
支撑台面，其用于支撑所述样品管；
丝杠传动件，其通过手轮转动可以使得所述支撑台面沿上下方向运动；以及，
连杆机构，其包括可折叠的连杆，两所述连杆交叉设置且能绕重叠点的轴心转动，交叉设置的所述连杆的上端与所述支撑台面连接，下端与所述底座连接，用于支撑所述支撑台面沿上下方向运动。
如上所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，进一步地，所述油囊调节架包括：
基板，所述基板与所述升降丝杠模组的滑块连接，所述基板设有水平方向的螺纹轴；以及，
对称设置的轴夹，两所述轴夹分别安装在所述螺纹轴的两段旋向不同的螺纹上，所述轴夹上安装有所述油囊换能器，通过一侧的手轮调节所述轴夹的夹持位置。
如上所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，进一步地，还包括调节固定圈，所述调节固定设置在所述支撑台面上，通过其设置的调节螺钉固定不同尺寸的样品管。
如上所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，进一步地，还包括样品托架，所述样品托架固定设置在所述主机架上部。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1.本发明采取垂直径向分层测量方式，可通过调整螺栓以适用不同直径的样品管测量工作，沉积物样品管垂直放置能够减少对沉积物原始结构的扰动和破坏，确保测试获取声学特性剖面能够真实反映沉积结构特征。
2.本发明采用的声波换能器为油囊换能器，油囊换能器能够解决平面换能器不能与样品管充分耦合的关键问题，提高了测量结果的精度和准确性。
3.本发明的换能器夹具为可调阵列式夹具，可以根据测试需求相应调整换能器组数，能够满足不同频率、不同尺寸的换能器，以便形成广谱性测量装置。
4.本发明的声学参数测试方式可以采用一发一收或一发多收制，操作使用方便，测量精度高，对于实验室沉积物测量方式来说是一大突破，具有较高的实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的海底底质声学垂直径向分层测量装置。
图2为本发明实施例的油囊调节架的结构示意图；
图3为本发明实施例的样品升降台的第一视角结构示意图；
图4为本发明实施例的样品升降台的第二视角结构示意图。
其中：1、伺服电机；2、主机架；3、底座；4、样品升降台；5、油囊换能器；6、样品管；7、油囊调节架；8、样品托架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅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。
实施例：
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，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。
参见图1，图1为本发明实施例的海底底质声学垂直径向分层测量装置。本发明提出了一种全新的海底沉积物柱状样品声学特性测试装置，该装置能够确保换能器与待测样品良好耦合，适应不同尺寸的沉积物样品，减少测量过程中对样品的扰动，并能满足较高的测量精度要求。
一种海底底质声学垂直径向分层测量装置，其包括：底座3、样品升降台4、主机架2，其中，底座3负责支撑整个测试装置及样品，保证测试过程的平稳。样品升降台4通过螺栓固定在底座3上，其上台面用于支撑样品管6；主机架2通过螺栓固定在底座3上，其是整个装置的骨架，负责支撑和连接其他功能部件。所述主机架2上设有若干油囊调节架7，所述油囊调节架7具有沿所述主机架2的高度方向活动的自由度，所述油囊调节架7上设有油囊换能器5，油囊换能器5紧贴样品管6，其中，所述样品升降台4与若干所述油囊调节架7配合夹持样品管6。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述主机架2包括：伺服电机1以及升降丝杠模组，其中，伺服电机1通过螺栓固定在所述主机架2的上端，其可以带动主机架2内的丝杆转动，从而调节油囊调节架7的高度位置；升降丝杠模组设置在所述主机架2内，所述伺服电机1的输出轴与所述升降丝杠模组的输入动力端连接且所述升降丝杠模组的滑块与所述油囊调节架7连接，在所述伺服电机1的动力驱动下，所述升降丝杠模组具有沿所述主机架2的高度方向活动的自由度。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述样品升降台4包括：支撑台面、丝杠传动件以及连杆机构，其中，支撑台面用于支撑所述样品管6；丝杠传动件通过手轮转动可以使得所述支撑台面沿上下方向运动，即通过手轮带动丝杆及连杆机构调节支撑台面高度；连杆机构包括可折叠的连杆，交叉设置的所述连杆的一端与所述支撑台面连接，另一端与所述底座3连接，用于支撑所述支撑台面沿上下方向运动。还包括调节固定圈，所述调节固定设置在所述支撑台面上，通过其设置的调节螺钉固定不同尺寸的样品管6。还包括样品托架8，所述样品托架8通过螺钉固定在所述主机架2上部。样品管6内盛有测试试样，其安放在样品升降台4上，下端由升降台上的调节螺钉锁紧，上端靠样品托架8支撑，防止倾覆。
作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述油囊调节架7包括：基板和对称设置的轴夹，其中，所述基板与所述升降丝杠模组的滑块连接，所述基板设有水平方向的螺纹轴，两所述轴夹分别安装在所述螺纹轴的两段旋向不同的螺纹上，所述轴夹上安装有所述油囊换能器5，通过一侧的手轮调节所述轴夹的夹持位置。
本发明使用过程如下：
步骤1.将采集沉积物的样品管垂直放在样品底座上，拧紧手拧螺栓使样品管固定，调整连接板上的手轮，使安装在连接板上的油囊换能器夹具靠近样品管直至油囊换能器紧贴样品管时停止转动手轮；
步骤2.安装油囊换能器模块。换能器采用一发一收或一发多收制，分别安装在连接板上的多个换能器阵列夹具上，用螺栓固定换能器。通过电机驱使丝杆滑块移动从而调节换能器的位置，使油囊换能器都接触到样品管壁且在同一直线上；
步骤3.油囊换能器阵列分别接入声波仪的输出和输入口，启动声波仪，开始采集信号；
步骤4.控制电动丝杆移动，调节油囊换能器位置，使换能器处于样品管的不同层位，测量不同层位的沉积物声学参数；
步骤5.更换换能器组，按上述四点步骤继续测量；
步骤6.更换样品管，尺寸范围在75～110mm之间，按照实施方式的前四点步骤再次测量；
步骤7.对比实验数据，包括在不同频率换能器组下，测量不同尺寸样品管沉积物声学特性的实验结果。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1.本发明采取垂直径向分层测量方式，可通过调整螺栓以适用不同直径的样品管测量工作，沉积物样品管垂直放置能够减少对沉积物原始结构的扰动和破坏，确保测试获取声学特性剖面能够真实反映沉积结构特征。
2.本发明采用的声波换能器为油囊换能器，油囊换能器能够解决平面换能器不能与样品管充分耦合的关键问题，提高了测量结果的精度和准确性。
3.本发明的换能器夹具为可调阵列式夹具，可以根据测试需求相应调整换能器组数，能够满足不同频率、不同尺寸的换能器，以便形成广谱性测量装置。
4.本发明的声学参数测试方式可以采用一发一收或一发多收制，操作使用方便，测量精度高，对于实验室沉积物测量方式来说是一大突破，具有较高的实用价值。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种海底底质声学垂直径向分层测量装置，其特征在于，包括：
底座；
样品升降台，其设置在所述底座上；以及，
主机架，其设置在所述底座上，所述主机架上设有若干油囊调节架，所述油囊调节架具有沿所述主机架的高度方向活动的自由度，所述油囊调节架上设有油囊换能器，其中，所述样品升降台与若干所述油囊调节架配合夹持样品管。
2.根据权利要求1所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，其特征在于，所述主机架包括：
伺服电机，其设置在所述主机架的上端；以及，
升降丝杠模组，其设置在所述主机架内，其中，所述伺服电机的输出轴与所述升降丝杠模组的输入动力端连接且所述升降丝杠模组的滑块与所述油囊调节架连接，在所述伺服电机的动力驱动下，所述升降丝杠模组具有沿所述主机架的高度方向活动的自由度。
3.根据权利要求1所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，其特征在于，所述样品升降台包括：
支撑台面，其用于支撑所述样品管；
丝杠传动件，其通过手轮转动可以使得所述支撑台面沿上下方向运动；以及，
连杆机构，其包括可折叠的连杆，两所述连杆交叉设置且能绕重叠点的轴心转动，交叉设置的所述连杆的上端与所述支撑台面连接，下端与所述底座连接，用于支撑所述支撑台面沿上下方向运动。
4.根据权利要求1所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，其特征在于，所述油囊调节架包括：
基板，所述基板与所述升降丝杠模组的滑块连接，所述基板设有水平方向的螺纹轴；以及，
对称设置的轴夹，两所述轴夹分别安装在所述螺纹轴的两段旋向不同的螺纹上，所述轴夹上安装有所述油囊换能器，通过一侧的手轮调节所述轴夹的夹持位置。
5.根据权利要求3所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，其特征在于，还包括调节固定圈，所述调节固定设置在所述支撑台面上，通过其设置的调节螺钉固定不同尺寸的样品管。
6.根据权利要求1所述的海底底质声学垂直径向分层测量装置，其特征在于，还包括样品托架，所述样品托架固定设置在所述主机架上部。
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