CN114441535A - 一种水土界面识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水土界面识别方法及装置，其属于海洋勘探技术领域，水土界面识别方法包括：在触探组件的探头上连接光源发射器和光源采集器；当触探组件在海水中做自由落体运动时，光源发射器不断向海水中发射光信号，通过海水中的颗粒物反射，光源采集器能够接收到光信号；当探头贯入沉积物后，光源采集器和光源发射器两者中的至少一个贯入沉积物中，此时，光源采集器未接收到光信号；控制器根据光源采集器输出的数据，判断光源采集器和/或光源发射器到达水土界面。通过光源发射器和光源采集器的配合，能够精确识别水土界面，进而便于后续准确测量探杆的贯入深度。
Description
技术领域
本发明涉及海洋勘探技术领域，尤其涉及一种水土界面识别方法及装置。
背景技术
近年来，随着我国对油气资源勘探开发力度日益增强，海底工程建设不断增加。在海洋工程建设中，需对场地进行勘查。在常规海洋勘察过程中，比较常用的是原位测试技术，包括静力触探和动力触探，动力触探能够实现快速、准确、高效地测定沉积物参数，与传统的静力触探相比，动力触探技术具有结构轻便、操作方法简单及经济性好等优点。
动力触探方法，采用动力触探仪，依靠其在自由下落过程中获得的动能，以一定的初始速度接触海床表面，然后在阻力作用下，速度逐渐降低直至为0。在动力触探仪贯入土体的过程中，动力触探仪上安装的传感器可量测锥尖阻力和侧摩阻力。
对于强度高的硬土来说，可以通过锥尖阻力和侧摩阻力的骤升来识别水土界面，从阻力骤升开始到速度降低为0这段时间动力触探仪的位移即为贯入深度。但是对于极度松软的表层沉积物，当动力触探仪刚接触沉积物时，锥尖阻力与侧摩阻力变化不明显，由于测量锥尖阻力与侧摩阻力的传感器量程较大，无法在数据上精确显示出来，因此在贯入过程中无法精确识别水土界面，从而导致不能准确判断探杆入土时间，进而导致探杆的贯入深度测量不可靠。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水土界面识别方法及装置，以解决现有技术中存在的对于极度松软的表层沉积物，不能准确识别水土界面的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种水土界面识别方法，包括：
S1、在触探组件的探头上连接光源发射器和光源采集器；
S2、当触探组件在海水中做自由落体运动时，光源发射器不断向海水中发射光信号，通过海水中的颗粒物反射，光源采集器能够接收到光信号；
S3、当探头贯入沉积物后，光源采集器和光源发射器两者中的至少一个贯入沉积物中，此时，光源采集器未接收到光信号；控制器根据光源采集器输出的数据，判断光源采集器和/或光源发射器到达水土界面。
其中，还包括：
S4、随着贯入深度增加，触探组件在沉积物中静止；
S5、控制器根据触探参数和光源采集器输出的数据，通过计算获得贯入深度S。
其中，还包括：
在步骤S1中，获得光源发射器到探头的锥尖的轴向距离为L1和光源采集器到探头的锥尖的轴向距离为L2，取L1和L2两者中的较小者作为L；
在步骤S2中，在触探组件做自由落体运动开始时，记录时间为0；在触探组件做自由落体运动的过程中，获得触探组件的加速度随时间的变化量a(t)；
在步骤S3中，在光源采集器贯入沉积物的瞬间，记录时间为t1；
在步骤S4中，在触探组件静止的瞬间，记录时间为t2；
在步骤S5中，根据公式
计算贯入深度S。
其中，在步骤S3中，当光源采集器接收到的光信号急剧减小时，则判断为光源采集器和/或光源发射器贯入沉积物中。
其中，在步骤S4中，在触探组件的加速度等于0时，则判断为触探组件静止。
其中，在步骤S4中，当触探组件上的水压传感器测得的水压值保持不变时，则判断为触探组件静止。
其中，在步骤S3中，当探头贯入沉积物后，光源采集器先贯入沉积物，在光源采集器贯入沉积物的瞬间，光源发射器还在海水中。
一种水土界面识别装置，采用如上所述的水土界面识别方法识别水土界面。
本发明的有益效果：
本发明提出的水土界面识别方法，在触探组件的探头上连接光源发射器和光源采集器；当触探组件在海水中做自由落体运动时，光源发射器不断向海水中发射光信号，通过海水中的颗粒物反射，光源采集器能够接收到光信号；当探头贯入沉积物后，光源采集器和光源发射器两者中的至少一个贯入沉积物中，此时，光源采集器未接收到光信号；控制器根据光源采集器输出的数据，判断光源采集器和/或光源发射器到达水土界面。通过光源发射器和光源采集器的配合，能够精确识别水土界面，进而便于后续准确测量探杆的贯入深度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的水土界面识别装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的水土界面识别装置的剖视图一；
图3是本发明实施例提供的水土界面识别装置的剖视图二；
图4是本发明实施例提供的光源发射器的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的光源采集器的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的水土界面识别装置在海水中的示意图；
图7是本发明实施例提供的水土界面识别装置部分贯入沉积物的示意图；
图8是本发明实施例提供的水土界面识别装置静止时的示意图。
图中：
100、海水；200、沉积物；
11、探头；111、锥尖；
21、支撑部；211、第一安装孔；212、第二安装孔；22、光源发射器；221、第一基座；222、光发射组件；23、光源采集器；231、第二基座；232、光采集组件。
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8，本发明实施例提供一种水土界面识别装置，包括触探组件、识别组件和控制器，触探组件包括探头11和探杆，识别组件包括支撑部21、光源发射器22和光源采集器23，支撑部21设置于探头11与探杆之间，光源发射器22和光源采集器23设置于支撑部21的侧壁上；控制器与光源发射器22和光源采集器23电连接。
当触探组件在海水100中做自由落体运动时，光源发射器22不断向海水100中发射光信号，通过海水100中的颗粒物反射，光源采集器23能够接收到光信号；当探头11贯入沉积物200后，光源采集器23和光源发射器22两者中的至少一个贯入沉积物200中，此时，光源采集器23未接收到光信号；控制器根据光源采集器23输出的数据，判断光源采集器23和/或光源发射器22到达水土界面。通过光源发射器22和光源采集器23的配合，能够精确识别水土界面，进而便于后续准确测量探杆的贯入深度。
在本实施例中，支撑部21的一端与探头11螺纹连接，支撑部21的另一端与探杆螺纹连接，便于安装拆卸。
之所以设置支撑部21，而不是直接将光源发射器22和光源采集器23安装至探头11上，一方面为了维持现有的探头11结构，减少加工工序；另一方面为了保证探头11的密封性。
支撑部21包括一体成型的锥台部和圆柱部，锥台部的小端与探头11连接，光源发射器22和光源采集器23均设置于圆柱部的侧壁上。锥台部具有一定的导流作用，减小贯入阻力。
具体地，支撑部21与探头11的交界处，锥台部的小端的直径等于探头11的直径，使得支撑部21与探头11之间平滑过渡。
光源发射器22与光源采集器23的设置位置，影响其进入沉积物200的时间。当光源发射器22与光源采集器23沿探头11的轴向间隔设置时，光源发射器22与光源采集器23两者中，一个先进入沉积物200，另一个再进入沉积物200。
若光源发射器22位于光源采集器23的上方，则光源采集器23先进入沉积物200，此时，光源采集器23不能接收到光信号。若光源采集器23位于光源发射器22的上方，则光源发射器22先进入沉积物200，此时，光源采集器23不能接收到光信号。
当光源发射器22与光源采集器23绕支撑部21的周向间隔设置时，光源发射器22与光源采集器23两者同时进入沉积物200，此时，光源采集器23不能接收到光信号。
也就是说，不管光源发射器22与光源采集器23的设置位置如何，只要两者中有一个进入沉积物200，则光源采集器23不能接收到光信号。
支撑部21的侧壁上设置有第一安装孔211和第二安装孔212，光源发射器22位于第一安装孔211中，光源采集器23位移第二安装孔212中。
第一安装孔211的边缘向外扩形成喇叭口，便于光源发射器22发出的光信号向外扩散。第二安装孔212的边缘向外扩形成喇叭口，便于光源采集器23顺利接收光信号。
光源发射器22包括第一基座221和设置于第一基座221上的光发射组件222，第一基座221与第一安装孔211卡接或者螺纹连接，便于安装拆卸。光源采集器23包括第二基座231和设置于第二基座231上的光采集组件232，第二基座231与第二安装孔212卡接或者螺纹连接，便于安装拆卸。
其中，光发射组件222和光采集组件232均为现有结构。光发射组件222可以为LED灯。
触探组件的内部设置有锥尖阻力传感器、侧摩阻力传感器和孔隙水压力传感器，可以测量锥尖阻力、侧摩阻力与孔隙水压力。其中，探头11的内部结构与现有的探头11的内部结构相同，锥尖阻力传感器、侧摩阻力传感器和孔隙水压力传感器均设置在探头11内。
此外，触探组件上还设置有水压传感器，水压传感器一般设置在触探组件的顶部。随着触探组件在海水100中下降，水压值逐渐增大。当触探组件在沉积物200中静止时，水压值维持不变。
本发明实施例还提供一种水土界面识别方法，包括：
S1、在触探组件的探头11上连接光源发射器22和光源采集器23；
S2、当触探组件在海水100中做自由落体运动时，光源发射器22不断向海水100中发射光信号，通过海水100中的颗粒物反射，光源采集器23能够接收到光信号；
S3、当探头11贯入沉积物200后，光源采集器23和光源发射器22两者中的至少一个贯入沉积物200中，此时，光源采集器23未接收到光信号；控制器根据光源采集器23输出的数据，判断光源采集器23和/或光源发射器22到达水土界面。
水土界面识别装置采用水土界面识别方法识别水土界面，进而便于后续准确测量探杆的贯入深度。
水土界面识别方法，还包括：
S4、随着贯入深度增加，触探组件在沉积物200中静止；
S5、控制器根据触探参数和光源采集器23输出的数据，通过计算获得贯入深度S。
在步骤S1中，获得光源发射器22到探头11的锥尖111的轴向距离为L1和光源采集器23到探头11的锥尖111的轴向距离为L2，取L1和L2两者中的较小者作为L。
在步骤S2中，在触探组件做自由落体运动开始时，记录时间为0；在触探组件做自由落体运动的过程中，获得触探组件的加速度随时间的变化量a(t)。
在步骤S3中，在光源采集器23贯入沉积物200的瞬间，记录时间为t1。
在步骤S4中，在触探组件静止的瞬间，记录时间为t2。
在步骤S5中，根据公式
计算贯入深度S。
在步骤S3中，当光源采集器23接收到的光信号急剧减小时，则判断为光源采集器23和/或光源发射器22贯入沉积物200中。
在步骤S4中，在触探组件的加速度等于0时，则判断为触探组件静止。
在步骤S4中，当触探组件上的水压传感器测得的水压值保持不变时，则判断为触探组件静止。
在本实施例中，光源发射器22位于光源采集器23的上方。在步骤S3中，当探头11贯入沉积物200后，光源采集器23先贯入沉积物200，在光源采集器23贯入沉积物200的瞬间，光源发射器22还在海水100中。因此，光源发射器22到探头11的锥尖111的轴向距离为L1大于光源采集器23到探头11的锥尖111的轴向距离为L2，取L1和L2两者中的较小者作为L，则L＝L2。
综上，通过在触探组件上设置光源发射器22和光源采集器23，光源发射器22和光源采集器23配合，能够精确识别水土界面，进而便于后续准确测量探杆的贯入深度。
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 (8)
1.一种水土界面识别方法，其特征在于，包括：
S1、在触探组件的探头(11)上连接光源发射器(22)和光源采集器(23)；
S2、当触探组件在海水(100)中做自由落体运动时，光源发射器(22)不断向海水(100)中发射光信号，通过海水(100)中的颗粒物反射，光源采集器(23)能够接收到光信号；
S3、当探头(11)贯入沉积物(200)后，光源采集器(23)和光源发射器(22)两者中的至少一个贯入沉积物(200)中，此时，光源采集器(23)未接收到光信号；控制器根据光源采集器(23)输出的数据，判断光源采集器(23)和/或光源发射器(22)到达水土界面。
2.根据权利要求1所述的水土界面识别方法，其特征在于，还包括：
S4、随着贯入深度增加，触探组件在沉积物(200)中静止；
S5、控制器根据触探参数和光源采集器(23)输出的数据，通过计算获得贯入深度S。
3.根据权利要求2所述的水土界面识别方法，其特征在于，还包括：
在步骤S1中，获得光源发射器(22)到探头(11)的锥尖(111)的轴向距离为L1和光源采集器(23)到探头(11)的锥尖(111)的轴向距离为L2，取L1和L2两者中的较小者作为L；
在步骤S2中，在触探组件做自由落体运动开始时，记录时间为0；在触探组件做自由落体运动的过程中，获得触探组件的加速度随时间的变化量a(t)；
在步骤S3中，在光源采集器(23)贯入沉积物(200)的瞬间，记录时间为t1；
在步骤S4中，在触探组件静止的瞬间，记录时间为t2；
在步骤S5中，根据公式
计算贯入深度S。
4.根据权利要求3所述的水土界面识别方法，其特征在于，在步骤S3中，当光源采集器(23)接收到的光信号急剧减小时，则判断为光源采集器(23)和/或光源发射器(22)贯入沉积物(200)中。
5.根据权利要求3所述的水土界面识别方法，其特征在于，在步骤S4中，在触探组件的加速度等于0时，则判断为触探组件静止。
6.根据权利要求3所述的水土界面识别方法，其特征在于，在步骤S4中，当触探组件上的水压传感器测得的水压值保持不变时，则判断为触探组件静止。
7.根据权利要求1所述的水土界面识别方法，其特征在于，在步骤S3中，当探头(11)贯入沉积物(200)后，光源采集器(23)先贯入沉积物(200)，在光源采集器(23)贯入沉积物(200)的瞬间，光源发射器(22)还在海水(100)中。
8.一种水土界面识别装置，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的水土界面识别方法识别水土界面。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114441535B (zh) | 2024-04-12 |
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