CN115586586B - 一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋工程地质、海底沉积物原位长期观测技术领域，具体涉及一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及贯入方法，立架内分别安装有压载式贯入机构、释放装置和海洋观测探杆；底座上分别设置有设备状态监控舱、锂电池舱、深海摄像机和摄像机控制舱，压载式贯入机构包括升降座和贯入齿条，升降座的中心开设有贯穿的探杆配合孔，升降座在探杆配合孔的两侧分别转动安装有两个贯入齿轮，并分别连接贯入电机，贯入齿条竖向固定在立架内并分别与贯入齿轮啮合；释放装置安装在升降座的周面，包括至少两个用于夹持海洋观测探杆的释放单元。本发明实现了匀速贯入、起拔动作、可靠度高，满足多种类型探杆同时布放。

Description

一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及方法

技术领域

本发明涉及海洋工程地质、海底沉积物原位长期观测技术领域，具体涉及一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及方法。

背景技术

中国专利申请CN110117951A公开了一种基于海洋观测探杆的海底静力贯入装置及贯入方法，包括探杆立架、外卡环以及底座。外卡环上安装有探杆定位装置和压帽式结构，底座包括上底板、下底板以及位于两者之间的分离板，上底板上安装有相互连接的电池仓、驱动器仓和电机，电机通过驱动绳连接压帽式结构，外卡环和底座之间对应夹紧固定有探杆。

上述申请中，虽然海底静力贯入装置上也设置了用于探杆脱离的外卡环和电磁释放装置，但是在实际装置海试过程中，发现在海况较差的现场条件下，较大海浪的冲击导致作业船只摇摆晃动，由于探杆和外卡环之间无刚性约束，导致探杆发生摇摆晃动。极端情况下，电磁释放装置因无法承受过量荷载会发生失效，引起外卡环意外脱离，导致探杆脱落。此外，仅靠外卡环和电磁释放装置控制探杆脱离，实际为先自由落体后匀速贯入的过程，导致输出数据十分不稳定。此外，该方法不具备探杆再回收功能，当一次布放不成功的情况下，难以实现快速回收，进行二次布放，极大影响现场工作效率。底座的上底板、下底板两层结构体积庞大、十分沉重，在实际装置海试过程中，发现底座在布放过程中出现过度沉降现象，以及对海底沉积物产生过度压实，改变了真实渗流场，影响了观测数据的质量；在回收过程中由于过度沉降和宽大下底板对海底沉积物的吸附力，导致装置回收需要极大的拉力，提高了对作业船只的要求，降低了安全系数。

显然，对于复杂、多变的海洋环境，上述申请公开的一种基于海洋观测探杆的海底静力贯入装置及贯入方法还存在缺陷，无法满足现有的实际应用需求，这是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及贯入方法，齿轮齿条贯入机构解决了释放阶段探杆自由落体运动的弊端，实现了探杆贯入全过程匀速贯入、起拔动作，提高了输出数据稳定性，可靠度高，受恶劣海况海浪冲击较小。

本发明是通过如下技术方案实现的：

提供一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，包括底座和固定在底座上的立架，立架内分别安装有压载式贯入机构、释放装置和海洋观测探杆；

底座上分别设置有设备状态监控舱、锂电池舱、深海摄像机和摄像机控制舱，设备状态监控舱内分别安装有姿态传感器、加速度传感器和水位压力传感器，设备状态监控舱顶端安装有水密接插件并通过水密供电线缆电连接锂电池舱，设备状态监控舱还预留有用于与船载光电复合缆连接的光电复合缆接口；锂电池舱内部为大容量可充电锂电池组；摄像机控制舱内置摄像机总控系统，总控系统包括ARM微控制器和大容量机械硬盘，总控系统通过ARM微控制器向深海摄像机发送总体控制命令，通过大容量机械硬盘存储观测视频图像；

压载式贯入机构包括升降座和贯入齿条，升降座的中心开设有贯穿的探杆配合孔，升降座在探杆配合孔的两侧分别转动安装有两个贯入齿轮，并分别连接贯入电机，贯入齿条竖向固定在立架内并分别与贯入齿轮啮合；

释放装置安装在升降座的周面，包括至少两个释放单元，每个释放单元包括固定座、感应锤、连接曲柄和弹簧片，固定座固定在升降座周面，固定座内设固定腔，并在固定腔的一侧面竖向开设有限位槽，感应锤的锤柄竖向滑动设置在固定腔内，且感应锤的锤柄中部设有位于限位槽内的限位凸起；连接曲柄通过设置在固定腔内的曲柄轴转动安装在固定腔内，连接曲柄的上部通过弹簧片与感应锤的锤柄抵接，连接曲柄的下部设有可用于锁死海洋观测探杆的勾型结构。

贯入装置内部为海洋观测探杆、压载式贯入机构和释放装置，贯入齿条用于为贯入齿轮提供移动轨道，通过与贯入齿轮的卡齿配合完成压载式贯入机构的上下移动，释放装置为机械式，通过感应锤与底座接触，底座推动感应锤的限位凸起沿限位孔向上运动，压迫连接曲柄上端弹簧片，使连接曲柄转动完成探杆的释放。机械释放装置无需电能供应，极限荷载大，克服了恶劣海况条件下导致释放装置失效的难题，可满足多种不同类型探杆同时布放的复杂工作任务。

进一步的，升降座的周面还连接有三个支撑杆，每个支撑杆的端部转动安装有贯入滑轮，三个贯入滑轮呈三角形分布，立架内分别对应三个贯入滑轮设置有与贯入滑轮相配的三个滑轮导轨。

贯入滑轮设置三个，通过支撑杆设置在升降座的外周，配合三个滑轮导轨形成三角形稳定结构，从而保证压载式贯入机构的贯入稳定性。

进一步的，贯入电机内置控制模块MCU、减速器、降压模块和散热器，贯入电机顶端安装有水密接插件，并通过水密供电线缆连接锂电池舱。

贯入电机内置控制模块MCU、减速器、降压模块、散热器等，贯入电机顶端安装有水密接插件，可以通过水密供电线缆连接锂电池舱，用于电机内部的电量供应。

进一步的，底座包括底板和固定在底板上方的四棱锥形框架结构，底板中心正对探杆配合孔开设有探杆贯穿口，并在探杆贯穿口安装有防沉降板，防沉降板中心开设有与海洋观测探杆外径相同的贯入孔；摄像机控制舱、锂电池舱和设备状态监控舱均安装在四棱锥形框架结构内部的底板上。

四棱锥形框架结构可对内部安装的各测量仪器起到保护作用，防沉降板为不锈钢板，中心有贯入孔，海洋观测探杆从贯入孔中穿过，贯入孔用于限定探杆的贯入姿态，保证探杆垂直稳定贯入，防止探杆由于设备整体出现晃动导致探杆贯入倾斜的问题。

进一步的，底板上安装有触底装置，底板在底面四角分别安装有四个支撑脚。

底座底部由4个支撑脚组成，支撑脚用于为贯入装置整体提供支撑功能，保持海底做底稳定性，防止由于贯入装置自身重量导致在海底过度沉降。触底装置用于检测底座是否触底，并在检测到触底后发送触底信号。

进一步的，深海摄像机的数据采集仪密封于摄像机控制舱内部，并通过RS232线缆与摄像机控制舱内部的总控系统双向数据通讯连接。

摄像机控制舱内部的总控系统和深海摄像机的数据采集仪之间施行双向数据通讯，一方面总控系统可以向深海摄像机的数据采集仪发送控制命令（设备唤醒、设备休眠、获取设备状态信息、重置设备参数等），另一方面总控系统可以接收各深海摄像机的数据采集仪采集到的视频数据信息和反馈的各深海摄像机的数据采集仪状态信息。

进一步的，深海摄像机包括上深海摄像机和下深海摄像机，上深海摄像机安装在立架上部，下深海摄像机安装在底座上，两深海摄像机控制舱均预留有用于与船载光电复合缆连接的光电复合缆接口。

各深海摄像机和各深海摄像机的数据采集仪与锂电池舱之间通过供电线缆连接，接受电量供应。此外，摄像机控制舱预留了光电复合缆接口，用于与船载光电复合缆连接，从而将海底拍摄画面实时传输至海面船只。

进一步的，立架是由立柱和圆环形成的立式环形框架，贯入齿条和滑轮导轨竖向安装在环形框架内部，立架的顶部在压载式贯入机构正上方通过连接杆固定有吊环。

立架立柱合圆环组成，立式环形框架一方面起到保护立架内部观测探杆的作用，另一方面起到承受上部吊环拉力，以及下部支撑脚和海床沉积物之间的吸附力的作用。

一种使用齿轮卡齿传动海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置的贯入方法，包括以下步骤：

步骤一、使用一分二数据通讯线缆一端分别连接摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱的水密接插件，另一端分别通过USB接口和电源接口连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机查看系统状态信息，调试各观测仪器工作状态，设置各观测仪器的工作参数和采集频率，设置压载式贯入机构的海底贯入时间、海底贯入速率和海底贯入深度；

步骤二、使用工作船的地质缆绳的挂钩与贯入装置的吊环连接，通过地质缆绳绞车起吊入水，在布放过程中，通过水面作业船的船载光电复合缆与水下贯入装置的摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱实现双向通讯，实时获取贯入装置的海底布放姿态、海底工作状态、实时观测数据等信息，辅助判断贯入装置水下状态，通过触底装置反馈的触底信号，判断设备是否完全坐底；

步骤三、贯入装置布放完成后，到达预定的压载式贯入机构的海底贯入时间，贯入电机工作带动贯入齿轮转动，携带海洋观测探杆的升降座沿贯入齿条向下运动并通过贯入滑轮导轨稳定姿态，在海洋观测探杆到达指定的贯入深度后，释放装置的感应锤与底座接触，底座推动感应锤的限位凸起沿限位孔向上运动，此时感应锤压迫连接曲柄上端，连接曲柄上端的弹簧片被压缩，使连接曲柄转动，连接曲柄下部的勾型结构与探杆脱离，完成探杆的释放，同时贯入电机停止工作完成海洋探杆的海底贯入；

步骤四、完成监测任务后，通过光电复合缆发送海洋观测探杆回收命令，贯入电机开始工作，带动贯入齿轮反向转动，压载式贯入机构沿贯入齿条向上运动，并通过贯入滑轮和滑轮导轨配合稳定姿态，压载式贯入机构对海洋观测探杆进行反向起拔将海洋观测探杆拔出海底，通过作业船缆绳回收贯入装置；

步骤五、贯入装置回收完成后，使用一分二数据通讯线缆一端分别连接摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱的水密接插件，另一端分别通过USB接口和电源接口连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机查看系统状态信息，调试各观测仪器工作状态，下载观测数据。

进一步的，在步骤三中，海洋观测探杆的贯入深度通过贯入齿轮的旋转卡齿数来判断，贯入齿轮的旋转卡齿数最终由贯入电机的旋转角度由控制模块MCU来判断。

本发明的有益效果：

一、创新齿轮卡齿贯入机构取代外卡环，齿轮卡齿贯入机构和贯入装置之间刚性约束，可靠度高，受恶劣海况海浪冲击较小，整体稳定性高，解决了释放阶段探杆自由落体运动的弊端，实现了探杆贯入全过程匀速贯入，提高了输出数据稳定性。

二、齿轮卡齿贯入机构设置于贯入齿条之间，可以根据现场布放情况调整探杆贯入深度，调整贯入速率，实现探杆的海底连续贯入、起拔动作，极大提升探杆布放质量，便于二次布放和维修，使用寿命长，效率高。

三、创新机械释放装置取代电磁释放装置，结构简单，无需电能供应，活动部件较少，极限荷载大，克服了恶劣海况条件下，海浪附加荷载过大导致释放装置失效的难题，能兼顾释放机构的可靠性及现场工作条件的适应性。

四、简化单层底座设计，降低了贯入装置的整体重量，易于拆卸和组装，底部设置支撑脚减少贯入装置与海底面的接触面积，减小了贯入装置回收过程中产生的吸附力，降低了贯入装置回收对作业船只起吊设备的要求，提高了安全系数，支撑脚底部的钢锥提高了贯入装置整体的海底稳定性。

五、贯入装置对海洋观测探杆外形尺寸无特殊要求，同一装置可用于贯入不同外形尺寸的探杆，适用范围广，降低了建造成本，提高了环境适应性，可满足多种不同类型探杆同时布放的复杂工作任务。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1的正视图。

图3为图1的左视图。

图4为图1的右视图。

图5为图1的后视图。

图6为图1的俯视图。

图7为图1的仰视图。

图8为本发明中压载式贯入机构总体结构图。

图9为图8的俯视图。

图10为本发明中释放装置的结构示意图。

图11为图10的剖面图。

图12为本发明整体海底布放顺序ABC。

图13为本发明整体海底回收顺序DEF。

图中所示：

1、贯入电机，2、吊环，3、立架，4、贯入齿轮，5、上深海摄像机，6、滑轮导轨，7、设备状态监控舱，8、底座，9、支撑脚，10、下深海摄像机，11、摄像机控制舱，12、锂电池舱，13、海洋观测探杆，14、贯入齿条，15、释放装置，16、压载式贯入机构，17、连接杆，18、触底装置，19、防沉降板，20、贯入滑轮，21、探杆配合孔，22、升降座，23、固定座，24、限位槽，25、限位凸起，26、曲柄轴，27、勾形结构，28、感应锤，29、连接曲柄，30、弹簧片，31、固定腔，32、支撑杆。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

一种齿轮卡齿传动海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，包括底座8和固定在底座8上的立架3，立架3内分别安装有压载式贯入机构16、释放装置15和海洋观测探杆13。

如图1所示，立架3是由立柱和圆环形成的立式环形框架，在本实施例中，立架3共由四根立柱和四个圆环固定形成，贯入齿条14和滑轮导轨6竖向安装在环形框架内部，立架3的顶部在压载式贯入机构16正上方通过连接杆固定有吊环2，安装有吊环2，用于与起吊设备连接。

底座8上分别设置有设备状态监控舱7、锂电池舱12、深海摄像机和摄像机控制舱11，设备状态监控舱7内分别安装有姿态传感器、加速度传感器和水位压力传感器，设备状态监控舱7顶端安装有水密接插件并通过水密供电线缆电连接锂电池舱12，设备状态监控舱7还预留有用于与船载光电复合缆连接的光电复合缆接口；锂电池舱12内部为大容量可充电锂电池组；摄像机控制舱11内置摄像机总控系统，总控系统包括ARM微控制器和大容量机械硬盘，总控系统通过ARM微控制器向深海摄像机发送总体控制命令，通过大容量机械硬盘存储观测视频图像。

设备状态监控舱7包括姿态传感器、加速度传感器、高精度水位压力传感器，分别用于监测设备布放回收和坐底观测期间的海底姿态倾斜角度变化、三维运动加速度变化、设备坐底沉降量变化等参数。设备状态监控舱7内部的各传感器的数据采集仪同样密封于设备状态监控舱7内部，设备状态监控舱7顶端安装有水密接插件，可以通过水密供电线缆连接锂电池舱12，用于设备状态监控舱7内部的电量供应。此外，设备状态监控舱7预留了光电复合缆接口，用于与船载光电复合缆连接，从而将设备状态数据实时传输至海面船只。锂电池舱12内部为大容量可充电锂电池组，用于为可用电设备提供电量供应。摄像机控制舱11内置摄像机总控系统，总控系统主体部分为ARM微控制器和大容量机械硬盘，总控系统通过ARM微控制器向各摄像机发送总体控制命令，通过大容量机械硬盘存储观测视频图像。

如图8所示，压载式贯入机构16包括升降座22和贯入齿条14，升降座22的中心开设有贯穿的探杆配合孔21，升降座22在探杆配合孔21的两侧分别转动安装有两个贯入齿轮4，并分别连接贯入电机1，贯入齿条14竖向固定在立架3内并分别与贯入齿轮4啮合。为了提升稳定性，升降座22的周面还连接有三个支撑杆32，每个支撑杆32的端部转动安装有贯入滑轮20，三个贯入滑轮20呈三角形分布，立架3内分别对应三个贯入滑轮20设置有与贯入滑轮20相配的三个滑轮导轨6。滑轮导轨6整体为不锈钢细长圆柱形立柱，通过与压载式贯入机构16的贯入滑轮20配合完成压载式贯入机构17的上下移动。

如图10和图11所示，释放装置15安装在升降座22的周面，包括至少两个释放单元，如图6所示，在本实施例中，共设置有三个释放单元，每个释放单元包括固定座23、感应锤28、连接曲柄29和弹簧片30，固定座23固定在升降座22周面，固定座23内设固定腔31，并在固定腔31的一侧面竖向开设有限位槽24，感应锤28的锤柄竖向滑动设置在固定腔31内，且感应锤28的锤柄中部设有位于限位槽24内的限位凸起25；连接曲柄29通过设置在固定腔31内的曲柄轴26转动安装在固定腔31内，连接曲柄29的上部通过弹簧片30与感应锤28的锤柄抵接，连接曲柄29的下部设有可用于锁死海洋观测探杆13的勾型结构27。

释放装置15为完全机械结构设计，感应锤28中部有限位凸起25，限位凸起25位于限位槽24内，限制感应锤28仅可做上下运动。连接曲柄29通过曲柄轴26连接，限制连接曲柄仅可在一定角度内转动，连接曲柄29上部安装有弹簧片30，弹簧片30限制连接曲柄活动，连接曲柄29下部的勾型结构27用于锁死探杆。当贯入装置开始贯入时，释放装置15与压载式贯入机构16同步向下移动，达到预定贯入深度时，释放装置15的感应锤28与底座8接触，底座8推动感应锤28的限位凸起25沿限位槽24向上运动，此时感应锤28压迫连接曲柄29上端，连接曲柄29上端的弹簧片30被压缩，使连接曲柄29转动，连接曲柄29下部的勾型结构27与探杆脱离，完成探杆的释放。

贯入电机1内置控制模块MCU、减速器、降压模块和散热器，贯入电机顶端安装有水密接插件，并通过水密供电线缆连接锂电池舱12。

如图6所示，底座8包括底板和固定在底板上方的四棱锥形框架结构，底板中心正对探杆配合孔开设有探杆贯穿口，并在探杆贯穿口安装有防沉降板19，防沉降板19中心开设有与海洋观测探杆13外径相同的贯入孔；摄像机控制舱11、锂电池舱12和设备状态监控舱7均通过POM夹具夹持固定，POM夹具与四棱锥形框架结构之间通过紧固螺丝安装在四棱锥形框架结构内部的底板上。底板上安装有触底装置18，触底装置18为传感器结构，可感知底座8与海底的距离，并在触底后发送触底信号给总控系统，底板在底面四角分别安装有四个支撑脚9。

深海摄像机的数据采集仪密封于摄像机控制舱11内部，并通过RS232线缆与摄像机控制舱11内部的总控系统双向数据通讯连接。深海摄像机包括上深海摄像机5和下深海摄像机10，上深海摄像机5安装在立架3上部，下深海摄像机10安装在底座8上，两深海摄像机控制舱均预留有用于与船载光电复合缆连接的光电复合缆接口。摄像机控制舱11预留了光电复合缆接口，用于与船载光电复合缆连接，从而将海底拍摄画面实时传输至海面船只。

如图12和图13所示，一种使用齿轮卡齿传动海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置的贯入方法，具体包括以下步骤：

步骤一、贯入装置布放之前首先在甲板组装设备，使用一分二数据通讯线缆一端分别连接摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱的水密接插件，另一端分别通过USB接口和电源接口连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机查看系统状态信息，调试各观测仪器工作状态，设置各观测仪器的工作参数和采集频率，设置压载式贯入机构的海底贯入时间、海底贯入速率、海底贯入深度。设置完成之后，系统开始工作，贯入装置可以下水。

步骤二、贯入装置的深海布放可以通过工作船的地质缆绳来完成。贯入装置的吊环连接工作船的地质缆绳的挂钩，连接完成后通过地质缆绳绞车起吊入水；贯入装置起吊入水之后下放地质缆绳，直至贯入装置抵达海底，通过观测地质缆绳的张力变化判断设备是否完全坐底。此外，贯入装置也可以通过工作船的光电复合缆来完成。在布放过程中，可以通过水面作业船的船载光电复合缆与水下贯入装置的摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱实现双向通讯，实时获取贯入装置的海底布放姿态、海底工作状态、实时观测数据等信息，辅助判断贯入装置水下状态；贯入装置起吊入水之后下放光电复合缆绳，直至贯入装置抵达海底，通过观测设备状态监控舱的触底装置反馈的触底信号，判断设备是否完全坐底。

步骤三、贯入装置布放完成之后，到达预定的压载式贯入机构的海底贯入时间，此时贯入电机开始工作，带动贯入齿轮转动，此时压载式贯入机构沿贯入齿条上的卡齿向下运动，释放装置与压载式贯入机构同步向下移动，压载式贯入机构的贯入姿态通过滑轮导轨来稳定，当海洋观测探杆到达指定的贯入深度后，即压载式贯入机构到达指定的位置后，释放装置的感应锤与底座接触，底座推动感应锤的限位凸起沿限位孔向上运动，此时感应锤压迫连接曲柄上端，连接曲柄上端的弹簧片被压缩，使连接曲柄转动，连接曲柄下部的勾型结构与探杆脱离，完成探杆的释放。此时贯入电机停止工作，此时压载式贯入机构停止贯入动作，此时探杆的海底贯入完成。探杆的贯入深度通过贯入齿轮的旋转卡齿数来判断，贯入齿轮的旋转卡齿数最终由贯入电机的旋转角度由控制模块MCU来判断。

若探杆未能到达指定贯入深度时，可以通过光电复合缆获取贯入电机的电流变化和齿轮卡齿数，判断探杆的贯入状态，并发送探杆回收命令，此时贯入电机开始工作，带动贯入齿轮反向转动，此时压载式贯入机构沿贯入齿条上的卡齿向上运动，压载式贯入机构的贯入姿态通过滑轮导轨来稳定，当探杆到达指定的高度后，贯入电机停止工作，此时压载式贯入机构停止起拔动作，探杆的起拔高度通过贯入齿轮的旋转卡齿数来判断，贯入齿轮的旋转卡齿数最终由贯入电机的旋转角度由控制模块MCU来判断，此时探杆的海底回收完成。通过作业船缆绳回收贯入装置，择机再次布放。

步骤四、贯入装置回收完成后，使用一分二数据通讯线缆一端分别连接摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱的水密接插件，另一端分别通过USB接口和电源接口连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机查看系统状态信息，调试各观测仪器工作状态，下载观测数据。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，其特征在于：包括底座和固定在底座上的立架，立架内分别安装有压载式贯入机构、释放装置和海洋观测探杆；

底座上分别设置有设备状态监控舱、锂电池舱、深海摄像机和摄像机控制舱，设备状态监控舱内分别安装有姿态传感器、加速度传感器和水位压力传感器，设备状态监控舱顶端安装有水密接插件并通过水密供电线缆电连接锂电池舱，设备状态监控舱还预留有用于与船载光电复合缆连接的光电复合缆接口；锂电池舱内部为大容量可充电锂电池组；摄像机控制舱内置摄像机总控系统，总控系统包括ARM微控制器和大容量机械硬盘，总控系统通过ARM微控制器向深海摄像机发送总体控制命令，通过大容量机械硬盘存储观测视频图像；

压载式贯入机构包括升降座和贯入齿条，升降座的中心开设有贯穿的探杆配合孔，升降座在探杆配合孔的两侧分别转动安装有两个贯入齿轮，并分别连接贯入电机，贯入齿条竖向固定在立架内并分别与贯入齿轮啮合；

释放装置安装在升降座的周面，包括至少两个释放单元，每个释放单元包括固定座、感应锤、连接曲柄和弹簧片，固定座固定在升降座周面，固定座内设固定腔，并在固定腔的一侧面竖向开设有限位槽，感应锤的锤柄竖向滑动设置在固定腔内，且感应锤的锤柄中部设有位于限位槽内的限位凸起；连接曲柄通过设置在固定腔内的曲柄轴转动安装在固定腔内，连接曲柄的上部通过弹簧片与感应锤的锤柄抵接，连接曲柄的下部设有可用于锁死海洋观测探杆的勾型结构。

2.根据权利要求1所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，其特征在于：升降座的周面还连接有三个支撑杆，每个支撑杆的端部转动安装有贯入滑轮，三个贯入滑轮呈三角形分布，立架内分别对应三个贯入滑轮设置有与贯入滑轮相配的三个滑轮导轨。

3.根据权利要求1所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，其特征在于：贯入电机内置控制模块MCU、减速器、降压模块和散热器，贯入电机顶端安装有水密接插件，并通过水密供电线缆连接锂电池舱。

4.根据权利要求1所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，其特征在于：底座包括底板和固定在底板上方的四棱锥形框架结构，底板中心正对探杆配合孔开设有探杆贯穿口，并在探杆贯穿口安装有防沉降板，防沉降板中心开设有与海洋观测探杆外径相同的贯入孔；摄像机控制舱、锂电池舱和设备状态监控舱均安装在四棱锥形框架结构内部的底板上。

5.根据权利要求4所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，其特征在于：底板上安装有触底装置，底板在底面四角分别安装有四个支撑脚。

6.根据权利要求1所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，其特征在于：深海摄像机的数据采集仪密封于摄像机控制舱内部，并通过RS232线缆与摄像机控制舱内部的总控系统双向数据通讯连接。

7.根据权利要求1所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，其特征在于：深海摄像机包括上深海摄像机和下深海摄像机，上深海摄像机安装在立架上部，下深海摄像机安装在底座上，两深海摄像机控制舱均预留有用于与船载光电复合缆连接的光电复合缆接口。

8.根据权利要求1所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，其特征在于：立架是由立柱和圆环形成的立式环形框架，贯入齿条和滑轮导轨竖向安装在环形框架内部，立架的顶部在压载式贯入机构正上方通过连接杆固定有吊环。

9.一种使用权利要求1所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置的贯入方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、使用一分二数据通讯线缆一端分别连接摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱的水密接插件，另一端分别通过USB接口和电源接口连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机查看系统状态信息，调试各观测仪器工作状态，设置各观测仪器的工作参数和采集频率，设置压载式贯入机构的海底贯入时间、海底贯入速率和海底贯入深度；

步骤二、使用工作船的地质缆绳的挂钩与贯入装置的吊环连接，通过地质缆绳绞车起吊入水，在布放过程中，通过水面作业船的船载光电复合缆与水下贯入装置的摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱实现双向通讯，实时获取贯入装置的海底布放姿态、海底工作状态、实时观测数据信息，辅助判断贯入装置水下状态，通过触底装置反馈的触底信号，判断设备是否完全坐底；

步骤三、贯入装置布放完成后，到达预定的压载式贯入机构的海底贯入时间，贯入电机工作带动贯入齿轮转动，携带海洋观测探杆的升降座沿贯入齿条向下运动并通过贯入滑轮导轨稳定姿态，在海洋观测探杆到达指定的贯入深度后，释放装置的感应锤与底座接触，底座推动感应锤的限位凸起沿限位孔向上运动，此时感应锤压迫连接曲柄上端，连接曲柄上端的弹簧片被压缩，使连接曲柄转动，连接曲柄下部的勾型结构与探杆脱离，完成探杆的释放，同时贯入电机停止工作完成海洋探杆的海底贯入；

步骤四、完成监测任务后，通过光电复合缆发送海洋观测探杆回收命令，贯入电机开始工作，带动贯入齿轮反向转动，压载式贯入机构沿贯入齿条向上运动，并通过贯入滑轮和滑轮导轨配合稳定姿态，压载式贯入机构对海洋观测探杆进行反向起拔将海洋观测探杆拔出海底，通过作业船缆绳回收贯入装置；

步骤五、贯入装置回收完成后，使用一分二数据通讯线缆一端分别连接摄像机控制舱、锂电池舱、设备状态监控舱的水密接插件，另一端分别通过USB接口和电源接口连接外部电脑上位机和外部电源，通过外部电脑上位机查看系统状态信息，调试各观测仪器工作状态，下载观测数据。

10.根据权利要求9所述的海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置的贯入方法，其特征在于：在步骤三中，海洋观测探杆的贯入深度通过贯入齿轮的旋转卡齿数来判断，贯入齿轮的旋转卡齿数最终根据贯入电机的旋转角度由控制模块MCU来判断。

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