CN1975328A - 一种多频海底声学原位测试系统及方法 - Google Patents

一种多频海底声学原位测试系统及方法 Download PDF

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周建平
金肖兵
邓显明
张金辉
顾春华
高水土
何拥华
刘斌
李红星
杨灿军
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Abstract

本发明涉及一种监测设备，尤其是一种海洋工程勘查设备，本发明还涉及一种监测方法，尤其是一种声学原位测试的方法。本发明提供的多频海底声学原位测试系统及方法，为测量海底沉积物声学参数提供了一种准确、方便、快捷的测量设备和方法。该方法可以在不改变海底沉积物状态和周边环境的情况下得到海底沉积物的准确声学数据，是传统取样方法测量所无法比拟的，也是今后成积物声学测量的一个趋势。本系统和方法可应用于海底沉积物声速、声衰减高精度调查，海底界面反、散射特性研究，海底沉积物声学土工特性调查，天然气水合物和浅海含气层调查，多金属结核集矿机土工参数提取，海底沉积物声学特性与声传播研究。

Description

一种多频海底声学原位测试系统及方法
技术领域
本发明涉及一种监测设备，尤其是一种海洋工程勘查设备，本发明还涉及一种监测方法，尤其是一种声学原位测试的方法。
背景技术
海洋工程勘查是通过测量、测试、勘探、模拟、分析等手段为海洋工程建设提供必须的、可靠的海底地形、海底岩土和海洋环境特征等成果。海洋工程勘查主要包括海洋工程测量、海洋岩土勘查和海洋工程环境调查三个分专业。海洋工程测量包括海底地形测量、海底面状况侧扫和底床稳定性分析；海洋岩土勘查包括海底近表层沉积地层结构探测、海底岩土的工程(物理、力学)性质等；海洋工程环境调查包括物理、动力及防腐蚀环境的调查。当前在海洋勘探工作中，国际海洋界已经广泛地了对海底沉积物声速、声衰减高精度调查，海底界面反、散射特性等声学特性与声传播开展研究，获取了大量的声学原位测试资料，并在多个项目中得到应用。但目前国内外所使用的多数系统都只能进行单一频率声波传播特性研究，无法实现不同频率声波在海底界面上的传播特性，而且结构复杂。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种多频海底声学原位测试方法及其需要的硬件系统，以实现海洋工程原位勘查的目的。
为实现本发明的目的，本说明书提供了一种多频海底声学原位测试系统，包括甲板控制系统、甲板收放部分和长矛体部分，其中甲板控制系统通过信号线缆管理、监控长矛体部分上设备部件的运行，并收集长矛体部分上设备部件传回的数据，甲板收放部分控制通过收放线缆连接在甲板收放部分上的长矛体部分的运行位置。
长矛体部分包括测试平台、位于测试平台上的配重、位于测试平台中部的压力仓、通过水听器固定装置和隔声装置固定在测试平台上，并通过信号线接入压力仓的接收水听器、通过接插件连接压力仓的高度计和发射换能器。压力仓内包括姿态传感器、接收放大器、滤波器、A/D转换器、信号处理器、电源变换器，这些设备分别和甲板控制系统相连接。发射换能器有多个，分别包括低频发射换能器、中频发射换能器、高频发射换能器。
甲板控制系统包括数据传输解调器、数字信号处理器主控机、显示器、数据存储器、电源变换器，其中数据传输解调器、显示器、数据存储器及电源变换器均连接到数字信号处理器主控机，由其统一控制管理。
甲板收放部分包括收放架、绞车及其控制器，及安装于控制器上的释放器，其中控制器控制绞车运转，绞车卷动用于控制收放架起落的收放缆绳。
长矛体部分包括：所述的接收水听器可以同时安装有多个，最佳的安装数量为8个。
这种多频海底声学原位测试方法，编写成计算机程序安装于甲板控制系统中，通过控制长矛体部分实现，首先将多频海底声学原位测试系统中的整体硬件连接完毕；再给甲板收放部分供电；检测系统启动是否处于正常状态；如果不正常断电重新连接硬件；如果已经达到正常状态启动绞车通过收放架将长矛体部分移动到船舷位置；通过信号线将长矛体部分各信号装置初始化；控制甲板收放部分将长矛体部分坠入水中；将接收水听器和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统，显示并记录到数据存储器；控制甲板收放部分将长矛体部分沉入泥中；将接收水听器和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统，显示并记录到数据存储器；控制甲板收放部分将长矛体部分提回水中；将接收水听器和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统，显示并记录到数据存储器；复位甲板收放部分，回收长矛体部分；处理检测到的数据。
本发明方法及其同时提供的设备具有很好的稳定性和安全作业能力，静态反力200KN以上，抗风、抗浪，结构简单，装拆简便，运输方便，适用于水域原位的测试。
本发明的目的，特征及优点将结合实施例，参照附图作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明中长矛体部分的结构示意图；
图2是本发明方法的工作流程图；
图3是本发明的结构示意图；
图中：1为甲板控制系统；2为甲板收放部分；3为长矛体部分；101为信号线缆；201为收放线缆；301为测试平台；302为发射换能器；303为接收水听器；304为高度计；305为压力仓；306为配重；307为接插件。
具体实施方式
参照上图，提供下述实施例。通过实施例将有助于理解本发明，但不限制本发明的内容。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
实施例：这种多频海底声学原位测试系统，包括甲板控制系统1、甲板收放部分2和长矛体部分3，其中甲板控制系统1通过信号线缆101管理、监控长矛体部分3上设备部件的运行，并收集长矛体部分3上设备部件传回的数据，甲板收放部分2控制通过收放线缆201连接在甲板收放部分2上的长矛体部分3的运行位置。
长矛体部分3包括测试平台301、位于测试平台301上的配重306、位于测试平台301中部的压力仓305、通过水听器固定装置和隔声装置固定在测试平台301上，并通过信号线接入压力仓的8个接收水听器303、通过接插件307连接压力仓305的高度计304和发射换能器302。压力仓305内包括姿态传感器、接收放大器、滤波器、A/D转换器、信号处理器、电源变换器，这些设备分别和甲板控制系统1相连接。发射换能器302同时包括低频发射换能器、中频发射换能器、高频发射换能器。
甲板控制系统1包括数据传输解调器、数字信号处理器主控机、显示器、数据存储器、电源变换器，其中数据传输解调器、显示器、数据存储器及电源变换器均连接到数字信号处理器主控机，由其统一控制管理。
甲板收放部分2包括收放架、绞车及其控制器，及安装于控制器上的释放器，其中控制器控制绞车运转，绞车卷动用于控制收放架起落的收放缆绳。
这种多频海底声学原位测试方法，编写成计算机程序安装于甲板控制系统1中，通过控制长矛体部分3实现，首先将多频海底声学原位测试系统中的整体硬件连接完毕；再给甲板收放部分2供电；检测系统启动是否处于正常状态；如果不正常断电重新连接硬件；如果已经达到正常状态启动绞车通过收放架将长矛体部分3移动到船舷位置；通过信号线将长矛体部分3各信号装置初始化；控制甲板收放部分2将长矛体部分3坠入水中；将接收水听器303和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统1，显示并记录到数据存储器；控制甲板收放部分2将长矛体部分3沉入泥中；将接收水听器303和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统1，显示并记录到数据存储器；控制甲板收放部分2将长矛体部分3提回水中；将接收水听器303和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统1，显示并记录到数据存储器；复位甲板收放部分2，回收长矛体部分3；处理检测到的数据。
该多频海底声学原位测试系统及方法，为测量海底沉积物声学参数提供了一种准确、方便、快捷的测量设备和方法。该方法可以在不改变海底沉积物状态和周边环境的情况下得到海底沉积物的准确声学数据，是传统取样方法测量所无法比拟的，也是今后成积物声学测量的一个趋势。
该系统具有整体性能稳定、操作方便、环境适应力强、等优点。该系统在设计方法和思路上具有一定的前瞻性，充分考虑了当前和今后的需求，使系统地使用性和可扩展性都有一定的保障。在系统的设计中充分考虑到了海上实际作业的特点，使系统便于拆卸、固定和运输；部分硬件采用了通用板材，有利于设备的维护，主要模块部分采用了抗震、抗腐蚀等保护措施；系统的总体监控和供电采用同一电缆进行，使设备更加简化；系统的软件设计操作界面简洁明了，便于试验人员进行操作，人机交互能力较强，可以很好的为系统的运行提供监测和控制保障。

Claims (10)

1、一种多频海底声学原位测试系统，包括甲板控制系统(1)、甲板收放部分(2)和长矛体部分(3)，其特征是：所述的甲板控制系统(1)通过信号线缆(101)管理、监控长矛体部分(3)上设备部件的运行，并收集长矛体部分(3)上设备部件传回的数据，甲板收放部分(2)控制通过收放线缆(201)连接在甲板收放部分(2)上的长矛体部分(3)的运行位置；所述的长矛体部分(3)包括测试平台(301)、位于测试平台(301)上的配重(306)、位于测试平台(301)中部的压力仓(305)、通过水听器固定装置和隔声装置固定在测试平台(301)上，并通过信号线接入压力仓的接收水听器(303)、通过接插件连接压力仓(305)的高度计(304)和发射换能器(302)。
2、根据权利要求1所述的测试系统，其特征是：所述的压力仓(305)内包括姿态传感器、接收放大器、滤波器、A/D转换器、信号处理器、电源变换器，这些设备分别和甲板控制系统(1)相连接。
3、根据权利要求1所述的测试系统，其特征是：所述的甲板控制系统(1)包括数据传输解调器、数字信号处理器主控机、显示器、数据存储器、电源变换器，其中数据传输解调器、显示器、数据存储器及电源变换器均连接到数字信号处理器主控机，由其统一控制管理。
4、根据权利要求1所述的测试系统，其特征是：甲板收放部分包括：所述的甲板收放部分(2)包括收放架、绞车及其控制器，其中控制器控制绞车运转，绞车卷动用于控制收放架起落的缆绳。
5、根据权利要求1所述的测试系统，其特征是：甲板收放部分包括：所述的甲板收放部分还包括安装于控制器上的释放器。
6、根据权利要求1所述的测试系统，其特征是：长矛体部分包括：所述的接收水听器(303)，可以同时安装有多个。
7、根据权利要求1所述的测试系统，其特征是：长矛体部分包括：所述的接收水听器(303)，最佳安装个数为8个。
8、根据权利要求1所述的测试系统，其特征是：所述的发射换能器(302)有多个，可以是低频发射换能器，也可以是中频发射换能器，还可以是高频发射换能器。
9、根据权利要求1所述的测试系统，其特征是：甲板控制系统包括：数据传输解调器、数字信号处理器主控机、显示器、数据存储器、电源变换器，其中数据传输解调器、显示器、数据存储器及电源变换器均连接到数字信号处理器主控机，由其统一控制管理。
10、一种多频海底声学原位测试方法，编写成计算机程序安装于甲板控制系统(1)中，通过控制长矛体(3)实现，其特征是：该方法首先将多频海底声学原位测试系统中的整体硬件连接完毕；再给甲板收放部分(2)供电；检测系统启动是否处于正常状态；如果不正常断电重新连接硬件；如果已经达到正常状态启动绞车通过收放架将长矛体(3)移动到船舷位置；通过信号线将长矛体(3)各信号装置初始化；控制甲板收放部分(2)将长矛体(3)吊放入水中；将接收水听器(303)和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统(1)，显示并记录到数据存储器；控制甲板收放部分(2)将长矛体(3)沉入泥中；将接收水听器(303)和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统(1)，显示并记录到数据存储器；控制甲板收放部分(2)将长矛体(3)提回水中；将接收水听器(303)和姿态传感器接收到的信号传回甲板控制系统(1)，显示并记录到数据存储器；复位甲板收放部分(2)，回收长矛体(3)；处理检测到的数据。
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