CN205388474U - 一种深海海底浅层沉积物原位测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深海海底浅层沉积物原位测试装置。该装置包括：触探设备和释放设备；触探设备从下至上顺序设置的探头、探杆、配重和导流罩；探头的下端为锥尖，探头内设置有孔隙水压力传感器和阻力传感器；导流罩内设有密封舱，密封舱内设置有数据采集与存储系统和加速度传感器，加速度传感器与所述数据采集与存储系统电连接；所述孔隙水压力传感器和阻力传感器通过水密缆线与数据采集与存储系统电连接。实现了能够快速准确的获得不同深度的海底浅层原位土体性质的效果。

Description

一种深海海底浅层沉积物原位测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种海洋勘察设备领域，尤其涉及一种深海海底浅层沉积物原位测试装置。

背景技术

海底沉积物物理力学性质测试是海底电缆和输油管道设计、海底沉积物稳定性评价及海洋渔业资源评估必不可缺少的环节。

近年来，随着我国对油气资源勘探开发力度日益增强，海底浅表层沉积物力学性质测试需求量不断增加。在常规海洋勘察过程中，由于海底土体一般为高含水量、厚度大、饱和松散且容易扰动，常规的钻探取样与室内试验都难以真实的反应海底浅层土体的原位参数，大大降低了土体参数的工程应用价值。

实用新型内容

本实用新型提供一种深海海底浅层沉积物原位测试装置，以实现准确获得海底浅层土体的原位参数。

本实用新型实施例提供了一种深海海底浅层沉积物原位测试装置，该原位测试装置包括：

触探设备和与所述触探设备连接的用于释放所述触探设备的释放设备；

所述触探设备从下至上顺序设置的探头、探杆、配重和导流罩；所述探头的下端为锥尖，所述探头内设置有孔隙水压力传感器和阻力传感器；所述导流罩内设有密封舱，所述密封舱内设置有数据采集与存储系统和加速度传感器，所述加速度传感器与所述数据采集与存储系统电连接，用于采集所述触探设备贯入沉积物时的加速度并将其传输给数据采集与存储系统；所述孔隙水压力传感器和阻力传感器通过水密缆线与数据采集与存储系统电连接，用于采集所述触探设备贯入沉积物时的孔隙水压力和阻力的数据并将采集到的数据传输给所述数据采集与存储系统。

进一步的，所述导流罩采用3叶片形式，叶片之间呈120度夹角。

进一步的，所述密封舱内还设置有用于给所述触探设备供电的电池。

进一步的，所述密封舱顶部装有用于给所述电池充电以及启动所述数据采集与存储系统的第一插头、用于数据采集与存储系统与网络通信的第二插头和所述密封舱底部装有将所述水密缆线与数据采集与存储系统电连接的第三插头。

进一步的，所述第三插头为6芯水密插头。

进一步的，所述配重包括至少一个圆盘。

进一步的，所述圆盘中心有上下贯穿的圆孔，用于所述水密缆线穿过，圆盘的边缘设有上下贯穿的螺钉孔，所述螺钉孔插入螺钉，用于将相邻圆盘进行固定。

进一步的，所述加速传感器包括量程为4g的第一加速度传感器和量程为8g的第二加速度传感器。

进一步的，所述导流罩的上方设置有第一吊环和第二吊环，所述第一吊环和第二吊环与所述释放设备连接。

进一步的，所述释放设备包括：释放器，所述释放器上方设置有用于固定第一缆绳的第一缆绳固定环，所述第一缆绳用于将所述原位测试装置放置在海底，释放器的下方设置有用于固定挂钩的挂钩环和用于固定第二缆绳的第二缆绳固定环，所述挂钩与所述第一吊环连接，用于释放所述触探设备，所述第二缆绳与所述第二吊环连接，用于回收所述触探设备；

释放杆，所述释放杆的第一端与所述释放器连接，所述释放杆的第二端与所述释放配重通过触底绳连接，用于固定和释放挂钩。

本实用新型提供了一种深海海底浅层沉积物原位测试装置，该装置包括：触探设备和与所述触探设备连接的释放设备；所述触探设备从下至上顺序设置的探头、探杆、配重和导流罩；所述探头的下端为锥尖，所述探头内设置有孔隙水压力传感器和阻力传感器；所述导流罩内设有密封舱，所述密封舱内设置有数据采集与存储系统和加速度传感器，所述加速度传感器与所述数据采集与存储系统电连接，用于采集所述触探设备贯入沉积物时的加速度并将其传输给数据采集与存储系统；所述孔隙水压力传感器和阻力传感器通过水密缆线与数据采集与存储系统电连接，用于采集所述触探设备贯入沉积物时的孔隙水压力和阻力的数据并将采集到的数据传输给所述数据采集与存储系统。本实用新型的技术方案，解决了常规的钻探取样与室内试验都难以真实的反应海底浅层土体的原位参数的问题，达到了能够快速准确的获得不同深度的海底浅层土体的原位参数的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种深海海底浅层沉积物原位测试装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种深海海底浅层沉积物原位测试装置的密封舱的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种深海海底浅层沉积物原位测试装置的组成配重的圆盘的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种深海海底浅层沉积物原位测试装置的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种深海海底浅层沉积物原位测试装置的密封舱的内部结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的一种深海海底浅层沉积物原位测试装置的组成配重的圆盘的截面示意图；如图1和图2所示，该原位测试装置包括：

触探设备10和与触探设备10连接的用于释放触探设备10的释放设备20；

触探设备10从下至上顺序设置的探头11、探杆12、配重13和导流罩14；探头11的下端为锥尖111，探头11内设置有孔隙水压力传感器112和阻力传感器113；导流罩14内设有密封舱15，密封舱15内设置有数据采集与存储系统151和加速度传感器152，加速度传感器152与数据采集与存储系统151电连接，用于采集触探设备10贯入沉积物时的加速度并将其传输给数据采集与存储系统151；孔隙水压力传感器112和阻力传感器113通过水密缆线与数据采集与存储系统151电连接，用于采集触探设备10贯入沉积物时的孔隙水压力和阻力的数据并将采集到的数据传输给数据采集与存储系统151。所述阻力为锥尖阻力。

其中，所述触探设备10为自由下降式触探设备。依靠设备自身重量距海床一定高度自由下落后，将一根安装了若干传感器的圆锥形探头以一定速度贯入土体中，此过程中设备受沉积物阻力贯入速度不断减小，直至为0。通过采集的加速度和应力数据来反映土体性质变化特征。

探头11的下端为锥尖111，该锥尖111优选为60度；孔隙水压力传感器112优选压差传感器，其最大量程为100kpa，分辨率0.5％，具体的，压差传感器的工作原理：被测孔隙水压力直接作用于压差传感器的膜片上，使膜片产生与水压成正比的微位移，使压差传感器的电容值发生变化，并转换输出一个相对应压力的标准测量电信号，将该标准测量电信号传输给数据采集与存储系统151；阻力传感器113的量程优选为5kN，分辨率为0.5％，可以将触探设备10贯入沉积物时锥尖阻力转化成电信号传输给数据采集与存储系统151。

优选的，探杆12为中空结构，长度为1-7米。

其中，配重13包括至少一个圆盘，具体根据深海海底浅层沉积物的强度来判断放置圆盘的个数。配重13与探杆12通过螺丝螺母连接，便于拆卸。

优选的，如图3所示，所述圆盘中心有上下贯穿的圆孔，用于所述水密缆线穿过，圆盘的边缘设有上下贯穿的螺钉孔，所述螺钉孔插入螺钉，用于将相邻圆盘进行固定，优选的所述圆盘的直径为30cm，厚度为5cm，重量为12kg，圆盘的边缘均匀设置8个螺钉孔，所述螺钉孔插入螺钉使相邻圆盘更加牢固。

优选的，导流罩14采用3叶片形式，叶片之间呈120度夹角。用于保持触探设备10下降过程中的稳定性，使其能竖直向下运动。

优选的，密封舱15内径16cm、高40cm，最大耐压为15MPa，具体的，密封舱15内设置有数据采集与存储系统151和加速度传感器152，数据采集与存储系统151为自容性系统，可以智能地接收并存储孔隙水压力传感器112、阻力传感器113和加速度传感器152的产生的数据；其中，加速度传感器152包括量程为4g的第一加速度传感器153和量程为8g的第二加速度传感器154，对于触探设备10贯入沉积物的加速度小于等于4g时，第一加速度传感器和第二加速度传感器都可以使用，但量程为4g的第一加速度传感器153的精度比较小，更精确，此时应采用第一加速度传感器153产生的数据，对于触探设备10贯入沉积物的加速度大于4g且小于8g时，此时4g量程的第一加速度传感器153已经不能满足测量加速度的要求，应该选用量程为8g的第二加速度传感器154。

进一步的，密封舱15内还设置有用于给触探设备10供电的电池155；

进一步的，密封舱15顶部装有用于给电池155充电以及启动数据采集与存储系统151的第一插头156、用于数据采集与存储系统151与网络通信的第二插头157和密封舱15底部装有将水密缆线与数据采集与存储系统151电连接的第三插头158，其中，第三插头158优选6芯水密插头。

其中，在导流罩14的上方设置有第一吊环141和第二吊环142，第一吊环141和第二吊环142与释放设备20连接。

优选的，释放设备20包括：释放器21，释放器21上方设置有用于固定第一缆绳的第一缆绳固定环211，第一缆绳用于将触探设备10放置在海底，释放器21的下方设置有用于固定挂钩212的挂钩环213和用于固定第二缆绳的第二缆绳固定环214，挂钩212与第一吊环141连接，用于释放触探设备10，第二缆绳与第二吊环142连接，用于回收触探设备10；第二缆绳的长度为20m，在设备释放前，第二缆绳通过橡皮筋捆在一起，触探设备10释放时，只需很少的力，该缆绳即处于自由张开且不受力状态。

释放杆22，释放杆的第一端221与释放器21连接，释放杆的第一端222与释放配重23通过触底绳连接，用于固定和释放挂钩212。

参照图1、图2和图3，该深海海底浅层沉积物原位测试装置的具体测试的步骤如下：

步骤1、在深海海底浅层沉积物原位测试装置入水前，给密封舱15顶部的第一插头156外接充电器给电池155充电，待充电结束，拔下充电器。当勘测船到达预定勘察地点时，根据预估测试点沉积物强度来安装配重13的个数。然后将电源启动器与第一插头156连接，开启数据采集与存储系统151，拔下启动器插头，安装上第一插头密封件。用网线将第二插头157与电脑连接，使数据采集与存储系统151与电脑通讯，设置数据参数和文件保存地址，该数据包括加速度传感器152、孔隙水压力传感器112以及锥尖111阻力传感器113采集到的数据，然后拔下第二插头157上的网线，安装第二插头密封件。

将触探设备10的第一吊环141固定于释放器21的挂钩212上，这样在甲板上释放设备20和触探设备10就连接在一起。同时将一根长为20m的第二缆绳的两头分别固定于释放器21的第二缆绳固定环214和触探设备10的第二吊环142上。

步骤2、当深海海底浅层沉积物原位测试装置入水并自由贯入沉积物时，利用绞车将该原位测试装置吊入海中，在重力和第一缆绳拉力作用下触探设备10和释放设备20以1m/s的速度下降，当释放设备20的释放配重23到达海床表面时，释放器21的挂钩212自动张开，此时触探设备10呈现自由下降状态，在导流罩14的作用下触探设备10向下直接贯入到沉积物中，直至受沉积物的阻力而停止，在此过程中数据采集与存储系统151完整地记录了触探设备10贯入沉积物时的孔隙水压力、锥尖阻力和加速度的变化，待触探设备10贯入沉积物停止后，静止5分钟以进行孔压消散试验。

步骤3、将深海海底浅层沉积物原位测试装置回收：开动绞车将释放设备20和触探设备10收回至甲板。拔下第二插头密封件，用网线将第二插头157与电脑连接，使数据采集与存储系统151与电脑通讯，读取测试数据，然后拔下第二插头157上的网线，安装第二插头密封件。连接电源启动器至第一插头156，关闭数据采集与存储系统151。

本实用新型提供了一种深海海底浅层沉积物原位测试装置，该装置包括：触探设备和与所述触探设备连接的释放设备；所述触探设备从下至上顺序设置的探头、探杆、配重和导流罩；所述探头的下端为锥尖，所述探头内设置有孔隙水压力传感器和阻力传感器；所述导流罩内设有密封舱，所述密封舱内设置有数据采集与存储系统和加速度传感器，所述加速度传感器与所述数据采集与存储系统电连接，用于采集所述触探设备贯入沉积物时的加速度并将其传输给数据采集与存储系统；所述孔隙水压力传感器和阻力传感器通过水密缆线与数据采集与存储系统电连接，用于采集所述触探设备贯入沉积物时的孔隙水压力和阻力的数据并将采集到的数据传输给所述数据采集与存储系统。本实用新型实施例解决了常规的钻探取样与室内试验都难以真实的反应海底浅层土体的原位参数的问题，达到了能够快速准确的获得不同深度的海底浅层土体的原位参数的效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种深海海底浅层沉积物原位测试装置，其特征在于，包括：

触探设备和与所述触探设备连接的用于释放所述触探设备的释放设备；

所述触探设备从下至上顺序设置的探头、探杆、配重和导流罩；所述探头的下端为锥尖，所述探头内设置有孔隙水压力传感器和阻力传感器；所述导流罩内设有密封舱，所述密封舱内设置有数据采集与存储系统和加速度传感器，所述加速度传感器与所述数据采集与存储系统电连接，用于采集所述触探设备贯入沉积物时的加速度并将其传输给数据采集与存储系统；所述孔隙水压力传感器和阻力传感器通过水密缆线与数据采集与存储系统电连接，用于采集所述触探设备贯入沉积物时的孔隙水压力和阻力的数据并将采集到的数据传输给所述数据采集与存储系统。

2.根据权利要求1所述的原位测试装置，其特征在于，所述导流罩采用3叶片形式，叶片之间呈120度夹角。

3.根据权利要求1所述的原位测试装置，其特征在于，所述密封舱内还设置有用于给所述触探设备供电的电池。

4.根据权利要求3所述的原位测试装置，其特征在于，所述密封舱顶部装有用于给所述电池充电以及启动所述数据采集与存储系统的第一插头、用于数据采集与存储系统与网络通信的第二插头和所述密封舱底部装有将所述水密缆线与数据采集与存储系统电连接的第三插头。

5.根据权利要求4所述的原位测试装置，其特征在于，所述第三插头为6芯水密插头。

6.根据权利要求1所述的原位测试装置，其特征在于，所述配重包括至少一个圆盘。

7.根据权利要求6所述的原位测试装置，其特征在于，所述圆盘中心有上下贯穿的圆孔，用于所述水密缆线穿过，圆盘的边缘设有上下贯穿的螺钉孔，所述螺钉孔插入螺钉，用于将相邻圆盘进行固定。

8.根据权利要求1所述的原位测试装置，其特征在于，所述加速传感器包括量程为4g的第一加速度传感器和量程为8g的第二加速度传感器。

9.根据权利要求1所述的原位测试装置，其特征在于，所述导流罩的上方设置有第一吊环和第二吊环，所述第一吊环和第二吊环与所述释放设备连接。

10.根据权利要求9所述的原位测试装置，其特征在于，所述释放设备包括：

释放器，所述释放器上方设置有用于固定第一缆绳的第一缆绳固定环，所述第一缆绳用于将所述原位测试装置放置在海底，释放器的下方设置有用于固定挂钩的挂钩环和用于固定第二缆绳的第二缆绳固定环，所述挂钩与所述第一吊环连接，用于释放所述触探设备，所述第二缆绳与所述第二吊环连接，用于回收所述触探设备；

释放杆，所述释放杆的第一端与所述释放器连接，所述释放杆的第二端与所述释放配重通过触底绳连接，用于固定和释放挂钩。