CN205785207U - 一种新型测量海底采样位置深度装置 - Google Patents

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罗忠辉
杜灿谊
张广潮
白谕幸
刘涵章
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Abstract

一种新型测量海底采样位置深度装置。采用单片机控制单元(2)为核心，发出控制信号，控制驱动放大电路(6)产生脉冲波，经放大的脉冲信号驱动超声传感器(1)向海平面发射超声波，超声波达到海平面后反射回来，被超声传感器(1)接收。单片机记录传感器(1)发射超声波到接收超声波的时间间隔，通过计算，获得采样站位点的海水深度。超声传感器(1)是发射与接收为一体的结构，体积小，便于海底安装与密封。用温度传感器(4)检测海水温度，以补偿海水温度对声速的影响。这种测量海水深度的方法，比传统通过计量连接采样器绳索长度的方法，结果更准确。

Description

一种新型测量海底采样位置深度装置
1、技术领域：
本实用新型涉及单片机嵌入式自动测试技术领域，尤其是涉及海洋调查测量技术领域。
2、背景技术：
海洋经济和海洋军事发展在当今具有举足轻重的战略意义，很多国家已经开始加快研究和发展步伐，以便在海洋资源竞争中占得先机。海底沉积物的声学特性(主要指声速和声衰减系数)研究对于军事海洋环境调查、海洋工程勘察、海底资源勘探开发以及海底环境监测等领域具有重要的应用价值。比如：浅海声场分析研究和声呐作用距离计算、海底浅层工程地质勘探和海底石油平台工程基地建设等，需要提供海底沉积物声学性质数据，因此，对海底沉积物的声学特性研究是海洋经济和海洋军事发展等领域不可或缺的研究内容。
沉积物声学特性实验室测量是目前研究海底特性的主要方法之一，也就是在实验室中对在海底采集的沉积物柱状样品进行测量，具有仪器设备简单、操作方便等特点。对海底采样与分析，必须准确测量海底采样点的海水深度，因为水深是采样站位点的一个重要指标。传统的方法是用释放绳索的办法来测量水深，这种方法的测量结果不准确。因为海洋中存在洋流速度V，随着采样器释放的绳索在海洋中并不是处于垂直状态，而是顺着洋流的方向，往往是处于一种倾斜的状态，显然用倾斜线代替垂直线是存在较大的误差，如图1所示，倾斜线绳索为L，垂直线为海水深h.
3、发明内容：
本实用新型的目的在于提供一种能准确测量海底采样点水深的测量装置，其组成如图2所示，由超声传感器(1)、单片机控制单元(2)、数据采集模块(3)、温度传感器(4)、锂电池电源(5)、驱动放大电路(6)组成，其中锂电池电源(5)分别与驱动放大电路(6)、单片机控制单元(2)、数据采集模块(3)连接，超声传感器(1)、温度传感器(4)分别与数据采集模块(3)连接，单片机控制单元(2)与数据采集模块(3)、以及驱动放大电路(6)连接。
本装置采用单片机控制单元(2)为核心，发出控制信号，控制驱动放大电路(6)产生脉冲波，经放大的脉冲信号驱动超声传感器(1)向海平面发射超声波，超声波达到海平面后反射回来，被超声传感器(1)接收，接收到的回波信号经数据采集模块(3)调理放 大送入到单片机控制单元(2)。单片机控制单元(2)记录超声传感器(1)从发射超声波到接收超声波的时间间隔，通过计算，获得采样站位点的海水深度。
本装置中超声传感器(1)属于发射与接收为一体的结构，体积小，便于海底安装与密封。设置温度传感器(4)检测海水的温度，用以补偿温度对海水声速的影响。这种测量海水深度的方法，比传统通过计量连接采样器绳索长度的方法，结果更准确。
本实用新型的工作原理是：
(1)本装置与海底沉积物重力采样器配合工作。当采样器接触海底采样时，启动单片机控制单元(2)，单片机控制单元(2)按照预定的程序，发脉冲信号给驱动放大电路(6)，驱动放大电路(6)驱动超声传感器(1)向海面发射一串脉冲超声波，同时单片机控制单元(2)开始计时；当超声波达到海面后，一部分折射，另一部分反射回海底，被超声传感器(1)接收，超声传感器(1)接收反射回来的超声波信号并送入数据采集模块(3)，经数据处理再送入到单片机控制单元(2)，单片机控制单元(2)一收到超声回波信号，立即停止计时。根据超声波在海水中的传播规律，海水中的声传播速度与温度、压力及盐度有关，其中温度对声速影响最大，因此本测试装置考虑温度这个因素，设置温度传感器(4)来检测海水的温度值。
根据声速公式：C＝1450+4.21T-0.037T2，
式中，C为海水声速，T为海水温度，
根据声波的传播公式2h＝C*t
所以，只要测量出时间间隔t，以及海水的温度T，
声传播距离h＝(1450+4.21T-0.037T2)*t/2，
此所求h值，就是采样点的海水深度。
4、附图说明：
图1为该新型测量海底采样位置深度装置的工作原理图。图中曲线L为牵引采样器的绳索，传统的方法就是根据绳索的长度作为海水的深度；h为实际的海水深度，V为海中洋流的速度；O为释放采样器的位置，O2为海底采样点。
图2为该新型测量海底采样位置深度装置的组成图，由驱动超声传感器(1)、单片机控制单元(2)、数据采集模块(3)、温度传感器(4)、锂电池电源(5)、驱动 放大电路(6)组成。
图3为实施例。本测量装置与重力式采样器配合使用。测量装置的电子元器件都密封安装在能够承受很大压力的由钢板冲压而成的空心盒子里。整个盒子用螺钉安装在采样器最上面的配重块上面。
5、具体实施方式：
实施例：
本实用新型与重力采样器的连接如图3所示。重力式采样器主要由锥形采样头(7)、采样管(8)、配重块(9)、绳索挂钩(11)组成。本装置(10)安装在配重块(9)的上面，为了防水，本装置设计安装在一个用钢板密封的盒子里，根据作业海区水深的不同，选择不同厚度的钢板，以承受海底水压的压力。本测量装置用四个螺钉与位于采样器最上面的配重块相联接。

Claims (3)

1.一种新型测量海底采样位置深度装置，其特征在于：包括超声传感器(1)、单片机控制单元(2)、数据采集模块(3)、温度传感器(4)、锂电池电源(5)、驱动放大电路(6)，其中锂电池电源(5)分别与驱动放大电路(6)、单片机控制单元(2)、数据采集模块(3)连接，超声传感器(1)、温度传感器(4)分别与数据采集模块(3)连接，单片机控制单元(2)与数据采集模块(3)、以及驱动放大电路(6)连接。
2.根据权利要求1所述的测量海底采样位置深度装置，其特征在于单片机控制单元(2)记录超声传感器(1)从发射超声波到接收超声波的时间间隔，通过计算，获得采样站位点的海水深度。
3.根据权利要求1所述的测量海底采样位置深度装置，其特征在于超声传感器(1)属于发射与接收为一体的结构设计。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107258712A (zh) * 2017-07-19 2017-10-20 中国水产科学研究院东海水产研究所 一种落底提醒的沉坠
CN107560883A (zh) * 2016-07-01 2018-01-09 广东技术师范学院 多功能重力式海底沉积物取样器
CN113074654A (zh) * 2021-03-19 2021-07-06 中国海洋大学 海上风电结构局部冲刷监测装置及方法
CN113252406A (zh) * 2021-05-31 2021-08-13 中国极地研究中心 一种多层采水方法和采水装置

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