CN212228833U - 一种海底沉积物原位声学特性测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海底沉积物原位声学特性测试系统。该系统包括：升沉补偿平台、坐底平台、电缆收放装置和换能器探测装置；升沉补偿平台通过第一深水电缆与母船连接；电缆收放装置的固定端设置在升沉补偿平台上，电缆收放装置的出线端与坐底平台的牵引端连接，电缆收放装置通过收放第二深水电缆带动坐底平台进行升降运动。采用本实用新型的系统，第一深水电缆以及母船的升沉扰动被升沉补偿平台补偿，坐底平台不会受到第一深水电缆以及母船的升沉扰动，因而沉积物不会受到测试系统的扰动，实现了沉积物声学特性的无扰动原位测量，提高了测量精度和准确性。

Description

一种海底沉积物原位声学特性测试系统

技术领域

本实用新型涉及海底沉积物原位声学特性测试技术领域，特别是涉及一种海底沉积物原位声学特性测试系统。

背景技术

海底沉积物声学特性原位测量技术是指将仪器放置在海底直接进行沉积物声学特性测量的技术。海底沉积物声学特性包括海底沉积物剪切波特性和沉积物压缩波特性。海底沉积物声学原位测量能够获得海底原位真实状态下的声学特性参数，能够有效避免因取样和搬运对沉积物造成的扰动所引起的测量误差，相对于沉积物样品的实验室声学特性测量，具有更高的精度和准确性。

然而，目前的海底沉积物声学特性原位测量技术并未考虑沉积物受到测试系统的扰动影响，仍然存在因扰动所引起测量误差降低，导致测量精度和准确性的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种海底沉积物原位声学特性测试系统，能够避免坐底平台因受到第一深水电缆以及母船的升沉扰动而对沉积物产生扰动，实现沉积物声学特性的无扰动原位测量。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种海底沉积物原位声学特性测试系统，包括：

升沉补偿平台、坐底平台、电缆收放装置和换能器探测装置；

所述升沉补偿平台通过第一深水电缆与母船连接；所述电缆收放装置的固定端设置在所述升沉补偿平台上，所述电缆收放装置的出线端与所述坐底平台的牵引端连接，所述电缆收放装置通过收放第二深水电缆带动所述坐底平台进行升降运动；所述换能器探测装置的固定端设置在所述坐底平台上，所述换能器探测装置的探测端在贯入海底沉积物后发射与接收声波。

可选的，所述系统，还包括：

影像监视装置和控制装置；

所述控制装置位于所述母船上，所述影像监视装置设置在所述升沉补偿平台上；所述控制装置分别与所述影像监视装置、所述升沉补偿平台、所述坐底平台和所述电缆收放装置连接；所述控制装置用于根据所述影像监视装置传输的影像数据控制所述升沉补偿平台升降或移动、控制所述电缆收放装置的收放速度、确定所述第二深水电缆的张弛状态以及确定所述坐底平台的坐底姿态；

所述控制装置与所述换能器探测装置连接，所述控制装置用于根据所述换能器探测装置传输的探测数据进行海底沉积物声学特性测量。

可选的，所述升沉补偿平台，具体包括：

升沉补偿平台搭载本体、升沉补偿平台首层平台、升沉补偿平台二层平台、升沉补偿平台控制仓和升沉补偿平台承重装置；

所述升沉补偿平台首层平台设置在所述升沉补偿平台搭载本体的顶部；所述升沉补偿平台承重装置设置在所述升沉补偿平台首层平台的上侧，所述升沉补偿平台承重装置通过所述第一深水电缆与所述控制装置连接；所述电缆收放装置的固定端设置在所述升沉补偿平台首层平台的下侧；

所述升沉补偿平台二层平台设置在所述升沉补偿平台搭载本体的中部；所述升沉补偿平台控制仓设置在所述升沉补偿平台二层平台上；所述升沉补偿平台控制仓分别与电缆收放装置和所述控制装置连接，所述升沉补偿平台控制仓用于根据所述控制装置传输的控制指令控制所述电缆收放装置放出或回收所述第二深水电缆以及收放速度。

可选的，所述电缆收放装置，具体包括：

电缆卷筒、电缆卷筒支架、卷筒马达、升沉补偿平台液压仓和升沉补偿平台液压阀箱；

所述电缆卷筒设置在所述电缆卷筒支架上，所述第二深水电缆缠绕在所述电缆卷筒上，所述电缆卷筒支架固连在所述升沉补偿平台首层平台的下侧；

所述卷筒马达的控制端与所述升沉补偿平台控制仓连接，所述卷筒马达的出力端与所述电缆卷筒连接，所述卷筒马达的输入端与所述升沉补偿平台液压仓的输出端连接；

所述升沉补偿平台控制仓和所述升沉补偿平台液压阀箱连接；所述升沉补偿平台液压阀箱与所述升沉补偿平台液压仓的控制端连接。

可选的，所述坐底平台，具体包括：

坐底平台搭载本体、坐底平台首层平台、坐底平台二层平台、坐底平台控制仓、坐底平台承重装置和坐底姿态调整装置；

所述坐底平台承重装置设置在所述坐底平台搭载本体的顶部，所述坐底平台承重装置通过所述第二深水电缆与所述电缆收放装置连接；

所述坐底平台首层平台设置在所述坐底平台搭载本体的中部；所述坐底平台控制仓设置在所述坐底平台首层平台上；

所述坐底平台二层平台设置在所述坐底平台搭载本体的底部；所述坐底姿态调整装置设置在所述坐底平台二层平台上；

所述坐底平台控制仓分别与所述坐底姿态调整装置、所述换能器探测装置和所述控制装置连接；所述坐底平台控制仓用于根据所述控制装置传输的控制指令控制所述坐底姿态调整装置调整坐底姿态；所述坐底平台控制仓还用于根据所述控制装置传输的控制指令控制所述换能器探测装置贯入海底沉积物的深度。

可选的，所述换能器探测装置，具体包括：

第一油缸、换能器搭载平台、导向装置、位移传感器、坐底平台液压仓、坐底平台液压阀箱和换能器；

所述第一油缸的固定端设置在所述坐底平台搭载本体的顶部，所述第一油缸的出力端与所述导向装置的第一端连接，所述第一油缸的控制端与所述坐底平台控制仓连接，所述第一油缸的输入端与所述坐底平台液压仓的输出端连接；

所述导向装置的第二端与所述换能器搭载平台连接，所述换能器设置在所述换能器搭载平台上；所述坐底平台控制仓用于根据所述控制装置的控制指令驱动所述第一油缸，使所述换能器穿过所述坐底平台二层平台的换能器通孔贯入海底沉积物；

所述坐底平台液压阀箱分别与所述坐底平台液压仓的输入端和所述坐底平台控制仓连接；

所述位移传感器分别与所述导向装置和所述坐底平台控制仓连接，所述位移传感器用于测量所述换能器贯入所述海底沉积物的深度。

可选的，所述坐底姿态调整装置，具体包括：

第二油缸、坐底底脚、压力传感器和坐底配重；

所述坐底底脚和所述第二油缸的个数相等且均为多个，所述坐底底脚等间隔设置在所述坐底平台二层平台的下表面，所述第二油缸等间隔设置在所述坐底平台二层平台的上表面；

所述第二油缸的控制端与所述坐底平台控制仓连接，所述第二油缸的出力端与所述坐底底脚连接，所述第二油缸用于根据所述坐底平台控制仓的控制指令调整所述坐底底脚的伸出长度；

所述压力传感器分别与所述第二油缸和所述坐底平台控制仓连接；所述压力传感器用于测量所述第二油缸的压力值；

所述坐底配重的个数与所述坐底底脚的个数相等，所述坐底配重均设置在所述坐底平台二层平台的上表面。

可选的，所述换能器为剪切波换能器或压缩波换能器；

所述换能器，具体包括：

发射换能器和接收换能器；

所述发射换能器的固定端和所述接收换能器的固定端均与所述换能器搭载平台连接；所述控制装置先后经过双通道D/A转换电路和双通道发射驱动电路与所述发射换能器的输入端连接；所述接收换能器的输出端先后通过双通道接收放大电路和双通道A/D转换电路与所述控制装置连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提出了一种海底沉积物原位声学特性测试系统，该系统包括升沉补偿平台、坐底平台、电缆收放装置和换能器探测装置；升沉补偿平台通过第一深水电缆与母船连接；电缆收放装置的固定端设置在升沉补偿平台上，电缆收放装置的出线端与坐底平台的牵引端连接，电缆收放装置通过收放第二深水电缆带动坐底平台进行升降运动，因此，第一深水电缆以及母船的升沉扰动被升沉补偿平台补偿，坐底平台不会受到第一深水电缆以及母船的升沉扰动，因而沉积物不会受到测试系统的扰动，实现了沉积物声学特性的无扰动原位测量，提高了测量精度和准确性。

此外，该系统还包括影像监视装置和控制装置；影像监视装置设置在升沉补偿平台上；控制装置能够根据影像监视装置传输的影像数据控制升沉补偿平台升降或移动、控制电缆收放装置的收放速度、确定第二深水电缆的张弛状态以及确定坐底平台的坐底姿态；还能够根据换能器探测装置传输的探测数据进行海底沉积物声学特性测量。因此，设置影像监视装置的优点有：1)母船的操作人员能够直观地观察到测试系统在近海底时与海底沉积物的距离，此时操作人员通过减慢测试系统下潜速度，使测试系统慢慢接近沉积物，并在一定高度使升沉补偿平台悬停，避免测试系统在不可见的情况下冲击到沉积物表面上，对沉积物造成扰动，影响原位测试效果。2)母船的操作人员能够直观地观察到海底沉积物的形貌，以判断此区域沉积物地形及状态是否适合原位测试，若不适合原位测试，可使母船移位以寻找到适合原位测试的沉积物区域。3)母船的操作人员能够直观地观察到坐底平台的坐底姿态，并结合设置在坐底油缸的压力传感器的数据判断坐底姿态的倾斜方向及角度，并通过控制坐底油缸的动作调整坐底平台的坐底姿态，使坐底平台与沉积物表面垂直，保障换能器在贯入沉积物时，在沉积物中的深度一致。4)当升沉补偿平台放出第二深水电缆以布放坐底平台时，母船的操作人员能够直观地观察到坐底平台与海底沉积物之间的距离，当坐底平台接近沉积物表面时，控制第二深水电缆的放出速度，使坐底平台缓慢地在沉积物上坐底，以减少对沉积物的扰动；当坐底平台实现坐底后，升沉补偿平台继续放出第二深水电缆，母船的操作人员能够直观地观察到第二深水电缆是否足够松弛，以避免升沉补偿平台的深沉对坐底平台产生扰动。

本实用新型通过坐底平台控制仓控制第一油缸的动作，能够带来的优点有：1)通过控制第一油缸的动作，能够使发射换能器与接收换能器贯入沉积物中不同深度，得到不同深度下的沉积物声学特性，贯入深度通过位移传感器得到。2)通过控制第一油缸的动作，能够使发射换能器与接收换能器以均匀的速度贯入沉积物中，减少对沉积物的扰动，在贯入过程中，发射换能器、接收换能器进行声波激发与接收，得到沉积物剖面声学特性连续曲线。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中海底沉积物原位声学特性测试系统结构图；

图2为本实用新型实施例中坐底平台坐底与换能器贯入示意图；

图3为本实用新型实施例中系统结构电连接图；

图4为本实用新型实施例中换能器与控制装置连接关系示意图；

图中，1、深水光电缆；2、升沉补偿平台；3、坐底平台；

2-1、升沉补偿平台承重头；2-2、升沉补偿平台承重座；2-3、升沉补偿平台搭载本体；2-4、升沉补偿平台首层平台；2-5、电缆卷筒支架；2-6、平台间深水光电缆；2-7、卷筒马达；2-8、电缆卷筒；2-9、升沉补偿平台液压阀箱；2-10、升沉补偿平台二层平台；2-11、升沉补偿平台控制仓；2-12、升沉补偿平台液压仓；2-13、深水摄像机；

3-1、坐底平台搭载本体；3-2、坐底平台承重头；3-3、坐底平台承重座；3-4、坐底平台控制仓；3-5、坐底平台首层平台；3-6、坐底平台液压仓；3-7、坐底平台液压阀箱；3-8、剖面油缸；3-9、坐底油缸；3-10、坐底油缸压力传感器；3-11、坐底配重；3-12、坐底平台二层平台；3-13、接收换能器；3-14、发射换能器；3-15、坐底底脚；3-16、导向柱；3-17、导向套；3-18、换能器搭载平台；3-19、位移传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种海底沉积物原位声学特性测试系统，能够避免坐底平台因受到第一深水电缆以及母船的升沉扰动而对沉积物产生扰动，实现沉积物声学特性的无扰动原位测量。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例

如图2所示，图2(a)为坐底平台收回状态示意图，图2(b)为坐底平台坐底示意图，图2(c)为换能器贯入示意图。如图1-图4所示，本实用新型提供的一种海底沉积物原位声学特性测试系统，包括：升沉补偿平台2、坐底平台3、电缆收放装置、换能器探测装置、影像监视装置(深水摄像机2-13)和控制装置。

升沉补偿平台通过第一深水电缆(深水光电缆1)与母船连接；升沉补偿平台用于补偿第一深水电缆以及母船的升沉对海底沉积物产生的扰动；电缆收放装置的固定端设置在升沉补偿平台上，电缆收放装置的出线端与坐底平台的牵引端连接，电缆收放装置通过收放第二深水电缆(平台间深水光电缆2-6)带动坐底平台进行升降运动；换能器探测装置的固定端设置在坐底平台上，换能器探测装置的探测端在贯入海底沉积物后发射与接收声波。

控制装置包括视频监控模块、剪切波发射接收模块、声波数据实时处理模块和运动控制模块。视频监控模块通过水下摄像机在线监视水下沉积物的形态、系统各执行机构的动作姿态情况。运动控制模块监控位移传感器3-19、坐底油缸压力传感器3-10、姿态传感器的实时数据，并控制剖面油缸3-8、坐底油缸3-9的运动。剪切波发射接收模块可实时调整声波发射模块、声波接收模块的各项参数。声波数据实时处理模块，对实时剖面深度数据、接收换能器3-13接收到的声波数据等进行存储、处理、上传，获取剪切波信号的时域波形、频率谱曲线等，以实时获取沉积物的声学特性。深水光电缆将升沉补偿平台、坐底平台与母船相连，承受升沉补偿平台、坐底平台下放到海底沉积物过程中的拖曳力，并为测试系统各部件的运行提供电力，传输升沉补偿平台、坐底平台与控制装置之间的交互信息。

控制装置位于母船上，影像监视装置设置在升沉补偿平台上；控制装置分别与影像监视装置、升沉补偿平台、坐底平台和电缆收放装置连接；控制装置用于根据影像监视装置传输的影像数据控制升沉补偿平台升降或移动、控制电缆收放装置的收放速度、确定第二深水电缆的张弛状态以及确定坐底平台的坐底姿态；控制装置与换能器探测装置连接，控制装置用于根据换能器探测装置传输的探测数据进行海底沉积物声学特性测量。升沉补偿平台上搭载深水摄像机2-13，控制装置可以通过深水摄像机2-13、深水光电缆得到水下的实时影像，在线观察坐底沉积物的状态及测试系统的距海底高度。

升沉补偿平台，具体包括：升沉补偿平台搭载本体2-3、升沉补偿平台首层平台2-4、升沉补偿平台二层平台2-10、升沉补偿平台控制仓2-11和升沉补偿平台承重装置。升沉补偿平台首层平台2-4设置在升沉补偿平台搭载本体2-3的顶部；升沉补偿平台承重装置设置在升沉补偿平台首层平台2-4的上侧，升沉补偿平台承重装置通过第一深水电缆与控制装置连接；电缆收放装置的固定端设置在升沉补偿平台首层平台2-4的下侧。升沉补偿平台二层平台2-10设置在升沉补偿平台搭载本体2-3的中部；升沉补偿平台控制仓2-11设置在升沉补偿平台二层平台2-10上；升沉补偿平台控制仓2-11分别与电缆收放装置和控制装置连接，升沉补偿平台控制仓2-11用于根据控制装置传输的控制指令控制电缆收放装置放出或回收第二深水电缆以及收放速度。升沉补偿平台承重装置包括升沉补偿平台承重座2-2和升沉补偿平台承重头2-1，升沉补偿平台承重座2-2在升沉补偿平台的顶部并与升沉补偿平台承重头2-1相连，升沉补偿平台承重头2-1与深水光电缆相连。

电缆收放装置，具体包括：电缆卷筒2-8、电缆卷筒支架2-5、卷筒马达2-7、升沉补偿平台液压仓2-12和升沉补偿平台液压阀箱2-9。电缆卷筒2-8设置在电缆卷筒支架2-5上，第二深水电缆缠绕在电缆卷筒2-8上，电缆卷筒支架2-5固连在升沉补偿平台首层平台2-4的下侧；卷筒马达2-7的控制端与升沉补偿平台控制仓2-11连接，卷筒马达2-7的出力端与电缆卷筒2-8连接，卷筒马达2-7的输入端与升沉补偿平台液压仓2-12的输出端连接；升沉补偿平台控制仓2-11和升沉补偿平台液压阀箱2-9连接；升沉补偿平台液压阀箱2-9与升沉补偿平台液压仓2-12的控制端连接。控制装置可以通过升沉补偿平台控制仓2-11控制卷筒马达2-7、电缆卷筒2-8的动作，以放出或者收回电缆卷筒2-8上的平台间深水光电缆2-6，实现坐底平台在升沉补偿平台上的布放与回收。

坐底平台，具体包括：坐底平台搭载本体3-1、坐底平台首层平台3-5、坐底平台二层平台3-12、坐底平台控制仓3-4、坐底平台承重装置和坐底姿态调整装置。坐底平台承重装置设置在坐底平台搭载本体3-1的顶部，坐底平台承重装置通过第二深水电缆与电缆收放装置连接；坐底平台首层平台3-5设置在坐底平台搭载本体3-1的中部；坐底平台控制仓3-4设置在坐底平台首层平台3-5上；坐底平台二层平台3-12设置在坐底平台搭载本体3-1的底部；坐底姿态调整装置设置在坐底平台二层平台3-12上；坐底平台控制仓3-4分别与坐底姿态调整装置、换能器探测装置和控制装置连接；坐底平台控制仓3-4用于根据控制装置传输的控制指令控制坐底姿态调整装置调整坐底姿态；坐底平台控制仓3-4还用于根据控制装置传输的控制指令控制换能器探测装置贯入海底沉积物的深度。坐底平台的底部均布六个倒锥形坐底底脚3-15，使底脚可以适应较为复杂的沉积物地形，坐底油缸3-9可改变坐底底脚3-15在坐底油缸3-9的伸出长度，使坐底平台适应不同的沉积物地形并处于直立状态。坐底平台承重装置包括坐底平台承重头3-2和坐底平台承重座3-3，坐底承重头与平台间深水光电缆2-6相连，坐底平台承重座3-3在坐底平台的顶部并与坐底承重头相连。

控制装置通过深水光电缆、平台间深水光电缆2-6与设置在坐底平台上的坐底平台控制仓3-4相连。控制装置可以通过坐底平台控制仓3-4控制坐底油缸3-9的动作，并实时接收显示坐底油缸压力传感器3-10的数据，在坐底平台坐底过程中，母船的操作人员结合坐底油缸压力传感器3-10的数据以及深水摄像机2-13观察到的坐底平台影像，判断坐底平台的坐底姿态，并通过控制坐底油缸3-9的动作以调整坐底平台的坐底姿态，使坐底平台与沉积物表面垂直，保障换能器在贯入沉积物时，在沉积物中的深度相等。

升沉补偿平台与坐底平台通过平台间深水光电缆2-6相连。平台间深水光电缆2-6通过坐底平台承重头3-2、坐底平台承重座3-3与坐底平台固连，使平台间深水光电缆2-6可以承受坐底平台在坐底过程中对平台间深水光电缆2-6的拖曳力。测试系统下放到距海底高度4m左右时，深水光电缆、升沉补偿平台停止下放，由升沉补偿平台上的平台间深水光电缆2-6将坐底平台缓慢下放到沉积物表面，并使平台间深水光电缆2-6保持足够松弛，此时深水光电缆以及母船的升沉扰动被升沉补偿平台补偿，坐底平台不会受到深水光电缆以及母船的升沉扰动，因而沉积物不会受到测试系统的扰动。

换能器探测装置，具体包括：第一油缸(剖面油缸3-8)、换能器搭载平台3-18、导向装置、位移传感器3-19、坐底平台液压仓3-6、坐底平台液压阀箱3-7和换能器。第一油缸的固定端设置在坐底平台搭载本体3-1的顶部，第一油缸的出力端与导向装置的第一端连接，第一油缸的控制端与坐底平台控制仓3-4连接，第一油缸的输入端与坐底平台液压仓的输出端连接；导向装置的第二端与换能器搭载平台3-18连接，换能器设置在换能器搭载平台3-18上；坐底平台控制仓3-4用于根据控制装置的控制指令驱动第一油缸，使换能器穿过坐底平台二层平台3-12的换能器通孔贯入海底沉积物；坐底平台液压阀箱3-7分别与坐底平台液压仓的输入端和坐底平台控制仓3-4连接；位移传感器3-19分别与导向装置和坐底平台控制仓3-4连接，位移传感器3-19用于测量换能器贯入海底沉积物的深度。导向装置包括导向柱3-16和导线套，导向柱3-16与导向套3-17相连。

换能器为剪切波换能器或压缩波换能器。换能器，具体包括：发射换能器3-14和接收换能器3-13。发射换能器3-14的固定端和接收换能器3-13的固定端均与换能器搭载平台3-18连接；控制装置先后经过双通道D/A转换电路和双通道发射驱动电路与发射换能器3-14的输入端连接；接收换能器3-13的输出端先后通过双通道接收放大电路和双通道A/D转换电路与控制装置连接。

本实施例中的换能器为三个剪切波原位换能器，其中一个为发射换能器3-14，另外两个为接收换能器3-13，可以实现剪切波的发射与接收；发射换能器3-14与两个接收换能器3-13的空间间距不同，可以利用两个接收信号的传播距离差、传播时间差和信号能量差计算声学特性；发射换能器3-14、接收换能器3-13由剖面油缸3-8驱动慢慢插入沉积物中，实现沉积物声学特性的连续剖面测量以及定深测量。

发射换能器3-14、接收换能器3-13安装在换能器搭载平台3-18上，由剖面油缸3-8控制换能器搭载平台3-18的运动，实现发射换能器3-14、接收换能器3-13在沉积物中的定深测试及剖面测试。换能器搭载平台3-18运动时，由固连在换能器搭载平台3-18上的导向柱3-16与固连在坐底平台二层平台3-12上的导向套3-17实现换能器搭载平台3-18的运动导向，保证发射换能器3-14、接收换能器3-13在运动时的稳定性。坐底平台二层平台3-12上安装有位移传感器3-19，位移传感器3-19与导向柱3-16相连，通过测量导向柱3-16的移动位移得到发射换能器3-14、接收换能器3-13的贯入深度。

坐底姿态调整装置，具体包括：第二油缸(坐底油缸3-9)、坐底底脚3-15、压力传感器和坐底配重3-11。坐底底脚3-15和第二油缸的个数相等且均为多个，坐底底脚3-15等间隔设置在坐底平台二层平台3-12的下表面，第二油缸等间隔设置在坐底平台二层平台3-12的上表面；第二油缸的控制端与坐底平台控制仓3-4连接，第二油缸的出力端与坐底底脚3-15连接，第二油缸用于根据坐底平台控制仓3-4的控制指令调整坐底底脚3-15的伸出长度；压力传感器分别与第二油缸和坐底平台控制仓3-4连接；压力传感器用于测量第二油缸的压力值；坐底配重3-11的个数与坐底底脚3-15的个数相等，坐底配重3-11均设置在坐底平台二层平台3-12的上表面。

本实施例中六个坐底配重3-11平均分布在坐底平台二层平台3-12上，使坐底平台的重心位于底部，增加坐底平台的稳定性，使坐底平台可以稳定地坐底在沉积物上，减少对沉积物的扰动。六个坐底底脚3-15分别与六个坐底油缸3-9相连，平均分布在坐底平台的底部，六个坐底油缸3-9均连接有坐底油缸压力传感器3-10。坐底平台坐底过程中，若沉积物地形不平，坐底底脚3-15与沉积物的接触状态不一致，坐底平台会产生一定的侧倾。此时坐底油缸压力传感器3-10压力值不相等，可操控坐底油缸3-9改变坐底底脚3-15在坐底油缸3-9的伸出长度，使六个坐底油缸压力传感器3-10压力值相等，即可使坐底平台处于直立状态。

测试系统由深水光电缆布放到海底后，操作人员通过控制装置监测深水摄像机实时采集的画面，当测试系统靠近海底时，减慢深水光电缆布放速度直至测试系统距海底为4m左右时，停止布放深水光电缆。

通过深水摄像机观察海底沉积物的形貌，判断此区域沉积物地形及状态是否适合原位测试，若不适合原位测试，可使母船移位以寻找到适合原位测试的沉积物区域；若适合原位测试，通过控制装置控制电缆卷筒动作，放出平台间深水电缆，布放坐底平台，使坐底平台在沉积物表面缓慢坐底，坐底平台坐底后，继续放出平台间深水电缆使平台间深水电缆保持足够的松弛。

通过深水摄像机以及坐底油缸压力传感器数据判断坐底平台的坐底姿态，并通过控制坐底油缸的动作调整坐底平台的姿态，使坐底平台与沉积物表面处于垂直状态。

坐底平台完成垂直姿态坐底后，可以进行沉积物剪切波的原位测试工作。

通过控制装置控制剖面油缸动作，使发射换能器、接收换能器贯入到沉积物中，贯入深度可通过采集位移传感器数据得到。发射换能器、接收换能器到达指定深度后，FPGA主控板接收到中央主控单元发出的发射声波指令，通过多通道D/A转换电路、多通道发射驱动电路激发发射换能器发射剪切波；接收换能器接收到剪切波后，通过双通道接收放大电路、双通道A/D转换电路，将剪切波数据解调，存储在外接数据存储器中，并通过光电缆发送到上位计算机/交换机，并对获得剪切波数据进行实时处理；操作人员可根据获得实时剪切波数据效果调整发射与接收模块的声波参数，以得到最适应当前沉积物的剪切波。

若对沉积物进行连续剖面测量，可由控制装置控制剖面油缸以一定的速度贯入沉积物中；在贯入过程中，控制装置向中央主控单元发出发射声波指令，中央主控单元通过双通道D/A转换电路、双通道发射驱动电路使发射换能器发射剪切波；接收换能器接收到剪切波后，通过双通道接收放大电路、双通道A/D转换电路，将剪切波数据发送到上位计算机/交换机，并对获得剪切波数据进行实时处理，可得到沉积物剖面声学特性连续曲线。

声学测试结束后，通过控制装置控制剖面油缸收回，将发射换能器、接收换能器收回到初始位置；电缆卷筒收回平台间深水电缆，使坐底平台收回到升沉补偿平台；深水电缆将测试系统收回到母船。

测试系统不局限用于沉积物剪切波特性的测量，当将压缩波换能器安装在换能器搭载平台时，测试系统也可以实现沉积物压缩波特性的测量。

本实用新型提供的海底沉积物原位声学特性测试系统：

(1)可以实现海底沉积物剪切波特性的原位测量。系统搭载有三个剪切波原位换能器，其中一个为发射换能器，另外两个为接收换能器，可以实现剪切波的发射与接收。发射换能器与两个接收换能器之间采用不同的间距设计，可以基于时差法利用不同声波传播距离下的信号计算剪切波速和衰减系数；发射换能器、接收换能器由剖面油缸驱动慢慢插入沉积物中，实现发射换能器、接收换能器在沉积物定深测量，获得目标深度层位的沉积物剪切波特性。

(2)可以实现原位测量过程中的实时监视、实时操控。升沉补偿平台、坐底平台通过深水光电缆与母船的控制装置相连，深水光电缆可以传输升沉补偿平台、坐底平台与母船控制装置之间的交互信息；升沉补偿平台上搭载深水摄像机，控制装置可以通过深水摄像机、深水光电缆得到水下的实时影像，在线观察坐底沉积物的状态；坐底平台上搭载位移传感器、坐底油缸压力传感器，控制装置可以通过深水光电缆得到位移传感器、坐底油缸压力传感器的实时数据，为调整换能器的插入深度以及调整坐底平台的坐底姿态提供依据；在线监控系统可以通过深水光电缆实时调整声波发射电路、声波接收电路的各项参数，以获得最适应当前沉积物的剪切波；在线监控系统可以通过深水光电缆对实时剖面深度数据、发射换能器发出的声波数据、接收换能器接收到的声波数据等进行处理，获取剪切波的时域波形、频率曲线等，以实时计算沉积物的声学特性。

(3)可以避免测试系统坐底时对沉积物产生扰动，实现沉积物剪切波特性的无扰动原位测量。升沉补偿平台上搭载深水摄像机，可以通过深水摄像机实时观察测试系统的距海底高度，当测试系统距海底较近时减慢下放速度，避免快速坐底对沉积物产生扰动；测试系统下放到距海底高度4m左右时，深水光电缆、升沉补偿平台停止下放，由升沉补偿平台上的平台间深水光电缆将坐底平台缓慢下放到沉积物表面，此时深水光电缆以及母船的升沉扰动被升沉补偿平台补偿，坐底平台不会受到深水光电缆以及母船的升沉扰动，因而沉积物不会受到测试系统的扰动；六个坐底配重平均分布在坐底平台二层平台上，使坐底平台的重心位于底部，增加坐底平台的稳定性，使坐底平台可以稳定地坐底在沉积物上，减少对沉积物的扰动。

(4)可以实现沉积物原位剖面声学特性测量。在线监控系统可通过深水光电缆实时操控剖面油缸的动作，从而驱动换能器以设定的速度插入沉积物中，在插入的过程中，发射换能器与接收换能器持续工作，可以获得不同深度下沉积物的剪切波声学特性，从而完成沉积物原位剖面声学特性测量；剖面油缸可以根据测量需求使换能器停止在沉积物的目标深度，获得沉积物定深的各种声学特性。

(5)可以适应较复杂的沉积物地形的原位声学特性测量。坐底平台的底部均布六个倒锥形坐底底脚，使底脚可以适应较为复杂的沉积物地形；六个坐底底脚分别与六个坐底油缸相连，六个坐底油缸均连接有坐底油缸压力传感器。坐底平台坐底过程中，若沉积物地形不平，坐底底脚与沉积物的接触状态不一致，坐底平台会产生一定的侧倾。此时坐底油缸压力传感器压力值不相等，可操控坐底油缸改变坐底底脚在坐底油缸的伸出长度，使六个坐底油缸压力传感器压力值相等，即可使坐底平台处于直立状态。

本实用新型的测试系统不局限用于沉积物剪切波特性的测量，当将压缩波换能器安装在换能器搭载平台时，测试系统也可以实现沉积物压缩波特性的测量。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种海底沉积物原位声学特性测试系统，其特征在于，包括：

升沉补偿平台、坐底平台、电缆收放装置和换能器探测装置；

所述升沉补偿平台通过第一深水电缆与母船连接；所述电缆收放装置的固定端设置在所述升沉补偿平台上，所述电缆收放装置的出线端与所述坐底平台的牵引端连接，所述电缆收放装置通过收放第二深水电缆带动所述坐底平台进行升降运动；所述换能器探测装置的固定端设置在所述坐底平台上，所述换能器探测装置的探测端在贯入海底沉积物后发射与接收声波。

2.根据权利要求1所述的海底沉积物原位声学特性测试系统，其特征在于，所述系统，还包括：

影像监视装置和控制装置；

所述控制装置位于所述母船上，所述影像监视装置设置在所述升沉补偿平台上；所述控制装置分别与所述影像监视装置、所述升沉补偿平台、所述坐底平台和所述电缆收放装置连接；所述控制装置用于根据所述影像监视装置传输的影像数据控制所述升沉补偿平台升降或移动、控制所述电缆收放装置的收放速度、确定所述第二深水电缆的张弛状态以及确定所述坐底平台的坐底姿态；

所述控制装置与所述换能器探测装置连接，所述控制装置用于根据所述换能器探测装置传输的探测数据进行海底沉积物声学特性测量。

3.根据权利要求2所述的海底沉积物原位声学特性测试系统，其特征在于，所述升沉补偿平台，具体包括：

升沉补偿平台搭载本体、升沉补偿平台首层平台、升沉补偿平台二层平台、升沉补偿平台控制仓和升沉补偿平台承重装置；

所述升沉补偿平台首层平台设置在所述升沉补偿平台搭载本体的顶部；所述升沉补偿平台承重装置设置在所述升沉补偿平台首层平台的上侧，所述升沉补偿平台承重装置通过所述第一深水电缆与所述控制装置连接；所述电缆收放装置的固定端设置在所述升沉补偿平台首层平台的下侧；

所述升沉补偿平台二层平台设置在所述升沉补偿平台搭载本体的中部；所述升沉补偿平台控制仓设置在所述升沉补偿平台二层平台上；所述升沉补偿平台控制仓分别与所述电缆收放装置和所述控制装置连接，所述升沉补偿平台控制仓用于根据所述控制装置传输的控制指令控制所述电缆收放装置放出或回收所述第二深水电缆以及收放速度。

4.根据权利要求3所述的海底沉积物原位声学特性测试系统，其特征在于，所述电缆收放装置，具体包括：

电缆卷筒、电缆卷筒支架、卷筒马达、升沉补偿平台液压仓和升沉补偿平台液压阀箱；

所述电缆卷筒设置在所述电缆卷筒支架上，所述第二深水电缆缠绕在所述电缆卷筒上，所述电缆卷筒支架固连在所述升沉补偿平台首层平台的下侧；

所述卷筒马达的控制端与所述升沉补偿平台控制仓连接，所述卷筒马达的出力端与所述电缆卷筒连接，所述卷筒马达的输入端与所述升沉补偿平台液压仓的输出端连接；

所述升沉补偿平台控制仓和所述升沉补偿平台液压阀箱连接；所述升沉补偿平台液压阀箱与所述升沉补偿平台液压仓的控制端连接。

5.根据权利要求2所述的海底沉积物原位声学特性测试系统，其特征在于，所述坐底平台，具体包括：

坐底平台搭载本体、坐底平台首层平台、坐底平台二层平台、坐底平台控制仓、坐底平台承重装置和坐底姿态调整装置；

所述坐底平台承重装置设置在所述坐底平台搭载本体的顶部，所述坐底平台承重装置通过所述第二深水电缆与所述电缆收放装置连接；

所述坐底平台首层平台设置在所述坐底平台搭载本体的中部；所述坐底平台控制仓设置在所述坐底平台首层平台上；

所述坐底平台二层平台设置在所述坐底平台搭载本体的底部；所述坐底姿态调整装置设置在所述坐底平台二层平台上；

所述坐底平台控制仓分别与所述坐底姿态调整装置、所述换能器探测装置和所述控制装置连接；所述坐底平台控制仓用于根据所述控制装置传输的控制指令控制所述坐底姿态调整装置调整坐底姿态；所述坐底平台控制仓还用于根据所述控制装置传输的控制指令控制所述换能器探测装置贯入海底沉积物的深度。

6.根据权利要求5所述的海底沉积物原位声学特性测试系统，其特征在于，所述换能器探测装置，具体包括：

第一油缸、换能器搭载平台、导向装置、位移传感器、坐底平台液压仓、坐底平台液压阀箱和换能器；

所述第一油缸的固定端设置在所述坐底平台搭载本体的顶部，所述第一油缸的出力端与所述导向装置的第一端连接，所述第一油缸的控制端与所述坐底平台控制仓连接，所述第一油缸的输入端与所述坐底平台液压仓的输出端连接；

所述导向装置的第二端与所述换能器搭载平台连接，所述换能器设置在所述换能器搭载平台上；所述坐底平台控制仓用于根据所述控制装置的控制指令驱动所述第一油缸，使所述换能器穿过所述坐底平台二层平台的换能器通孔贯入海底沉积物；

所述坐底平台液压阀箱分别与所述坐底平台液压仓的输入端和所述坐底平台控制仓连接；

所述位移传感器分别与所述导向装置和所述坐底平台控制仓连接，所述位移传感器用于测量所述换能器贯入所述海底沉积物的深度。

7.根据权利要求6所述的海底沉积物原位声学特性测试系统，其特征在于，所述坐底姿态调整装置，具体包括：

第二油缸、坐底底脚、压力传感器和坐底配重；

所述坐底底脚和所述第二油缸的个数相等且均为多个，所述坐底底脚等间隔设置在所述坐底平台二层平台的下表面，所述第二油缸等间隔设置在所述坐底平台二层平台的上表面；

所述第二油缸的控制端与所述坐底平台控制仓连接，所述第二油缸的出力端与所述坐底底脚连接，所述第二油缸用于根据所述坐底平台控制仓的控制指令调整所述坐底底脚的伸出长度；

所述压力传感器分别与所述第二油缸和所述坐底平台控制仓连接；所述压力传感器用于测量所述第二油缸的压力值；

所述坐底配重的个数与所述坐底底脚的个数相等，所述坐底配重均设置在所述坐底平台二层平台的上表面。

8.根据权利要求7所述的海底沉积物原位声学特性测试系统，其特征在于，所述换能器为剪切波换能器或压缩波换能器；

所述换能器，具体包括：

发射换能器和接收换能器；

所述发射换能器的固定端和所述接收换能器的固定端均与所述换能器搭载平台连接；所述控制装置先后经过双通道D/A转换电路和双通道发射驱动电路与所述发射换能器的输入端连接；所述接收换能器的输出端先后通过双通道接收放大电路和双通道A/D转换电路与所述控制装置连接。

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