CN212364586U - 一种浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，包括立体实验平台及固定于所述立体实验平台的换能器，所述换能器竖直向上发射声波，所述声波在水中传播后，被静水面全反射，反射声波在水中传播后再次被所述换能器接收，改变所述换能器和静水面之间的距离，得到一系列距离下声信号的回波幅值曲线，以获取浅地层剖面仪反射系数，本实用新型提供的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，利用深海工程实验水池的敞水特点和静水面的全反射特性，使用浅地层剖面仪得到水中的反射幅值，结合实际海洋环境中海底沉积物的反射幅值，计算得到海底沉积物的反射系数，从而为海底沉积物物性参数反演和底质分类提供可靠参考。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋沉积物沉积声学技术领域，特别涉及一种浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置。
背景技术
利用浅地层剖面仪探测海底沉积物反射系数，对于海底沉积物物性参数反演、底质分类及声场建模有重要作用。传统的浅地层剖面仪在水面作业，利用水面的全反射特性，接收海底沉积物的两次反射回波，利用这两次回波的幅值和球面波散射修正，计算得到海底反射系数。该方法的误差首先来源于水面，实际海洋环境下水面的扰动会影响水面对声波的全反射效果；其次海底地形的变化会对声波产生多角度散射，影响垂直反射效果；同时现有浅地层剖面仪为满足测量深度要求，会采用低频声波，低频声波的分辨率有限，回波是否真实反应海底表层沉积物反射特性会受到底质特性的影响。
使用潜水器搭载高频浅地层剖面仪对海底沉积物反射特性进行近底探测是精确测量海底沉积物反射系数的有效手段。在获得了沉积物反射幅值之后，由于潜水器远离水面，因此无法利用水面的全反射特性得到二次回波。这种探测手段需要利用实验室辅助测量装置，测量浅地层剖面仪在水中的全反射特性，才能计算得到沉积物的反射系数。因此，浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置是进行海底沉积物反射系数精确测量的重要实验基础。
实用新型内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种精确测量海底沉积物反射系数的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，包括：立体实验平台及固定于所述立体实验平台的换能器，所述换能器竖直向上发射声波，所述声波在水中传播后，被静水面全反射，反射声波在水中传播后再次被所述换能器接收，改变所述换能器和静水面之间的距离，得到一系列距离下声信号的回波幅值曲线，以获取浅地层剖面仪反射系数。
在一些较佳的实施例中，还包括固定于所述立体实验平台的声速传感器，所述声速传感器用于测量水中声速，根据水中声速和声波发射与接收的时间差，校准所述换能器的发射面与静水面之间的距离。
在一些较佳的实施例中，所述立体实验平台包括底部框架、连接所述底部框架四角的吊环、与其中两个所述吊环连接的第一钢丝绳、与另两个所述吊环连接的第二钢丝绳、与所述第一钢丝绳连接的第一吊钩及与所述第二钢丝绳连接的第二吊钩。
在一些较佳的实施例中，还包括固定于所述立体实验平台的姿态传感器，所述姿态传感器的横摇读数达到底部框架水平坐地时的横摇读数，所述姿态传感器的纵摇读数达到底部框架水平坐地时的纵摇读数，且所述换能器的发射面与静水面平行，定义所述立体实验平台所在的平面为基准面，所述姿态传感器绕所述基准面x轴的转动为横摇，所述姿态传感器绕所述基准面y轴的转动为纵摇。
在一些较佳的实施例中，所述姿态传感器横摇和纵摇的测量精度优于 0.1°。
在一些较佳的实施例中，所述第一吊钩和所述第二吊钩垂向升降精度不低于1mm。
在一些较佳的实施例中，所述第一吊钩还连接有钢尺重锤，所述钢尺重锤的长度不低于所述换能器近场距离L。
在一些较佳的实施例中，所述第一钢丝绳和所述第二钢丝绳的长度保证所述换能器距离水面不低于所述换能器近场距离L。
在一些较佳的实施例中，所述底部框架上还包括夹具，所述换能器固定在所述夹具上。
本实用新型采用上述技术方案的优点是：
本实用新型提供的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，包括立体实验平台及固定于所述立体实验平台的换能器，所述换能器竖直向上发射声波，所述声波在水中传播后，被静水面全反射，反射声波在水中传播后再次被所述换能器接收，改变所述换能器和静水面之间的距离，得到一系列距离下声信号的回波幅值曲线，以获取浅地层剖面仪反射系数，本实用新型提供的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，利用深海工程实验水池的敞水特点和静水面的全反射特性，使用浅地层剖面仪得到水中的反射幅值，结合实际海洋环境中海底沉积物的反射幅值，计算得到海底沉积物的反射系数，从而为海底沉积物物性参数反演和底质分类提供可靠参考。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本实用新型实施例提供的一种浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置的结构示意图。
图2为本实用新型实施例提供的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置在深海工程实验水池中作业的前视图。
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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1及图2，为本实用新型实施例提供的一种浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置的结构示意图，包括：立体实验平台1及固定于所述立体实验平台1的换能器3。
上述实施例提供的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置的工作方式如下：
所述换能器3竖直向上发射声波，所述声波在水中传播后，被静水面全反射，反射声波在水中传播后再次被所述换能器3接收，改变所述换能器3和静水面之间的距离，得到一系列距离下声信号的回波幅值曲线，以获取浅地层剖面仪反射系数。
例如，在实际海洋环境中浅地层剖面仪获得海底沉积物回波幅值A，此时换能器发射面距离海底沉积物距离为H。根据浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置得到的回波幅值曲线，得到距离静水面H时的回波幅值B，则海底沉积物的反射系数为A/B。
在一些较佳实施例中，还包括固定于所述立体实验平台1的声速传感器5，所述声速传感器5用于测量水中声速，根据水中声速和声波发射与接收的时间差，校准所述换能器3的发射面与静水面之间的距离。
具体地，使用外部信号发生器记录发射和接收波形，并根据发射和接收波形得到信号在所述换能器3的发射面与静水面之间的时间差；使用所述声速传感器5得到水中的声速，所述时间差与声速的乘积除以2即为所述换能器3的发射面与静水面之间的距离。
在一些较佳的实施例中，所述立体实验平台1包括底部框架2、连接所述底部框架2四角的吊环7、与其中两个所述吊环7连接的第一钢丝绳 8、与另两个所述吊环7连接的第二钢丝绳10、与所述第一钢丝绳8连接的第一吊钩9及与所述第二钢丝绳10连接的第二吊钩11。
进一步地，所述第一吊钩9和所述第二吊钩11垂向升降精度不低于 1mm。
在一些较佳的实施例中，所述第一吊钩9还连接有钢尺重锤12，所述钢尺重锤12的长度不低于所述换能器3近场距离L。
在一些较佳的实施例中，所述第一钢丝绳8和所述第二钢丝绳10的长度保证所述换能器3距离水面不低于所述换能器近场距离L。
在一些较佳的实施例中，所述底部框架2上还包括夹具4，所述换能器3固定在所述夹具4上。
在一些较佳的实施例中，还包括固定于所述立体实验平台1的姿态传感器6，所述姿态传感器6的横摇读数达到底部框架2水平坐地时的横摇读数，所述姿态传感器的纵摇读数达到底部框架2水平坐地时的纵摇读数，且所述换能器3的发射面与静水面平行，定义所述立体实验平台1所在的平面为基准面，所述姿态传感器6绕所述基准面x轴的转动为横摇，所述姿态传感器绕所述基准面y轴的转动为纵摇。
进一步地，所述姿态传感器6的横摇和纵摇的测量精度优于0.1°。
请参阅图2，在所述实验平台1入水之前，首先使所述底部框架2水平坐地，记录此时所述姿态传感器6的横摇和纵摇读数，使用所述第一吊钩9和所述第二吊钩11将所述底部框架2吊起，调节所述第一钢丝绳8 和所述第二钢丝绳10，使所述姿态传感器6的横摇读数达到所述底部框架 2水平坐地时的横摇读数，使用所述第一吊钩9和所述第二吊钩11将所述底部框架2吊放入水，使所述换能器3距离静水面不低于换能器3的近场距离L，入水深度通过所述钢尺重锤12的刻度来判断，分别调节所述吊钩9和所述吊钩11，使所述姿态传感器6的纵摇读数达到水平坐地时的纵摇读数，此时所述换能器3的发射面与静水面平行。
可以理解，如果改变了所述换能器3和静水面的距离，需要再次调节所述吊钩9和所述吊钩11至所述姿态传感器6的读数恢复至水平坐地状态。
本实用新型提供的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，利用深海工程实验水池的敞水特点和静水面的全反射特性，使用浅地层剖面仪得到水中的反射幅值，结合实际海洋环境中海底沉积物的反射幅值，计算得到海底沉积物的反射系数，从而为海底沉积物物性参数反演和底质分类提供可靠参考。
当然本实用新型的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本实用新型的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (9)
1.一种浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，包括：立体实验平台及固定于所述立体实验平台的换能器，所述换能器竖直向上发射声波，所述声波在水中传播后，被静水面全反射，反射声波在水中传播后再次被所述换能器接收，改变所述换能器和静水面之间的距离，得到一系列距离下声信号的回波幅值曲线，以获取浅地层剖面仪反射系数。
2.如权利要求1所述的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，还包括固定于所述立体实验平台的声速传感器，所述声速传感器用于测量水中声速，根据水中声速和声波发射与接收的时间差，校准所述换能器的发射面与静水面之间的距离。
3.如权利要求1所述的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，所述立体实验平台包括底部框架、连接所述底部框架四角的吊环、与其中两个所述吊环连接的第一钢丝绳、与另两个所述吊环连接的第二钢丝绳、与所述第一钢丝绳连接的第一吊钩及与所述第二钢丝绳连接的第二吊钩。
4.如权利要求3所述的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，所述第一吊钩和所述第二吊钩垂向升降精度不低于1mm。
5.如权利要求3所述的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，还包括固定于所述立体实验平台的姿态传感器，所述姿态传感器的横摇读数达到所述底部框架水平坐地时的横摇读数，所述姿态传感器的纵摇读数达到所述底部框架水平坐地时的纵摇读数，且所述换能器的发射面与静水面平行，定义所述立体实验平台所在的平面为基准面，所述姿态传感器绕基准面x轴的转动为横摇，所述姿态传感器绕基准面y轴的转动为纵摇。
6.如权利要求5所述的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，所述姿态传感器横摇和纵摇的测量精度优于0.1°。
7.如权利要求6所述的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，所述第一吊钩还连接有钢尺重锤，所述钢尺重锤的长度不低于所述换能器近场距离。
8.如权利要求7所述的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，所述第一钢丝绳和所述第二钢丝绳的长度保证所述换能器距离水面不低于所述换能器近场距离。
9.如权利要求7所述的浅地层剖面仪反射系数辅助测量装置，其特征在于，所述底部框架上还包括夹具，所述换能器固定在所述夹具上。
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