CN220819906U - 一种用于测量海底沉积物声学特性的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，包括试验架台、样品桶、PC上位机、升降驱动组件和测量组件；所述测量组件包括安装圆盘、声学测量杆组件和温度测量杆；升降驱动组件可驱动所述安装圆盘在所述样品桶的正上方升降；所述声学测量杆组件用于测量海底沉积物的声学特性；所述温度测量杆用于测量海底沉积物的温度；所述声学测量杆组件和所述温度测量杆分别与所述PC上位机连接。只需通过所述升降驱动组件驱动所述安装圆盘的升降，即可带动所述声学测量杆组件和温度测量杆插入海底沉积物的不同深度中，从而对不同类型的沉积物层进行测量，无需对海洋沉积物进行分层切割，避免了对海洋沉积物的样品的扰动，保证了测量的精准。
Description
技术领域
本实用新型涉及测量仪器技术领域，尤其涉及一种用于测量海底沉积物声学特性的装置。
背景技术
海洋沉积物指的是各种海洋沉积作用所形成的海底沉积物的总称，是以海水为介质沉积在海底的物质。通过测量分层状态下海底沉积物的声速、声衰减系数等地声属性，可系统的研究海底地声模型特性，研究海洋沉积物的地声模型特性对研究海底构造、海洋环境、矿产资源、古海洋学、古气候学及全球变化具有重要意义。
采集海底沉积物样品在实验室测量声速和声衰减系数是最常用的方法。通常获得圆柱状的海底沉积物样品，测量方式主要是通过在样品的两个端面放置声学换能器，基于发射换能器发出声波信号，穿过海底沉积物，再由接收换能器接收声波信号，通过声波的传播距离和传播时间差来计算平均声速，通过声波传播幅值比来计算声衰减系数。
但海底沉积物样品随着深度的不同，海洋沉积物的种类也会不同；因此，为了测量不同类型的沉积物的声学特征，通常是对海底采集样品进行切割，但会造成切割扰动影响测量精度；并且为了获得海底沉积物多频率特性，需要一次性完成多个频率的测量；但在测量过程需要进行细致分层和每层进行多次测量，因此人工操作存在精度低的问题。
实用新型内容
针对背景技术提出的问题，本实用新型的目的在于提出一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，解决了现有因需要切割沉积物而产生扰动，导致测量结果不精准的问题。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，包括试验架台、样品桶、PC上位机、升降驱动组件和测量组件；所述试验架台中空设置，所述样品桶设置于所述试验架台的底部，所述升降驱动组件安装于所述试验架台的顶部；所述测量组件包括安装圆盘、声学测量杆组件和温度测量杆；所述安装圆盘于所述升降驱动组件的驱动端连接，使得所述升降驱动组件可驱动所述安装圆盘，在所述样品桶的正上方升降；所述声学测量杆组件和所述温度测量杆沿着所述安装圆盘的圆周间隔均匀地排列设置；所述声学测量杆组件用于测量海底沉积物的声学特性；所述温度测量杆用于测量海底沉积物的温度；所述声学测量杆组件和所述温度测量杆分别与所述PC上位机连接。
更优地，还包括声学参数测量仪；声学测量杆组件包括高频声学发射杆、中频声学发射杆、第一声学接收杆和第二声学接收杆；所述高频声学发射杆和所述中频声学发射杆分别与所述声学参数测量仪连接；所述第一声学接收杆和所述第二声学接收杆分别与所述PC上位机连接。
具体地所述高频声学发射杆和所述中频声学发射杆的发射声波频率范围为80kHz-200kHz和30kHz-200kHz。
进一步地，所述温度测量杆设有多个温度传感器，多个所述温度传感器沿着所述温度测量杆的长度间隔均匀地排列。
更进一步地，还包括加热单元，所述加热单元用于提高所述样品桶的海底沉积物的温度。
更优地，还包括静力触探探杆，所述静力触探探杆竖直安装于所述安装圆盘；所述静力触探探杆设有侧向阻力应变式传感器、孔隙水压力传感器和锥尖阻力传感器；所述侧向阻力应变式传感器、所述孔隙水压力传感器和所述锥尖阻力传感器分别与所述PC上位机连接。
具体地，所述升降驱动组件包括伺服电机、伸缩杆和位移传感器；所述伺服电机安装于所述试验架台的顶部；所述伸缩杆的顶部与所述伺服电机的驱动端连接，所述安装圆盘安装于所述伸缩杆的底部；所述位移传感器分别与所述伺服电机和所述PC上位机连接。
更优地，所述测量组件还包括开口向下的采样管；所述采样管的顶部与所述伸缩杆的底部固定连接；所述安装圆盘套设于所述采样管的外部。
与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有以下有益效果：在本实施例中，只需要通过所述升降驱动组件驱动所述安装圆盘的升降，即可带动所述声学测量杆组件和温度测量杆插入海底沉积物的不同深度中，从而对不同类型的沉积物层进行测量，无需对海洋沉积物进行分层切割，避免了对海洋沉积物的样品的扰动，保证了测量的精准。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例的用于测量海底沉积物声学特性的装置的结构示意图；
图2是本实用新型一个实施例的测量组件的爆炸图；
图3是本实用新型一个实施例的试验架台与升降驱动组件的连接示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”和“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本申请中优选的一个实施例，如图1至图3所示，一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，包括试验架台1、样品桶2、PC上位机、升降驱动组件3和测量组件4；所述试验架台1中空设置，所述样品桶2设置于所述试验架台1的底部，所述升降驱动组件3安装于所述试验架台1的顶部；所述测量组件4包括安装圆盘41、声学测量杆组件和温度测量杆42；所述安装圆盘41于所述升降驱动组件3的驱动端连接，使得所述升降驱动组件3可驱动所述安装圆盘41，在所述样品桶2的正上方升降；所述声学测量杆组件和所述温度测量杆42沿着所述安装圆盘41的圆周间隔均匀地排列设置；所述声学测量杆组件用于测量海底沉积物的声学特性；所述温度测量杆42用于测量海底沉积物的温度；所述声学测量杆组件和所述温度测量杆42分别与所述PC上位件连接。
在本实施例中，待测量的海底沉积物样品放置于所述样品桶2内静置稳定后，所述升降驱动组件3驱动所述安装圆盘41向下移动，所述安装圆盘41的向下移动，会分别带动所述声学测量杆组件和所述温度测量杆42下降，使得所述声学测量杆组件和所述温度测量杆42逐渐地压入到所述海底沉积物的不同深度中。所述声学测量杆组件和所述温度测量杆42压入所述海底沉积物后，可以对海底沉积物进行声学测量和温度测量，并且测量得到的数据反馈至所述PC上位机中分析，从而得到海底沉积物的声学特性，以及温度对海底沉积物的声学特性的影响。因此，在本实施例中，只需要通过所述升降驱动组件3驱动所述安装圆盘41的升降，即可带动所述声学测量杆组件和温度测量杆42插入海底沉积物的不同深度中，从而对不同类型的沉积物层进行测量，无需对海洋沉积物进行分层切割，避免了对海洋沉积物的样品的扰动，保证了测量的精准。
更优地，还包括声学参数测量仪；声学测量杆组件包括高频声学发射杆43、中频声学发射杆44、第一声学接收杆45和第二声学接收杆46；所述高频声学发射杆43和所述中频声学发射杆44分别与所述声学参数测量仪连接；所述第一声学接收杆45和所述第二声学接收杆46分别与所述PC上位机连接。具体地，在本实施例中，首先通过所述PC上位机配置所述声学参数测量仪的发射声波的频率、声压大小、增益等参数，在配置好参数后，再通过所述声学测量仪往所述高频声学发射杆43或中频声学发射杆44发射电信号。所述高频声学发射杆43或中频声学发射杆44收到电信号后，将电能转化为声能，从而在所述海底沉积物中传播声波。所述第一声学接收杆45和所述第二声学接收杆46分别接收声波信号，然后将声波信转化为电信号，并回传给PC上位机，从而研究人员可以通过得出的数据对海洋沉积物进行声学特性的研究。因此，将所述高频声学发射杆43、所述中频声学发射杆44、所述第一声学接收杆45和所述第二声学接收杆46压入至海洋沉积物中，增强了海洋沉积物样品与声学换能器之间的耦合，提高了测量沉积物声学特性的准确度。
更优地，所述高频声学发射杆43、所述中频声学发射杆44、所述第一声学接收杆45和所述第二声学接收杆46之间呈矩形设置于所述安装圆盘41，所述高频声学发射杆43和所述中频声学发射杆44位于矩形的左侧，所述第一声学接收杆45和所述第二声学接收杆46位于矩形的右侧，这样的设置目的在于保证所述第一声学接收杆45与所述高频声学发射杆43的距离和所述第二声学接收杆46与所述高频声学发射杆43的距离不同，以及与所述第一声学接收杆45与所述中频声学发射杆44的距离和所述第二声学接收杆46与所述中频声学发射杆44的距离也不同。因此，在使用声学发射杆发射声波后，使得所述第一声学接收杆45和所述第二声学接收杆46之间收到的声波走势和首波幅值不同，从而利用差距法计算沉积物的声学特性，进一步地确保所述测量结果的精准。
优选地，所述高频声学发射杆43和所述中频声学发射杆44的发射声波频率范围分别为80kHz-200kHz和30kHz-200kHz。这样的设置在于扩大声学频率测量范围，使得声学测量杆组件在同一深度的沉积物层中可以一次性完成多个频率的测量，从而获得海底沉积物的多频率特性，保证了测量精准。进一步地，所述温度测量杆42设有多个温度传感器，多个所述温度传感器沿着所述温度测量杆42的长度间隔均匀地排列。
更进一步地，还包括加热单元，所述加热单元用于提高所述样品桶2的海底沉积物的温度。
具体地，所述温度测量杆42通过所述温度传感器监测海洋沉积物中的温度的变化，研究温度的变化对海底沉积物的声学特性的影响，确保测量结果的精准。进一步地，所述温度测量杆42上设有多个间隔均匀的温度传感器，多个温度传感器可以同时测量不同深度的沉积物层的温度，从而可以反向监测声波传递对海洋沉积物的温度变化的影响。更优地，为了进一步地研究温度变化对海洋沉积物的声学特性的影响，本实施例中还设有由市场上购买的加热单元；所述加热单元到样品桶2顶部的水进行加热，样品桶2顶部的水在加热后，通过水-沉积物的温差导热，使待测沉积物升温。当沉积物的温度上升0.5或1度时，所述声学测量杆组件即需要对沉积物进行声学测量，从而研究出温度变化对沉积物的声学特性的影响。更进一步对，当使用所述加热单元对沉积物加热时，所述温度测量杆42上的多个温度传感器可对不同深度的沉积物层进行实时的温度监测，可以得到温度变化状态下的沉积物的温度场、计算海底沉积物的热扩散系数。
更优地，还包括静力触探探杆47，所述静力触探探杆47竖直安装于所述安装圆盘41；所述静力触探探杆47设有侧向阻力应变式传感器、孔隙水压力传感器和锥尖阻力传感器；所述侧向阻力应变式传感器、所述孔隙水压力传感器和所述锥尖阻力传感器分别与所述PC上位机连接。
在本实施例中，所述静力触探探杆47通过所述侧向阻力应变式传感器、所述孔隙水压力传感器和所述锥尖阻力传感器，分别得出所述测量组件4插入海洋沉积物中时的侧壁摩擦力、孔隙水压力和锥尖阻力，并且得出的数据反馈至所述PC上位机中，从而得出不同分层的沉积物的物理力学参数及其变化，间接判别海底沉积物的类型，确认沉积物的物理力学与声学特性之间的关系，保证测量的精准。
具体地，所述升降驱动组件3包括伺服电机31、伸缩杆32和位移传感器33；所述伺服电机31安装于所述试验架台1的顶部；所述伸缩杆32的顶部与所述伺服电机31的驱动端连接，所述安装圆盘41安装于所述伸缩杆32的底部；所述位移传感器33分别与所述伺服电机31和所述PC上位机连接。通过所述伺服电机31驱动所述伸缩杆32在竖直方向的伸缩，使得所述伸缩杆32的伸缩带动所述安装圆盘41在竖直方向的升降，从而使得所述测量组件4可以插入不同深度的沉积物层中进行测量。更优地，所述升降驱动组件3还设置了位移传感器33来监测所述伸缩杆32的伸缩，实时监测所述测量组件4插入所述沉积物的深度，确保所述测量组件4的插入深度精准，从而保证测量数据的精准。
更优地，所述测量组件4还包括开口向下的采样管48；所述采样管48的顶部与所述伸缩杆32的底部固定连接；所述安装圆盘41套设于所述采样管48的外部。在本实施例中，在测量组件4对沉积物进行测量后，还可以通过所述采样管48进行采样，便于对测量过的沉积物进行更为细致的力学物理参数测量分析，从而确保数据的精准。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，其特征在于，包括试验架台、样品桶、PC上位机、升降驱动组件和测量组件；
所述试验架台中空设置，所述样品桶设置于所述试验架台的底部，所述升降驱动组件安装于所述试验架台的顶部；
所述测量组件包括安装圆盘、声学测量杆组件和温度测量杆；
所述安装圆盘于所述升降驱动组件的驱动端连接，使得所述升降驱动组件可驱动所述安装圆盘，在所述样品桶的正上方升降；
所述声学测量杆组件和所述温度测量杆沿着所述安装圆盘的圆周间隔均匀地排列设置；
所述声学测量杆组件用于测量海底沉积物的声学特性；
所述温度测量杆用于测量海底沉积物的温度；
所述声学测量杆组件和所述温度测量杆分别与所述PC上位机连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，其特征在于，还包括声学参数测量仪；
声学测量杆组件包括高频声学发射杆、中频声学发射杆、第一声学接收杆和第二声学接收杆；
所述高频声学发射杆和所述中频声学发射杆分别与所述声学参数测量仪连接；
所述第一声学接收杆和所述第二声学接收杆分别与所述PC上位机连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，其特征在于，所述高频声学发射杆和所述中频声学发射杆的发射声波频率范围分别为80kHz-200kHz和30kHz-200kHz。
4.根据权利要求1所述的一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，其特征在于，所述温度测量杆设有多个温度传感器，多个所述温度传感器沿着所述温度测量杆的长度间隔均匀地排列。
5.根据权利要求1所述的一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，其特征在于，还包括加热单元，所述加热单元用于提高所述样品桶的海底沉积物的温度。
6.根据权利要求1所述的一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，其特征在于，还包括静力触探探杆，所述静力触探探杆竖直安装于所述安装圆盘；
所述静力触探探杆设有侧向阻力应变式传感器、孔隙水压力传感器和锥尖阻力传感器；
所述侧向阻力应变式传感器、所述孔隙水压力传感器和所述锥尖阻力传感器分别与所述PC上位机连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，其特征在于，所述升降驱动组件包括伺服电机、伸缩杆和位移传感器；
所述伺服电机安装于所述试验架台的顶部；
所述伸缩杆的顶部与所述伺服电机的驱动端连接，所述安装圆盘安装于所述伸缩杆的底部；
所述位移传感器分别与所述伺服电机和所述PC上位机连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于测量海底沉积物声学特性的装置，其特征在于，所述测量组件还包括开口向下的采样管；
所述采样管的顶部与所述伸缩杆的底部固定连接；
所述安装圆盘套设于所述采样管的外部。
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