基于载人潜水器的非接触式深海沉积物强度原位测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一种基于载人潜水器的非接触式深海沉积物强度原位测量装置，包括上部耐压控制舱模块、下部耐压强磁触发及测量模块，下部耐压强磁触发及测量模块外套设有保护罩，保护罩上设置有与其垂直的T形机械把手，并基于深海测量特点对下部耐压强磁触发及测量模块进行创新性设计：即将第一强磁与应变曲轴和第二强磁分别封装在径向耐压壳体的上容纳腔和下容纳腔内，且上容纳腔为耐压密封状态，下容纳腔与海水连通，并将第二强磁与探杆设计为零浮力形式，解决水下巨大压力的影响下高精度微小力的沉积物阻力测量问题；采用小型化、轻量化设计，不需绞缆回收系统，节省造价，由蛟龙号机械手夹持作业，既提高了工作效率，又减少了设备维护难度和作业风险，对推动深渊科学探测技术的发展具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于载人潜水器的非接触式深海沉积物强度原位测量装置
本技术属于海底沉积物力学性能测试领域，具体涉及一种基于载人潜水器的非接触式深海沉积物强度原位测量装置。
技术介绍
近年来，随着海上设施的建设、海洋石油天然气等矿产资源的开发、海上军事活动等的日益增强，使得关于海底沉积物工程力学性质的研究日益迫切。石油开采设备若要以海底海床为地基，则必须提前了解海床的成分以及其承载力；我国“蛟龙号”深海载人潜水器、核潜艇等深海潜器需固定在海床上进行采样等工作时，为确保安全着陆，需要提前对深海海底浅层沉积物抗剪强度进行研究；海底电缆和输油管道的铺设等海洋前期开发工作，为保证低成本快速的完成铺设，需要知道深海海底浅层沉积物的抗剪强度；沉积物的力学强度可以一定程度上帮助科学家更好的了解海床的结构构造以及海底沉积物的类型。目前，国内外针对大深度深海海底沉积物强度测量的技术手段十分有限，由于特殊的外部环境条件和成分多样性，现一般采用先在载人潜水器的配合下利用特殊的海底沉积物取样设备进行沉积物的取样工作，取样完成后回到陆地实验室进行力学性质的测定的方式。但是这种方法无法消除取样时的应力释放、样品运输时的碰撞及制样中的扰动等影响，原性状难以保证，严重影响所测数据的可靠性；而且所使用的海底沉积物取样设备结构复杂庞大，质量达几百公斤甚至上吨重，其造价昂贵、作业及维护也比较困难，布放时需要专门的大型绞车及吊车布放，作业效率低下且存在较大的风险。因此亟需提出一种深海海底原位测试装置，以解决大深度海底测量的难题，最大限度的保证沉积物的原状性。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对现有技术中对大深度海底沉积物土工力学强度原位测量，原有测量装置结构复杂、造价昂贵、效率低、作业及维护困难等技术难点，提出一种基于载人潜水器的非接触式深海沉积物原位检测装置。本技术是采用以下的技术方案实现的：基于载人潜水器的非接触式深海沉积物强度原位检测装置，与蛟龙号载人潜水器配套使用，包括上部耐压控制舱模块、下部耐压强磁触发及测量模块，下部耐压强磁触发及测量模块外套设有保护罩，保护罩上设置有与其垂直的T形机械把手，所述保护罩用于在海底作业过程中保证形变不受外部因素影响，同时也可保护内部测量系统不被机械手或其他物质损坏，T形机械把手主要用于机械手夹持水下作业；所述上部耐压控制舱模块包括控制舱壳体，控制舱壳体上设置有磁开关以及通讯天线，控制舱壳体内设置有主控单元、电池单元、传感器单元以及数据采集单元，所述磁开关、通讯天线、电池单元、传感器单元和数据采集单元均与主控单元电连接，所述磁开关用以触发主控单元工作；所述下部耐压强磁触发及测量单元包括一径向耐压壳体，径向耐压壳体包括上容纳腔和下容纳腔；上容纳腔内设置有应变曲轴，应变曲轴通过一连接件与上部耐压控制舱相连，所述连接件与径向耐压壳体密封连接，两者之间可设置多道密封圈，以保证密封效果，沿应变曲轴的径向表面设置有应变片，应变片与数据采集单元电连接，应变曲轴的下方连接有第一强磁；下容纳腔内设置有第二强磁，且第二强磁与第一强磁的同性相对设置，第二强磁的下方设置有探杆，径向耐压壳体的下端设置有弹簧底盖，所述探杆贯穿所述弹簧底盖，并可在下容纳腔内上下移动，当探杆由于贯入沉积物产生上移时，第二强磁同步向上移动，第一强磁和第二强磁由于同性相斥产生等同的斥力作用，从而引起应变曲轴的形变，通过应变片将形变数据传递给数据采集单元，进而测出应变力。进一步的，所述探杆为采用复合材料制作的实心结构，且所述探杆和第二强磁的重力等于其在水下的浮力，以消除了重力影响，提高检测精度。进一步的，所述控制舱壳体内设置有多层安装板，所述安装板上下层叠设置，分别用以安装主控单元、传感器单元和数据采集单元等，且安装板通过丝杆连接固定在控制舱壳体内。进一步的，所述控制舱壳体为筒状结构，其高度为200mm-400mm，内径为80mm-120mm，外径为120mm-160mm，控制舱壳体的上下两端由端盖固定，并通过密封圈密封。进一步的，所述径向耐压壳体为筒状结构，采用316高强度不锈钢制造，其高度为100mm-150mm，内径为16mm-20mm，外径为20mm-26mm，最大耐压80mpa。与现有技术相比，本技术的优点和积极效果在于：本技术提出的沉积物强度原位检测装置创新性的与蛟龙号载人潜水器配套使用，包括上部耐压控制舱模块、下部耐压强磁触发及测量模块，下部耐压强磁触发及测量模块外套设有保护罩，保护罩上设置有与其垂直的T形机械把手，并基于深海测量特点对下部耐压强磁触发及测量模块进行创新性设计：即将第一强磁与应变曲轴和第二强磁分别封装在径向耐压壳体的上容纳腔和下容纳腔内，且上容纳腔为耐压密封状态，下容纳腔与海水连通，并将第二强磁与探杆设计为零浮力形式，解决水下巨大压力的影响下高精度微小力的沉积物阻力测量问题；该原位检测装置采用小型化、轻量化设计，整套装置总重在20Kg以下，布置于蛟龙号本体，随蛟龙号下潜，通用性高，不需绞缆回收系统，海上可进行拆装、组装，可实现大批量加工。由蛟龙号机械手夹持作业，减少不必要人力、设备浪费，既提高了工作效率，又减少了设备维护难度和作业风险；另外考虑设备密封性要求，采用磁开关启动模式，由潜航员操纵机械手水下触发，同时采用无线通讯的传输形式，大大提升了设备可维护性，提高了海上作业安全性，对推动深渊科学探测技术的发展具有重要意义。附图说明图1为本技术所述原位检测装置的整体结构示意图；图2为图1中上部耐压控制舱模块的结构示意图；图3为图1中下部耐压强磁触发及测量模块的结构示意图；图4为图3中径向耐压壳体的结构示意图。具体实施方式为了能够更加清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本技术做进一步说明。需要说明的是，本实施例中所述的“上”、“下”等位置关系以图1所示方向为准，且在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例：基于载人潜水器的非接触式深海沉积物强度原位检测装置，与蛟龙号载人潜水器配套使用，如图1所示，包括上部耐压控制舱模块1、下部耐压强磁触发及测量模块2，下部耐压强磁触发及测量模块2外套设有保护罩3，保护罩3上设置有与其垂直的T形机械把手4，所述保护罩3用于在海底作业过程中保证形变不受外部因素影响，同时也可保护内部测量模块不被蛟龙号机械手或其他物质损坏，机械把手4设计为T形，方便载人潜水器机械手夹持。参考图2，所述上部耐压控制舱模块1包括控制舱壳体11，控制舱壳体11上设置有磁开关12以及通讯天线13，控制舱壳体11内设置有主控单元、电池单元14、传感器单元以及数据采集单元(图中未示意)，所述磁开关12、通讯天线13、电池单元14、传感器单元和数据采集单元均与主控单元电连接，所述磁开关用以触发主控单元工作，考虑设备密封性要求，采用磁开关启动模式，由潜航员操纵机械手水下触发，同时采用无线通讯的传输形式，大大提升了设备可维护性，提高了海上作业安全性。控制舱壳体11内设置有多层安装板15，所述安装板15上下层叠设置，分别用以安装主控单元、传感器单元和数据采集单元等，且安装板15通过丝杆16连接固定在控制舱壳体11，丝杆16的数量可选多根，所述传感器单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于载人潜水器的非接触式深海沉积物强度原位测量装置，与蛟龙号载人潜水器配套使用，其特征在于，包括上部耐压控制舱模块、下部耐压强磁触发及测量模块，所述下部耐压强磁触发及测量模块外套设有保护罩，保护罩上设置有与其垂直的T形机械把手；所述上部耐压控制舱模块包括控制舱壳体，控制舱壳体上设置有磁开关以及通讯天线，控制舱壳体内设置有主控单元、电池单元、传感器单元以及数据采集单元，所述磁开关、通讯天线、电池单元、传感器单元和数据采集单元均与主控单元电连接，所述磁开关用以触发主控单元工作；所述下部耐压强磁触发及测量单元包括一径向耐压壳体，径向耐压壳体包括上容纳腔和下容纳腔；上容纳腔内设置有应变曲轴，应变曲轴通过一连接件与上部耐压控制舱相连，所述连接件与径向耐压壳体密封连接，沿应变曲轴的径向表面设置有应变片，应变片与数据采集单元电连接，应变曲轴的下方连接有第一强磁；下容纳腔内设置有第二强磁，且第二强磁与第一强磁的同性相对设置，第二强磁的下方设置有探杆，径向耐压壳体的下端设置有弹簧底盖，所述探杆贯穿所述弹簧底盖，并可在下容纳腔内上下移动。

【技术特征摘要】
1.基于载人潜水器的非接触式深海沉积物强度原位测量装置，与蛟龙号载人潜水器配套使用，其特征在于，包括上部耐压控制舱模块、下部耐压强磁触发及测量模块，所述下部耐压强磁触发及测量模块外套设有保护罩，保护罩上设置有与其垂直的T形机械把手；所述上部耐压控制舱模块包括控制舱壳体，控制舱壳体上设置有磁开关以及通讯天线，控制舱壳体内设置有主控单元、电池单元、传感器单元以及数据采集单元，所述磁开关、通讯天线、电池单元、传感器单元和数据采集单元均与主控单元电连接，所述磁开关用以触发主控单元工作；所述下部耐压强磁触发及测量单元包括一径向耐压壳体，径向耐压壳体包括上容纳腔和下容纳腔；上容纳腔内设置有应变曲轴，应变曲轴通过一连接件与上部耐压控制舱相连，所述连接件与径向耐压壳体密封连接，沿应变曲轴的径向表面设置有应变片，应变片与数据采集单元电连接，应变曲轴的下方连接有第一强磁；下容纳腔内设置有第二强磁，且第二强磁与第一强磁的同性相对设置，第二强磁的下方设置有探杆，径向耐压壳体的下端设置有弹簧底盖，所述探杆贯穿所...

【专利技术属性】
技术研发人员：任玉刚，李正光，杨磊，李德威，李超，
申请(专利权)人：国家深海基地管理中心，
类型：新型
国别省市：山东,37