压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，包括外支撑机构、贯入驱动机构和监控测量机构三部分；外支撑机构包括由螺栓紧固的多边形支撑架和导向管；贯入驱动机构包括起吊头、导向杆、活动压盘、安装法兰、压载铅块和探杆等组件；监控测量机构包括状态监测传感器组件、声学传感器组件、监控测量电路组件；根据本测量装置与甲板控制平台之间是否有通讯缆连接，分别采用实时监控模式和自容模式完成测量过程。显然外支撑机构保证了测量装置在海底坐底时的稳定性，导向管和导向杆的配置使得探杆带动声学换能器更平稳地贯入沉积物中；基于测量装置在海底状态参数的采集来自动判断和控制声学特性原位测量过程；监控测量机构具有良好的可扩展性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋环境监测
，具体涉及一种海底沉积物声学特性测量装置，尤其是一种压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置。
技术介绍
海底沉积物的声学特性参数(主要指声速和声衰减系数)是表征其物理特性的基础参数，可以广泛应用于海水和海底声传播研究、海洋工程勘察和海底资源探查等领域。近年来，原位测量技术成为海底沉积物声学特性测量技术的发展趋势，国内先后公开了几种类型的原位测量技术，如专利200610155117.2.7( —种多频海底声学原位测试系统及方法)、200910255767.8(—种海底底质声学参数原位测量系统)、201010293649.9(海底沉积声学参数原位测量装置)、201010265697.7(基于液压贯入的海底沉积物声学特性原位探测系统)等。这些装置从原理上都是将声学传感器贯入沉积物内部，通过声波的发射和接收来推算声速和声衰减系数，区别则主要在于声学传感器的排布和贯入方式。排布方式包括水平阵列和垂直阵列两种，贯入方式则有自重(含自由落体)贯入和液压贯入两种。与上述不同，本专利技术提出了一种采用压载贯入方式的海底沉积物声学特性原位测量装置，既能避免自重贯入式测量系统容易存在的海底姿态不可控、易倾倒的问题，也克服了液压贯入式测量系统因配套的液压装置和动力电源导致的重量、体积过大，操作复杂等问题，将有助于提高海上测量作业的效率和可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，以克服现有技术的不足。—种压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，其特征是包括外支撑机构、贯入驱动机构和监控测量机构三部分；所述外支撑机构包括由螺栓紧固的支撑架，支撑架顶部为支撑盘，所述支撑盘下端连接导向管；所述贯入驱动机构包括起吊头、导向杆、活动压盘、安装法兰、压载铅块和探杆;所述导向杆为柱状结构，所述起吊头位于导向杆顶部，并作为导向杆的上限位部件;所述安装法兰设置在导向杆底部，且所述导向杆穿过所述导向管和支撑盘并可在导向管内上下移动，移动的范围受限于起吊头和安装法兰;所述安装法兰下部连接有活动压盘;所述活动压盘为板状结构，活动压盘下部安装多根竖直的探杆;活动压盘还承载压载铅块;所述探杆的数量为两根以上，其前端为声学换能器；所述监控测量机构，包括状态监测传感器组件、声学传感器组件、内含监控测量电路和电源的密封舱;其中密封舱搭载于所述的活动压盘上；所述的状态传感器组件，包括入水传感器、触底传感器和位移传感器，上述传感器均通过防水连接器和电缆连接到密封舱内的监控测量电路;所述入水传感器安装在贯入驱动机构上;所述触底传感器，其感应部件与外部触发部件分置于外支撑机构和贯入驱动机构上;所述位移传感器，其保护外壳与测量杆也分置于外支撑机构和贯入驱动机构上;所述触底传感器和位移传感器，均通过贯入驱动机构相对外支撑机构的运动产生信号；所述的声学传感器组件，包括位于探杆底部的声学换能器，所述的声学换能器含一个发射换能器和一个以上的接收换能器，并通过防水连接器和电缆与密封舱内的监控测量电路相连；所述的监控测量电路包括中央控制器、声波发射采集模块、数据传输模块，以及倾角传感器；所述中央控制器，分别连接入水传感器、触底传感器、位移传感器、倾角传感器，以采集这些传感器的信号;所述中央控制器，还连接声波发射采集模块和数据传输模块，以对声波发射采集和信号数据的传输进行控制；所述声波发射采集模块，接收来自中央控制器的指令，根据预设参数控制声学换能器发射、采集声波信号，对信号预处理后进行存储，并传送至数据传输模块；所述数据传输模块，接收来自中央控制器的状态观测数据和来自声波发射采集模块的声波观测数据，并对数据进行封装后经由通讯端口导出或者进行实时数据传输；所述倾角传感器，集成于中央控制器的电路板上，感应测量装置的倾斜程度。所述的装置在以自容模式进行海底沉积物声学特性原位测量中的应用。以上所述的压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，其特征是还包括位于调查船上的甲板控制平台，所述的甲板控制平台通过由绞车控制的通讯缆与测量控制电路的数据传输模块进行通讯;所述通讯缆采用铠装同轴缆或光电复合缆。所述的装置在以实时模式进行海底沉积物声学特性原位测量中的应用。以上所述的压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，其特征是所述的状态传感器组件还包括高度计、水下摄像机和水下照明灯，所述高度计、水下摄像机和水下照明灯，均安装在贯入驱动机构上;所述的监控测量电路还包括照明控制与视频服务器模块，在本测量装置与甲板控制平台之间有通讯缆连接的情况下，实时控制水下照明灯的开合与水下摄像机获取海底影像，并将影像数据传送至数据传输模块。以上所述的压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，其特征是所述外支撑机构，包括至少四根支撑架，该支撑架下部为竖直段、上部位倾斜段，所述支撑架上部的倾斜段均连接于支撑盘，所述支撑架下部的竖直段通过水平设置的横梁实现两两之间的相互连接，且每相邻两个支撑架之间的夹角相等，从而使外支撑机构成为一个具有中轴线的轴对称结构。以上所述的压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，其特征是所述支撑盘形状为圆形或正多边形，支撑盘中央设有开孔，开孔底部连接有导向管，所述外支撑机构还包括可穿过导向杆并卡在支撑盘上的的限位插销，所述限位插销，其拔出后才允许导向杆上下移动。以上所述的压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，其特征是所述入水传感器与触底传感器采用以下集成式结构:包括由前、后两个仓室组成的耐压密封舱，所述前、后两个仓室以连接通道相互连接，且前、后两个仓室之间有一条间隙；所述前仓室前端设有前端盖，前端盖上安装水密连接器；所述前、后仓室内部分别安装发射超声晶片和接收超声晶片、或者分别安装接收超声晶片和发射超声晶片，且所述的发射超声晶片和接收超声晶片分别位于上述间隙的两侦U，密封舱内设有磁性接近开关且该磁性接近开关紧贴舱壁内侧面安装，所述的发射超声晶片、接收超声晶片和磁性接近开关分别通过导线与位于前仓室内部的检测电路相连；所述检测电路的输出端与水密连接器相连，用于检测数据的输出；所述检测电路包括微功耗单片机、超声检测模块和触底检测模块三部分;所述超声检测模块由发射驱动电路、接收放大电路、信号整形电路和脉冲计数器组成;其中，发射驱动电路一端与发射超声晶片相连，另一端连接微功耗单片机;接收放大电路一端连接接收超声晶片，另一端依次经信号整形电路和脉冲计数器后，以并口数据线与微功耗单片机相连；所述触底检测模块包括连接有辅助保护电路的主开关回路，辅助保护电路的输出端直接与微功耗单片机相连。该集成式传感器可称为自动进行水气介质识别的触底传感器。以上所述的压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，其特征是所述声学换能器，均为圆柱状换能器，安装在与其直径相同的探杆上，所述声学换能器，其前端为锥形，以减小贯入阻力。所述监控测量机构，根据本测量装置与甲板控制平台之间是否有通讯缆连接，分别采用实时监控模式和自容模式完成测量过程。所述实时监控模式测量过程，其根据监控测量组件采集并通过通讯缆实时上传至甲板控制台的水下状态信息，按照实时设定的参数进行声波信号的发射、采集和存储。所述自容模式测量过程，其根据入水传感器和触底传感器采集的状态本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压载贯入式海底沉积物声学特性原位测量装置，其特征是包括外支撑机构、贯入驱动机构和监控测量机构三部分；所述外支撑机构包括由螺栓紧固的支撑架(1)，支撑架(1)顶部为支撑盘(4)，所述支撑盘(4)下端连接导向管(2)；所述贯入驱动机构包括起吊头(7)、导向杆(5)、活动压盘(8)、安装法兰(9)、压载铅块(10)和探杆(11)；所述导向杆(5)为柱状结构，所述起吊头(7)位于导向杆(5)顶部，并作为导向杆(5)的上限位部件；所述安装法兰(9)设置在导向杆(5)底部，且所述导向杆(5)穿过所述导向管(2)和支撑盘(4)并可在导向管(2)内上下移动，移动的范围受限于起吊头(7)和安装法兰(9)；所述安装法兰(9)下部连接有活动压盘(8)；所述活动压盘(8)为板状结构，活动压盘(8)下部安装多根竖直的探杆(11)；活动压盘(8)还承载压载铅块(10)；所述探杆(11)的数量为两根以上，其前端为声学换能器(13)；所述监控测量机构，包括状态监测传感器组件、声学传感器组件、内含监控测量电路(17)和电源的密封舱(12)；其中密封舱(12)搭载于所述的活动压盘(8)上；所述的状态传感器组件，包括入水传感器(14)、触底传感器(15)和位移传感器(16)，上述传感器均通过防水连接器和电缆连接到密封舱(12)内的监控测量电路(17)；所述入水传感器(14)安装在贯入驱动机构上；所述触底传感器(15)，其感应部件与外部触发部件分置于外支撑机构和贯入驱动机构上；所述位移传感器(16)，其保护外壳与测量杆也分置于外支撑机构和贯入驱动机构上；所述触底传感器(15)和位移传感器(16)，均通过贯入驱动机构相对外支撑机构的运动产生信号；所述的声学传感器组件，包括位于探杆(11)底部的声学换能器(13)，所述的声学换能器(13)含一个发射换能器和一个以上的接收换能器，并通过防水连接器和电缆与密封舱(12)内的监控测量电路(17)相连；所述的监控测量电路(17)包括中央控制器(18)、声波发射采集模块(19)、数据传输模块(20)，以及倾角传感器(21)；所述中央控制器(18)，分别连接入水传感器(14)、触底传感器(15)、位移传感器(16)、倾角传感器(21)，以采集这些传感器的信号；所述中央控制器(18)，还连接声波发射采集模块(19)和数据传输模块(20)，以对声波发射采集和信号数据的传输进行控制；所述声波发射采集模块(19)，接收来自中央控制器(18)的指令，根据预设参数控制声学换能器发射、采集声波信号，对信号预处理后进行存储，并传送至数据传输模块(20)；所述数据传输模块(20)，接收来自中央控制器(18)的状态观测数据和来自声波发射采集模块(19)的声波观测数据，并对数据进行封装后经由通讯端口导出或者进行实时数据传输；所述倾角传感器(21)，集成于中央控制器(18)的电路板上，感应测量装置的倾斜程度。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李官保，刘敬喜，刘保华，韩国忠，阚光明，于凯本，梁军汀，祁国梁，季念迎，吕斌，
申请(专利权)人：国家海洋局第一海洋研究所，山东拓普液压气动有限公司，国家深海基地管理中心，
类型：发明
国别省市：山东;37
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