一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置及方法。该装置包括甲板显控单元与水下探测单元两部分，两部分通过同轴电缆或者光电复合缆进行供电与通信，实现甲板显控单元对水下探测单元的实时状态显示与远程控制。该装置可以一次作业，同步完成海底沉积物的声学原位测量与取样作业；并且，该装置的沉积物声学原位测量，可以适用横向测量与纵向测量两种作业模式。本发明专利技术适用于海底沉积物的声学原位测量与沉积物取样，能够精确获得同一站位的声学特性数据与沉积物样品，提高了海底沉积物声学特性研究的可靠性与精度。

Acoustic in-situ measurement and synchronous sampling device and method for seabed sediment

The invention discloses an acoustic in-situ measurement and synchronous sampling device for seabed sediments and a method thereof. The apparatus includes a display control unit and the deck underwater detection unit two parts, the two part of the power supply and communication coaxial cable or optical composite cable, display control unit to display on the deck to achieve real-time underwater detection and remote control unit. The device can be a work, completed in situ acoustic measurement and sampling work of seabed sediment and sediment acoustic synchronization; in situ measurement of the device, can be applied to horizontal measurement and longitudinal measurements of two operation modes. In situ acoustic measurement and sediment sampling of the invention is applicable to the seabed sediment, can obtain accurate data and sediment acoustic characteristics of the same station, improve the reliability and accuracy of the acoustic characteristics of the ocean sediments.

【技术实现步骤摘要】
一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置及方法
本专利技术属于海洋调查与海底探测
，具体涉及一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置及方法。
技术介绍
海底沉积物是海洋水体与海底直接接触的界面，也是人类认识、探测以及开发利用海底首先面对的对象。海底沉积物的物质属性是海底环境监测、海底资源开发以及海洋工程的重要方面。通过对海底沉积物进行声学原位测量与取样，是认识沉积物属性的一种重要手段，其最大限度地保持了沉积物的原状特性，测量精度较高。海底沉积物的物理属性与声学特征密切相关，可以基于声学原位探测沉积物声学参数进行物理属性的反演。目前，进行沉积物声学原位测量的模式有两种，一种模式是声学换能器对向安装，进行横向沉积物声学特性测量；另一种模式是声学换能器纵向安装，进行垂直方向沉积物声学特性测量；两种模式各有特点，横向测量主要针对特定层位的沉积物进行声学测量，纵向测量主要针对不同层位的沉积物进行声学测量。目前，国内外使用的海底沉积物原位测量装置只能进行单一的横向或者纵向测量，测量效率较低，主要存在如下问题：(1)仅能进行单一的横向或者纵向测量，效率较低；(2)不能进行同步沉积物取样，不利于开展沉积物的声学参数与物理参数的相关性分析研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置及方法，本专利技术集成度高，无附加驱动装置，安装方便，操作简单，同时具有横向与纵向两种测量模式，并且能够同步完成沉积物取样功能，可反复使用。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置，包括甲板显控单元与水下探测单元，甲板显控单元远程控制并且实时显示水下探测单元的作业状态，水下探测单元完成声学原位测量与沉积物取样；所述水下探测单元包括六边形支架，六边形支架的下方分别通过定位销连接声学发射矛杆、声学接收矛杆和沉积物取样矛杆，六边形支架上方固定纵向发射换能器；所述声学发射矛杆上安装至少两个横向发射换能器，所述声学接收矛杆上安装接收换能器，特别地，横向发射换能器、纵向发射换能器与接收换能器在同一平面内。进一步地，所述六边形支架的顶板上设置承重吊点，承重吊点与六边形支架的顶板构成吊点转弯保护装置，实现本装置在甲板上水平安装、起吊后垂直入水的功能。进一步地，所述六边形支架内设置两个水下控制电子仓，一个用作供电通信仓，另一个用作声学仓，可以有效减少供电与通信对声学信号发射接收的干扰。进一步地，所述六边形支架内安装声速仪、高度计以及水下摄像头。进一步地，本装置重心位于六边形支架底部，使得本装置垂直起吊时，三只矛杆受力较小；并且三支矛杆呈正三角形分布，海底着陆平稳，能够在自身重力作用下插入海底沉积物中。进一步地，纵向发射换能器与接收换能器构成纵向发射接收工作模式；横向发射换能器与接收换能器构成水平发射接收工作模式，同时具备沉积物声学原位测量两种工作模式。进一步地，所述声学接收换能器是由多个接收换能器基元构成的阵列，该阵列嵌入声学接收矛杆的凹槽内，该阵列平面与凹槽齐平，不同接收换能器基元的辐射范围分别覆盖六边形支架上安装的纵向发射换能器与声学发射矛杆上安装的横向发射换能器。进一步地，三只矛杆底部均呈锥形，以便有效插入沉积物中；在声学接收矛杆管壁放置温度传感器，可以同步测量海底沉积物的温度；在声学发射矛杆管壁放置位移传感器，可以获得装置进入沉积物中的深度。一种海底沉积物声学原位测量与同步取样的方法，该方法具体为：作业时，先进行沉积物中测量，使装置插入沉积物中进行声学原位测量并同步取样，声学原位测量与沉积物同步取样完成后，然后进行一次水中测量，并且，其水中测量的参数与沉积物中声学原位测量的参数配置相同，以获得沉积物和水体中的比对数据，进行数据的后期处理，获得海底沉积物的原位声学特性参数。进一步地，利用标准声速仪测的水中声速，与该装置测量的水中声速进行比测校准，提高沉积物中的声学原位测量的精度。本专利技术的有益效果是：同步进行声学原位测量与沉积物取样，便于地声模型的研究；既可以进行横向发射接收测量模式，也可以进行纵向发射接收测量模式，多种测量模式，提高测量效率；供电通信电子仓与声学仓为独立的两个耐压仓，降低了供电与通信对声学信号的干扰；利用搭载的声速仪，对沉积物中的声程进行精确计算，提高了探测精度。附图说明图1为本专利技术总体结构示意图；图2为本专利技术的甲板显控单元组成示意图；图3为本专利技术水下探测单元的立体示意图；图4为本专利技术的测量方法流程图；图中：1为甲板显控单元；101为显示模块；102为通信模块；103为控制模块；104为供电模块；105为同轴电缆或者光电复合缆接口；2为水下探测单元；201为承重吊点；202为六边形支架；203为声学发射矛杆；204为声学接收矛杆；205为沉积物取样矛杆；206为水下控制电子仓；207为纵向发射换能器；208为第一横向发射换能器；209为第二横向发射换能器；210为接收换能器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供了一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置，包括甲板显控单元1与水下探测单元2，甲板显控单元1远程控制并且实时显示水下探测单元2的作业状态，水下探测单元2完成声学原位测量与沉积物取样。如图3所示，所述水下探测单元2包括六边形支架202，六边形支架202的下方分别通过定位销连接声学发射矛杆203、声学接收矛杆204和沉积物取样矛杆205，六边形支架202上方固定纵向发射换能器207；所述声学发射矛杆203上安装至少两个横向发射换能器，所述声学接收矛杆204上安装接收换能器210，特别地，横向发射换能器、纵向发射换能器207与接收换能器210在同一平面内。进一步地，所述六边形支架202的顶板上设置承重吊点201，承重吊点201与六边形支架202的顶板构成吊点转弯保护装置，实现本装置在甲板上水平安装、起吊后垂直入水的功能。进一步地，所述六边形支架202内设置两个水下控制电子仓206，一个用作供电通信仓，另一个用作声学仓，可以有效减少供电与通信对声学信号发射接收的干扰。进一步地，所述六边形支架202内安装声速仪、高度计以及水下摄像头。进一步地，本装置重心位于六边形支架202底部，使得本装置垂直起吊时，三只矛杆受力较小；并且三支矛杆呈正三角形分布，海底着陆平稳，能够在自身重力作用下插入海底沉积物中。进一步地，纵向发射换能器207与接收换能器210构成纵向发射接收工作模式；横向发射换能器与接收换能器210构成水平发射接收工作模式，同时具备沉积物声学原位测量两种工作模式。进一步地，所述接收换能器210是由多个接收换能器基元构成的阵列，该阵列嵌入声学接收矛杆204的凹槽内，该阵列平面与凹槽齐平，不同接收换能器基元的辐射范围分别覆盖六边形支架202上安装的纵向发射换能器207与声学发射矛杆203上安装的横向发射换能器。进一步地，三只矛杆底部均呈锥形，以便有效插入沉积物中；在声学接收矛杆204管壁放置温度传感器，可以同步测量海底沉积物的温度；在声学发射矛杆203管壁放置位移传感器，可以获得装置进入沉积物中的深度。本专利技术还提供了一种海底沉积物声学原位测量与同步取样的方法，该方法具体为：作业时，先进行沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置，其特征在于，包括甲板显控单元(1)与水下探测单元(2)，甲板显控单元(1)远程控制并且实时显示水下探测单元(2)的作业状态，水下探测单元(2)完成声学原位测量与沉积物取样；所述水下探测单元(2)包括六边形支架(202)，六边形支架(202)的下方分别通过定位销连接声学发射矛杆(203)、声学接收矛杆(204)和沉积物取样矛杆(205)，六边形支架(202)上方固定纵向发射换能器(207)；所述声学发射矛杆(203)上安装至少两个横向发射换能器，所述声学接收矛杆(204)上安装接收换能器(210)，特别地，横向发射换能器、纵向发射换能器(207)与接收换能器(210)在同一平面内。

【技术特征摘要】
1.一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置，其特征在于，包括甲板显控单元(1)与水下探测单元(2)，甲板显控单元(1)远程控制并且实时显示水下探测单元(2)的作业状态，水下探测单元(2)完成声学原位测量与沉积物取样；所述水下探测单元(2)包括六边形支架(202)，六边形支架(202)的下方分别通过定位销连接声学发射矛杆(203)、声学接收矛杆(204)和沉积物取样矛杆(205)，六边形支架(202)上方固定纵向发射换能器(207)；所述声学发射矛杆(203)上安装至少两个横向发射换能器，所述声学接收矛杆(204)上安装接收换能器(210)，特别地，横向发射换能器、纵向发射换能器(207)与接收换能器(210)在同一平面内。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述六边形支架(202)的顶板上设置承重吊点(201)，承重吊点(201)与六边形支架(202)的顶板构成吊点转弯保护装置，实现本装置在甲板上水平安装、起吊后垂直入水的功能。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述六边形支架(202)内设置两个水下控制电子仓(206)，一个用作供电通信仓，另一个用作声学仓，可以有效减少供电与通信对声学信号发射接收的干扰。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述六边形支架(202)内安装声速仪、高度计以及水下摄像头。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，本装置重心位于六边形支架(202)底部，使得本装置垂直起吊时，三只矛杆受力较小；并且三支矛杆呈正三角形分布，海底着陆平稳，能...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶春辉，张国堙，周建平，邓显明，蔡巍，徐巍军，金肖兵，吴震宇，刘宜胜，
申请(专利权)人：国家海洋局第二海洋研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33