一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统及方法，包括承载框架，承载框架中设置有控制舱、液压舱、垂直探杆贯入机构和水平探杆支持机构，承载框架的顶端设置有起吊环，垂直探杆的底端固设有两个上下间隔设置的接收换能器；水平探杆支持机构包括固设在承载框架上的驱动装置，驱动装置的输出轴与水平探杆的一端垂直且固连，驱动装置能够驱动水平探杆以输出轴为中心轴转动，水平探杆的另一端设置有发射换能器；控制舱中设置有控制电路，液压舱内设置有与控制电路电连接的贯入油缸压力传感器，控制电路通过电缆与显控系统电连接。本发明专利技术实现了中低频声波在沉积物中的传播特性的原位测量。

An in-situ measurement system and method for low frequency acoustic characteristics of seabed sediments

【技术实现步骤摘要】
一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统及方法
本专利技术涉及海底测量设备
，特别是涉及一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统及方法。
技术介绍
海底是水下声场的重要边界，海底底质声学特性对海水中声波传播规律和水下声场空间结构具有重要影响。海底底质声学特性测量与研究在海洋声场预报、水下目标探测、水下通讯和导航、海底地形测绘和海底资源勘探等军事、海洋科学及生产领域具有重要的应用价值。海底底质声学特性直接测量方法主要有沉积物样品的实验室测量和海底原位测量两种，海底沉积声学原位测量是将声学仪器放置海底，直接测量声波在沉积物中的传播特性，这种方法避免了样品取样和搬运对沉积物造成的扰动，并且周围环境未发生变化，因此测量结果相对于在实验室测量样品更加准确、可靠。目前所使用海底底质声学特性原位测量系统，无论是采用横向测量方式还是采用纵向测量方式，均只能测量高频声波在沉积物中的传播特性，无法实现中低频声波在沉积物中的传播特性的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现中低频声波在沉积物中的传播特性的测量。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供了一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统，包括承载框架，所述承载框架中设置有控制舱、液压舱、垂直探杆贯入机构和水平探杆支持机构，所述垂直探杆机构包括固设在所述承载框架上的竖直的导轨，所述导轨的顶端固设有贯入油缸，所述贯入油缸的油缸杆与滑块固连，所述滑块与所述导轨滑动配合，所述滑块上固设有活动夹紧油缸，所述导轨的底端固设有固定夹紧油缸，所述活动夹紧油缸和所述固定夹紧油缸分别将同一个垂直探杆夹紧，所述垂直探杆的底端固设有两个上下间隔设置的接收换能器，所述贯入油缸能够驱动所述垂直探杆进行升降；所述水平探杆支持机构包括固设在所述承载框架上的驱动装置，所述驱动装置的输出轴与水平探杆的一端垂直且固连，所述驱动装置能够驱动所述水平探杆以所述输出轴为中心轴转动，所述水平探杆的另一端设置有发射换能器，所述发射换能器为中低频声波发射换能器，所述接收换能器能够接收中低频声波；所述控制舱中设置有控制电路，所述液压舱内设置有与所述控制电路电连接的贯入油缸压力传感器，所述控制电路通过电缆与显控系统电连接。优选地，所述水平探杆上还设置有升降油缸，所述升降油缸的油缸杆与所述水平探杆垂直，所述发射换能器与所述升降油缸的油缸杆固连，所述升降油缸能够驱动所述发射换能器进行升降。优选地，所述水平探杆支持机构还包括水平位置限位支架和垂直位置限位板，所述驱动装置为液压马达，所述水平位置限位支架固设在所述承载框架上，所述液压马达固设在所述水平位置限位支架上；所述承载支架的顶端对应所述水平探杆设置有容纳孔，所述容纳孔设置有缺口，所述水平探杆处于竖直状态时穿过所述容纳孔，所述垂直位置限位板通过螺栓可拆卸安装在所述缺口处。优选地，所述液压舱密闭，所述液压舱内还设置有分别与所述控制电路电连接的贯入油缸压力传感器、液压马达压力传感器和升降油缸压力传感器；所述的控制舱密封，所述控制舱内还设置有与所述控制电路电连接的姿态传感器；所述滑块上设置有与所述控制电路电连接的位移传感器，所述液压马达的输出轴上设置有与所述控制电路电连接的角度传感器。优选地，所述承载框架的底端设置有若干个底脚，所述承载框架的顶端设置有设置有起吊环，所述承载框架、所述起吊环及所述底脚构成承载平台。优选地，所述发射换能器与所述控制电路中的声波发射电路电连接，所述接收换能器与所述控制电路中的声波接收电路电连接。本专利技术还提供一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量方法，基于上述海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统，包括以下步骤：(1)将控制舱中的控制电路与甲板控制台的实时显控单元电连接；(2)通过实时显控单元将水平探杆回收至竖直状态，并打开垂直位置限位板，确保水平探杆在水下能够进行收放动作。(3)通过吊装设备将原位测量系统布放入水，直至承载平台触底，即位于海底沉积物的上方后，不能再继续下沉为止；在布放过程中，水平探杆保持在竖直状态；(4)通过贯入油缸驱动垂直探杆向下运动，直至所述垂直探杆底端的接收换能器位于所述海底沉积物中的预设深度为止；通过液压马达驱动水平探杆至水平状态；(5)通过所述实时显控系统向封装在控制舱内的控制电路中的声波发射采集系统发送声波发射、采集的参数和指令，发射换能器发射中低频声波信号，所述接收换能器接收所述中低频声波信号，所述接收换能器将采集到的数据上传至所述实时显控系统；(6)通过所述液压马达将所述水平探杆恢复到竖直状态，通过所述贯入油缸驱动所述垂直探杆上升，直至所述垂直探杆恢复原位为止；(7)通过所述吊装设备将原位测量系统回收至母船。优选地，在步骤(4)中当所述贯入油缸不能够一次性将所述垂直探杆驱动到预设深度时，通过所述贯入油缸驱动所述垂直探杆进行若干次下插动作，直至所述垂直探杆底端的接收换能器位于所述海底沉积物中的预设深度为止。本专利技术海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统实现了中低频声波在沉积物中的传播特性的原位测量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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他的附图。图1为本专利技术海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统工作状态的结构示意图；图2为本专利技术海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统零位状态的结构示意图；图3为本专利技术海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统中垂直探杆贯入机构的结构示意图；图4为本专利技术海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统中换能器信号发射接收示意图；图5为本专利技术海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统中控制单元的电路原理图；其中：1、垂直探杆；2、垂直探杆贯入机构；2-1、贯入油缸；2-2、活动夹紧油缸；2-3、滑块；2-4、导轨；2-5、固定夹紧油缸；3、承载平台；3-1、承载框架；3-2、起吊环；3-3、底脚；4、水平探杆支持机构；4-1、垂直位置限位板；4-2、水平位置限位支架；4-3、液压马达；5、水平探杆；6、控制舱；7、液压舱；8、发射换能器；9、接收换能器；10、姿态传感器，11、贯入油缸压力传感器；12、液压马达压力传感器；13、升降油缸压力传感器；14、角度传感器；15、位移传感器；16、升降油缸。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统，其特征在于：包括承载框架，所述承载框架中设置有控制舱、液压舱、垂直探杆贯入机构和水平探杆支持机构，所述垂直探杆机构包括固设在所述承载框架上的竖直的导轨，所述导轨的顶端固设有贯入油缸，所述贯入油缸的油缸杆与滑块固连，所述滑块与所述导轨滑动配合，所述滑块上固设有活动夹紧油缸，所述导轨的底端固设有固定夹紧油缸，所述活动夹紧油缸和所述固定夹紧油缸分别将同一个垂直探杆夹紧，所述垂直探杆的底端固设有两个上下间隔设置的接收换能器，所述贯入油缸能够驱动所述垂直探杆进行升降；所述水平探杆支持机构包括固设在所述承载框架上的驱动装置，所述驱动装置的输出轴与水平探杆的一端垂直且固连，所述驱动装置能够驱动所述水平探杆以所述输出轴为中心轴转动，所述水平探杆的另一端设置有发射换能器，所述发射换能器为中低频声波发射换能器，所述接收换能器能够接收中低频声波；所述控制舱中设置有控制电路，所述液压舱内设置有与所述控制电路电连接的贯入油缸压力传感器，所述控制电路通过电缆与显控系统电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统，其特征在于：包括承载框架，所述承载框架中设置有控制舱、液压舱、垂直探杆贯入机构和水平探杆支持机构，所述垂直探杆机构包括固设在所述承载框架上的竖直的导轨，所述导轨的顶端固设有贯入油缸，所述贯入油缸的油缸杆与滑块固连，所述滑块与所述导轨滑动配合，所述滑块上固设有活动夹紧油缸，所述导轨的底端固设有固定夹紧油缸，所述活动夹紧油缸和所述固定夹紧油缸分别将同一个垂直探杆夹紧，所述垂直探杆的底端固设有两个上下间隔设置的接收换能器，所述贯入油缸能够驱动所述垂直探杆进行升降；所述水平探杆支持机构包括固设在所述承载框架上的驱动装置，所述驱动装置的输出轴与水平探杆的一端垂直且固连，所述驱动装置能够驱动所述水平探杆以所述输出轴为中心轴转动，所述水平探杆的另一端设置有发射换能器，所述发射换能器为中低频声波发射换能器，所述接收换能器能够接收中低频声波；所述控制舱中设置有控制电路，所述液压舱内设置有与所述控制电路电连接的贯入油缸压力传感器，所述控制电路通过电缆与显控系统电连接。


2.根据权利要求1所述的海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统，其特征在于：所述水平探杆上还设置有升降油缸，所述升降油缸的油缸杆与所述水平探杆垂直，所述发射换能器与所述升降油缸的油缸杆固连，所述升降油缸能够驱动所述发射换能器进行升降。


3.根据权利要求2所述的海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统，其特征在于：所述水平探杆支持机构还包括水平位置限位支架和垂直位置限位板，所述驱动装置为液压马达，所述水平位置限位支架固设在所述承载框架上，所述液压马达固设在所述水平位置限位支架上；所述承载支架的顶端对应所述水平探杆设置有容纳孔，所述容纳孔设置有缺口，所述水平探杆处于竖直状态时穿过所述容纳孔，所述垂直位置限位板通过螺栓可拆卸安装在所述缺口处。


4.根据权利要求3所述的海底沉积物中低频声学特性的原位测量系统，其特征在于：所述液压舱密闭，所述液压舱内还设置有分别与所述控制电路电连接的贯入油缸压力传感器、液压马达压力传感器和升降油缸压力传感器；所述的控制舱密封，所述控制舱内还设置有与所述控制电路电连接的姿态传感器；所述滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：阚光明，刘保华，裴彦良，张莹莹，刘敬喜，李官保，孟祥梅，王景强，鲁德泉，
申请(专利权)人：自然资源部第一海洋研究所，国家深海基地管理中心，
类型：发明
国别省市：山东;37