一种海底沉积物孔隙度原位分层测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本公开涉及深海采矿技术领域，提供一种海底沉积物孔隙度原位分层测量装置及其测量方法，包括：取样器框架、导杆、电阻率测量模组、声学测量模组和密度测量模组；取样器框架包括顶板和支腿，支腿设置于顶板底部，导杆可滑动地连接于顶板朝向支腿的一面上，导杆为可伸缩结构，导杆上设置有电阻率测量模组、声学测量模组和密度测量模组；沿导杆，电阻率测量模组、声学测量模组和密度测量模组依次设置。该装置的密度测量模组能够实时测量海底沉积物的密度，充分利用电阻率测量模组和声学测量模组测量结果较为准确的沉积物深度区间，获取的海底沉积物的特性数据，可为深海采矿过程中的环境扰动评估提供依据。动评估提供依据。动评估提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种海底沉积物孔隙度原位分层测量装置及其测量方法


[0001]本公开涉及深海采矿
，尤其涉及一种海底沉积物孔隙度原位分层测量装置及其测量方法。

技术介绍

[0002]在海底沉积物诸多物理性质中,孔隙度是一项重要参数，孔隙度是沉积物中孔隙体积占总体积的百分比,表征了饱和沉积物内固体颗粒与液体的两相体积的大小关系，而深海采矿过程中，采矿车重载行走会对沉积物压实，改变海底沉积物的孔隙度，孔隙度是评价采集过程环境扰动的重要指标,海底表层沉积物的孔隙度与海底生物的生存状况、生态环境息息相关，因此，展开采矿过程对海底沉积物孔隙度的影响研究具有较大的意义。现有的测量沉积物孔隙度的方法中，micro
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CT法只适用于实验室试验，且操作繁琐、流程复杂、设备昂贵；而电阻率推演法和声学性质推演法均受沉积物测量深度的影响较大，测量结果不稳定，易产生误差。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本公开提供了一种海底沉积物孔隙度原位分层测量装置及其测量方法。
[0004]本公开一方面提供了一种海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，包括：取样器框架、导杆、电阻率测量模组、声学测量模组和密度测量模组；所述取样器框架包括顶板和支腿，所述支腿设置于所述顶板底部，所述导杆可滑动地连接于所述顶板朝向所述支腿的一面上，所述导杆为可伸缩结构，所述导杆上设置有电阻率测量模组、声学测量模组和密度测量模组；沿所述导杆远离所述顶板的轴向上，所述电阻率测量模组、声学测量模组和密度测量模组依次设置。
[0005]可选地，所述电阻率测量模组包括中央数控装置和四个电阻率测量器件，四个所述电阻率测量器件沿所述导杆的周向均布设置，每个所述电阻率测量器件均与所述中央数控装置电连接；所述电阻率测量器件包括U型安装套、发射电极组件、接收电极组件，所述U型安装套的第一臂上设置有发射电极组件，所述U型安装套的第二臂上设置有接收电极组件，所述发射电极组件与所述接收电极组件相对设置。
[0006]可选地，所述发射电极组件包括四个锥型发射电极和四个锥型接收电极，所述锥型发射电极与锥型接收电极相对设置。
[0007]可选地，所述锥型发射电极和所述锥型接收电极分别为银（Ag）或氯化银（AgCl）材质。
[0008]可选地，所述声学测量模组包括空心十字槽、第一声学发射器、第二声学发射器、第一接收换能器和第二接收换能器，所述空心十字槽与所述导杆同轴设置，且所述空心十字槽的开口背向所述顶板，所述空心十字槽内形成的第一通道的两端分别设置有第一声学发射器和第一接收换能器，所述空心十字槽内第二通道的两端分别设置有第二声学发射器
和第二接收换能器；四个所述电阻率测量器件与所述第一通道和所述第二通道的位置对应设置。
[0009]可选地，所述密度测量模组包括核密度计和数据处理集成器，所述核密度计设置于所述导杆远离所述顶板的一端，所述核密度计与所述数据处理集成器电连接。
[0010]可选地，所述支腿的数量为四条，四条所述支腿分别连接在方形的所述顶板的四角上，四条所述支腿围合形成棱台状的测量空间。
[0011]可选地，所述顶板上设置有角度校正器，四条所述支腿均为可伸缩结构。
[0012]可选地，所述顶板朝向所述支腿的一侧形成有至少两条相互交错的滑轨结构。
[0013]本公开另一方面提供了一种海底沉积物孔隙度原位分层测量方法，采用上述的海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，包括以下步骤：导杆带动电阻率测量模组、声学测量模组和密度测量模组在多个预设的测量位停留对沉积物的性质进行测量；通过电阻率测量模组每次测量四个不同方向的沉积物电阻率；通过声学测量模组每次测量两组不同频率下的沉积物声学性质；通过密度测量模组实时测量海底沉积物的密度。
[0014]本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本公开实施例提供的一种海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，支腿用于支撑在顶板与沉积底质之间，通过设置可相对于顶板滑动的导杆，能够确定导杆的相对于顶板平面的位置；通过导杆的伸缩可以灵活设置测量深度，在不同的测量位置对沉积物性质进行测量；通过将电阻率测量模组、声学测量模组和密度测量模组，在导杆的轴向上沿远离顶板的方向设置，从而使密度测量模组能够实时测量海底沉积物的密度，以便于及时避开海底表层的硬质无机物，而声学测量模组较电阻率测量模组的位置低，以便于通过声学测量模组，记录深层土样特性，通过电阻率测量模组测量浅层土样特性；从而充分利用电阻率测量模组和声学测量模组测量结果较为准确的沉积物深度区间，获取的海底沉积物的特性数据，可为深海采矿过程中的环境扰动评估提供依据。
[0015]本公开提供的一种海底沉积物孔隙度原位分层测量方法，采用上述的海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，由于该装置具有分层测量，结果准确的优点，因此该海底沉积物孔隙度原位分层测量方法在相应方面也具有较好的特性。
附图说明
[0016]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0017]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本公开实施例所述海底沉积物孔隙度原位分层测量装置的示意图；图2为本公开实施例所述顶板及滑轨结构的示意图；图3为本公开实施例所述支腿和顶板的连接结构的示意图；图4为本公开实施例所述导杆的示意图；
图5为本公开实施例所述导杆与滑轨的连接结构示意图；图6为本公开实施例所述电阻率测量器件的示意图；图7为本公开实施例所述声学测量模组的仰视图；图8为本公开实施例所述密度测量模组的示意图；图9为本公开实施例所述深海沉积物影响深度计算图示；图10为本公开实施例所述接地比压沿深度衰减曲线。
[0019]其中，11、吊环；12、顶板；13、滑轨结构；21、支腿；22、支撑座；23、角度校正器；31、电阻率测量模组；311、锥型发射电极；312、锥型接收电极；313、U型安装套；32、声学性质测量模组；321、空心十字槽；322、第一声学发射器；323、第一接收换能器；33、密度测量模组；331、核密度计；332、安装部；34、激光距离传感器；35、控制器；351、滚动轴承；36、压力传感器；4、导杆；41、限位件；5、伸缩套。
具体实施方式
[0020]为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0021]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0022]结合图1和图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，其特征在于，包括：取样器框架、导杆（4）、电阻率测量模组（31）、声学测量模组（32）和密度测量模组（33）；所述取样器框架包括顶板（12）和支腿（21），所述支腿（21）设置于所述顶板（12）底部，所述导杆（4）可滑动地连接于所述顶板（12）朝向所述支腿（21）的一面上，所述导杆（4）为可伸缩结构，所述导杆（4）上设置有电阻率测量模组（31）、声学测量模组（32）和密度测量模组（33）；沿所述导杆（4），所述电阻率测量模组（31）、所述声学测量模组（32）和所述密度测量模组（33）依次设置。2.根据权利要求1所述的海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，其特征在于，所述电阻率测量模组（31）包括中央数控装置和四个电阻率测量器件，四个所述电阻率测量器件沿所述导杆（4）的周向均布设置，每个所述电阻率测量器件均与所述中央数控装置电连接；所述电阻率测量器件包括U型安装套（313）、发射电极组件、接收电极组件，所述U型安装套（313）的第一臂上设置有发射电极组件，所述U型安装套（313）的第二臂上设置有接收电极组件，所述发射电极组件与所述接收电极组件相对设置。3.根据权利要求2所述的海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，其特征在于，所述发射电极组件包括四个锥型发射电极（311）和四个锥型接收电极（312），所述锥型发射电极（311）与所述锥型接收电极（312）相对设置。4.根据权利要求3所述的海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，其特征在于，所述锥型发射电极（311）和所述锥型接收电极（312）分别为银（Ag）或氯化银（AgCl）材质。5.根据权利要求3所述的海底沉积物孔隙度原位分层测量装置，其特征在于，所述声学测量模组（32）包括空心十字槽（321）、第一声学发射器（322）、第二声学发射器、第一接收换能器（323）和第二接收换能器，所述空心十...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘珅，夏建新，魏定邦，杨强，杨全凯，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：