[發明專利]一種海底物理環境測量裝置、測量系統與測量方法

在審

• 申請號: 202110054369.0
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112683339A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 馬本俊;秦志亮;董冬冬;高微;劉雪芹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學;青島海之聲科技有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 韓雪梅

1.一種海底物理環境測量裝置，其特征在于，包括：第一信息采集探桿、沉積物貫入探頭、摩擦阻力傳感器、聲信號激發器、水聽器、壓力傳感器和第二信息采集探桿；

所述沉積物貫入探頭固定于所述第一信息采集探桿的第一端，所述第一信息采集探桿利用所述沉積物貫入探頭貫入海底沉積物中；所述沉積物貫入探頭上固定所述摩擦阻力傳感器；所述聲信號激發器固定在所述第一信息采集探桿的側邊，位于所述第一信息采集探桿的第二端位置；所述水聽器固定于所述第一信息采集探桿的側壁上，且位置與所述聲信號激發器對應，所述水聽器用于接收所述聲信號激發器的聲信號；所述壓力傳感器固定于所述第一信息采集探桿的側壁上；所述第二信息采集探桿固定于所述第一信息采集探桿的側邊，所述第二信息采集探桿內置熱敏電阻和發熱線圈；

所述海底物理環境測量裝置通過所述摩擦阻力傳感器測量沉積物的貫入阻力參數，通過所述水聽器測量沉積物的聲參數，通過所述壓力傳感器測量沉積物的孔隙壓力參數，通過所述第二信息采集探桿測量沉積物的熱力參數。

2.根據權利要求1所述的海底物理環境測量裝置，其特征在于，所述沉積物的聲參數包括聲速和聲衰減系數；所述沉積物的熱力參數包括沉積物熱流值和熱導率。

3.根據權利要求1所述的海底物理環境測量裝置，其特征在于，所述水聽器的個數為多個，多個水聽器沿著第一信息采集探桿長度方向固定在所述第一信息采集探桿的側壁，形成水聽器陣列。

4.根據權利要求1所述的海底物理環境測量裝置，其特征在于，所述壓力傳感器的個數為多個，多個壓力傳感器沿著第一信息采集探桿長度方向固定在所述第一信息采集探桿的側壁，形成壓力傳感器陣列，所述壓力傳感器陣列用于測量不同深度的沉積物的孔隙壓力參數。

5.根據權利要求1所述的海底物理環境測量裝置，其特征在于，還包括：密封電子倉，所述密封電子倉內置海底測控單元和供電單元，所述海底測控單元接收所述摩擦阻力傳感器的測量信號，所述海底測控單元用于根據所述摩擦阻力傳感器的測量信號輸出聲信號激發指令和發熱指令，并將所述聲信號激發指令發送至所述聲信號激發器，將所述發熱指令發送至所述第二信息采集探桿；所述供電單元為所述摩擦阻力傳感器、所述聲信號激發器、所述水聽器、所述壓力傳感器和所述第二信息采集探桿供電。

6.根據權利要求1所述的海底物理環境測量裝置，其特征在于，還包括：吊放鋼壁和配重物；所述第一信息采集探桿的第二端固定在所述吊放鋼壁的底端，所述吊放鋼壁的頂部設有掛環；所述配重物固定于所述吊放鋼壁的底端。

7.根據權利要求6所述的海底物理環境測量裝置，其特征在于，所述聲信號激發器包括不銹鋼管和聲學換能器，所述不銹鋼管的第一端通過連接板固定于所述吊放鋼壁的側邊，所述不銹鋼管的第二端固定所述聲學換能器。

8.根據權利要求6所述的海底物理環境測量裝置，其特征在于，所述配重物的重量可以調節。

9.一種海底測量系統，其特征在于，包括：水面控制船、鎧裝電纜和權利要求1-8任一項所述的海底物理環境測量裝置；所述水面控制船包括自動絞車、船載吊機及甲板控制單元；所述船載吊機用于吊起所述海底物理環境測量裝置，所述自動絞車用于對所述海底物理環境測量裝置進行下放和吊起；所述甲板控制單元通過所述鎧裝電纜連接所述海底物理環境測量裝置的通信端，所述海底物理環境測量裝置的測量數據通過所述鎧裝電纜傳輸至所述甲板控制單元。

10.一種海底測量方法，其特征在于，所述海底測量方法應用于權利要求9所述的海底測量系統，所述海底測量方法包括：

水面控制船懸停于測量站點；

船載吊機吊起海底物理環境測量裝置，并通過自動絞車下放所述海底物理環境測量裝置；

所述海底物理環境測量裝置觸底后，在配重物重力的作用下，所述海底物理環境測量裝置的第一信息采集探桿、第二信息采集探桿以及所述聲信號激發器依次貫入沉積物；在貫入過程中，沉積物貫入探頭上固定的摩擦阻力傳感器測量沉積物貫入阻力；

當貫入過程停止，貫入阻力降為零后，聲信號激發器發射聲信號，經沉積物傳播后被水聽器接收；同時，第二信息采集探桿的發熱線圈開始發熱，熱敏電阻完成熱學參數測量；壓力傳感器完成孔隙壓力測量；整個測量過程中，海底物理環境測量裝置采集的數據通過鎧裝電纜通訊功能傳至甲板控制單元。