[發明專利]一種海洋沉積物原位觀測探桿的靜力貫入裝置及方法

有效

• 申請號: 202211093274.0
• 申請日: 2022-09-08
• 公開（公告）號: CN115586586B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 段志剛;王建平;馬彬;汪正金;范建好;吳曉晨;楊佳;賈永剛;陳天;陳嘉偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍91053部隊;中國海洋大學;中國船舶科學研究中心
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00;E02D1/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 劉慶蘭

本發明涉及海洋工程地質、海底沉積物原位長期觀測技術領域，具體涉及一種海洋沉積物原位觀測探桿的靜力貫入裝置及貫入方法，立架內分別安裝有壓載式貫入機構、釋放裝置和海洋觀測探桿；底座上分別設置有設備狀態監控艙、鋰電池艙、深海攝像機和攝像機控制艙，壓載式貫入機構包括升降座和貫入齒條，升降座的中心開設有貫穿的探桿配合孔，升降座在探桿配合孔的兩側分別轉動安裝有兩個貫入齒輪，并分別連接貫入電機，貫入齒條豎向固定在立架內并分別與貫入齒輪嚙合；釋放裝置安裝在升降座的周面，包括至少兩個用于夾持海洋觀測探桿的釋放單元。本發明實現了勻速貫入、起拔動作、可靠度高，滿足多種類型探桿同時布放。

技術領域

本發明涉及海洋工程地質、海底沉積物原位長期觀測技術領域，具體涉及一種海洋沉積物原位觀測探桿的靜力貫入裝置及方法。

背景技術

中國專利申請CN110117951A公開了一種基于海洋觀測探桿的海底靜力貫入裝置及貫入方法，包括探桿立架、外卡環以及底座。外卡環上安裝有探桿定位裝置和壓帽式結構，底座包括上底板、下底板以及位于兩者之間的分離板，上底板上安裝有相互連接的電池倉、驅動器倉和電機，電機通過驅動繩連接壓帽式結構，外卡環和底座之間對應夾緊固定有探桿。

上述申請中，雖然海底靜力貫入裝置上也設置了用于探桿脫離的外卡環和電磁釋放裝置，但是在實際裝置海試過程中，發現在海況較差的現場條件下，較大海浪的沖擊導致作業船只搖擺晃動，由于探桿和外卡環之間無剛性約束，導致探桿發生搖擺晃動。極端情況下，電磁釋放裝置因無法承受過量荷載會發生失效，引起外卡環意外脫離，導致探桿脫落。此外，僅靠外卡環和電磁釋放裝置控制探桿脫離，實際為先自由落體后勻速貫入的過程，導致輸出數據十分不穩定。此外，該方法不具備探桿再回收功能，當一次布放不成功的情況下，難以實現快速回收，進行二次布放，極大影響現場工作效率。底座的上底板、下底板兩層結構體積龐大、十分沉重，在實際裝置海試過程中，發現底座在布放過程中出現過度沉降現象，以及對海底沉積物產生過度壓實，改變了真實滲流場，影響了觀測數據的質量；在回收過程中由于過度沉降和寬大下底板對海底沉積物的吸附力，導致裝置回收需要極大的拉力，提高了對作業船只的要求，降低了安全系數。

顯然，對于復雜、多變的海洋環境，上述申請公開的一種基于海洋觀測探桿的海底靜力貫入裝置及貫入方法還存在缺陷，無法滿足現有的實際應用需求，這是目前亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種海洋沉積物原位觀測探桿的靜力貫入裝置及貫入方法，齒輪齒條貫入機構解決了釋放階段探桿自由落體運動的弊端，實現了探桿貫入全過程勻速貫入、起拔動作，提高了輸出數據穩定性，可靠度高，受惡劣海況海浪沖擊較小。

本發明是通過如下技術方案實現的：

提供一種海洋沉積物原位觀測探桿的靜力貫入裝置，包括底座和固定在底座上的立架，立架內分別安裝有壓載式貫入機構、釋放裝置和海洋觀測探桿；

底座上分別設置有設備狀態監控艙、鋰電池艙、深海攝像機和攝像機控制艙，設備狀態監控艙內分別安裝有姿態傳感器、加速度傳感器和水位壓力傳感器，設備狀態監控艙頂端安裝有水密接插件并通過水密供電線纜電連接鋰電池艙，設備狀態監控艙還預留有用于與船載光電復合纜連接的光電復合纜接口；鋰電池艙內部為大容量可充電鋰電池組；攝像機控制艙內置攝像機總控系統，總控系統包括ARM微控制器和大容量機械硬盤，總控系統通過ARM微控制器向深海攝像機發送總體控制命令，通過大容量機械硬盤存儲觀測視頻圖像；

壓載式貫入機構包括升降座和貫入齒條，升降座的中心開設有貫穿的探桿配合孔，升降座在探桿配合孔的兩側分別轉動安裝有兩個貫入齒輪，并分別連接貫入電機，貫入齒條豎向固定在立架內并分別與貫入齒輪嚙合；