[发明专利]一种海底沉积物声学原位测量与同步取样装置及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于海洋调查与海底探测技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明集成度高，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。

本发明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。