[发明专利]基于压力计的海底沙波迁移观测装置及方法

权利要求书

1.基于压力计的海底沙波迁移观测装置，其特征在于包括海底沙波观测系统以及辅助船（14），所述辅助船（14）上配备有起吊装置（15）和布放缆（16），所述海底沙波观测系统包括固定装置（Ⅰ）、周期测量装置（Ⅱ）和波长测量装置（Ⅲ）；

固定装置（Ⅰ）由四脚架（1）、带凹槽的光滑钢杆（3）、缆绳（4）以及起连接作用的细钢筋（2）组成；

周期测量装置（Ⅱ）固定在钢杆（3）上；波长测量装置（Ⅲ）通过缆绳（4）连接在固定装置（Ⅰ）上；

周期测量装置（Ⅱ）包括测量圆球（6）、水深压力计（5）、MRU三维姿态传感器（10）；所述测量圆球（6）固定在钢杆（3）上，并沿钢杆（3）上下运动，测量圆球（6）表面有6个直径0.01 m的圆孔（8），上半球4个、下半球2个，距中心轴线0.03 m成圆状均匀分布，从而保证内外水压一致；测量圆球（6）表面还有多个角状突起（7），以将海流的水平冲击力转化为旋转的动力，保证其在海流的作用下不致上下移动；MRU三维姿态传感器（10）与水深压力计（5）一同固定在测量圆球（6）内部，并通过滚球（9）随着测量圆球（6）一起沿钢杆（3）上下运动；

在沙波移动的过程中，测量圆球会上下运动，此时水深压力计（5）会记录的水压的变化，从而得到沙波迁移一个波长所需的时间；固定装置（Ⅰ）布放时，海底表面可能有一定倾斜角度，或者在沙波的迁移过程中，装置有些许倾斜，MRU三维姿态传感器（10）则会记录倾斜的角度，在今后数据处理时进行校正，保证监测的准确性；

波长测量装置（Ⅲ）包括安装有旋转式沉积物剖面成像仪（12）的圆形浮球（11），圆形浮球（11）表面有一个圆孔（13），通过缆绳（4）连接在固定装置（Ⅰ）上；旋转式沉积物剖面成像仪（12）固定在圆孔上（13），定期扫描地形以测量区域沙波的波长。

2.如权利要求1所述的海底沙波迁移观测装置，其特征在于所述四脚架（1）材质为不锈钢316，密度为7.98kg/m³，其表面涂漆，长、宽、高分别为1.5 m*1.5 m*1 m，每个脚底部都设有锥头，增加锥头的重量使之作为配重使用；

所述钢杆（3）长4 m，首尾两端通过细钢筋（2）固定在四脚架（1）上以确保不会倾斜；钢杆（3）通过细钢筋（2）竖直的固定在固定装置（Ⅰ）上，以使测量圆球（6）内的水深压力计（5）保持竖直。

3.如权利要求1所述的海底沙波迁移观测装置，其特征在于测量圆球（6）以聚苯乙烯为材料，直径0.3 m，密度为1.07 kg/m³，略大于海水且小于泥沙，在海水中可自由下沉，在泥沙作用下可向上运动。

4.如权利要求1所述的海底沙波迁移观测装置，其特征在于所述水深压力计（5）型号为8CB2000-Ⅰ，水深测量范围0-2000 m，精度为0.01%，分辨率为0.01 ppm；MRU三维姿态传感器（10）型号为TES-100。

5.如权利要求1所述的海底沙波迁移观测装置，其特征在于所述细钢筋（2）外形光圆，材料为Q 235，直径0.01 m，强度HPB 235。

6.如权利要求1所述的海底沙波迁移观测装置，其特征在于圆形浮球（11）以聚乙烯为材料，直径0.6 m，密度0.9 kg/m³，悬浮在水体中；旋转式沉积物剖面成像仪（12）型号为SPR-Scan，测量半径1-100 m，分辨率为0.02 ppm，最大可用于3000 m水深。

7.利用权利要求1所述的装置对海底沙波迁移观测的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）设备室内检测与标定：在测量之前水深压力计（5）、MRU三维姿态传感器（10）和旋转式沉积物剖面成像仪（12）仪器按照国家标准GB/T12763.10一2007进行校准标定，保证所有仪器处于正常工作状态，仪器精度符合国标要求；

2）选择观测点：根据已有观测资料对海底沙波进行分析，选择需要进行调查的观测点；

3）准备好辅助船（14），船上配备有起吊装置（15）及布放缆（16）；

4）设置水深压力计（5）、MRU三维姿态传感器（10）以及旋转式沉积物剖面成像仪（12）的工作频率和时长，然后分别安装于测量圆球（6）和圆形浮球（11）内部；周期测量装置（Ⅱ）安装于钢杆（3）上，钢杆（3）首尾用细钢筋（2）固定；波长测量装置（Ⅲ）通过缆绳（4）与固定装置（Ⅰ）连接；整个观测系统安装好之后，将其搭载于辅助船（14）上；

5）利用GPS定位系统将辅助船（14）行驶至目标观测点，抛锚、下桩，使船体保持稳定状态；

6）利用起吊装置（15）和布放缆（16）将观测系统用起吊，下放入海，至海床表面，布放过程中尽量使布放缆（16）处于竖直状态；

7）观测系统布放完成后，水深压力计（5）、MRU三维姿态传感器（10）以及旋转式沉积物剖面成像仪（12）按设定的频率与时长进行工作，实现沙波迁移过程中观测点水压变化以及地形的观测；

8）原位观测周期结束之后，将辅助船（14）行驶至下放目标点，进行观测系统回收；

9）读取水深压力计（5）、MRU三维姿态传感器（10）以及旋转式沉积物剖面成像仪（12）记录的数据，对于水深压力计的数据，需要消除浪潮流的影响，换算成高程变化，然后通过MRU三维姿态传感器（10）记录的数据进行高程变化的校正；最后和旋转式沉积物剖面成像仪（12）导出的波长数据一起，计算出沙波迁移的速率。