[发明专利]基于自然电位测量的海底边界层原位实时监测装置及方法

权利要求书

1.一种基于自然电位测量的海底边界层原位实时监测装置的监测方法,包括自然电位测量探杆和主控装置,其特征在于,所述自然电位测量探杆中部为杆体,杆体顶部设置有采集舱，杆体底部设置有锥尖，沿杆体长度方向等距预留有多个用于放置环形固体参比电极的凹槽；所述主控装置包括放置在采集舱内部的采集仪及数据传输设备，采集仪输入端通过线路电性连接环形固体参比电极，输出端通过线路电性连接数据传输设备；所述环形固体参比电极以钛合金为骨架，表面均匀涂抹厚度0.1-1mm的石墨烯，涂抹后置于烤箱中150℃下保持30分钟制得；

所述监测方法包括如下步骤：

1）利用环形固体参比电极通过室内实验获取预监测区清澈海水与海床沉积物自然电位的差值作为参考值V；测量时电压表正极连接监测区清澈海水中的环形固体参比电极，负极连接所述海床沉积物中的环形固体参比电极；

2）将自然电位测量探杆贯入到预监测海床中，使得环形固体参比电极下端部分埋藏在海床沉积物中，上端部分位于水体中；

3）通过采集仪控制各环形固体参比电极所对应测量电路的开关，从上到下依次采集相邻电极之间的电势差，得到电势差发生突变的点，即为海床界面相对探杆的位置；

4）确定海床界面后，将发生突变点上方的环形固体参比电极设定为固定电极，分别测量与其上方和下方所有环形固体参比电极的电势差，对比步骤1）中得到的参考值V，分析该点上下位置悬浮泥沙浓度变化；

5）根据提前预设的采集仪采集频率，重复步骤3）和步骤4），根据长期实时监测数据分析海底边界层动态变化，即得到一定时间范围内海底边界层的动态变化过程，通过其动态变化过程预测一定时间范围内海床侵蚀淤积情况；

6）通过数据传输设备将原始采集数据、分析及预测结果发送至平台。

2.根据权利要求1所述基于自然电位测量的海底边界层原位实时监测装置的监测方法,其特征在于,所述采集舱内还设有电路板，采集仪内含高精度电压表且自带数据处理及存储功能，采集仪为自容式或实时传输式，多个环形固体参比电极分别连接电压表并通过电路板上的开关单独控制。

3.根据权利要求1所述基于自然电位测量的海底边界层原位实时监测装置的监测方法,所述采集舱顶部和侧面设有方便提拉或固定的挂钩。

4.根据权利要求1所述基于自然电位测量的海底边界层原位实时监测装置的监测方法,所述环形固体参比电极埋藏在海床沉积物中的数量和位于水体中的数量相同。

5.权利要求1所述基于自然电位测量的海底边界层原位实时监测装置的监测方法,其特征在于，所述步骤4）中，悬浮泥沙浓度变化采用如下方法获得：

步骤3）中电势差发生突变的两个环形固体参比电极的中间位置即为突变点，将其作为海床界面在探杆中的相对位置，高度记为H；

确定海床界面后，以突变点上方的环形固体参比电极作为固定电极，标号为a₀； a₀上方的环形固体参比电极标号依次为a₁、a₂、…、a_n，a₀下方的环形固体参比电极标号依次为a_-1、a_-2、…、a_-n；依次测量与其上下方所有环形固体参比电极的电势差记录为V₁、V_-1、

…、V_n，水中悬浮泥沙浓度梯度式

式中C_h为悬浮泥沙浓度在垂直方向上高度为h处的分布，k为浓度系数, V_n为测量环形固体参比电极与固定电极间的电势差，h为测量的环形固体参比电极相对固定电极的距离。