[发明专利]一种基于分布式声波传感技术的水下沉积物沉积特性测量装置与方法

权利要求书

1.一种基于分布式声波传感技术的水下沉积物沉积特性测量装置，其特征在于，包括感知元件、分布式声波传感解调仪、光纤引线、计算机、信号发射器和脉冲振动器；所述的分布式声波传感解调仪的一端通过信号传输线与计算机相连，另一端通过光纤引线与感知元件相连；脉冲振动器固定在感知元件的顶部；所述感知元件由标杆和应变感测光纤组成，应变感测光纤嵌入标杆中；所述标杆是一根截面为圆形的细长杆，标杆表面开槽，槽的方向与标杆的轴线方向平行，应变感测光纤固定槽内；光纤引线与感知元件中的应变感测光纤相连；所述脉冲振动器包括三个模块：信号接收模块、脉冲振动模块和电源模块；三个模块电连接，电源模块负责给其他模块供电，当信号接收模块接收到信号发射器传来的发射信号后，脉冲振动模块随即产生脉冲振动，使感知元件发生振动。

2.权利要求1所述的基于分布式声波传感技术的水下沉积物沉积特性测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在室内对测量装置进行标定试验，得到感知元件的振动频率与水下沉积物类型的经验关系曲线；

步骤二、将测量装置中的感知元件垂直插入水下某个待测位置，待装置稳定后，在岸边用信号发射器向脉冲振动器发射激发信号，分布式声波传感解调仪采集并记录感知元件振动时的应变数据；

步骤三、运用计算机软件提取步骤二中分布式声波传感解调仪记录的数据，按照从感知元件的顶部到底部的顺序对记录的应变数据进行排列，之后对各个位置的应变数据进行分析，从而确定水下沉积物与水的分界面位置；当感知元件振动时，在沉积物与水分界面位置附近，感知元件的应变最大，比较感知元件各个位置的应变数据，记录应变最大的光纤道号，该道对应的感知元件的位置即为水下沉积物与水的界面位置；

步骤四、对记录的应变数据进行快速傅里叶变换，提取出感知元件振动的频率数据，根据感知元件的振动频率与水下沉积物类型的经验关系曲线，由测得的振动频率判断出水下沉积物的类型；

步骤五、每隔一定时间在水岸边用信号发射器发射信号，重复步骤三和四，测出感知元件所在位置处水下沉积物-水分界面位置和沉积物类型，并与之前的测量结果进行对比，得到水下沉积物-水分界面位置的升降情况及沉积物类型的变化情况，进而实现对海床、河床和湖床冲刷或淤积的长期监测，并判断出冲刷或淤积的沉积物类型及厚度。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于：不同位置的应变感测光纤记录了感知元件不同位置的应变信息，所述步骤一中，通过标定试验，确定每一道光纤记录对应的感知元件的位置，记录每一道光纤的道号以及对应的感知元件的位置，为之后分析光纤的应变数据提供位置参考。

4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于：通过室内标定试验得到感知元件的振动频率与水下沉积物类型的经验关系，对于同一个感知元件，不断改变水下沉积物的类型和感知元件的插入深度，用脉冲振动器让感知元件振动，得到若干感知元件振动的频率数据，之后对频率数据进行可视化处理，得到感知元件的振动频率与水下沉积物类型的经验关系曲线。

5.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于：所述步骤四中，为了降低外界环境噪声对频率测量的干扰，先对数据进行去噪处理，去噪处理包括如下步骤：首先对每一道光纤数据进行主频分析，然后根据主频分析结果对光纤数据进行滤波处理，最后叠加各道滤波后的光纤数据，提升信噪比。

6.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于：步骤四中，将测得的振动频率代入经验关系曲线，判断出水下沉积物的类型。