[发明专利]一种用于深海沉积物力学特性测量的光纤传感装置

说明书

本发明公开了一种用于深海沉积物力学特性测量的光纤传感装置，包括光纤光栅出线管、侧摩阻力感测单元，所述光纤光栅出线管连接于侧摩阻力感测单元顶部，并在侧摩阻力感测单元的底部依次连通有贯入阻力感测单元和孔隙水压力感测单元；所述侧摩阻力感测单元由第一门字梁及FBG感测裸纤构成，并置于第一内护筒内侧，且所述第一内护筒所在的外侧套设外固定套筒，且侧摩阻力感测单元所在的下方连接贯入阻力感测单元；本装置基于光纤光栅感测技术测量深海沉积物力学特性，可实现腐蚀性低温环境下的快速、准确、长期、原位监测，具有体积小、精度高的优点。

技术领域

本发明属于海底探测技术领域，具体涉及一种海底沉积物力学特性测量装置及方法，尤其是一种利用光纤传感测量海底沉积物力学特性的装置及方法。

背景技术

深海海底沉积物力学，直接制约了深海底海洋工程建设及深海科学研究。深海水动力条件弱，沉积速率低，沉积物主要由细粒物质组成，力学强度低，取样与测试过程中，容易造成沉积物扰动。另外，深海海底处于高压力环境，海底表面沉积物的强度通常为1～5kPa，如何在如此高的压力背景压力下，如何精准感知微小压力增量、海沉积物孔隙水压力、贯入阻力等力学指标的原位测量，对传感器及解调仪提出了更高的要求。因此实现海底沉积物力学性质，在高压力背景下微小变形的精准量测，对相关领域具有重要意义。

现有的孔隙水压力观测装置，在使用过程中，不仅受到超孔隙水压力，还受到静水压力，由于静水压力随着海水深度增加而不断提高，使得在深海中使用的观测装置的探头需要具有较大的量程，量程的增大使得探头的分辨率降低，导致探头的灵敏度和精度下降，影响测量结果的精确性。对于强度极低的深海底浅表沉积物，十字板剪切探头、静力触探锥形探头可能无法准确测得沉积物的强度变化。另外传统监测传感器还存在耐久性差、成活率低、实时及自动化监测程度低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于深海沉积物力学特性测量的光纤传感装置，解决了现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于深海沉积物力学特性测量的光纤传感装置，包括光纤光栅出线管、侧摩阻力感测单元，所述光纤光栅出线管连接于侧摩阻力感测单元顶部，并在侧摩阻力感测单元的底部依次连通有贯入阻力感测单元和孔隙水压力感测单元；

所述侧摩阻力感测单元由第一门字梁及FBG感测裸纤构成，并置于第一内护筒内侧，且所述第一内护筒所在的外侧套设外固定套筒，且侧摩阻力感测单元所在的下方连接贯入阻力感测单元；

所述外固定套筒所在下方设置同径的摩擦套筒，所述贯入阻力感测单元位于外固定套筒与摩擦套筒连接处的中部位置，所述贯入阻力感测单元所在外部套设内护管，所在底部通过角度调节元件与孔隙水压力感测单元相连；

所述孔隙水压力感测单元所在外部套设第二内护筒，所在的内部为波纹管，所述波纹管底部连接头包裹有触头，使所述触头位于双端转接头的空腔内接触连接并与外接连通，同时双端转接头所在的底部套设连接贯入锥头。

进一步的，所述侧摩阻力感测单元的顶部罩盖有顶端固定关节，并在顶端固定关节的顶部开设有进水孔，所述进水孔的一端部与外部连通，另一端部与孔隙水压力感测单元位置所在的波纹管内部腔体连通。

进一步的，所述顶端固定关节所在在的顶部还设置光纤光栅出线管和出气孔，并在所述光纤光栅出线管内设置FBG感测光纤，用于传输数据。

进一步的，所述侧摩阻力感测单元与贯入阻力感测单元的连接处位于外固定套筒所在的中部位置。

进一步的，所述孔隙水压力感测单元由第二门字梁和波纹管构成，同时所述双端转接头内部为空腔结构用于储水。