[发明专利]一种用于深海沉积物力学特性的原位测量装置及使用方法

说明书

本发明公开了一种用于深海沉积物力学特性的原位测量装置及使用方法，包括球形贯入机构、外支撑机构、传感测量机构；球形贯入机构包括透水石、不锈钢球体、双端转换接头，外支撑机构由第一节杆和第二节杆连接而成，外支撑机构底端与球形贯入机构相连，内部中空形成容置腔；球形贯入机构中的透水石位于不锈钢球体底端，透水石底盖的底部局部有进水孔，且所述不锈钢球体内部为空腔用于储水，同时不锈钢球体球体顶部通过双端转换接头与外支撑机构相连；该装置结合了光纤感测技术，实现深海高压力、低温环境下沉积物力学性质的快速、准确、长期、原位监测。

技术领域

本发明属于海洋环境监测技术领域，具体涉及一种用于深海沉积物力学特性的原位测量装置及方法。

背景技术

我国拥有的海洋国土面积是299.7万平方公里，呈现出“横向幅员辽阔，纵向深浅不一”的特点。海洋内蕴含着极为丰富的资源，包括：矿物、油气、可燃冰等，开发潜力巨大。因此，准确获得深海海底沉积物的力学性质具有重要的研究意义。

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。在测试力学性质的过程中，容易造成沉积物扰动，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，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，现有的孔隙水压力观测装置在使用过程中，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。此外，传统监测传感器耐久性差、成活率低、实时及自动化监测程度低，无法满足现有的测量要求。

在深海高压力背景下，如何实现全海深海底沉积物力学性质的精准测量已成为当今深海底海洋工程建设及深海科学研究领域亟待解决的重点难题之一。

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的原位测量装置及方法，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的原位测量装置，包括球形贯入机构、外支撑机构、传感测量机构；

所述球形贯入机构包括透水石、不锈钢球体、双端转换接头，外支撑机构由第一节杆和第二节杆连接而成，外支撑机构底端与球形贯入机构相连，内部中空形成容置腔；

所述球形贯入机构中的透水石位于不锈钢球体底端，透水石底盖的底部局部有进水孔，且所述不锈钢球体内部为空腔用于储水，同时不锈钢球体球体顶部通过双端转换接头与外支撑机构相连；

传感测量机构包括孔隙水压力传感单元和贯入阻力传感单元，位于容置腔内部。

进一步的，所述外支撑机构由第一节杆和第二节杆连接而成，所述第一节杆顶部有两个注水孔，并使注水孔与外界连通，使外界的水通过注水孔即可进入外支撑机构内，与孔隙水压力传感单元中的波纹管连通，形成进水通道。

进一步的，所述贯入阻力传感单元和孔隙水压力传感单元通过FBG感测光纤传输数据，且引线在第一节杆顶端出线口引出。

进一步的，所述所述球形贯入机构中的透水石位于不锈钢球体底端的/处。

进一步的，所述贯入阻力传感单元采用门梁式结构，通过第一门字梁通过角度调节元件与波纹管相连。

进一步的，所述孔隙水压力传感单元采用开放式压差结构，滤除高背景压力，由第二门字梁和波纹管构成。

进一步的，所述第一门字梁与第二门字梁均采用不锈钢材质制成；所述第一节杆与第二节杆采用钛合金材质。

进一步的，所述角度调节元件由钢球与小球支撑结构组成。

所述的用于深海沉积物力学特性的原位测量装置的实用方法，包括以下步骤：