[发明专利]一种海底沉积物声学与物理参数原位同步测量装置与方法

权利要求书

1.一种海底沉积物声学与物理参数原位同步测量方法，其特征在于，该方法基于海底沉积物声学与物理参数原位同步测量装置实现，所述基于海底沉积物声学与物理参数原位同步测量装置包括甲板显控单元(1)与水下探测单元(2)；所述甲板显控单元(1)与水下探测单元(2)通过同轴电缆或者光电复合缆连接，完成电能与信号的传输；

所述水下探测单元(2)包括支架(2.1)和固定在支架下方的第一声学探杆(2.2)、第二声学探杆(2.5)、第三声学探杆(2.8)、取样杆(2.15)；所述第一声学探杆(2.2)上安装第一声学发射换能器(2.3)和第二声学发射换能器(2.4)，第二声学探杆(2.5)上安装第一声学接收换能器(2.6)和第二声学接收换能器(2.7)，第三声学探杆(2.8)上安装第三声学接收换能器(2.9)和第四声学接收换能器(2.10)；所述第一声学探杆(2.2)、第二声学探杆(2.5)、第三声学探杆(2.8)和取样杆(2.15)能够利用水下探测单元(2)的重力贯入沉积物中，并且利用第一声学发射换能器(2.3)、第二声学发射换能器(2.4)、第一声学接收换能器(2.6)、第二声学接收换能器(2.7)、第三声学接收换能器(2.9)和第四声学接收换能器(2.10)完成海底沉积物原位声学参数测量；

所述水下探测单元(2)还包括安装在支架(2.1)上的静力触探探杆(2.14)和液压控制模块(2.13)，所述静力触探探杆(2.14)与液压控制模块(2.13)连接，通过液压控制模块(2.13)控制其沿竖直方向匀速运动，在第一声学探杆(2.2)、第二声学探杆(2.5)、第三声学探杆(2.8)和取样杆(2.15)插入沉积物中后，利用液压控制模块(2.13)把静力触探探杆(2.14)匀速插入沉积物中，采集锥尖阻力与侧壁摩擦力数据；

所述水下探测单元(2)还包括安装在支架(2.1)上的控制电子仓(2.11)和通信电子仓(2.12)；所述甲板显控单元(1)包括显示模块(1.1)、通信模块(1.2)、控制模块(1.3)和电源模块(1.4)；所述显示模块(1.1)能够实时显示水下探测单元(2)采集的声学参数波形与贯入阻力曲线，实时揭示海底沉积物声学参数与物理参数之间的关系特征；所述通信模块(1.2)与通信电子仓(2.12)通信，所述控制模块(1.3)与控制电子仓(2.11)通信，所述电源模块(1.4)为甲板显控单元(1)与水下探测单元(2)提供电能；

所述海底沉积物声学与物理参数原位同步测量方法包括以下步骤：

步骤一：装置安装

1.1安装甲板显控单元(1)：检查甲板显控单元(1)的单示模块(1.1)、通信模块(1.2)、控制模块(1.3)以及电源模块(1.4)是否完好正常，在调查船实验室内安装，使用对应电缆连接各模块，电源模块(1.4)输入船电后，输出电源至其他模块以及水下探测单元(2)；

1.2安装水下探测单元(2)：检查水下探测单元(2)各部件是否完好正常，在调查船甲板面的平坦区域，将第一声学探杆(2.2)、第二声学探杆(2.5)、第三声学探杆(2.8)、取样杆(2.15)分别与支架(2.1)紧固，然后安装第一声学发射换能器(2.3)、第二声学发射换能器(2.4)、第一声学接收换能器(2.6)、第二声学接收换能器(2.7)、第三声学接收换能器(2.9)、第四声学接收换能器(2.10)、控制电子仓(2.11)、通信电子仓(2.12)、液压控制模块(2.13)以及静力触探探杆(2.14)；

步骤二：装置调试

2.1调试甲板显控单元(1)：开启电源模块(1.4)的开关，显示模块(1.1)正常显示信号采集界面；

2.2调试水下探测单元(2)：使用同轴缆或者光电复合缆连接甲板显控单元(1)与水下探测单元(2)，使用甲板显控单元(1)控制水下探测单元(2)的第一发射换能器(2.3)与第二声学发射换能器(2.4)发射信号，并同时使第一声学接收换能器(2.6)、第二声学接收换能器(2.7)、第三声学接收换能器(2.9)以及第四声学接收换能器(2.10)接收信号，显示模块(1.1)显示信号，使用甲板显控单(1)控制水下探测单元(2)的液压控制模块(2.13)，使得静力触探探杆(2.14)向下运动；

步骤三：装置布放

3.1把水下探测单元(2)放置在调查船后甲板吊放装置下方，使用绞车起吊布放入水；

3.2在水下探测单元(2)接近海底，快速下放水下探测单元(2)，利用重力使得水下探测单元(2)的探杆贯入沉积物中；

步骤四：数据采集

4.1在水下探测单元(2)触底后，声学探杆和取样杆(2.15)贯入沉积物中，开始进行声学原位测量，采集声学信号数据；

4.2在完成声学信号数据采集后，启动液压控制模块(2.13)，使得静力触探探杆(2.14)匀速贯入沉积物中，采集锥尖阻力与侧壁摩擦力数据；

步骤五：装置回收

5.1完成作业后，回收水下探测单元(2)至调查船甲板面；

5.2从取样杆(2.15)中取出沉积物样品，密封保存；

5.3拆卸水下探测单元(2)，干燥处保存；

步骤六：数据分析处理

6.1提取声学参数；

6.2提取阻力参数；

步骤七：建立关系模型

7.1提取锥尖阻力参数qc与侧壁摩擦力参数fs，建立与沉积物体密度参数ρ和粒度参数M之间的关系，并引入综合属性控制参数C，表达为F(qc,fs)＝Q(ρ,M,C)；

7.2提取沉积物中的声速参数v与声衰减参数α，建立与沉积物体密度参数ρ和粒度参数M之间的关系，并引入综合属性控制参数C，表达为A(v,α)＝B(ρ,M,C)；

7.3通过同步测量获得参数，输入锥尖阻力参数qc、侧壁摩擦力参数fs、声速参数v以及声衰减参数α作为约束参数，输出沉积物体密度参数ρ、粒度参数M以及综合属性控制参数C，最终反演获得沉积物的真实属性。