[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

说明书

本发明公开了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。本发明装置包括甲板显控单元与水下探测单元；水下探测单元包括第一声学探杆、第二声学探杆、第三声学探杆和取样杆；声学探杆和取样杆能够利用水下探测单元的重力贯入沉积物中，并且利用声学换能器完成海底沉积物原位声学参数测量；水下探测单元还包括静力触探探杆和液压控制模块，在声学探杆和取样杆插入沉积物中后，利用液压控制模块把静力触探探杆匀速插入沉积物中，采集锥尖阻力与侧壁摩擦力数据。本发明可以用于海底沉积物声学与物理参数测量，一次测量作业，可以同步采集声学参数、物理参数以及沉积物样品，可以在海底沉积物工程勘察与科学研究中广泛应用。

技术领域

本发明涉及海底沉积物探测与研究等领域，尤其涉及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。

背景技术

海底沉积物是海水与海底的重要边界，特别是海底以下数米的表层沉积物，是海底探测、海洋工程以及相关科学研究的直接对象。海底沉积物声学特性是海底环境探测的重要组成部分，具体包括两方面内容：一方面是海底沉积物的声学参数特征，另一方面是海底沉积物的声学参数与物理参数之间的关系。海底的声学参数探测在国防建设以及科学研究中占有重要地位，沉积物的物理参数是进行海底环境探测与工程勘察的重要参数，特别是在海底声传播探测研究中，建立基于沉积物的声学参数与物理参数的关系模型，对海底沉积物的特性认识具有重要意义，这对海底沉积物声学与物理参数的测量装置与方法提出了必要需求。

目前，海底沉积物的声学参数与物理参数测量可以分为取样测量与海底原位测量两种技术方法。其中，取样测量方法操作较为便捷，但是，由于海底表层沉积物具有很强的结构性，在取样过程中的扰动，极易造成海底沉积物的结构破坏，不能保持海底沉积物的原始状态，造成测量参数与实际参数存在偏差，测量获得的声学参数和物理参数难以真实反映海底沉积物的真实特性；海底原位测量是把探测装置布放至海底，使探测传感器与沉积物直接接触进行测量，最大限度地减小了对沉积物结构的破坏，保持了海底沉积物的原始状态，获得较高精度的声学参数与物理参数。

通常，海底沉积物声学参数原位测量使用声学换能器探头进行测量，通过探测装置把换能器探头贯入沉积物中，进行收发信号探测，从而获得沉积物的相关声学参数；海底沉积物物理参数原位测量使用静力触探技术，静力触探探头通过静力匀速地贯入待测沉积物中，该技术通过探头贯入过程中直接测得的锥尖阻力与侧壁摩擦力，然后利用关系模型反演相关的海底沉积物的物理参数。

现有的海底沉积物声学参数与物理参数原位测量装置，一次测量只能测量获得声学参数或者物理参数中的一种，无法同步测量与采集数据。存在以下缺点：(1)难以针对某一特定站位同步进行声学参数与物理参数原位测量，造成关系模型存在偏差；(2)作业效率较低，需要两次布放测量装置分别测量声学参数与物理参数；(3)无法直观实时地展示沉积物的声学参数与物理参数之间的关系特征。

发明内容

本发明针对现有海底沉积物声学探测装置与方法的问题，提出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。用来同步测量的声学参数为声传播速度与声衰减系数，测量的物理参数为沉积物的体密度与粒度。

本发明通过下述技术方案得以实现：一种海底沉积物声学与物理参数原位同步测量装置，包括甲板显控单元与水下探测单元；所述甲板显控单元与水下探测单元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；

所述水下探测单元包括支架和固定在支架下方的第一声学探杆、第二声学探杆、第三声学探杆、取样杆；所述第一声学探杆上安装第一声学发射换能器和第二声学发射换能器，第二声学探杆上安装第一声学接收换能器和第二声学接收换能器，第三声学探杆上安装第三声学接收换能器和第四声学接收换能器；所述第一声学探杆、第二声学探杆、第三声学探杆和取样杆能够利用水下探测单元的重力贯入沉积物中，并且利用第一声学发射换能器、第二声学发射换能器、第一声学接收换能器、第二声学接收换能器、第三声学接收换能器和第四声学接收换能器完成海底沉积物原位声学参数测量；