專利名稱:基于液壓驅(qū)動貫入的海底沉積物聲學(xué)特性原位探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種海洋測量設(shè)備,具體涉及一種基于液壓驅(qū)動貫入的海底沉積物聲 學(xué)特性原位探測系統(tǒng),屬于海洋物理測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
包括聲速和聲衰減系數(shù)在內(nèi)的海底沉積物的聲學(xué)特性是表征海底沉積物基本物 理性質(zhì)的重要參數(shù)之一,通過對海底沉積物聲速和聲衰減系數(shù)的測量可以為水下潛艇導(dǎo) 航、反潛、水聲設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用等軍事活動提供重要參數(shù),對于國防建設(shè)具有重要意義。 而且,利用沉積物的聲速和聲衰減系數(shù)等聲學(xué)特性參數(shù)評價海底巖土工程性質(zhì),其在海洋 工程勘察、海底資源勘探開發(fā)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。目前,現(xiàn)有一種原位測量技術(shù) 是將聲學(xué)換能器固定在海底沉積物重力取樣器上,發(fā)射換能器位于取樣管上部,往下等間 距排列一組接收換能器,在距海底一定高度釋放重力取樣器,重力取樣器靠自重帶動聲學(xué) 換能器快速插入沉積物,通過發(fā)射和接收聲波信號,實(shí)現(xiàn)對海底沉積物聲速和聲衰減系數(shù) 的原位測量,該技術(shù)通過通訊電纜實(shí)時控制設(shè)備在海底工作狀態(tài),并將測量數(shù)據(jù)實(shí)時回傳 至甲板控制單元。該技術(shù)存在如下問題(1)靠重力取樣器自重帶動聲學(xué)換能器快速插入 海底沉積物,對沉積物擾動很大,降低測量精度,而且,對換能器造成很大沖擊,使其容易損 壞;(2)設(shè)備通過通訊電纜由甲板單元控制其在海底的工作,采集的聲波數(shù)據(jù)通過電纜實(shí) 時回傳至甲板單元,增加了對設(shè)備搭載船舶的要求(要求船舶必須配有鎧甲纜),增加海上 調(diào)查成本;(3)設(shè)備只適用于較軟海底,當(dāng)海底底質(zhì)較硬時,很難插入沉積物中,致使測量 失敗,降低工作效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于液壓驅(qū)動貫入的海底沉積物聲學(xué)特性原位探測 系統(tǒng),以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)。本發(fā)明利用液壓組合驅(qū)動機(jī)構(gòu)將發(fā)射換能器和接收換能器緩慢勻速貫入到海底 沉積物指定深度,采用嵌入式智能集成芯片為自動控制單元的核心,以程序控制為手段,實(shí) 現(xiàn)設(shè)備在海底工作的自動控制和監(jiān)測,系統(tǒng)采集的聲波信號自容式存儲于存儲單元,無需 實(shí)時向甲板回傳數(shù)據(jù)。基于液壓驅(qū)動貫入的海底沉積物聲學(xué)特性原位探測系統(tǒng),該系統(tǒng)包括帶有起重吊 環(huán)的框架,固接有發(fā)射換能器的發(fā)射探桿和固接有接收換能器的接收探桿,以及固定于框 架上的內(nèi)含自動控制單元和聲波發(fā)射采集單元的密封倉,和換能器貫入裝置,其特征在于 所述的換能器貫入裝置是滑輪組合機(jī)構(gòu)的液壓貫入驅(qū)動裝置,該換能器貫入裝置包括固 定于框架底部的液壓泵、由該液壓泵驅(qū)動的液壓缸內(nèi)的液壓桿,固定于該液壓桿上端的下 動滑輪與上動滑輪,以及固定在框架上部的三個上定滑輪,固定于框架下部的三個下定滑 輪,并有兩條相互平行的鋼纜穿過活動壓盤中部的兩個通孔,向上依次繞過兩個上定滑輪、 上動滑輪以及另一個上定滑輪而固定在框架上,向下依次繞過兩個下定滑輪、下動滑輪以及另一個下定滑輪而固定在框架上;所述活動壓盤是一個矩形板狀結(jié)構(gòu)體,且還帶有一個 發(fā)射探桿安裝孔和至少兩個接收探桿安裝孔??紤]到便于生產(chǎn)制造以及裝配使用,上述發(fā)射探桿和接收探桿結(jié)構(gòu)相同,均是中 間有通孔、底部設(shè)有外螺紋的圓柱形管狀結(jié)構(gòu)體,該管狀結(jié)構(gòu)體頂部安裝有水密插頭,并且 經(jīng)由連接法蘭固定于活動壓盤上??紤]到便于生產(chǎn)制造、裝配使用以及與發(fā)射探桿和接收探桿相配合,上述發(fā)射換 能器和接收換能器結(jié)構(gòu)相同,均是底部帶有貫入錐、頂部設(shè)有鎖緊螺母的圓柱形結(jié)構(gòu)體,該 圓柱形結(jié)構(gòu)體內(nèi)部設(shè)有與貫入錐相連的中心承載軸,并有至少兩個圓環(huán)形的壓電陶瓷管并 排套置在該中心承載軸上,在壓電陶瓷管與中心承載軸之間填充有隔聲橡膠墊;頂部的鎖 緊螺母可以使發(fā)射換能器和接收換能器通過發(fā)射探桿和接收探桿上的外螺紋固接于探桿 上??紤]到液壓驅(qū)動的效果以及增加鋼纜的承載能力,故將上述活動壓盤的中部設(shè)有 兩個通孔,并以兩條相互平行的鋼纜穿過活動壓盤的通孔,且上、下定滑輪與上、下動滑輪 均是繞有兩條鋼纜的雙纜滑輪。考慮到鋼纜與活動壓盤的固接效果,上述鋼纜通過現(xiàn)有的鎖緊卡環(huán)與活動壓盤固 接??紤]到便于判斷整個系統(tǒng)在海底是否穩(wěn)定,上述密封倉內(nèi)設(shè)有傾角傳感器??紤]到便于判斷是否達(dá)到下插深度,上述液壓缸內(nèi)設(shè)有位移傳感器??紤]到便于測量運(yùn)動過程中的液壓油壓力,上述液壓泵內(nèi)設(shè)有壓力傳感器。本發(fā)明在執(zhí)行發(fā)射探桿和接收探桿下插任務(wù)時,在液壓泵的驅(qū)動下液壓桿伸出液 壓缸,液壓桿通過鋼纜和整個滑輪組合機(jī)構(gòu)帶動活動壓盤向下運(yùn)動,固定在活動壓盤上的 發(fā)射探桿和接收探桿在活動壓盤的壓力下緩慢勻速插入沉積物中,發(fā)射換能器和接收換能 器也同時貫入到海底沉積物中指定深度。在執(zhí)行發(fā)射探桿和接收探桿上提任務(wù)時,液壓桿 反向運(yùn)動,縮回液壓缸,通過鋼纜和滑輪組合機(jī)構(gòu)帶動活動壓盤向上運(yùn)動,即可將發(fā)射換能 器和接收換能器上提出沉積物。本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)在于(1)發(fā)射換能器和接收換能器的中心承載軸設(shè)計(jì),使其 能夠承受很大的下插力,并且采用多個壓電陶瓷管串并聯(lián)設(shè)計(jì),提高了發(fā)射換能器的發(fā)射 電壓響應(yīng)和接收換能器的接收靈敏度;(2)液壓組合驅(qū)動貫入裝置設(shè)計(jì),將發(fā)射換能器和 接收換能器緩慢勻速貫入到海底沉積物中,與靠重力快速插入相比,對沉積物擾動??;(3) 液壓組合驅(qū)動貫入裝置提供較大貫入力,對于較硬的海底底質(zhì),也能將發(fā)射換能器和接收 換能器貫入到海底沉積物中,拓寬了設(shè)備適用范圍;(4)自動控制單元對設(shè)備在海底的工 作過程和狀態(tài)進(jìn)行自動監(jiān)測和控制,無需甲板單元的實(shí)時操控,使設(shè)備的吊放回收無需配 備具有信號傳輸功能的鎧甲纜,降低了對設(shè)備搭載船舶的要求,減少海上調(diào)查成本。
圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的活動壓盤結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的雙纜繩滑輪結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的發(fā)射探桿或接收探桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的發(fā)射換能器或接收換能器結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明的自動控制單元的程序控制流程圖。圖8為本發(fā)明的聲波發(fā)射采集單元結(jié)構(gòu)示意圖。其中,1.框架2.起重吊環(huán)3.自動控制單元4.聲波發(fā)射采集單元5.發(fā)射換能器 6.接收換能器7.發(fā)射探桿8.接收探桿9.活動壓盤10.鋼纜11.上定滑輪12.上動滑輪 13.下動滑輪14.液壓桿15.液壓缸16.液壓泵17.下定滑輪18.發(fā)射探桿安裝孔19.接 收探桿安裝孔20.通孔21.鎖緊卡環(huán)22.水密插頭23.連接法蘭24.位移傳感器25.壓力 傳感器26.傾角傳感器27.密封倉28.中心承載軸29.壓電陶瓷管30.隔聲橡膠墊31.封 堵環(huán)32.鎖緊螺母33.信號電纜34.貫入錐35.聲波發(fā)射模塊36.聲波采集模塊37.數(shù)據(jù) 存儲與I/O模塊38.發(fā)射采集控制模塊39.信號發(fā)生電路40.脈沖波增壓電路41.正弦波 增壓電路42.繼電器43.信號調(diào)理電路44.壓控放大電路45.高速AD轉(zhuǎn)換器46. DA轉(zhuǎn)換
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具體實(shí)施例方式如圖1、3所示,本發(fā)明包括帶有起重吊環(huán)2的框架1,固接有發(fā)射換能器5的發(fā)射 探桿7和固接有接收換能器6的接收探桿8,以及固定于框架1上的內(nèi)含自動控制單元3和 聲波發(fā)射采集單元4的密封倉27,和換能器貫入裝置,其特征在于所述的換能器貫入裝置 是滑輪組合機(jī)構(gòu)的液壓貫入驅(qū)動裝置,該換能器貫入裝置包括固定于框架1底部的液壓泵 16、由該液壓泵16驅(qū)動的液壓缸15內(nèi)的液壓桿14,固定于該液壓桿14上端的下動滑輪13 與上動滑輪12,以及固定在框架1上部的三個上定滑輪11,固定于框架1下部的三個下定 滑輪17,和固接有發(fā)射探桿7和接收探桿8的活動壓盤9,并有兩條相互平行的鋼纜10穿 過活動壓盤9中部的兩個通孔20,向上依次繞過兩個上定滑輪11、上動滑輪12以及另一個 上定滑輪11而固定在框架1上,向下依次繞過兩個下定滑輪17、下動滑輪13以及另一個下 定滑輪17而固定在框架1上;所述活動壓盤9是一個矩形板狀結(jié)構(gòu)體,且還帶有一個發(fā)射 探桿安裝孔18和至少兩個接收探桿安裝孔19。如圖5所示,考慮到便于生產(chǎn)制造以及裝配使用,上述發(fā)射探桿7或接收探桿8是 中間有通孔、底部設(shè)有外螺紋的圓柱形管狀結(jié)構(gòu)體,其頂部安裝有水密插頭22,并且經(jīng)由連 接法蘭23固定于活動壓盤9上。如圖5、6所示,考慮到便于生產(chǎn)制造、裝配使用以及與發(fā)射探桿7和接收探桿8相 配合,上述發(fā)射換能器5或接收換能器6是底部帶有貫入錐34、頂部設(shè)有鎖緊螺母32的圓 柱形結(jié)構(gòu)體,該圓柱形結(jié)構(gòu)體內(nèi)部設(shè)有與貫入錐34相連的中心承載軸28,并有至少兩個圓 環(huán)形的壓電陶瓷管29并排套置在該中心承載軸28上,在壓電陶瓷管29與中心承載軸28 之間填充有隔聲橡膠墊30 ;頂部的鎖緊螺母32可以使發(fā)射換能器5或接收換能器6通過 發(fā)射探桿7和接收探桿8上的外螺紋固接于探桿上。如圖4所示,考慮到液壓驅(qū)動的效果以及增加鋼纜10的承載能力,故將上述活動 壓盤9的中部設(shè)有兩個通孔20,并以兩條相互平行的鋼纜10穿過活動壓盤9的通孔20,且 上、下定滑輪11、17與上、下動滑輪12、13均是繞有兩條鋼纜10的雙纜滑輪。考慮到鋼纜10與活動壓盤9的固接效果,上述鋼纜10通過現(xiàn)有的鎖緊卡環(huán)21與
6活動壓盤9固接。如圖1所示,考慮到便于判斷本發(fā)明觸底時是否穩(wěn)定,上述密封倉27內(nèi)設(shè)有傾角 傳感器26,用來測量觸底后的傾斜度,如果設(shè)備傾角大于預(yù)設(shè)閾值,則系統(tǒng)停止工作,防止 設(shè)備發(fā)生側(cè)翻。如圖1、3所示,考慮到便于判斷是否達(dá)到下插深度,上述液壓缸15內(nèi)設(shè)有位移傳 感器24,用來測量液壓桿14的運(yùn)動位移,進(jìn)而計(jì)算發(fā)射探桿7和接收探桿8的下插深度,此 位移信號可以提供給自動控制單元3,作為發(fā)出控制指令的判斷信號??紤]到便于測量運(yùn)動過程中的液壓油壓力,上述液壓泵16內(nèi)設(shè)有壓力傳感器25, 用來測量貫入過程中的液壓油壓力,為自動控制單元3提供控制判斷信號。本發(fā)明的框架1可由不銹鋼管焊接而成,考慮到發(fā)射、接收探桿7、8的實(shí)際尺寸, 框架1的底盤為長1800mm、寬1500mm的長方形,底盤上安裝有液壓泵16、液壓缸15、上定滑 輪11??蚣?上部安裝有起重吊環(huán)2,以方便船上的起重機(jī)將本發(fā)明吊裝入水。本發(fā)明的活動壓盤9為長1400mm、寬360mm、厚120mm的矩形鐵盤,發(fā)射探桿7和 接收探桿8均通過其頂部的連接法蘭23安裝于活動壓盤9之上。為防止探桿本身對聲波 傳播的影響,發(fā)射探桿安裝孔18位于活動壓盤9的中心線,兩個接收探桿安裝孔19均偏離 中心線,偏離的垂直距離為IOOmm ;兩個接收探桿安裝孔19的中心距發(fā)射探桿安裝孔18的 中心距離分別為800mm和1200mm。本發(fā)明的發(fā)射探桿7和接收探桿8結(jié)構(gòu)相同,均為中間有通孔的圓柱形管狀結(jié)構(gòu) 體,長為105mm,外徑為50mm。發(fā)射探桿7和接收探桿8頂端安裝有水密插頭22,發(fā)射換能 器5和接收換能器6的信號電纜33經(jīng)過發(fā)射探桿7和接收探桿8的中心通孔與水密插頭 22連接。如圖2所示,本發(fā)明的活動壓盤9中部的兩個通孔20之間距離為200mm。如圖4 所示,上定滑輪11和下定滑輪17、上動滑輪12、下動滑輪13均為可以纏繞兩條鋼纜的雙纜 滑輪。不但增加鋼纜10的承載力,還能夠使活動壓盤9在運(yùn)動過程中達(dá)到很好的平衡。本發(fā)明的發(fā)射換能器5和接收換能器6的結(jié)構(gòu)相同,附圖4、5中,其中心均設(shè)有直 徑約為25mm的中心承載軸28,發(fā)射換能器5為四個圓環(huán)形壓電陶瓷管29并聯(lián)后并排套裝 在中心承載軸28上,以提高其發(fā)射電壓響應(yīng),接收換能器6為四個圓環(huán)形壓電陶瓷管29串 聯(lián)后套裝在中心承載軸28上,以提高其接收靈敏度。換能器貫入裝置提供的下插壓力直接 作用于中心承載軸28上,保護(hù)了壓電陶瓷管29,使發(fā)射換能器5和接收換能器6能夠承受 很大的下插力。連接壓電陶瓷管29的信號電纜33從發(fā)射換能器5和接收換能器6的中心 承載軸28中心引出。壓電陶瓷管29與中心承載軸28之間填充有隔聲橡膠墊30,防止聲波 振動沿中心承載軸28傳播。壓電陶瓷管29的前后兩端安裝有封堵環(huán)31,外圍灌封有透聲 耐磨橡膠。所述的自動控制單元3由現(xiàn)有的單片機(jī)、外圍硬件電路及固化于單片機(jī)芯片內(nèi)的 軟件程序組成,在軟件程序的控制下,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在海底工作過程的自動控制和監(jiān)測。如圖7所示,本發(fā)明的自動控制單元3的程序流程包括以下步驟1)參數(shù)設(shè)定,2) 觸底及傾角判斷,3)探桿下插,4)數(shù)據(jù)采集,5)探桿上提;所述的步驟1)參數(shù)設(shè)定是通過上位機(jī)設(shè)置自動控制單元3的工作參數(shù),包括設(shè)置 探桿下插或上提的時間、液壓泵過載壓力與下插深度;
所述的步驟2)觸底及傾角判斷是在步驟1)的參數(shù)設(shè)置完成之后,整個探測系統(tǒng) 下水時依次進(jìn)行觸底及傾角判斷;如果未觸底則記錄未觸底信息至監(jiān)控文件并繼續(xù)向下運(yùn) 動;如果觸底則記錄觸底信息至監(jiān)控文件并開始計(jì)時并進(jìn)行傾角判斷;如果傾角不小于預(yù) 設(shè)值,則記錄傾角信息至監(jiān)控文件并停止工作;如果傾角小于預(yù)設(shè)值,則進(jìn)行步驟3)探桿 下插;所述的步驟3)探桿下插是啟動液壓泵16,使發(fā)射探桿7和接收探桿8下插,并實(shí) 時監(jiān)測探桿的位移、液壓泵工作壓力和計(jì)時狀態(tài),即自動控制單元3通過位移傳感器24和 壓力傳感器25實(shí)時監(jiān)測發(fā)射探桿7和接收探桿8的下插深度以及液壓泵16的工作壓力, 若發(fā)射探桿7和接收探桿8下插到位或出現(xiàn)液壓泵16的工作壓力過載以及下插時間超時 的情況,自動控制單元3關(guān)閉液壓泵16,并將包括下插超時、壓力過載、下插深度的狀態(tài)信 息記錄到監(jiān)控文件,然后進(jìn)行步驟4)數(shù)據(jù)采集;所述的步驟4)數(shù)據(jù)采集是自動控制單元3向聲波發(fā)射采集單元4發(fā)送開始工作 指令,并開始計(jì)時;聲波發(fā)射采集單元4收到工作指令后開始工作,并反饋應(yīng)答指令;若自 動控制單元3未監(jiān)測到應(yīng)答指令,則記錄未收到應(yīng)答指令的信息至監(jiān)控文件,然后等待至 預(yù)先設(shè)定的時延后啟動液壓泵16,執(zhí)行發(fā)射探桿7和接收探桿8上提操作,若接收到應(yīng)答指 令,自動控制單元3開始監(jiān)測聲波發(fā)射采集單元4發(fā)送的工作完成指令;若監(jiān)測到工作完成 指令,則開始啟動液壓泵16,否則記錄未收到工作完成指令的信息至監(jiān)控文件,等待至預(yù)先 設(shè)定的時延后,然后啟動液壓泵16 ;所述的步驟5)探桿上提是啟動液壓泵16后,發(fā)射探桿7和聲學(xué)接收探桿8開始 上提,與下插過程相仿,在上提過程中,自動控制單元3通過位移傳感器24和壓力傳感器25 實(shí)時監(jiān)測發(fā)射探桿7和接收探桿8的上提高度以及液壓泵16的工作壓力,若發(fā)射探桿7和 接收探桿8上提到位或出現(xiàn)液壓泵16的工作壓力過載以及上提時間超時的情況,自動控制 單元3關(guān)閉液壓泵16,整個控制流程結(jié)束。然后,回收設(shè)備至船甲板,連接通訊電纜,導(dǎo)出聲波采集數(shù)據(jù)文件和監(jiān)控文件。在 整個控制流程中,自動控制單元3實(shí)時將監(jiān)測到的設(shè)備工作狀態(tài)記錄到監(jiān)測文件,根據(jù)監(jiān) 測文件可以方便地判斷設(shè)備在海底的工作狀態(tài)或出現(xiàn)故障的原因。如圖7所示,本實(shí)施例的傾角預(yù)設(shè)值為20°。如圖8所示,本發(fā)明的聲波發(fā)射采集單元4,包括發(fā)射采集控制模塊38、聲波發(fā)射 模塊35、聲波采集模塊36和數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊37四部分;所述的聲波發(fā)射模塊35由信號發(fā)生電路39、繼電器42以及均與信號發(fā)生電路39 和繼電器42連接的脈沖波增壓電路40與正弦波增壓電路41組成;并由發(fā)射采集控制模塊 38對信號發(fā)生電路39與繼電器42進(jìn)行控制;所述的聲波采集模塊36包括與接收換能器6相連的信號調(diào)理電路43、與信號調(diào)理 電路43相連的壓控放大電路44、且每個壓控放大電路44均分別經(jīng)由高速AD轉(zhuǎn)換器45和 DA轉(zhuǎn)換器46與發(fā)射采集控制模塊38連接;所述的高速AD轉(zhuǎn)換器45又分別與發(fā)射采集控制模塊38和數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊 37連接、該數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊37又與發(fā)射采集控制模塊38連接;所述的發(fā)射采集控制 模塊38又與自動控制單元3接連。如圖8所示,聲波發(fā)射采集單元4工作時,發(fā)射采集控制模塊38響應(yīng)來自系統(tǒng)自動控制單元3的開始工作指令,接收來自數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊37的工作參數(shù),并控制聲波 發(fā)射模塊35和聲波采集模塊36按預(yù)設(shè)的工作參數(shù)發(fā)射和采集聲波信號,向自動控制單元 3發(fā)送本單元工作完成指令;信號發(fā)生電路39根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)射波形、頻率、波數(shù)等發(fā)射參數(shù)產(chǎn)生低壓的脈沖波 或正弦波,然后分別通過脈沖波增壓電路40和正弦波增壓電路41增壓至設(shè)定高壓,由發(fā)射 采集控制模塊38控制繼電器42接通脈沖波增壓電路40或正弦波增壓電路41,向發(fā)射換能 器5提供高壓脈沖激勵信號或正弦波激勵信號,產(chǎn)生不同頻率的聲波信號。信號調(diào)理電路 43對由兩個接收換能器6接收到的兩通道聲波信號進(jìn)行前置放大和濾波,然后傳輸給壓控 放大電路44,壓控放大電路44對兩個接收通道信號進(jìn)行自動增益控制處理,然后經(jīng)高速AD 轉(zhuǎn)換器45轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后存儲于數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊37 ;該數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊37既用于存儲聲波采集模塊36采集到的兩通道聲波波形 數(shù)據(jù),也負(fù)責(zé)接收來自甲板計(jì)算機(jī)的工作參數(shù)的設(shè)置,并將工作參數(shù)傳送給發(fā)射采集控制 模塊38。
權(quán)利要求
基于液壓驅(qū)動貫入的海底沉積物聲學(xué)特性原位探測系統(tǒng),該系統(tǒng)包括帶有起重吊環(huán)(2)的框架(1),固接有發(fā)射換能器(5)的發(fā)射探桿(7)和固接有接收換能器(6)的接收探桿(8),以及固定于框架(1)上的內(nèi)含自動控制單元(3)和聲波發(fā)射采集單元(4)的密封倉(27),和換能器貫入裝置,其特征在于所述的換能器貫入裝置是滑輪組合機(jī)構(gòu)的液壓貫入驅(qū)動裝置包括固定于框架(1)底部的液壓泵(16)、由該液壓泵(16)驅(qū)動的液壓缸(15)內(nèi)的液壓桿(14),固定于該液壓桿(14)上端的下動滑輪(13)與上動滑輪(12),以及固定在框架(1)上部的三個上定滑輪(11),固定于框架(1)下部的三個下定滑輪(17),并有兩條相互平行的鋼纜(10)穿過活動壓盤(9)中部的兩個通孔(20),向上依次繞過兩個上定滑輪(11)、上動滑輪(12)以及另一個上定滑輪(11)而固定在框架(1)上,向下依次繞過兩個下定滑輪(17)、下動滑輪(13)以及另一個下定滑輪(17)而固定在框架(1)上;所述活動壓盤(9)是一個矩形板狀結(jié)構(gòu)體,且還帶有一個發(fā)射探桿安裝孔(18)和至少兩個接收探桿安裝孔(19)。
2.如權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng),其特征在于上述發(fā)射探桿(7)或接收探桿(8)是 中間有通孔、底部設(shè)有外螺紋的圓柱形管狀結(jié)構(gòu)體,該管狀結(jié)構(gòu)體的頂部安裝有水密插頭 (22),且經(jīng)由連接法蘭(23)固定于活動壓盤(9)上。
3.如權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng),其特征在于上述發(fā)射換能器(5)或接收換能器(6) 是底部帶有貫入錐(34)、頂部設(shè)有鎖緊螺母(32)的圓柱形結(jié)構(gòu)體,該圓柱形結(jié)構(gòu)體內(nèi)部設(shè) 有與貫入錐(34)相連的中心承載軸(28),并有至少兩個圓環(huán)形的壓電陶瓷管(29)并排套 置在該中心承載軸(28)上,在壓電陶瓷管(29)與中心承載軸(28)之間填充有隔聲橡膠墊 (30)。
4.如權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng),其特征在于上述鋼纜(10)通過鎖緊卡環(huán)(21)與活 動壓盤(9)固接。
5.如權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng),其特征在于上述密封倉(27)內(nèi)設(shè)有傾角傳感器 (26)。
6.如權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng),其特征在于上述液壓缸(15)內(nèi)設(shè)有位移傳感器(24)。
7.如權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng),其特征在于上述液壓泵(16)內(nèi)設(shè)有壓力傳感器(25)。
8.如權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng),其特征是上述自動控制單元(3)的程序流程包括以 下步驟1)參數(shù)設(shè)定,2)觸底及傾角判斷,3)探桿下插,4)數(shù)據(jù)采集,5)探桿上提;所述的步驟1)參數(shù)設(shè)定是通過上位機(jī)設(shè)置自動控制單元(3)的工作參數(shù),包括設(shè)置探 桿下插或上提的時間、液壓泵過載壓力與下插深度;所述的步驟2)觸底及傾角判斷是在步驟1)的參數(shù)設(shè)置完成之后,整個探測系統(tǒng)下水 時依次進(jìn)行觸底及傾角判斷;如果未觸底則記錄未觸底信息至監(jiān)控文件并繼續(xù)向下運(yùn)動; 如果觸底則記錄觸底信息至監(jiān)控文件并開始計(jì)時并進(jìn)行傾角判斷;如果傾角不小于預(yù)設(shè) 值,則記錄傾角信息至監(jiān)控文件并停止工作;如果傾角小于預(yù)設(shè)值,則進(jìn)行步驟3)探桿下 插;所述的步驟3)探桿下插是啟動液壓泵(16),使發(fā)射探桿(7)和接收探桿(8)下插,并 實(shí)時監(jiān)測探桿的位移、液壓泵工作壓力和計(jì)時狀態(tài),即自動控制單元(3)通過位移傳感器(24)和壓力傳感器(25)實(shí)時監(jiān)測發(fā)射探桿(7)和接收探桿(8)的下插深度以及液壓泵 (16)的工作壓力,若發(fā)射探桿(7)和接收探桿(8)下插到位或出現(xiàn)液壓泵(16)的工作壓力 過載以及下插時間超時的情況,自動控制單元⑶關(guān)閉液壓泵(16),并將包括下插超時、壓 力過載、下插深度的狀態(tài)信息記錄到監(jiān)控文件,然后進(jìn)行步驟4)數(shù)據(jù)采集;所述的步驟4)數(shù)據(jù)采集是自動控制單元(3)向聲波發(fā)射采集單元(4)發(fā)送開始工作 指令,并開始計(jì)時;聲波發(fā)射采集單元(4)收到工作指令后開始工作,并反饋應(yīng)答指令;若 自動控制單元⑶未監(jiān)測到應(yīng)答指令,則記錄未收到應(yīng)答指令的信息至監(jiān)控文件,然后等 待至預(yù)先設(shè)定的時延后啟動液壓泵(16),執(zhí)行發(fā)射探桿(7)和接收探桿(8)上提操作;若 接收到應(yīng)答指令,自動控制單元(3)開始監(jiān)測聲波發(fā)射采集單元(4)發(fā)送的工作完成指令; 若監(jiān)測到工作完成指令,則開始啟動液壓泵(16),否則記錄未收到工作完成指令的信息至 監(jiān)控文件,等待至預(yù)先設(shè)定的時延后,然后啟動液壓泵(16);所述的步驟5)探桿上提是啟動液壓泵(16)后,發(fā)射探桿(7)和聲學(xué)接收探桿(8)開 始上提,在上提過程中,自動控制單元(3)通過位移傳感器(24)和壓力傳感器(25)實(shí)時監(jiān) 測發(fā)射探桿⑵和接收探桿⑶的上提高度以及液壓泵(16)的工作壓力,若發(fā)射探桿(7) 和接收探桿⑶上提到位或出現(xiàn)液壓泵(16)的工作壓力過載以及上提時間超時的情況,自 動控制單元(3)關(guān)閉液壓泵(16),整個程序流程結(jié)束。
9.如權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng),其特征在于上述的聲波發(fā)射采集單元(4)包括發(fā)射 采集控制模塊(38)、聲波發(fā)射模塊(35)、聲波采集模塊(36)和數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊(37) 四部分;所述的聲波發(fā)射模塊(35)由信號發(fā)生電路(39)、繼電器(42)以及均與信號發(fā)生電路 (39)和繼電器(42)連接的脈沖波增壓電路(40)與正弦波增壓電路(41)組成;并由發(fā)射 采集控制模塊(38)對信號發(fā)生電路(39)與繼電器(42)進(jìn)行控制;所述的聲波采集模塊(36)包括與接收換能器(6)相連的信號調(diào)理電路(43)、與信號調(diào) 理電路(43)相連的壓控放大電路(44)、且每個壓控放大電路(44)均分別經(jīng)由高速AD轉(zhuǎn)換 器(45)和DA轉(zhuǎn)換器(46)與發(fā)射采集控制模塊(38)連接;所述的高速AD轉(zhuǎn)換器(45)又分別與發(fā)射采集控制模塊(38)和數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊 (37)連接、該數(shù)據(jù)存儲與I/O模塊(37)又與發(fā)射采集控制模塊(38)連接;所述的發(fā)射采 集控制模塊(38)又與自動控制單元(3)接連。
全文摘要
基于液壓驅(qū)動貫入的海底沉積物聲學(xué)特性原位探測系統(tǒng),包括框架,發(fā)射及接收換能器,換能器貫入裝置,其特征是該貫入裝置是滑輪組合機(jī)構(gòu)的液壓貫入驅(qū)動裝置包括由液壓泵驅(qū)動的液壓桿,固定于液壓桿上端的上、下動滑輪,固定于框架上部的三個上定滑輪和固定于框架下部的三個下定滑輪,有兩條鋼纜穿過活動壓盤中部的兩個通孔,向上依次繞過兩個上定滑輪、上動滑輪和另一個上定滑輪而固定于框架,向下依次繞過兩個下定滑輪、下動滑輪和另一個下定滑輪而固定于框架。本發(fā)明適合多種海底沉積物底質(zhì)類型,貫入效果顯著,應(yīng)用范圍廣;對海底沉積物擾動小,對換能器沖擊小,穩(wěn)定性高,測量精度高;在海底全自動工作而無需實(shí)時操控,減少海上調(diào)查成本。
文檔編號G01N29/22GK101923073SQ20101026569
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月28日
發(fā)明者劉保華, 劉敬喜, 李官保, 趙月霞, 鄭進(jìn)鴻, 闞光明, 韓國忠 申請人:國家海洋局第一海洋研究所