專利名稱：海底沉積物聲學(xué)特性原位測量的換能器貫入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于海洋物理測量領(lǐng)域，具體涉及一種海底沉積物聲學(xué)特性原位測量 的換能器貫入裝置。
背景技術(shù)：
海底沉積物聲學(xué)特性則量在海洋工程勘察、海底資源勘探開發(fā)、軍事海洋環(huán)境調(diào) 查等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。海底沉積物聲學(xué)特性原位測量技術(shù)是將聲學(xué)換能器直接插 入到海底沉積物中，在不改變海底沉積物原始狀態(tài)和周圍環(huán)境的情況下直接測量聲波在海 底沉積物中的傳播特性，從而能夠在最大程度上避免對沉積物的擾動(dòng)，得到的結(jié)果能夠更 準(zhǔn)確、更真實(shí)地反映沉積物的聲學(xué)特性。聲學(xué)原位探測的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何在盡可能減 小對沉積物擾動(dòng)的情況下，將聲學(xué)換能器插入到海底沉積物中指定深度。目前，現(xiàn)有一種技 術(shù)是將聲學(xué)換能器固定在海底沉積物重力取樣管上，在距海底一定高度釋放重力取樣管， 取樣管依靠自身重量快速插入海底沉積物中，同時(shí)帶動(dòng)聲學(xué)換能器快速插入沉積物。該技 術(shù)存在如下問題(1)取樣管快速插入海底沉積物中，對海底沉積物的擾動(dòng)非常大，同時(shí)， 對聲學(xué)換能器造成很大沖擊，影響換能器性能，降低了測量精度；(2)該設(shè)備只適用較軟的 海底沉積物，當(dāng)海底底質(zhì)較硬時(shí)，取樣管傾倒，換能器無法插入沉積物中，致使測量失敗。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用于海底沉積物聲學(xué)特性原位測量的換能器貫入 裝置，以克服目前現(xiàn)有技術(shù)存在的對沉積物擾動(dòng)大、使用范圍窄等不足。本實(shí)用新型是對海底沉積物聲學(xué)特性原位測量設(shè)備的改進(jìn)，具體是通過液壓貫入 驅(qū)動(dòng)裝置將安裝于發(fā)射探桿和接收探桿之上的聲學(xué)換能器勻速同步貫入海底沉積物中的 指定深度。本實(shí)用新型包括發(fā)射探桿、接收探桿、帶有起重吊環(huán)的框架和貫入驅(qū)動(dòng)裝置，其特 征在于所述的貫入驅(qū)動(dòng)裝置是滑輪組合機(jī)構(gòu)的液壓貫入驅(qū)動(dòng)裝置，該貫入驅(qū)動(dòng)裝置包括 固定于框架底部的液壓泵、由該液壓泵驅(qū)動(dòng)的液壓缸內(nèi)的液壓桿，固定于該液壓桿上端的 下動(dòng)滑輪與上動(dòng)滑輪，以及固定在框架上部的三個(gè)定滑輪(即上定滑輪)，固定于框架下部 的三個(gè)定滑輪(即下定滑輪)，并有兩條相互平行的鋼纜穿過活動(dòng)壓盤中部的兩個(gè)通孔，向 上依次繞過兩個(gè)上定滑輪、上動(dòng)滑輪以及另一個(gè)上定滑輪而固定在框架上，向下依次繞過 兩個(gè)下定滑輪、下動(dòng)滑輪以及另一個(gè)下定滑輪而固定在框架上；所述活動(dòng)壓盤是一個(gè)矩形 板狀結(jié)構(gòu)體，且還帶有一個(gè)發(fā)射探桿安裝孔和至少兩個(gè)接收探桿安裝孔。考慮到液壓驅(qū)動(dòng)的效果以及增加鋼纜的承載能力，故將上述活動(dòng)壓盤的中部設(shè)有 兩個(gè)通孔，并用兩條相互平行的鋼纜穿過活動(dòng)壓盤的通孔，且上、下定滑輪與上、下動(dòng)滑輪 均是繞有兩條鋼纜的雙纜滑輪?？紤]到鋼纜與活動(dòng)壓盤的固接效果，所述的鋼纜通過鎖緊卡環(huán)與活動(dòng)壓盤固接。考慮到便于判斷是否達(dá)到下插深度，上述液壓缸內(nèi)可以設(shè)有位移傳感器。[0009]考慮到便于測量運(yùn)動(dòng)過程中的液壓油壓力，上述的液壓泵內(nèi)可以設(shè)有壓力傳感ο發(fā)射探桿和接收探桿結(jié)構(gòu)相同，均為中間有通孔的圓柱形管狀結(jié)構(gòu)體，發(fā)射探桿 和接收探桿底端可以裝有發(fā)射換能器或接收換能器，頂端固定于活動(dòng)壓盤。本實(shí)用新型在執(zhí)行發(fā)射探桿和接收探桿下插任務(wù)時(shí)，在液壓泵的驅(qū)動(dòng)下液壓桿伸 出液壓缸，液壓桿通過鋼纜和整個(gè)滑輪組合機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活動(dòng)壓盤向下運(yùn)動(dòng)，固定在活動(dòng)壓盤 上的發(fā)射探桿和接收探桿在活動(dòng)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(shí)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(shí)，液 壓桿反向運(yùn)動(dòng)，縮回液壓缸，通過鋼纜和滑輪組合機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活動(dòng)壓盤向上運(yùn)動(dòng)，即可將發(fā)射 換能器和接收換能器上提出沉積物。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于(1)通過液壓組合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以將發(fā)射換能器和接收換 能器勻速貫入到海底沉積物中，與目前現(xiàn)有原位測量技術(shù)相比，該裝置對沉積物擾動(dòng)小，對 發(fā)射換能器和接收換能器沖擊小，提高原位測量精度；(2)該裝置適合多種海底沉積物底 質(zhì)類型，即使對于重力取樣管無法插入的較硬底質(zhì)的海底，該裝置在液壓驅(qū)動(dòng)力的作用下， 仍可以將聲學(xué)換能器貫入海底沉積物中；(3)與使用液壓桿直接頂推活動(dòng)壓盤的設(shè)計(jì)相 比，通過滑輪組合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，在相同測量深度條件下，減低了設(shè)備整體高度，增加了在 海底的穩(wěn)定性。

圖1為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的活動(dòng)壓盤的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型的雙纜滑輪結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1.框架2.起重吊環(huán)3.發(fā)射探桿4.接收探桿5.發(fā)射換能器6.接收換 能器7.活動(dòng)壓盤8.鋼纜9.上定滑輪10.上動(dòng)滑輪11.下動(dòng)滑輪12.液壓桿13.液壓 缸14.液壓泵15.下定滑輪16.發(fā)射探桿安裝孔17.接收探桿安裝孔18.通孔19.鎖緊 卡環(huán)20.水密插頭21.位移傳感器22.壓力傳感器。
具體實(shí)施方式
如圖1 3所示，本實(shí)用新型包括發(fā)射探桿3、接收探桿4、帶有起重吊環(huán)2的框架 1和貫入驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的貫入驅(qū)動(dòng)裝置是滑輪組合機(jī)構(gòu)的液壓貫入驅(qū)動(dòng)裝置， 該貫入驅(qū)動(dòng)裝置包括固定于框架1底部的液壓泵14、由該液壓泵14驅(qū)動(dòng)的液壓缸13內(nèi) 的液壓桿12，固定于該液壓桿12上端的下動(dòng)滑輪11與上動(dòng)滑輪10，以及固定在框架1上 部的三個(gè)上定滑輪9，固定于框架1下部的三個(gè)下定滑輪15，并有兩條相互平行的鋼纜8穿 過活動(dòng)壓盤7中部的兩個(gè)通孔18向上依次繞過兩個(gè)上定滑輪9、上動(dòng)滑輪10以及另一個(gè)上 定滑輪9而固定在框架1上，向下依次繞過兩個(gè)下定滑輪15、下動(dòng)滑輪11以及另一個(gè)下定 滑輪15而固定在框架1上；所述活動(dòng)壓盤7是一個(gè)矩形板狀結(jié)構(gòu)體，且還帶有一個(gè)發(fā)射探 桿安裝孔16和至少兩個(gè)接收探桿安裝孔18。如圖2、4所示，考慮到液壓驅(qū)動(dòng)的效果以及增加鋼纜8的承載能力，并能夠使活動(dòng)
4壓盤7在運(yùn)動(dòng)過程中達(dá)到很好的平衡，故將上述活動(dòng)壓盤7的中部設(shè)有兩個(gè)通孔18，并以兩 條相互平行的鋼纜8穿過活動(dòng)壓盤7的通孔18，且上、下定滑輪9、15與上、下動(dòng)滑輪10、11 均是繞有兩條鋼纜8的雙纜滑輪?？紤]到鋼纜8與活動(dòng)壓盤7的固接效果，上述鋼纜8可采用現(xiàn)有的鎖緊卡環(huán)19與 活動(dòng)壓盤7固接。如圖3所示，考慮到便于判斷是否達(dá)到下插深度，上述液壓缸13內(nèi)可以設(shè)有位移 傳感器21，主要用來測量液壓桿12的運(yùn)動(dòng)位移，進(jìn)而計(jì)算發(fā)射探桿3和接收探桿4的下插深度。如圖3所示，考慮到便于測量運(yùn)動(dòng)過程中的液壓油壓力，上述的液壓泵14內(nèi)可設(shè) 有壓力傳感器22，主要用來測量貫入驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)過程中的液壓油壓力。本實(shí)用新型的框架1由不銹鋼管焊接而成，考慮到發(fā)射、接收探桿3、4的實(shí)際尺 寸，在本實(shí)施例中，框架1的底盤為長1800mm、寬1500mm的長方形，液壓泵14、液壓缸13、三 個(gè)下定滑輪15均安裝于底盤上。起重吊環(huán)2位于框架1頂端，以方便船上的起重機(jī)將設(shè)備 吊裝入水。如圖3所示，液壓泵14通過液壓油管與液壓缸13連接，為貫入驅(qū)動(dòng)裝置提供驅(qū)動(dòng) 力。液壓缸13和液壓桿12豎直安裝于靠近活動(dòng)壓盤7的框架1底盤上，液壓桿12位于液 壓缸13的上端，在液壓桿12的頂端安裝有由下動(dòng)滑輪11和上動(dòng)滑輪10組成的動(dòng)滑輪組。如圖2所示，活動(dòng)壓盤7為長1400mm、寬360mm、厚120mm的矩形鐵盤，發(fā)射探桿3 和接收探桿4均通過其頂部的連接法蘭安裝于活動(dòng)壓盤7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16位于活動(dòng)壓盤7的中心線，其余兩個(gè)接收探桿安裝孔17均偏 離中心線100mm，兩個(gè)接收探桿安裝孔17的中心距發(fā)射探桿安裝孔16的中心距離分別為 800mm和1200mm?；顒?dòng)壓盤7的中部設(shè)有兩個(gè)中心通孔18，兩個(gè)通孔之間距離為200mm。本實(shí)用新型的發(fā)射探桿3和接收探桿4結(jié)構(gòu)相同，均為中間有通孔的圓柱形管狀 結(jié)構(gòu)體，其長為105mm，外徑為50mm，底端安裝有發(fā)射換能器5的為發(fā)射探桿3，底端安裝有 接收換能器6的為接收探桿4。發(fā)射探桿3和接收探桿4底端加工有圓柱形外螺紋，發(fā)射 換能器5和接收換能器6上裝有與發(fā)射探桿3和接收探桿4的外螺紋相連接的鎖緊螺母。 發(fā)射探桿3和接收探桿4頂端安裝有水密插頭20，發(fā)射換能器5和接收換能器6的信號電 纜經(jīng)過發(fā)射探桿3和接收探桿4的中心通孔與水密插頭20連接。發(fā)射探桿1和接收探桿 2通過連接法蘭固定于活動(dòng)壓盤7。
權(quán)利要求海底沉積物聲學(xué)特性原位測量的換能器貫入裝置，包括發(fā)射探桿(3)、接收探桿(4)、帶有起重吊環(huán)(2)的框架(1)和貫入驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于所述的貫入驅(qū)動(dòng)裝置是滑輪組合機(jī)構(gòu)的液壓貫入驅(qū)動(dòng)裝置包括固定于框架(1)底部的液壓泵(14)、由該液壓泵(14)驅(qū)動(dòng)的液壓缸(13)內(nèi)的液壓桿(12)，固定于該液壓桿(12)上端的下動(dòng)滑輪(11)與上動(dòng)滑輪(10)，以及固定在框架(1)上部的三個(gè)上定滑輪(9)，固定于框架(1)下部的三個(gè)下定滑輪(15)，并有兩條相互平行的鋼纜(8)穿過活動(dòng)壓盤(7)中部的兩個(gè)通孔(18)向上依次繞過兩個(gè)上定滑輪(9)、上動(dòng)滑輪(10)以及另一個(gè)上定滑輪(9)而固定在框架(1)上，向下依次繞過兩個(gè)下定滑輪(15)、下動(dòng)滑輪(11)以及另一個(gè)下定滑輪(15)而固定在框架(1)上；所述活動(dòng)壓盤(7)是一個(gè)矩形板狀結(jié)構(gòu)體，且還帶有一個(gè)發(fā)射探桿安裝孔(16)和至少兩個(gè)接收探桿安裝孔(18)。
2.如權(quán)利要求1所述的貫入裝置，其特征在于上述的兩條相互平行的鋼纜(8)皆通過 鎖緊卡環(huán)(19)與活動(dòng)壓盤(7)固接。
3.如權(quán)利要求1所述的貫入裝置，其特征在于上述液壓缸(13)內(nèi)設(shè)有位移傳感器 (21)。
4.如權(quán)利要求1所述的貫入裝置，其特征在于上述上述的液壓泵(14)內(nèi)設(shè)有壓力傳感 器(22)。
專利摘要海底沉積物聲學(xué)特性原位測量的換能器貫入裝置，包括發(fā)射探桿、接收探桿、框架和貫入驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是貫入驅(qū)動(dòng)裝置是滑輪組合機(jī)構(gòu)的液壓貫入驅(qū)動(dòng)裝置包括由液壓泵驅(qū)動(dòng)的液壓桿，固定于液壓桿上端的下動(dòng)滑輪與上動(dòng)滑輪，固定在框架上部的三個(gè)上定滑輪和固定于框架下部的三個(gè)下定滑輪，并有兩條鋼纜穿過活動(dòng)壓盤中部的兩個(gè)通孔向上依次繞過兩個(gè)上定滑輪、上動(dòng)滑輪和另一個(gè)上定滑輪而固定在框架上，向下依次繞過兩個(gè)下定滑輪、下動(dòng)滑輪和另一個(gè)下定滑輪而固定在框架上。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、貫入效果顯著；對海底沉積物擾動(dòng)小，對換能器沖擊小，提高原位測量精度；適合多種海底沉積物底質(zhì)類型；減低了設(shè)備整體高度而增加了在海底的穩(wěn)定性。
文檔編號G01N29/34GK201773092SQ201020508669
公開日2011年3月23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, 張德玉, 李官保, 趙月霞, 闞光明, 韓國忠 申請人:國家海洋局第一海洋研究所