本發(fā)明涉及海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量是一種利用聲波傳播特性來測(cè)量和分析海底沉積物屬性的原位技術(shù)。其能夠非破壞性地獲取沉積物層的厚度、結(jié)構(gòu)、粒度分布以及含水量等重要信息。

2、現(xiàn)有海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置如下：

3、cn201711426161.7公開了一種海底沉積物聲學(xué)與物理參數(shù)原位同步測(cè)量裝置與方法，其包括甲板顯控單元與水下測(cè)量單元；水下測(cè)量單元包括第一聲學(xué)探桿、第二聲學(xué)探桿、第三聲學(xué)探桿和取樣桿；聲學(xué)探桿和取樣桿能夠利用水下測(cè)量單元的重力貫入沉積物中，并且利用聲學(xué)換能器完成海底沉積物原位聲學(xué)參數(shù)測(cè)量；水下測(cè)量單元還包括靜力觸探探桿和液壓控制模塊，在聲學(xué)探桿和取樣桿插入沉積物中后，利用液壓控制模塊把靜力觸探探桿勻速插入沉積物中，采集錐尖阻力與側(cè)壁摩擦力數(shù)據(jù)。

4、cn201611192968.4公開了一種海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量與同步取樣裝置及方法，其包括甲板顯控單元與水下測(cè)量單元兩部分，兩部分通過同軸電纜或者光電復(fù)合纜進(jìn)行供電與通信，實(shí)現(xiàn)甲板顯控單元對(duì)水下測(cè)量單元的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示與遠(yuǎn)程控制。該裝置可以一次作業(yè)，同步完成海底沉積物的聲學(xué)原位測(cè)量與取樣作業(yè)；并且，該裝置的沉積物聲學(xué)原位測(cè)量，可以適用橫向測(cè)量與縱向測(cè)量?jī)煞N作業(yè)模式。

5、cn201821221834.5公開的海底沉積物聲學(xué)性質(zhì)和溫度剖面的原位定點(diǎn)連續(xù)測(cè)量裝置，其包括搭載平臺(tái)機(jī)構(gòu)、布放機(jī)構(gòu)、回收機(jī)構(gòu)、沉積物原位聲學(xué)測(cè)量機(jī)構(gòu)、沉積物原位溫度剖面測(cè)量機(jī)構(gòu)；所述沉積物原位聲學(xué)測(cè)量機(jī)構(gòu)能夠持續(xù)自主同步觀測(cè)海底沉積物多個(gè)深度層的聲學(xué)性質(zhì)；所述溫度剖面測(cè)量機(jī)構(gòu)包含一條或多條相同的溫度探桿，能夠持續(xù)自主測(cè)量多個(gè)深度的沉積物溫度。

6、可知現(xiàn)有的海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置存在不可移動(dòng)測(cè)量的缺陷，故一次投放僅對(duì)特定范圍內(nèi)的沉積物進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)需要測(cè)量不同位置時(shí)，需要打撈后，利用船將其搭載至下一測(cè)量區(qū)域再次投放，增加了整體測(cè)量成本，降低了測(cè)量效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置及方法，通過設(shè)置越障式行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在凹凸不平的海底行走，拓寬了測(cè)量范圍，提高了測(cè)量效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置，包括主框架以及集成于主框架內(nèi)部的升降式測(cè)量取樣機(jī)構(gòu)、設(shè)置于主框架底端的越障式行走機(jī)構(gòu)，越障式行走機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于主框架底端四角的分體式彈性伸縮輪，分體式彈性伸縮輪包括輪轂電機(jī)、與輪轂電機(jī)的輸出端連接的轉(zhuǎn)筒、設(shè)置于轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的彈性單元和弧形輪單元，彈性單元和弧形輪之間設(shè)置有模式切換單元，用于切換分體式彈性伸縮輪在越障行走模式或者平地行走模式下行走；

3、轉(zhuǎn)筒與主框架底端轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

4、優(yōu)選的，彈性單元包括呈圓周設(shè)置于轉(zhuǎn)筒內(nèi)的多個(gè)徑向?qū)蛲?、固定于徑向?qū)蛲矁?nèi)部的徑向緩沖彈簧；

5、模式切換單元包括垂直轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于性單元外圓周側(cè)的轉(zhuǎn)筒內(nèi)的模式切換筒，模式切換筒的圓周側(cè)交錯(cuò)設(shè)置有定位槽和穿入穿出孔，且定位槽開設(shè)于模式切換筒朝向弧形輪單元的一側(cè)；

6、弧形輪單元包括呈圓周陣列徑向滑動(dòng)設(shè)置于轉(zhuǎn)筒上的徑向滑動(dòng)桿以及與徑向滑動(dòng)桿遠(yuǎn)離模式切換筒的一端固定連接的弧形支撐塊；

7、穿入穿出孔的孔徑和徑向?qū)蛲驳膬?nèi)徑均不小于徑向滑動(dòng)桿的直徑，且徑向滑動(dòng)桿、穿入穿出孔或者定位槽、徑向?qū)蛲惨灰粚?duì)準(zhǔn)。

8、優(yōu)選的，徑向滑動(dòng)桿穿過開設(shè)于轉(zhuǎn)筒上的通孔后轉(zhuǎn)動(dòng)連接有轉(zhuǎn)球，轉(zhuǎn)球與定位槽轉(zhuǎn)動(dòng)連接；

9、徑向滑動(dòng)桿靠近轉(zhuǎn)球的一端固定有防脫板，防脫板和轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁之間設(shè)置有復(fù)位彈簧；

10、徑向滑動(dòng)桿與通孔之間設(shè)置有密封直線軸承。

11、優(yōu)選的，模式切換筒的外圓周側(cè)設(shè)置有齒圈，轉(zhuǎn)筒內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有與齒圈嚙合的第一驅(qū)動(dòng)齒輪，第一驅(qū)動(dòng)齒輪與固定于轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的模式切換驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的輸出端連接。

12、優(yōu)選的，弧形支撐塊包括與徑向滑動(dòng)桿固定連接的剛性弧形塊和與剛性弧形塊固定連接的柔性弧形塊；

13、剛性弧形塊、徑向滑動(dòng)桿、轉(zhuǎn)筒、模式切換筒、徑向?qū)蛲簿鶠椴讳P鋼材質(zhì)，柔性弧形塊為橡膠材質(zhì)。

14、優(yōu)選的，升降式測(cè)量取樣機(jī)構(gòu)包括升降式高頻測(cè)量單元和翻轉(zhuǎn)式低頻測(cè)量單元，升降式高頻測(cè)量單元和翻轉(zhuǎn)式低頻測(cè)量單元之間經(jīng)聯(lián)動(dòng)單元連接；

15、升降式高頻測(cè)量單元包括固定于主框架頂端的驅(qū)動(dòng)液壓缸、與驅(qū)動(dòng)液壓缸的底部輸出端連接的活動(dòng)三角板、分別固定于活動(dòng)三角板的底端三個(gè)角上的取樣管、第一探桿和第二探桿，第一探桿和第二探桿的底端平齊，且第一探桿的底端和第二探桿的底端分別固定有高頻發(fā)射換能器和高頻接收器；

16、翻轉(zhuǎn)式低頻測(cè)量單元包括經(jīng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于主框架底端一側(cè)的t型翻轉(zhuǎn)架以及依次設(shè)置于t型翻轉(zhuǎn)架的頂端橫桿上的第一低頻接收器、低頻發(fā)射換能器和第二低頻接收器，且第一低頻接收器和第二低頻接收器關(guān)于低頻發(fā)射換能器對(duì)稱布置；

17、聯(lián)動(dòng)單元設(shè)置于轉(zhuǎn)軸上的從動(dòng)鏈輪、經(jīng)傳動(dòng)鏈條與從動(dòng)齒輪連接的主動(dòng)鏈輪、與主動(dòng)鏈輪同軸連接的第二驅(qū)動(dòng)齒輪，第二驅(qū)動(dòng)齒輪與固定于活動(dòng)三角板底端的升降齒條嚙合；

18、第二驅(qū)動(dòng)齒輪經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)架轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于主框架上。

19、優(yōu)選的，升降式測(cè)量取樣機(jī)構(gòu)還包括布置于主框架內(nèi)部四角的取樣存儲(chǔ)艙，四個(gè)取樣存儲(chǔ)艙均依次經(jīng)抽樣管和五通管與取樣管連通，抽樣管的內(nèi)部設(shè)置有泥漿泵，四臺(tái)泥漿泵均連接有同步閥；

20、取樣存儲(chǔ)艙內(nèi)部經(jīng)柔性分隔板分隔成多個(gè)存儲(chǔ)室，存儲(chǔ)室的一側(cè)經(jīng)進(jìn)料分支管與取樣管連通，存儲(chǔ)室的另一側(cè)與出料分支管連通，出料分支管和進(jìn)料分支管內(nèi)均設(shè)置有電動(dòng)開關(guān)閥。

21、優(yōu)選的，取樣存儲(chǔ)艙的底端依次設(shè)置有高壓艙和浮力調(diào)節(jié)艙，高壓艙經(jīng)空氣壓縮泵與浮力調(diào)節(jié)艙的頂端連通，浮力調(diào)節(jié)艙的底端設(shè)置有角閥。

22、優(yōu)選的，主框架剩余側(cè)部均設(shè)置有渦輪發(fā)電機(jī)，渦輪發(fā)電機(jī)經(jīng)整流器與蓄電池的輸入端電性連接，蓄電池的輸出端經(jīng)逆變器分別與輪轂電機(jī)、模式切換驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)液壓缸電性連接。

23、所述的一種海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置的方法，包括以下步驟：

24、s1、打開模式切換驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，模式切換驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定角度，進(jìn)而帶動(dòng)模式切換筒轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定角度，使得徑向滑動(dòng)桿由與定位槽對(duì)準(zhǔn)的位置切換至與穿入穿出孔對(duì)準(zhǔn)的位置，使得海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置處于越障行走模式；

25、s2、利用船體搭載海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置至待測(cè)位置后，投放海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置；

26、s3、打開角閥，海水進(jìn)入浮力調(diào)節(jié)艙內(nèi)部，同時(shí)利用空氣壓縮泵將浮力調(diào)節(jié)艙內(nèi)部的空氣抽出并壓縮至高壓艙內(nèi)，直至海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置浮力小于海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置的自重，海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置在自身重力的作用下與海底接觸；

27、s4、驅(qū)動(dòng)液壓泵的活塞桿伸出，帶動(dòng)第一探桿、第二探桿和取樣管下降，直至第一探桿、第二探桿和取樣管均伸入海底沉積物內(nèi)部；

28、同時(shí)帶動(dòng)升降齒條下降，帶動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)傳動(dòng)鏈條帶動(dòng)從動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)t型翻轉(zhuǎn)架向下轉(zhuǎn)動(dòng)，直至第一低頻接收器、低頻發(fā)射換能器和第二低頻接收器均與海底沉積物接觸；

29、s5、利用高頻發(fā)射換能器和低頻發(fā)射換能器，依次向海底沉積物發(fā)射高頻超聲波和低頻超聲波，再分別利用高頻接收器以及第一低頻接收器和第二低頻接收器接收，獲得待測(cè)位置的聲學(xué)測(cè)量結(jié)果；

30、同時(shí)打開泥漿泵，海底沉積物樣品進(jìn)入取樣管，再利用四個(gè)同時(shí)打開的泥漿泵將取樣管內(nèi)的海底沉積物樣品平均抽至四個(gè)取樣存儲(chǔ)艙的其中一個(gè)存儲(chǔ)室內(nèi)；

31、驅(qū)動(dòng)液壓缸反向動(dòng)作，帶動(dòng)t型翻轉(zhuǎn)架和活動(dòng)三角板復(fù)位；

32、s6、打開輪轂電機(jī)，輪轂電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)弧形輪單元轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置移動(dòng)，在移動(dòng)的過程中，若存在障礙物，則障礙物向內(nèi)壓動(dòng)弧形支撐塊，帶動(dòng)徑向滑動(dòng)桿克服徑向緩沖彈簧和復(fù)位彈簧的彈力伸入徑向?qū)蛲矁?nèi)部，并在越障后，在緩沖彈簧和復(fù)位彈簧恢復(fù)力的作用下伸出，直至移動(dòng)至下一測(cè)量位置，重復(fù)步驟s4和s5，直至測(cè)量完畢；

33、s7、打開空氣壓縮泵，向浮力調(diào)節(jié)艙內(nèi)注入空氣，將浮力調(diào)節(jié)艙內(nèi)的水排出，直至海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置的浮力大于自重，海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置上浮，直至浮出海面，打撈至船體甲板上，反向驅(qū)動(dòng)模式切換驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，模式切換驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)軸承反向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定角度，進(jìn)而帶動(dòng)模式切換筒反向轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)定角度，使得徑向滑動(dòng)桿由與穿入穿出孔對(duì)準(zhǔn)的位置切換至與定位槽對(duì)準(zhǔn)的位置，使得海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量裝置處于平地行走模式，并利用輪轂電機(jī)將海底沉積物聲學(xué)原位測(cè)量驅(qū)動(dòng)至實(shí)驗(yàn)室，依次取出每個(gè)存儲(chǔ)室內(nèi)的海底沉積物樣品。

34、本發(fā)明具有以下有益效果：

35、1、通過設(shè)置越障式行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在凹凸不平的海底行走，拓寬了測(cè)量范圍，提高了測(cè)量效率；

36、2、通過設(shè)置模式切換單元，可在打撈后切換至平地行走模式，提高了行走速度；

37、3、通過設(shè)置渦輪發(fā)電機(jī)，便于利用洋流發(fā)電，節(jié)能環(huán)保，提高使用時(shí)間。

38、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。