一種多頻海底聲學原位測試系統及方法
2023-05-31 01:23:01 2
專利名稱：一種多頻海底聲學原位測試系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種監測設備，尤其是一種海洋工程勘查設備，本發明還涉及一種監測方法，尤其是一種聲學原位測試的方法。
背景技術：
海洋工程勘查是通過測量、測試、勘探、模擬、分析等手段為海洋工程建設提供必須的、可靠的海底地形、海底巖土和海洋環境特徵等成果。海洋工程勘查主要包括海洋工程測量、海洋巖土勘查和海洋工程環境調查三個分專業。海洋工程測量包括海底地形測量、海底面狀況側掃和底床穩定性分析；海洋巖土勘查包括海底近表層沉積地層結構探測、海底巖土的工程(物理、力學)性質等；海洋工程環境調查包括物理、動力及防腐蝕環境的調查。當前在海洋勘探工作中，國際海洋界已經廣泛地了對海底沉積物聲速、聲衰減高精度調查，海底界面反、散射特性等聲學特性與聲傳播開展研究，獲取了大量的聲學原位測試資料，並在多個項目中得到應用。但目前國內外所使用的多數系統都只能進行單一頻率聲波傳播特性研究，無法實現不同頻率聲波在海底界面上的傳播特性，而且結構複雜。
發明內容
本發明的目的是為了提供一種多頻海底聲學原位測試方法及其需要的硬體系統，以實現海洋工程原位勘查的目的。
為實現本發明的目的，本說明書提供了一種多頻海底聲學原位測試系統，包括甲板控制系統、甲板收放部分和長矛體部分，其中甲板控制系統通過信號線纜管理、監控長矛體部分上設備部件的運行，並收集長矛體部分上設備部件傳回的數據，甲板收放部分控制通過收放線纜連接在甲板收放部分上的長矛體部分的運行位置。
長矛體部分包括測試平臺、位於測試平臺上的配重、位於測試平臺中部的壓力倉、通過水聽器固定裝置和隔聲裝置固定在測試平臺上，並通過信號線接入壓力倉的接收水聽器、通過接插件連接壓力倉的高度計和發射換能器。壓力倉內包括姿態傳感器、接收放大器、濾波器、A/D轉換器、信號處理器、電源變換器，這些設備分別和甲板控制系統相連接。發射換能器有多個，分別包括低頻發射換能器、中頻發射換能器、高頻發射換能器。
甲板控制系統包括數據傳輸解調器、數位訊號處理器主控機、顯示器、數據存儲器、電源變換器，其中數據傳輸解調器、顯示器、數據存儲器及電源變換器均連接到數位訊號處理器主控機，由其統一控制管理。
甲板收放部分包括收放架、絞車及其控制器，及安裝於控制器上的釋放器，其中控制器控制絞車運轉，絞車捲動用於控制收放架起落的收放纜繩。
長矛體部分包括所述的接收水聽器可以同時安裝有多個，最佳的安裝數量為8個。
這種多頻海底聲學原位測試方法，編寫成電腦程式安裝於甲板控制系統中，通過控制長矛體部分實現，首先將多頻海底聲學原位測試系統中的整體硬體連接完畢；再給甲板收放部分供電；檢測系統啟動是否處於正常狀態；如果不正常斷電重新連接硬體；如果已經達到正常狀態啟動絞車通過收放架將長矛體部分移動到船舷位置；通過信號線將長矛體部分各信號裝置初始化；控制甲板收放部分將長矛體部分墜入水中；將接收水聽器和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統，顯示並記錄到數據存儲器；控制甲板收放部分將長矛體部分沉入泥中；將接收水聽器和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統，顯示並記錄到數據存儲器；控制甲板收放部分將長矛體部分提回水中；將接收水聽器和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統，顯示並記錄到數據存儲器；復位甲板收放部分，回收長矛體部分；處理檢測到的數據。
本發明方法及其同時提供的設備具有很好的穩定性和安全作業能力，靜態反力200KN以上，抗風、抗浪，結構簡單，裝拆簡便，運輸方便，適用於水域原位的測試。
本發明的目的，特徵及優點將結合實施例，參照附圖作進一步的說明。
圖1是本發明中長矛體部分的結構示意圖；圖2是本發明方法的工作流程圖；圖3是本發明的結構示意圖；圖中1為甲板控制系統；2為甲板收放部分；3為長矛體部分；101為信號線纜；201為收放線纜；301為測試平臺；302為發射換能器；303為接收水聽器；304為高度計；305為壓力倉；306為配重；307為接插件。
具體實施例方式
參照上圖，提供下述實施例。通過實施例將有助於理解本發明，但不限制本發明的內容。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。
實施例這種多頻海底聲學原位測試系統，包括甲板控制系統1、甲板收放部分2和長矛體部分3，其中甲板控制系統1通過信號線纜101管理、監控長矛體部分3上設備部件的運行，並收集長矛體部分3上設備部件傳回的數據，甲板收放部分2控制通過收放線纜201連接在甲板收放部分2上的長矛體部分3的運行位置。
長矛體部分3包括測試平臺301、位於測試平臺301上的配重306、位於測試平臺301中部的壓力倉305、通過水聽器固定裝置和隔聲裝置固定在測試平臺301上，並通過信號線接入壓力倉的8個接收水聽器303、通過接插件307連接壓力倉305的高度計304和發射換能器302。壓力倉305內包括姿態傳感器、接收放大器、濾波器、A/D轉換器、信號處理器、電源變換器，這些設備分別和甲板控制系統1相連接。發射換能器302同時包括低頻發射換能器、中頻發射換能器、高頻發射換能器。
甲板控制系統1包括數據傳輸解調器、數位訊號處理器主控機、顯示器、數據存儲器、電源變換器，其中數據傳輸解調器、顯示器、數據存儲器及電源變換器均連接到數位訊號處理器主控機，由其統一控制管理。
甲板收放部分2包括收放架、絞車及其控制器，及安裝於控制器上的釋放器，其中控制器控制絞車運轉，絞車捲動用於控制收放架起落的收放纜繩。
這種多頻海底聲學原位測試方法，編寫成電腦程式安裝於甲板控制系統1中，通過控制長矛體部分3實現，首先將多頻海底聲學原位測試系統中的整體硬體連接完畢；再給甲板收放部分2供電；檢測系統啟動是否處於正常狀態；如果不正常斷電重新連接硬體；如果已經達到正常狀態啟動絞車通過收放架將長矛體部分3移動到船舷位置；通過信號線將長矛體部分3各信號裝置初始化；控制甲板收放部分2將長矛體部分3墜入水中；將接收水聽器303和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統1，顯示並記錄到數據存儲器；控制甲板收放部分2將長矛體部分3沉入泥中；將接收水聽器303和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統1，顯示並記錄到數據存儲器；控制甲板收放部分2將長矛體部分3提回水中；將接收水聽器303和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統1，顯示並記錄到數據存儲器；復位甲板收放部分2，回收長矛體部分3；處理檢測到的數據。
該多頻海底聲學原位測試系統及方法，為測量海底沉積物聲學參數提供了一種準確、方便、快捷的測量設備和方法。該方法可以在不改變海底沉積物狀態和周邊環境的情況下得到海底沉積物的準確聲學數據，是傳統取樣方法測量所無法比擬的，也是今後成積物聲學測量的一個趨勢。
該系統具有整體性能穩定、操作方便、環境適應力強、等優點。該系統在設計方法和思路上具有一定的前瞻性，充分考慮了當前和今後的需求，使系統地使用性和可擴展性都有一定的保障。在系統的設計中充分考慮到了海上實際作業的特點，使系統便於拆卸、固定和運輸；部分硬體採用了通用板材，有利於設備的維護，主要模塊部分採用了抗震、抗腐蝕等保護措施；系統的總體監控和供電採用同一電纜進行，使設備更加簡化；系統的軟體設計操作界面簡潔明了，便於試驗人員進行操作，人機互動能力較強，可以很好的為系統的運行提供監測和控制保障。
權利要求
1.一種多頻海底聲學原位測試系統，包括甲板控制系統(1)、甲板收放部分(2)和長矛體部分(3)，其特徵是所述的甲板控制系統(1)通過信號線纜(101)管理、監控長矛體部分(3)上設備部件的運行，並收集長矛體部分(3)上設備部件傳回的數據，甲板收放部分(2)控制通過收放線纜(201)連接在甲板收放部分(2)上的長矛體部分(3)的運行位置；所述的長矛體部分(3)包括測試平臺(301)、位於測試平臺(301)上的配重(306)、位於測試平臺(301)中部的壓力倉(305)、通過水聽器固定裝置和隔聲裝置固定在測試平臺(301)上，並通過信號線接入壓力倉的接收水聽器(303)、通過接插件連接壓力倉(305)的高度計(304)和發射換能器(302)。
2.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵是所述的壓力倉(305)內包括姿態傳感器、接收放大器、濾波器、A/D轉換器、信號處理器、電源變換器，這些設備分別和甲板控制系統(1)相連接。
3.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵是所述的甲板控制系統(1)包括數據傳輸解調器、數位訊號處理器主控機、顯示器、數據存儲器、電源變換器，其中數據傳輸解調器、顯示器、數據存儲器及電源變換器均連接到數位訊號處理器主控機，由其統一控制管理。
4.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵是甲板收放部分包括所述的甲板收放部分(2)包括收放架、絞車及其控制器，其中控制器控制絞車運轉，絞車捲動用於控制收放架起落的纜繩。
5.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵是甲板收放部分包括所述的甲板收放部分還包括安裝於控制器上的釋放器。
6.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵是長矛體部分包括所述的接收水聽器(303)，可以同時安裝有多個。
7.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵是長矛體部分包括所述的接收水聽器(303)，最佳安裝個數為8個。
8.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵是所述的發射換能器(302)有多個，可以是低頻發射換能器，也可以是中頻發射換能器，還可以是高頻發射換能器。
9.根據權利要求1所述的測試系統，其特徵是甲板控制系統包括數據傳輸解調器、數位訊號處理器主控機、顯示器、數據存儲器、電源變換器，其中數據傳輸解調器、顯示器、數據存儲器及電源變換器均連接到數位訊號處理器主控機，由其統一控制管理。
10.一種多頻海底聲學原位測試方法，編寫成電腦程式安裝於甲板控制系統(1)中，通過控制長矛體(3)實現，其特徵是該方法首先將多頻海底聲學原位測試系統中的整體硬體連接完畢；再給甲板收放部分(2)供電；檢測系統啟動是否處於正常狀態；如果不正常斷電重新連接硬體；如果已經達到正常狀態啟動絞車通過收放架將長矛體(3)移動到船舷位置；通過信號線將長矛體(3)各信號裝置初始化；控制甲板收放部分(2)將長矛體(3)吊放入水中；將接收水聽器(303)和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(1)，顯示並記錄到數據存儲器；控制甲板收放部分(2)將長矛體(3)沉入泥中；將接收水聽器(303)和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(1)，顯示並記錄到數據存儲器；控制甲板收放部分(2)將長矛體(3)提回水中；將接收水聽器(303)和姿態傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(1)，顯示並記錄到數據存儲器；復位甲板收放部分(2)，回收長矛體(3)；處理檢測到的數據。
全文摘要
本發明涉及一種監測設備，尤其是一種海洋工程勘查設備，本發明還涉及一種監測方法，尤其是一種聲學原位測試的方法。本發明提供的多頻海底聲學原位測試系統及方法，為測量海底沉積物聲學參數提供了一種準確、方便、快捷的測量設備和方法。該方法可以在不改變海底沉積物狀態和周邊環境的情況下得到海底沉積物的準確聲學數據，是傳統取樣方法測量所無法比擬的，也是今後成積物聲學測量的一個趨勢。本系統和方法可應用於海底沉積物聲速、聲衰減高精度調查，海底界面反、散射特性研究，海底沉積物聲學土工特性調查，天然氣水合物和淺海含氣層調查，多金屬結核集礦機土工參數提取，海底沉積物聲學特性與聲傳播研究。
文檔編號G01C13/00GK1975328SQ20061015511
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月8日 優先權日2006年12月8日
發明者陶春輝, 周建平, 金肖兵, 鄧顯明, 張金輝, 顧春華, 高水土, 何擁華, 劉斌, 李紅星, 楊燦軍 申請人:國家海洋局第二海洋研究所