專利名稱：一種多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測設備，尤其是一種海洋工程勘查設備，本發(fā)明還涉及一種監(jiān)測方法，尤其是一種聲學原位測試的方法。
背景技術(shù)：
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(huán)境特征等成果。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(huán)境調(diào)查三個分專業(yè)。海洋工程測量包括海底地形測量、海底面狀況側(cè)掃和底床穩(wěn)定性分析；海洋巖土勘查包括海底近表層沉積地層結(jié)構(gòu)探測、海底巖土的工程(物理、力學)性質(zhì)等；海洋工程環(huán)境調(diào)查包括物理、動力及防腐蝕環(huán)境的調(diào)查。當前在海洋勘探工作中，國際海洋界已經(jīng)廣泛地了對海底沉積物聲速、聲衰減高精度調(diào)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，并在多個項目中得到應用。但目前國內(nèi)外所使用的多數(shù)系統(tǒng)都只能進行單一頻率聲波傳播特性研究，無法實現(xiàn)不同頻率聲波在海底界面上的傳播特性，而且結(jié)構(gòu)復雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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件系統(tǒng)，以實現(xiàn)海洋工程原位勘查的目的。
為實現(xiàn)本發(fā)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(tǒng)，包括甲板控制系統(tǒng)、甲板收放部分和長矛體部分，其中甲板控制系統(tǒng)通過信號線纜管理、監(jiān)控長矛體部分上設備部件的運行，并收集長矛體部分上設備部件傳回的數(shù)據(jù)，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、位于測試平臺上的配重、位于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，并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(fā)射換能器。壓力倉內(nèi)包括姿態(tài)傳感器、接收放大器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)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(tǒng)相連接。發(fā)射換能器有多個，分別包括低頻發(fā)射換能器、中頻發(fā)射換能器、高頻發(fā)射換能器。
甲板控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸解調(diào)器、數(shù)字信號處理器主控機、顯示器、數(shù)據(jù)存儲器、電源變換器，其中數(shù)據(jù)傳輸解調(diào)器、顯示器、數(shù)據(jù)存儲器及電源變換器均連接到數(shù)字信號處理器主控機，由其統(tǒng)一控制管理。
甲板收放部分包括收放架、絞車及其控制器，及安裝于控制器上的釋放器，其中控制器控制絞車運轉(zhuǎn)，絞車卷動用于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(shù)量為8個。
這種多頻海底聲學原位測試方法，編寫成計算機程序安裝于甲板控制系統(tǒng)中，通過控制長矛體部分實現(xiàn)，首先將多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)中的整體硬件連接完畢；再給甲板收放部分供電；檢測系統(tǒng)啟動是否處于正常狀態(tài)；如果不正常斷電重新連接硬件；如果已經(jīng)達到正常狀態(tài)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
本發(fā)明方法及其同時提供的設備具有很好的穩(wěn)定性和安全作業(yè)能力，靜態(tài)反力200KN以上，抗風、抗浪，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆簡便，運輸方便，適用于水域原位的測試。
本發(fā)明的目的，特征及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖作進一步的說明。


圖1是本發(fā)明中長矛體部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明方法的工作流程圖；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1為甲板控制系統(tǒng)；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(fā)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。通過實施例將有助于理解本發(fā)明，但不限制本發(fā)明的內(nèi)容。本領域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本發(fā)明的保護范圍。
實施例這種多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)，包括甲板控制系統(tǒng)1、甲板收放部分2和長矛體部分3，其中甲板控制系統(tǒng)1通過信號線纜101管理、監(jiān)控長矛體部分3上設備部件的運行，并收集長矛體部分3上設備部件傳回的數(shù)據(jù)，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、位于測試平臺301上的配重306、位于測試平臺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，并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(fā)射換能器302。壓力倉305內(nèi)包括姿態(tài)傳感器、接收放大器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)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(tǒng)1相連接。發(fā)射換能器302同時包括低頻發(fā)射換能器、中頻發(fā)射換能器、高頻發(fā)射換能器。
甲板控制系統(tǒng)1包括數(shù)據(jù)傳輸解調(diào)器、數(shù)字信號處理器主控機、顯示器、數(shù)據(jù)存儲器、電源變換器，其中數(shù)據(jù)傳輸解調(diào)器、顯示器、數(shù)據(jù)存儲器及電源變換器均連接到數(shù)字信號處理器主控機，由其統(tǒng)一控制管理。
甲板收放部分2包括收放架、絞車及其控制器，及安裝于控制器上的釋放器，其中控制器控制絞車運轉(zhuǎn)，絞車卷動用于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，編寫成計算機程序安裝于甲板控制系統(tǒng)1中，通過控制長矛體部分3實現(xiàn)，首先將多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)中的整體硬件連接完畢；再給甲板收放部分2供電；檢測系統(tǒng)啟動是否處于正常狀態(tài)；如果不正常斷電重新連接硬件；如果已經(jīng)達到正常狀態(tài)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)1，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)1，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)1，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
該多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)及方法，為測量海底沉積物聲學參數(shù)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(tài)和周邊環(huán)境的情況下得到海底沉積物的準確聲學數(shù)據(jù)，是傳統(tǒng)取樣方法測量所無法比擬的，也是今后成積物聲學測量的一個趨勢。
該系統(tǒng)具有整體性能穩(wěn)定、操作方便、環(huán)境適應力強、等優(yōu)點。該系統(tǒng)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后的需求，使系統(tǒng)地使用性和可擴展性都有一定的保障。在系統(tǒng)的設計中充分考慮到了海上實際作業(yè)的特點，使系統(tǒng)便于拆卸、固定和運輸；部分硬件采用了通用板材，有利于設備的維護，主要模塊部分采用了抗震、抗腐蝕等保護措施；系統(tǒng)的總體監(jiān)控和供電采用同一電纜進行，使設備更加簡化；系統(tǒng)的軟件設計操作界面簡潔明了，便于試驗人員進行操作，人機交互能力較強，可以很好的為系統(tǒng)的運行提供監(jiān)測和控制保障。
權(quán)利要求
1.一種多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)，包括甲板控制系統(tǒng)(1)、甲板收放部分(2)和長矛體部分(3)，其特征是所述的甲板控制系統(tǒng)(1)通過信號線纜(101)管理、監(jiān)控長矛體部分(3)上設備部件的運行，并收集長矛體部分(3)上設備部件傳回的數(shù)據(jù)，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)、位于測試平臺(301)上的配重(306)、位于測試平臺(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，并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(fā)射換能器(302)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征是所述的壓力倉(305)內(nèi)包括姿態(tài)傳感器、接收放大器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)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(tǒng)(1)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征是所述的甲板控制系統(tǒng)(1)包括數(shù)據(jù)傳輸解調(diào)器、數(shù)字信號處理器主控機、顯示器、數(shù)據(jù)存儲器、電源變換器，其中數(shù)據(jù)傳輸解調(diào)器、顯示器、數(shù)據(jù)存儲器及電源變換器均連接到數(shù)字信號處理器主控機，由其統(tǒng)一控制管理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征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(zhuǎn)，絞車卷動用于控制收放架起落的纜繩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征是甲板收放部分包括所述的甲板收放部分還包括安裝于控制器上的釋放器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征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(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征是長矛體部分包括所述的接收水聽器(303)，最佳安裝個數(shù)為8個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征是所述的發(fā)射換能器(302)有多個，可以是低頻發(fā)射換能器，也可以是中頻發(fā)射換能器，還可以是高頻發(fā)射換能器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征是甲板控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸解調(diào)器、數(shù)字信號處理器主控機、顯示器、數(shù)據(jù)存儲器、電源變換器，其中數(shù)據(jù)傳輸解調(diào)器、顯示器、數(shù)據(jù)存儲器及電源變換器均連接到數(shù)字信號處理器主控機，由其統(tǒng)一控制管理。
10.一種多頻海底聲學原位測試方法，編寫成計算機程序安裝于甲板控制系統(tǒng)(1)中，通過控制長矛體(3)實現(xiàn)，其特征是該方法首先將多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)中的整體硬件連接完畢；再給甲板收放部分(2)供電；檢測系統(tǒng)啟動是否處于正常狀態(tài)；如果不正常斷電重新連接硬件；如果已經(jīng)達到正常狀態(tài)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)(1)，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)(1)，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(tài)傳感器接收到的信號傳回甲板控制系統(tǒng)(1)，顯示并記錄到數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測設備，尤其是一種海洋工程勘查設備，本發(fā)明還涉及一種監(jiān)測方法，尤其是一種聲學原位測試的方法。本發(fā)明提供的多頻海底聲學原位測試系統(tǒng)及方法，為測量海底沉積物聲學參數(shù)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(tài)和周邊環(huán)境的情況下得到海底沉積物的準確聲學數(shù)據(jù)，是傳統(tǒng)取樣方法測量所無法比擬的，也是今后成積物聲學測量的一個趨勢。本系統(tǒng)和方法可應用于海底沉積物聲速、聲衰減高精度調(diào)查，海底界面反、散射特性研究，海底沉積物聲學土工特性調(diào)查，天然氣水合物和淺海含氣層調(diào)查，多金屬結(jié)核集礦機土工參數(shù)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(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)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