一種海底沉積物縱波聲波參數(shù)原位自動(dòng)測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋物理測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海底沉積物縱波聲波參數(shù)原位 自動(dòng)測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海底沉積物是海洋物理和工程研究的重要對(duì)象，其聲學(xué)特性研究一直備受國內(nèi)外 學(xué)者的重視。海底沉積物聲學(xué)特性包含兩個(gè)主要的特性參數(shù)：聲速和聲衰減，其中聲速反映 出聲波在海底傳播的快慢程度；聲衰減反映出海底底質(zhì)對(duì)聲波傳播或地震波作用距離的影 響。
[0003]目前對(duì)海底沉積物的測(cè)量主要是深海取樣，然后在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量，而目前的海底沉 積物聲學(xué)原位測(cè)量技術(shù)，根據(jù)測(cè)量對(duì)象和實(shí)現(xiàn)的方式不同分為兩類，第一類以美國海軍實(shí) 驗(yàn)室研制的原位沉積物聲學(xué)測(cè)量系統(tǒng)（InSituSedimentAcousticMeasurementSystem， 簡稱：ISSAMS)和英國南安普頓國家海洋中心與GeoTek公司聯(lián)合研制的海底沉積物聲學(xué)物 理特性儀（SedimentAcousticandPhysicalPropertiesApparatus，簡稱：SAPPA:)為代 表的橫向測(cè)量技術(shù)，通過動(dòng)力裝置將一個(gè)安裝發(fā)射換能器的探桿和若干個(gè)安裝接收換能器 的探桿相互平行的插入沉積物，用來測(cè)量海底以下某一層面的海底沉積物的聲學(xué)參數(shù)，第 二類則是以聲學(xué)長矛及其派生的多頻海底聲學(xué)測(cè)試系統(tǒng)為代表的垂直測(cè)量技術(shù)，能夠測(cè)量 海底以下一定深度范圍內(nèi)的沉積物的平均速度。
[0004] 但是采用上述那種類型的測(cè)量技術(shù)時(shí)，為了能在海底實(shí)現(xiàn)原位測(cè)量，需要通過電 纜將海底的取樣裝置與海面船艙內(nèi)的測(cè)量分析裝置連接在一起，其大大提高了實(shí)現(xiàn)成本， 并且信號(hào)在電纜間傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾，其影響了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種海底沉積物縱波聲波參數(shù)原位自動(dòng)測(cè)量裝置及方法，用于降低實(shí) 現(xiàn)成本，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。
[0006] 本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種海底沉積物縱波聲波參數(shù)原位自動(dòng)測(cè)量裝置，包 括：甲板收放裝置、聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置和深海取樣器裝置；
[0007] 其中，所述甲板收放裝置與所述深海取樣器裝置通過纜繩連接；所述聲波自動(dòng)測(cè) 量儀裝置設(shè)置于所述深海取樣器裝置的耐壓密封腔內(nèi)；
[0008] 所述甲板收放裝置，用于對(duì)所述聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置和所述深海取樣器裝置進(jìn)行 收放控制；
[0009] 所述聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置，用于對(duì)海底沉積物進(jìn)行測(cè)量；
[0010] 所述深海取樣器裝置，用于對(duì)海底沉積物進(jìn)行取樣。
[0011] 結(jié)合第一個(gè)方面，在第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置，包括： 數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和電源；
[0012] 其中，所述數(shù)據(jù)采集卡、所述計(jì)算機(jī)和所述電源分別電連接；
[0013] 所述計(jì)算機(jī)，用于控制所述數(shù)據(jù)采集卡對(duì)海底沉積物進(jìn)行測(cè)量；
[0014] 所述電源，用于為所述數(shù)據(jù)采集卡和所述計(jì)算機(jī)供電。
[0015] 結(jié)合第一個(gè)方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述數(shù) 據(jù)采集卡，包括：前級(jí)模擬信號(hào)處理電路模塊、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、海底觸發(fā)電路模塊、壓電 控制電路模塊、USB模塊和FPGA控制模塊；
[0016] 所述FPGA控制模塊分別與所述前級(jí)模擬信號(hào)處理電路模塊、所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊、所述海底觸發(fā)電路模塊、所述壓電控制電路模塊以及所述USB模塊電連接；
[0017] 所述FPGA控制模塊，用于控制所述前級(jí)模擬信號(hào)處理電路模塊保證對(duì)應(yīng)通道的 縱波信號(hào)可傳輸至所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；
[0018] 所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)所述縱波信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0019] 所述壓電控制電路模塊，用于產(chǎn)生所述對(duì)應(yīng)通道的縱波信號(hào)；
[0020] 所述海底觸發(fā)電路模塊，用于當(dāng)確定所述深海取樣器裝置觸底時(shí)，向所述FPGA控 制模塊發(fā)送激勵(lì)信號(hào)。
[0021] 結(jié)合第一個(gè)方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述海 底觸發(fā)電路模塊，包括：加速度傳感器和信號(hào)處理電路；
[0022] 所述加速度傳感器，用于判斷所述深海取樣器裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
[0023] 所述信號(hào)處理電路，用于當(dāng)確定所述深海取樣器裝置觸底時(shí)，向所述FPGA控制模 塊發(fā)送激勵(lì)信號(hào)。
[0024] 結(jié)合第一個(gè)方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述 FPGA控制模塊，包括：上位機(jī)控制信號(hào)處理模塊、壓電控制模塊、時(shí)鐘控制模塊、AD控制模 塊、FIFO模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊和系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)檢測(cè)模塊；
[0025] 其中，所述上位機(jī)控制信號(hào)處理模塊分別與所述壓電控制模塊、所述時(shí)鐘控制模 塊、所述AD控制模塊、所述FIFO模塊、所述USB數(shù)據(jù)傳輸模塊和所述系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)檢測(cè)模 塊電連接；
[0026] 所述上位機(jī)控制信號(hào)處理模塊，用于解析從所述計(jì)算機(jī)下發(fā)過來的命令；
[0027] 所述壓電控制模塊，用于控制所述壓電控制電路模塊的激勵(lì)脈沖的產(chǎn)生以及脈沖 的寬度；
[0028] 所述時(shí)鐘控制模塊，用于產(chǎn)生所述FPGA控制模塊的內(nèi)部電路所需要的時(shí)鐘信號(hào)；
[0029] 所述AD控制模塊，用于控制所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；
[0030] 所述FIFO模塊，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換過來的數(shù)據(jù)的快速緩存；
[0031] 所述USB控制模塊，用于完成對(duì)所述USB模塊的對(duì)接。
[0032] 結(jié)合第一個(gè)方面或第一個(gè)方面的上述任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第四五種可能 的實(shí)現(xiàn)方式中，所述深海取樣器裝置，包括：由耐壓密封腔和箱式采樣器；
[0033] 所述耐壓密封腔，用于設(shè)置所述聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置；
[0034] 所述箱式采樣器，用于設(shè)置耐壓密封壓電縱波換能器。
[0035] 結(jié)合第一個(gè)方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述箱 式采樣器，包括：至少兩個(gè)發(fā)射探頭和至少兩個(gè)接收探頭；
[0036] 其中，所述發(fā)射探頭與對(duì)應(yīng)的接收探頭構(gòu)成一個(gè)所述對(duì)應(yīng)通道；
[0037] 所述發(fā)射探頭與所述壓電控制模塊連接；
[0038] 所述接收探頭與所述前級(jí)模擬信號(hào)處理電路模塊連接。
[0039] 結(jié)合第一個(gè)方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述甲 板收放裝置，包括：收放支架、絞車、控制器、第一指示燈和第二指示燈；
[0040] 其中，所述收放支架固接于船只甲板上，所述收放支架的一端設(shè)置有所述絞車，所 述絞車上設(shè)有纜繩，所述纜繩的一端與所述深海取樣器裝置連接；
[0041] 所述控制器，用于控制所述絞車運(yùn)轉(zhuǎn)；
[0042] 所述第一指示燈，用于指示所述深海取樣器裝置觸底，通過絞車運(yùn)轉(zhuǎn)來控制所述 深海取樣器裝置的上升與下降；
[0043] 所述第二指示燈，用于指示測(cè)量完成。
[0044] 本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種海底沉積物縱波聲波參數(shù)原位自動(dòng)測(cè)量方法，所 述方法由上述第一個(gè)方面或第一個(gè)方面的任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所述的海底沉積物縱 波聲波參數(shù)原位自動(dòng)測(cè)量裝置執(zhí)行，所述方法，包括：
[0045] 計(jì)算機(jī)判斷是否接收到海底觸發(fā)電路模塊發(fā)送的激勵(lì)信號(hào)；
[0046] 若所述計(jì)算機(jī)接收到所述海底觸發(fā)電路模塊發(fā)送的激勵(lì)信號(hào)，則所述計(jì)算機(jī)選擇 收發(fā)通道；
[0047] 所述收發(fā)通道包含一對(duì)發(fā)射探頭和接收探頭；
[0048] 所述計(jì)算機(jī)控制聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置逐一通過所述收發(fā)通道對(duì)所述海底沉積物 進(jìn)行測(cè)量獲得測(cè)量數(shù)據(jù)；
[0049] 所述計(jì)算機(jī)判斷所述收發(fā)通道的切換次數(shù)是否達(dá)到閾值；
[0050] 若達(dá)到所述閾值，則將所述聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置將所述測(cè)量數(shù)據(jù)傳入所述計(jì)算 機(jī)。
[0051] 結(jié)合第二個(gè)方面，在第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，若未達(dá)到所述閾值，則返回執(zhí)行所 述計(jì)算機(jī)選擇收發(fā)通道的步驟。
[0052] 結(jié)合第二個(gè)方面或第二個(gè)方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第二種可能的實(shí)現(xiàn)方 式中，所述計(jì)算機(jī)控制聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置逐一通過所述收發(fā)通道對(duì)所述海底沉積物進(jìn)行 測(cè)量獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，包括：
[0053] 所述計(jì)算機(jī)觸發(fā)壓電控制電路模塊并啟動(dòng)所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；
[0054] 所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將所述收發(fā)通道上接收的縱波信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得測(cè)量 數(shù)據(jù)；
[0055] 所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將所述測(cè)量數(shù)據(jù)存入FIFO模塊。
[0056] 本實(shí)施例提供的海底沉積物縱波聲波參數(shù)原位自動(dòng)測(cè)量裝置，甲板收放裝置是負(fù) 責(zé)將聲波自動(dòng)測(cè)量儀裝置和深