一种重力取样器工作状态测量记录仪的制作方法

本发明涉及海洋沉积物取样检测装备技术领域，尤其是一种重力取样器工作状态测量记录仪。

背景技术：

随着我国对大陆架及深海水域海底沉积物研究的深入，重力取样器作为沉积物获取的重要手段，在海底沉积物采样中至关重要。

由于海洋水动力环境、海底地质环境、取样工作平台条件等因素的影响，使重力取样器在实际工作中的整个工作状态无法准确获知。如：触底时间，释放状态、重力取样器取样管贯入海底的深度、角度等，对后续的沉积物样品的分析无法提供全面准确的数据。当出现沉积物取样失败甚至重力取样器损坏等问题时，无法提供分析问题的全面准确的依据。

中国专利文献中，公开号为cn205785902u、发明名称为“一种多功能重力式海底沉积物取样器”的实用新型专利公开了一种技术方案，包括采用单片机控制单元为核心，发出控制信号，控制驱动放大电路产生脉冲波，经放大的脉冲信号驱动超声传感器向海平面发射超声波，超声波达到海平面后反射回来，被超声波传感器接收。单片机记录传感器发射超声波到接受超声波的时间间隔，通过计算获得取样站位点的海底深度。

上述技术文献中仅实现了深度测量，对于如何有效的测录重力取样器释放到回收整个工作状态，用于指导重力取样器工作过程、提高海底沉积物采样的成功率，准确分析海底沉积物样品等问题，为提供解决方案。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种重力取样器工作状态测量记录仪，目的是能实时记录重力取样器在整个施放、采样、回收过程中的姿态、碰撞检测、自由落体检测，加速度、最大瞬时速度、触碰泥土层时间点等信息。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种重力取样器工作状态测量记录仪，包括姿态数据记录存储模块，所述姿态数据记录存储模块包括mcu主控单元、与pc机进行数据传输的数据传输模块、rtc时钟、超声传感器、电池电源及存储模块；所述姿态数据记录存储模块还包括用于检测重力取样器加速度、角速度、姿态角的姿态模块，用于检测碰触海底泥沙数据的电容式传感器，用于检测水下深度的压力传感器。

和现有技术相比，本技术方案基于重力取样器触底时间和贯入海底时，获得重力取样器姿态、速度、时间等数据信息，为采集样品的分析提供整个过程数据的构思，设计了重力取样器工作状态测量记录仪。设计了用于检测取样器姿态信息的姿态模块，能够记录存储重力取样器的加速度、角速度、姿态角；重力取样器贯入海底检测触碰海底泥沙的瞬间、及贯入后加速度、速度为零的电容式传感器；与此同时，rtc时钟记录相应状态的时间并标记。超声传感器用于实时检测更新重力取样器距海底的高度，压力传感器用于采集水下压力，提供水深信息。

基于上述方案，本发明还做出了如下改进：

所述姿态模块中集成了加速度与陀螺仪融合算法。本改进方案是为了实现测量重力取样器在释放、采样、回收过程中姿态的信息。

所述超声波传感器内设高度阈值、压力传感器设定压力阈值用于决定记录仪检测的始终。本改进方案是用于实现记录仪的开启和关闭的。通过预设高度和压力阈值，重力取样器释放后，实时超声传感器定高检测和检测内部压力，若二者之一达到设定的阈值，启动姿态数据记录存储模块、rtc时钟、电容式传感器检测；重力取样器回收过程中，实时超声传感器定高达到设定的高度或压力阈值后，计时5min后系统进入休眠状态。

所述姿态数据记录存储模块还包括电压转换模块、电压检测模块及电源开关。本改进技术方案中电压检测模块为了在记录仪启动后实现电压自检。

所述电池电源为可充电电源。本改进技术方案是为了满足多次、长时间水下工作时间的需要。

所述存储模块为大容量存储模块，存储模块内设有文件管理系统。本改进方案是为了满足数据记录存储的需要，文件管理系统是为了方便记录信息的读取管理，使记录信息清晰明了。

记录仪包括用于存放姿态数据记录存储模块的外壳、密封盖、外壳内设有用于固定姿态数据记录存储模块固定衬板、固定衬板上设有给姿态数据记录存储模块减震的减震结构、水密通讯口及为姿态数据记录存储模块进行充电的电源。本改进方案是对记录仪外壳的设计，保证水密性和满足水下高压要求。

本发明包括一种重力取样器工作状态检测记录仪的使用方法，包括：

重力取样器工作状态测录仪上电启动，自检；

实时超声波定高检测，压力传感器监测内部压力，是否达到设定的高度或压力阈值，没有到达设定的阈值，继续监测；达到设定高度或压力，启动姿态、rtc实时时钟、电容式传感器检测；

实时记录存储重力取样器的工作状态；

回收过程中若超声定高或压力达到设定的高度或压力阈值，计时5min后系统进入休眠状态；

外部唤醒读取数据，关闭系统。

本发明的有益效果是：

1)重力取样器工作状态测录仪能够记录重力取样器的整个工作过程的姿态，触底瞬间的速度、时间等，解决了重力取样器触底时间和贯入海底时，重力取样器姿态、时间无法准确获知的问题。

2)重力取样器工作状态测录仪能为样品的年代分析、样品的取样深度、样品的变形情况、样品泥沙各层分布等提供姿态、时间、速度、位置等信息，为样品的正确分析提供依据。

3)针对重力取样器采样后无样本、重力取样器采样失败及重力取样器采样设备损坏等问题，重力取样器状态测录仪记录的数据有助于分析重力取样器取样失败及重力取样损坏等问题的原因，为后续的重力取样器采样过程提供指导。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例的重力取样器记录仪整体结构示意图；

图2为本发明实施例的重力取样器记录仪的姿态数据记录存储模块电路图。

图中，1、壳体；2、密封盖；3、固定衬板；4、水密通讯口；5、电池；6、姿态数据记录存储模块；7、橡胶垫片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1、2所示，一种重力取样器工作状态测量记录仪，包括外壳1、密封盖2、设置在外壳1内部的固定衬板3、安设在固定衬板3上的姿态数据记录存储模块6、实现数据传输的水密通讯口4及为姿态数据记录存储模块进行充电的电源5，固定衬板3的纵切面呈t型，固定衬板3上设有用于给姿态数据记录存储模块6减震的橡胶垫片7。姿态数据记录存储模块包括mcu主控单元，数据传输模块用于实现mcu主控单元与pc机件的数据传输，用于计时的rtc时钟，用于检测重力取样器加速度、角速度、姿态角的姿态模块，用于检测碰触海底泥沙数据的电容式传感器，用于检测压力的压力传感器，用于存储测量信息的大容量存储模块、给整个模块供电的电池电源、电池电源与mcu主控单元间设有开关、电压转换模块、电压检测模块。此外，还设有用于指示工作状态的指示的led，及用于显示电源工作状态信息的oled显示模块。

重力取样器工作状态测量记录仪的工作过程为：

重力取样器工作状态测录仪上电启动后，自检，自检内容包括电池电量、传感器是否故障、显示是否正常、存储器容量等；

实时超声波定高检测，压力传感器监测内部压力，是否达到设定的高度或压力阈值，没有到达设定的阈值，继续监测；达到设定高度或压力，启动姿态、rtc实时时钟、电容式传感器检测；

实时记录存储重力取样器的姿态、自由落体、碰撞、高度、最大瞬时速度、最大瞬时速度时间、惯入泥沙瞬间时间、速度为零时间、回收时间等；

回收过程中若超声定高或压力达到设定的高度或压力阈值，计时5min后系统进入休眠状态；

外部唤醒读取数据，关闭系统。