一种海底沉积物径向分层声学特性测量装置

1.本实用新型涉及利用超声波、声波或次声波来测试或分析材料技术领域，具体涉及一种海底沉积物径向分层声学特性测量装置。


背景技术：

2.海底表层沉积物通常被视为一种固液双相介质，它是海底海水与海底沉积层的分界面，承载着海洋资源勘探、船舰航行、声场分析等工程实践和科学研究所必须的声学边界和声波传播层，其声学特性是海洋声场环境的重要组成部分，也是海洋声场预报中必不可缺的关键参数，在海洋工程建设、海底资源勘探以及海洋环境监测等领域具有重要的应用价值和研究意义。
3.海底沉积物声学参数测量主要有以下三种，即取样测量、反射/折射剖面遥测以及原位测量。取样测量是在实验室或船舶甲板上测量沉积物的声学参数，一直是海底沉积物声学性质测量的主要方法，具有操作简单、方便快捷、节省人力物力等优势，是不可替代的；反射/折射剖面遥测是利用人工地震波在地层中的传播规律获取地层信息可以快速获取大范围海底沉积物的声速参数信息，但精度往往较低，无法满足分层获取声学参数需求；原位测量是将安装有声学换能器的测量设备直接贯入海底沉积物，该方法避免了沉积物所处温度、压力等周围环境变化以及样品扰动引起的测量误差，但原位测量设备收放过程较为繁琐、成本高、风险大、效率低，且不能直接获得沉积物样品，目前该方法及设备仪器仍在不断改进和推广。
4.综上，取样测量可对海底沉积物样品进行快速测量，极大程度上降低了测试成本和风险，并提高了测试的效率，是现阶段对海底沉积物声学参数测试最有效、最直接的方法和手段。然而，在实际应用中，实用新型专利cn111948287a海底沉积物柱状样声学特性轴向分层测量系统与方法，此方法主要体现在换能器安装在样品管两端垂向测量，每次测量均要用推杆将样品推出取样管，并切割一定长度样品，然后再用声波换能器测量剩余长度样品的声学参数。使用此方法来测量，会对海底沉积物产生扰动与破坏，并且在将样品推出管子过程中会对沉积物的原始孔隙空间进行改造，导致充填在沉积物孔隙空间的海水重新分布，进而影响了海底沉积物声学参数测量的精度。此外，由于不同海域海底沉积物的沉积过程和沉积环境也存在明显差异，采集的柱状沉积物样品中通常含有不同沉积物类型的沉积物层，将换能器安装在样品管两端测量方式不能体现不同层位的声学特性，影响样品声学特性的分析与科学问题的揭示。针对以上问题，实用新型的海底沉积物径向分层声学特性测量装置弥补了现有沉积物声学测量装置的技术不足，可广泛用于沉积物柱状样品的声学参数分层测量中，具有较好的应用前景。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种海底沉积物径向分层声学特性测量装置，弥补了现有沉积物声学测量装置的技术不足，可广泛用于沉积物柱状样品的声学参
数分层测量中，具有较好的应用前景。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
7.一种海底沉积物径向分层声学特性测量装置，其包括：
8.型材架；
9.样品底座，其连接在所述型材架上，用于固定沉积物样品管；以及，
10.换能器夹持移动平台，其通过电动丝杆移动机构连接在所述型材架上；其中，所述电动丝杆移动机构驱动所述换能器夹持移动平台沿所述沉积物样品管的长度方向运动，所述换能器夹持移动平台具有两配合使用的第一换能器夹具，所述第一换能器夹具相向运动以将第一换能器固定于所述沉积物样品管的管壁且两换能器在同一直线上。
11.如上所述的海底沉积物径向分层声学特性测量装置，进一步地，所述型材架包括：
12.第一型材，其与所述沉积物样品管的长度方向平行，且所述样品底座能沿所述第一型材的长度方向滑动；
13.第二型材，其构成所述型材架的左右两侧支撑，包括与所述第一型材的长度方向平行的两第一水平杆件和连接于两第一水平杆件之间的多个第一竖直杆件；
14.第三型材，其构成所述型材架的前后两侧支撑，包括与所述第二型材的第一水平杆垂直连接的第二水平杆件，所述第二水平杆件与所述第一水平杆件首尾连接构成方形框；以及，
15.第四型材，其包括连接于两所述第二水平杆件之间的多个第二竖直杆件。
16.如上所述的海底沉积物径向分层声学特性测量装置，进一步地，还包括：第五型材，所述第五型材往所述沉积物样品管的长度方向延伸，且所述第五型材的下方通过脚杯连接件连接有脚杯，所述型材架的下端角通过三角连接块和脚杯连接件连接有脚杯。
17.如上所述的海底沉积物径向分层声学特性测量装置，进一步地，所述电动丝杆移动机构包括：
18.光轴，其通过光轴架架设于所述型材架的左右两侧且与所述沉积物样品管的长度方向平行；
19.丝杆，其两端通过第一连接组件连接在所述型材架上方且与所述光轴平行；以及，
20.伺服电机，其通过第二连接组件连接在所述型材架上方，且其输出端通过联轴器连接所述丝杆的一端。
21.如上所述的海底沉积物径向分层声学特性测量装置，进一步地，所述第一连接组件包括：
22.底座，其连接在所述型材架的前后两侧上方；
23.丝杆支撑座，其连接在所述底座上方，且其内设置有止动环和轴承，所述轴承用于与所述丝杆的一端活动连接。
24.如上所述的海底沉积物径向分层声学特性测量装置，进一步地，所述第二连接组件包括：
25.电机底座，所述伺服电机通过电机底座安装在所述型材架上，所述电机底座通过型材连接至第五型材的上方且通过三角固定架形成稳定的支撑。
26.如上所述的海底沉积物径向分层声学特性测量装置，进一步地，放置所述沉积物样品管的前后两端设置有换能器底座，所述换能器底座上设有与其配合的第二换能器夹
具，通过手拧螺栓将所述第二换能器夹具固定在所述换能器底座上，以固定第二换能器。
27.如上所述的海底沉积物径向分层声学特性测量装置，进一步地，所述换能器夹持移动平台包括：
28.连接板，其中部通过第一丝杆滑块与所述丝杆活动连接，且其两端通过光杆滑块与所述光轴滑动连接；
29.正反梯形丝杆，其安装于所述连接板上且通过第二丝杆滑块连接所述第一换能器夹具；
30.滑轨，其安装于所述连接板上且通过滑轨滑块连接所述换能器夹具；
31.手轮，其安装于所述正反梯形丝杆的一侧，用于手动调节从而驱动正反梯形丝杆转动，进而调节所述第一换能器夹具的位置。
32.一种海底沉积物径向分层声学特性测量方法，其利用如上任一所述的海底沉积物径向分层声学特性测量装置进行，包括：
33.将采集沉积物的沉积物样品管水平放在样品底座上，拧紧手拧螺栓使沉积物样品管固定，调整连接板上的手轮，使安装在连接板上的第一换能器夹具靠近样品管直至接触并且不能再转动手轮为止；
34.安装换能器模块：换能器采用一发一收制，分别安装在连接板上的两个第一换能器夹具上，用螺栓固定换能器，通过电机驱使丝杆滑块移动从而调节第一换能器的位置，使两个第一换能器都接触到样品管壁且在同一直线上；
35.两个第一换能器分别接入声波仪的输出和输入口，启动声波仪，开始采集信号；
36..控制电动丝杆移动，调节第一换能器位置，使第一换能器处于样品管的不同层位，测量不同层位的沉积物声学参数；
37.更换换能器组，按上述步骤继续测量；
38.更换样品管，尺寸范围在75～110mm之间，按上述步骤再次测量；
39.对比实验数据，包括在不同频率换能器组下，测量不同尺寸样品管的沉积物声学特性的实验结果。
40.本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：本实用新型解决目前海底沉积物实验室测量现存在的技术问题，获取不同层位的沉积物声学参数，减少对样品的扰动和破坏，提高海洋沉积物柱状样品声学测量精度；本实用新型可对不同层位沉积物样品的声学特性进行系统分析和科学研究，解决海底沉积物声学特性关键科学问题。
41.本实用新型的沉积物样品管水平放置，能够保证沉积物的原始结构状态特征，通过电动丝杆移动带动换能器组水平移动，可测量沉积物任意层位的声学参数；本实用新型的径向测量换能器通过电动丝杆调节，能够在连接板上高精度移动，保证了沉积物径向分层声学参数测量的精准要求；本实用新型的换能器夹具能夹持多个尺寸的换能器，样品管夹具也可以夹持多个尺寸的样品管。
附图说明
42.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其
他的附图。
43.图1为本实用新型实施例的海底沉积物径向分层声学特性测量装置的结构示意图；
44.图2为本实用新型实施例的海底沉积物径向分层声学特性测量装置的前视图。
45.其中：1、第一型材；2、沉积物样品管；3、样品底座；4、手拧螺栓；5、第二换能器夹具；6、换能器底座；7、第二换能器；8、第二型材；9、型材端盖；10、第一螺栓；11、第三型材；12、第四型材；13、底座；14、第一丝杆支撑座；15、止动环；16、第一轴承；17、第一螺钉；18、光轴架；19、光轴；20、三角连接块；21、丝杆；22、第二轴承；23、第二丝杆支撑座；24、联轴器；25、伺服电机；26、第二螺钉；27、电机底座；28、丝杆螺母； 29、第一丝杆滑块；30、三角固定架；31、脚杯连接件；32、脚杯；33、第五型材；34、连接板；35、螺栓；36、光杆滑块；37、手轮；38、挡板；39、正反梯形丝杆；40、滑轨；41、第二丝杆滑块；42、滑轨滑块；43、第一换能器；44、第一换能器夹具。
具体实施方式
46.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
47.实施例：
48.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本实用新型实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
49.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
50.在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特
征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
52.参见图1至图2，图1为本实用新型实施例的海底沉积物径向分层声学特性测量装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例的海底沉积物径向分层声学特性测量装置的前视图。
53.本实用新型解决目前海底沉积物实验室测量现存在的技术问题，获取不同层位的沉积物声学参数，减少对样品的扰动和破坏，提高海洋沉积物柱状样品声学测量精度；本实用新型可对不同层位沉积物样品的声学特性进行系统分析和科学研究，解决海底沉积物声学特性关键科学问题。
54.一种海底沉积物径向分层声学特性测量装置，包括型材架、样品底座3和换能器夹持移动平台，样品底座3连接在所述型材架上，用于固定沉积物样品管2；换能器夹持移动平台过电动丝杆移动机构连接在所述型材架上；其中，所述电动丝杆移动机构驱动所述换能器夹持移动平台沿所述沉积物样品管2的长度方向运动，所述换能器夹持移动平台具有两配合使用的第一换能器夹具，所述第一换能器夹具相向运动以将第一换能器固定于所述沉积物样品管2的管壁且两换能器在同一直线上。进一步地，放置所述沉积物样品管2的前后两端设置有换能器底座6，所述换能器底座6上设有与其配合的第二换能器夹具5，通过手拧螺栓4将所述第二换能器夹具5固定在所述换能器底座6上，以固定第二换能器7。
55.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述型材架包括第一型材1、第二型材8、第三型材11和第四型材12，第一型材1与所述沉积物样品管2的长度方向平行，且所述样品底座3能沿所述第一型材1的长度方向滑动；第二型材8构成所述型材架的左右两侧支撑，包括与所述第一型材1的长度方向平行的两第一水平杆件和连接于两第一水平杆件之间的多个第一竖直杆件；第三型材11构成所述型材架的前后两侧支撑，包括与所述第二型材8的第一水平杆垂直连接的第二水平杆件，所述第二水平杆件与所述第一水平杆件首尾连接构成方形框，所述第二水平杆件的两端设有型材端盖9；第四型材12包括连接于两所述第二水平杆件之间的多个第二竖直杆件。进一步地，还包括：第五型材33，所述第五型材33往所述沉积物样品管2的长度方向延伸，且所述第五型材33的下方通过脚杯连接件31连接有脚杯32，所述型材架的下端角通过三角连接块20和脚杯连接件31连接有脚杯32。所述型材架主要依靠同类型的第一螺栓10连接。脚杯32的作用可使得整个装置在使用过程中保持稳定。
56.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述电动丝杆移动机构包括光轴19、丝杆 21和伺服电机25，光轴19通过光轴架18架设于所述型材架的左右两侧且与所述沉积物样品管2的长度方向平行；丝杆21的两端通过第一连接组件连接在所述型材架上方且与所述光轴19平行；以及伺服电机25通过第二连接组件连接在所述型材架上方，且其输出端通过联轴器24连接所述丝杆21的一端。光轴架18通过螺钉(图中包括第一螺钉17和第二螺钉26) 固定在型材架上且通过螺钉(图中包括第一螺钉17和第二螺钉26)调节夹持的松紧。
57.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述第一连接组件包括：底座13和丝杆支撑座(图中包括第一丝杆支撑座14和第二丝杆支撑座23)。底座13连接在所述型材架的前后两侧上方；丝杆支撑座连接在所述底座13上方，且其内设置有止动环15和轴承(图中包
括第一轴承16和第二轴承22)，所述轴承用于与所述丝杆21的一端活动连接。
58.丝杆21末端安装在丝杆支撑座上，前端穿过丝杆支撑座并通过联轴器24与伺服电机25 连接伺服电机25通过螺钉安装在电机底座27上，电机底座27通过螺栓35，三角固定架30 等连接到台架上；丝杆螺母28和第一丝杆滑块29装在丝杆21上，通过电机驱使第一丝杆滑块29移动。
59.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述第二连接组件包括：电机底座27，所述伺服电机25通过电机底座27安装在所述型材架上，所述电机底座27通过型材连接至第五型材33的上方且通过三角固定架30形成稳定的支撑。
60.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，所述换能器夹持移动平台包括：连接板34、正反梯形丝杆39，滑轨40和手轮37，正反梯形丝杆39和滑轨40的一端均连接于挡板38上。连接板34中部通过第一丝杆滑块29与所述丝杆21活动连接，且其两端通过光杆滑块36与所述光轴19滑动连接；正反梯形丝杆39安装于所述连接板34上且通过第二丝杆滑块41连接所述第一换能器夹具44；滑轨40安装于所述连接板34上且通过滑轨滑块42连接所述换能器夹具；手轮37安装于所述正反梯形丝杆39的一侧，用于手动调节从而驱动正反梯形丝杆39转动，进而调节所述第一换能器夹具44的位置。
61.一种海底沉积物径向分层声学特性测量方法，包括以下步骤：
62.将采集沉积物的样品管水平放在样品底座上，拧紧夹换能器的手拧螺栓使样品管固定，调整连接板上的手轮，使安装在连接板上的换能器夹具靠近样品管直至接触并且不能再转动手轮为止；
63.安装换能器模块。换能器采用一发一收制，分别安装在连接板上的两个换能器夹具上，用螺栓固定换能器。通过电机驱使丝杆滑块移动从而调节换能器的位置，使两个换能器都接触到样品管壁且在同一直线上；
64.两个换能器分别接入声波仪的输出和输入口，启动声波仪，开始采集信号；
65..控制电动丝杆移动，调节换能器位置，使换能器处于样品管的不同层位，测量不同层位的沉积物声学参数；
66.更换换能器组，按上述四点步骤继续测量；
67.更换样品管，尺寸范围在75～110mm之间，按照实施方式的前四点步骤再次测量；
68.对比实验数据，包括在不同频率换能器组下，测量不同尺寸样品管沉积物声学特性的实验结果。
69.本实用新型的沉积物样品管水平放置，能够保证沉积物的原始结构状态特征，通过电动丝杆移动带动换能器组水平移动，可测量沉积物任意层位的声学参数；本实用新型的径向测量换能器通过电动丝杆调节，能够在连接板上高精度移动，保证了沉积物径向分层声学参数测量的精准要求；本实用新型的换能器夹具能夹持多个尺寸的换能器，样品管夹具也可以夹持多个尺寸的样品管。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域
的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
71.上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。