一种模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置。本实用新型的装置由探测装置和深海采矿混响环境模拟装置组成。探测装置由探头匀速摆动机构、探头直线运动机构、探头前后运动机构及探头上下运动机构组成；深海采矿混响环境模拟装置由搅拌装置及料斗组成。本实用新型的方法是通过探测装置的探头摆动或者平移，在前后不同距离、上下不同高度对地表进行采样，然后将采集到的全部数据传至工控机，进行数据分析及微地形重建，实现采矿混响环境下微地形探测的目的。
【专利说明】一种模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于水下声纳探测【技术领域】，具体涉及一种模拟深海采矿混响环境超 声微地形探测装置，尤其是针对高精度、短距离超声波微地形探测系统中的模拟海洋复杂 工况的探测装置。
【背景技术】
[0002] 大洋底部蕴藏着丰富的矿产资源，随着科技的发展以及陆上资源的日益枯竭，人 类正在以前所未有的速度向海洋资源开发进军，海洋矿产资源的开发已成为国内外研究的 热点，而矿产资源开发的第一步就是探测矿区的地形地貌，为矿产的最优化开采提供重要 的理论和现实依据。
[0003] 微地形探测主要应用于深海矿产资源开发过程中。进行微地形探测的主要功能 和目的是为深海采矿车或者是在该地面上作业的其他设备精确地探测出前方矿石预采区 域地貌的原始高程数据，并且水下微地形探测装置一般都安装在采矿车或者其他设备的前 端，离地面的高度低。当前进行水下微地形探测的方式主要有两种，一种是机械接触式的微 地形探测方式，另一种是非接触式的微地形探测方式。在机械接触式探测方式中，由于探针 始终与地表接触易于被海水腐蚀，并且在复杂的工况下有探针易变形、探测精度不高等缺 点，因而接触式的探测难以广泛应用；非接触式的微地形探测方式主要包括光电探测和超 声波探测两种方式，而超声波微地形探测系统在非接触式的微地形探测中占有极其重要的 地位。
[0004] 目前，由于海底作业环境的特殊性、当前技术的限制，国内直接应用于水下微 地形探测系统的装置还很少，各种探测方法都还有待于深入研究和论证。专利号为 201110116752. 0的专利公开了一种超声波水下微地形探测试验装置及其方法，该装置能在 模拟复杂海底颠簸工况的同时，对清澈水下微地形进行探测。此方法没有考虑实际采矿时 的混响环境，然而实际情况是，当采矿设备在水下进行作业时，采集头破碎矿石，必定会使 附近水域变得浑浊；而且此方法没有考虑探测头前后不同距离、上下不同高度时的情况，在 实际采矿混响环境下探头的不同位置决定了探测区域的混响强弱，这也会对探测结果造成 很大影响。
【发明内容】
[0005] 为了弥补现有技术中的不足，本实用新型提供一种能够模拟深海采矿混响环境并 利用超声波探头在前后不同距离、上下不同高度作匀速摆动和直线运动对微地形进行探测 的装置。
[0006] 本实用新型提供的模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置，由探测装置和深 海采矿混响环境模拟装置组成，探测装置由探头匀速摆动机构、探头直线运动机构、探头前 后运动机构及探头上下运动机构构成，深海采矿混响环境模拟装置由潜水电机、螺旋桨及 料斗构成，其特征在于：所述的探测装置安装于小车前端，所述的深海采矿混响环境模拟装 置安装于小车下方，小车安放于水池之上，使深海采矿混响环境模拟装置浸于水中。
[0007] 本实用新型提供的模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置，其探测装置的探 头匀速摆动机构由探头、探头固定架、平行四边形机构及电机构成，其特征是：探头固定在 探头固定架上，探头固定架固定在轴的一端，轴的另一端固定在平行四边形机构的一个短 边的中心处，平行四边形机构的另一个短边中心处固定在轴的一端，轴通过联轴器与电机 传动联接；所述探头匀速摆动机构通过方管固定在滑杆上，滑杆和套筒构成上下运动机构， 其特征是：滑杆上有若干个定位孔，孔中插有销，销的长度大于滑杆的边长，销的露出部分 可卡在套筒的U型槽内，通过重力作用可达到上下的方向的定位；所述上下运动机构通过 套筒与滑块联接，滑块和滑槽构成探头前后运动机构，其特征是：滑槽侧边开有通槽，螺栓 穿过所述通槽与滑块螺纹连接，可将滑块固定在特定位置；所述探头前后运动机构通过滑 槽固定在横板上，横板、滑轨、丝杆、电机构成探头直线运动机构，其特征是：横板通过直线 轴承安装在滑轨上，滑轨固定在小车上，丝杆通过轴承座安装在小车上，电机与丝杆传动联 接，丝杆通过丝杆螺母与横板联接。
[0008] 本实用新型提供的模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置的深海采矿混响 环境模拟装置，其特征在于：若干个螺旋桨固定在轴上，轴两端通过轴承座安装在支撑板 上，潜水电机安装在其中一个支撑板上，所述潜水电机与所述轴传动联接，支撑板安装在支 架上，支架安装在小车上；所述料斗固定在横板上，料斗下端开有通槽，通槽中插有隔板。
[0009] 本实用新型还提供了模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置的探测方法，其 工作流程为 ：（1)、下料，有两种下料方式，一种为将碎石按实际采矿时矿石破碎后颗粒大小 的不同比例放于料斗中，在小车行进时打开隔板，进行下料，另一种为将碎石按实际采矿时 矿石破碎后颗粒大小的不同比例平铺在水池底部；（2)、小车放于水池上，搅拌装置及探头 浸于水中，小车在电机的带动下模拟采矿车边采矿石边慢速行走，搅拌装置同时开始工作； (3)、探测，有两种探测形式，分别为探头匀速摆动和探头直线运动，在这两种运动形式下探 头又可以在前后不同距离和上下不同高度进行采样；（4)、最后将采集到的全部数据传至工 控机，进行数据分析及微地形重建。
[0010] 所述试验中，可选择两种下料方式，一种是利用料斗进行下料，另一种是事先在水 池底部平铺好泥沙矿石颗粒，两种不同的下料方式又可以与不同的探测形式进行组合，所 述不同的探测形式为探头匀速摆动和直线运动，所述的两种不同探测形式下又可以使探头 处于前后不同距离、上下不同高度来进行试验，得到相应数据，确定出探头合理的探测形式 及探头在采矿车上的最佳安装位置。
[0011] 本实用新型的有益效果在于：由于真实采矿环境的特殊性与技术的局限性，当前 在实际工况下超声信号的获取较困难，因此需建立一套能正确模拟实际工况的实验系统， 本实用新型的试验装置可以很好的模拟深海采矿时的混响环境并对混响环境下的微地形 进行探测，用以解决实际采矿时的关键技术，为矿产的最优化开采提供重要的理论和现实 依据；所述的试验装置实现探头的匀速摆动的装置更简单，操作性更强；另外本试验装置 可以实现探头在摆动、平移两种探测形式下，在前后不同距离、上下不同高度多种位置下 进行试验，确定出探头合理的探测形式及探头在采矿车上的最佳安装位置，而且具有结构 简单、试验逼真的优点，满足科研人员的研究需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型的模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置的结构示意图。
[0013] 图2为本实用新型换能器匀速摆动机构、直线运动机构、前后运动机构及上下运 动机构示意图
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型的具体实施做进一步说明。
[0015] 如图1所示，本实用新型提供的模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置，由 探测装置和深海采矿混响环境模拟装置组成，探测装置由探头匀速摆动机构、探头直线运 动机构、探头前后运动机构及探头上下运动机构构成，深海采矿混响环境模拟装置由潜水 电机8、螺旋桨14及料斗22构成，其特征在于：所述的探测装置安装于小车1前端，所述的 深海采矿混响环境模拟装置安装于小车1下方，小车1安放于水池之上，使深海采矿混响环 境模拟装置浸于水中。
[0016] 如图1、图2所示，本实用新型提供的模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装 置，其探测装置的探头匀速摆动机构由探头7、探头固定架35、平行四边形机构33及电机32 构成，其特征是：探头7固定在探头固定架35上，探头固定架35固定在轴36的一端，轴36 的另一端固定在平行四边形机构33的一个短边的中心处，平行四边形机构33的另一个短 边中心处固定在轴29的一端，轴29通过联轴器31与电机32传动联接；所述探头匀速摆动 机构通过方管6固定在滑杆3上，滑杆3和套筒4构成上下运动机构，其特征是：滑杆3上 有若干个定位孔，孔中插有销27,销27的长度大于滑杆3的边长，销27的露出部分可卡在 套筒4的U型槽内，通过重力作用可达到上下的方向的定位；所述上下运动机构通过套筒4 与滑块34联接，滑块34和滑槽5构成探头前后运动机构，其特征是：滑槽5侧边开有通槽， 螺栓27穿过所述通槽与滑块34螺纹连接，可将滑块34固定在特定位置；所述探头前后运 动机构通过滑槽5固定在横板21上，横板21、滑轨18、丝杆24、电机26构成探头直线运动 机构，其特征是：横板21通过直线轴承39安装在滑轨18上，滑轨18固定在小车1上，丝杆 24通过轴承座安装在小车1上，电机26与丝杆24传动联接，丝杆24通过丝杆螺母与横板 21联接。
[0017] 如图1所示，本发明提供的深海采矿混响环境模拟装置，其特征在于：若干个螺旋 桨14固定在轴13上，轴13两端通过轴承座安装在支撑板10和支撑板15上，潜水电机8 安装在支撑板10上，所述潜水电机8与所述轴13传动联接，支撑板10和支撑板15安装在 支架2上，支架2安装在小车1上；所述料斗22固定在横板21上，料斗22下端开有通槽， 通槽中插有隔板40。
[0018] 利用超声波对模拟的深海采矿混响环境下的微地形进行探测的方法为：（1)、下 料，有两种下料方式，一种为将碎石按实际采矿时矿石破碎后颗粒大小的不同比例放于料 斗22中，在小车1行进时打开隔板40,进行下料，另一种为将碎石按实际采矿时矿石破碎 后颗粒大小的不同比例平铺在水池底部；（2)、小车1放于水池上，搅拌装置及探头7浸于 水中，小车1在电机19的带动下模拟采矿车边采矿石边慢速行走，搅拌装置同时开始工作； (3)、探测，有两种探测形式，分别为探头匀速摆动和探头直线运动，在这两种运动形式下探 头7又可以在前后不同距离和上下不同高度进行采样；（4)、最后将采集到的全部数据传至 工控机，进行数据分析及微地形重建。
[0019] 在进行试验时，可选择两种下料方式，一种是利用料斗22进行下料，另一种是事 先在水池底部平铺好泥沙矿石颗粒，两种不同的下料方式又可以与不同的探测形式进行组 合，所述不同的探测形式为探头7匀速摆动和直线运动，所述的两种不同探测形式下又可 以使探头7处于前后不同距离、上下不同高度来进行试验，得到相应数据，确定出探头合理 的探测形式及探头在采矿车上的最佳安装位置。
【权利要求】
1. 一种模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置，由探测装置和深海采矿混响环境 模拟装置组成，其中探测装置由探头匀速摆动机构、探头直线运动机构、探头前后运动机构 及探头上下运动机构构成，深海采矿混响环境模拟装置由潜水电机（8)、螺旋桨（14)及料 斗（22)构成，其特征在于：所述的探测装置安装于小车（1)前端，所述的深海采矿混响环境 模拟装置安装于小车（1)下方，小车（1)安放于水池之上，使深海采矿混响环境模拟装置浸 于水中。
2. 根据权利要求1所述的模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置，其探测装置的 探头匀速摆动机构由探头（7)、探头固定架（35)、平行四边形机构（33)及电机（32)构成， 其特征是：探头（7)固定在探头固定架（35)上，探头固定架（35)固定在轴（36)的一端，轴 (36)的另一端固定在平行四边形机构（33)的一个短边的中心处，平行四边形机构（33)的 另一个短边中心处固定在轴（29)的一端，轴（29)通过联轴器（31)与电机（32)传动联接； 所述探头匀速摆动机构通过方管（6)固定在滑杆（3)上，滑杆（3)和套筒（4)构成上下运 动机构，其特征是：滑杆（3)上有若干个定位孔，孔中插有销（27)，销（27)的长度大于滑杆 (3)的边长，销（27)的露出部分可卡在套筒（4)的U型槽内，通过重力作用可达到上下的方 向的定位；所述上下运动机构通过套筒（4)与滑块（34)联接，滑块（34)和滑槽（5)构成探 头前后运动机构，其特征是：滑槽（5)侧边开有通槽，螺栓（27)穿过所述通槽与滑块（34) 螺纹连接，可将滑块（34)固定在特定位置；所述探头前后运动机构通过滑槽（5)固定在横 板（21)上，横板（21)、滑轨（18)、丝杆（24)、电机（26)构成探头直线运动机构，其特征是： 横板（21)通过直线轴承（39)安装在滑轨（18)上，滑轨（18)固定在小车（1)上，丝杆（24) 通过轴承座安装在小车（1)上，电机（26)与丝杆（24)传动联接，丝杆（24)通过丝杆螺母 与横板（21)联接。
3. 根据权利要求1所述的模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置的深海采矿混 响环境模拟装置，其特征在于：若干个螺旋桨（14)固定在轴（13)上，轴（13)两端通过轴承 座安装在支撑板（10)和支撑板（15)上，潜水电机（8)安装在支撑板（10)上，所述潜水电 机⑶与所述轴（13)传动联接，支撑板（10)和支撑板（15)安装在支架⑵上，支架（2) 安装在小车（1)上；所述料斗（22)固定在横板（21)上，料斗（22)下端开有通槽，通槽中插 有隔板（40)。
【文档编号】G01S15/88GK203849408SQ201420152135
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】赵海鸣, 李密, 郝奇, 姬雅倩 申请人:中南大学