一种海洋静力触探仪检测设备及方法与流程

本发明涉及海洋地质勘测的计量/检测技术领域，特别是涉及一种海洋静力触探仪检测设备及方法。

背景技术：

海洋地质勘测作为海洋资源开发、海洋工程建设和海洋生态环境保护的必要环节，越来越受到业界的重视。海洋静力触探作为海洋地质勘测的重要手段，利用高效设备进行相关产品的量值溯源/检测，保障勘测数据质量，具有十分重要的意义。

海洋静力触探利用了准静力效应的原理，通过测量得到锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力等数据，进而计算粘性土的抗剪强度、粒状土的相对密度和土的压缩模量等土质参数，实现对海底土层进行划分和土类判别等勘察目的。由此，海洋静力触探仪产品量值溯源/检测，需进行锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力的计量/检测，但现有的计量/检测设备无法使用单独一台设备对三个参数进行全计量/检测，且没有考虑到温度和压力对海洋静力触探仪获取数据的影响，特别是温度对海洋静力触探仪测量结果尤其是孔隙水压力的测量结果影响较大，这就降低了计量/检测工作的效率和准确性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：如何实现海洋静力触探仪三个参数的量值溯源/检测，并保证测量结果的准确性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种海洋静力触探仪计量/检测设备，包括壳体、压力罐、测力仪、温度调节系统以及压力调节系统，所述壳体内设有温度调节腔，所述温度调节系统和所述压力罐均设于所述温度调节腔内，所述压力罐设有用于容纳海洋静力触探仪的压力腔，所述压力罐的顶部设有用于固定海洋静力触探仪的罐盖，所述压力腔内设有承压底座，所述承压底座上开设有用于与所述海洋静力触探仪的底部配合抵接的圆锥凹槽和圆柱凹槽，所述罐盖设有第一导管，所述第一导管的一端与所述压力腔连通，所述第一导管的另一端用于与第一压力控制器相连接，所述压力调节系统和所述测力仪设于所述承压底座上。

作为优选方案，所述圆柱凹槽开设于所述承压底座的顶面，所述圆锥凹槽开设于所述圆柱凹槽的底壁上，所述压力调节系统设于所述承压底座的底部。

作为优选方案，所述压力调节系统包括活塞以及弹性件，所述活塞通过所述弹性件与所述承压底座相连接，所述压力罐设有第二导管，所述第二导管的一端与所述压力腔连通，所述第二导管的另一端用于与第二压力控制器相连接，所述第二导管位于所述活塞的下方。

作为优选方案，所述壳体的底板设有定位环以及密封件，所述定位环套设于所述压力罐底端的外部，所述密封件安装于所述压力腔的底端。

作为优选方案，所述壳体的顶板设有的开口，所述罐盖穿设于所述开口上。

作为优选方案，所述温度调节系统包括制冷器、制冷回路、加热器以及温度计，所述壳体内设有隔板，所述隔板将所述温度调节腔分隔成从上至下分布的液体循环区以及安装区，所述制冷器与所述制冷回路相连接，所述制冷器位于所述安装区内，所述制冷回路和所述加热器安装于所述液体循环区内，所述温度计设于所述隔板上。

作为优选方案，还包括设于所述安装区的第一循环泵，所述第一循环泵的第一进水管和第一出水管设于所述隔板上，且所述第一进水管和所述第一出水管通向所述液体循环区，所述第一出水管设有具有水平出水方向的弯头。

作为优选方案，还包括设于所述安装区的第二循环泵，所述第二循环泵的第二进水管设于所述隔板上，且所述第二进水管通向所述液体循环区，所述第二循环泵的第二出水管设于所述压力罐上，且所述第二出水管通向所述压力腔的内部。

本发明还提供一种海洋静力触探仪检测设备的检测方法，包括以下步骤：

在壳体内添加液体介质，设置所述液体的预设温度数值，启动温度调节系统，直至所述液体的实际温度数值达到所述预设温度数值；

通过罐盖将海洋静力触探仪安装在压力罐的压力腔内，通过第一导管往所述压力腔内施加标准环境压力，利用所述海洋静力触探仪获取孔隙水压力数值，将所述标准环境压力的数值与所述孔隙水压力的数值进行比较检测/量值溯源；

通过所述第一导管往所述压力腔内施加第一环境压力，通过压力调节系统为承压底座施加第一驱动力，利用测力仪获取第一驱动力的数值，利用所述海洋静力触探仪获取锥尖阻力的数值，将所述第一驱动力的数值和所述锥尖阻力的数值进行比较检测/量值溯源；

将所述海洋静力触探仪的锥尖头取出，通过所述第一导管往所述压力腔内施加第二环境压力，通过压力调节系统为所述承压底座施加第二驱动力，利用所述测力仪获取第二驱动力的数值，利用所述海洋静力触探仪获取侧壁摩阻力的数值，将所述第二驱动力的数值和所述侧壁摩阻力的数值进行比较检测/量值溯源。

作为优选方案，所述在壳体内添加液体介质，设置所述液体的预设温度数值，启动温度调节系统，直至所述液体的实际温度数值达到所述预设温度数值的步骤中，还包括：

启动第一循环泵，带动所述液体在温度调节腔内沿着水平方向循环流动；

启动第二循环泵，带动所述液体在温度调节腔和压力腔之间循环流动。

本发明所提供的一种海洋静力触探仪检测设备与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明将所述压力罐设置在所述壳体内，通过所述温度调节系统为所述压力罐提供温度稳定且均匀的液体介质，保证测量结果的准确性，利用所述罐盖和所述承压底座将所述海洋静力触探仪安装在所述压力腔，通过所述第一导管往所述压力腔施加标准环境压力，实现对孔隙水压力的计量/检测；将所述海洋静力触探仪的锥尖头放置于所述圆锥凹槽，并通过所述压力调节系统向承压底座施加驱动力，利用所述测力仪测量的驱动力值对所述海洋静力触探仪的锥尖阻力值进行比较，实现对锥尖阻力的计量/检测；卸载所述海洋静力触探仪的锥尖头，将所述海洋静力触探仪放置于所述圆柱凹槽，并通过所述压力调节系统向承压底座施加驱动力，利用所述测力仪测量的驱动力值对所述海洋静力触探仪的侧壁摩阻力值进行比较，实现对侧壁摩阻力的计量/检测。可在该设备完成海洋静力触探仪三个参数的高精度计量/检测，并充分考虑到环境温度和压力对海洋静力触探仪计量/检测数据的影响，在计量/检测全过程中提供了满足标准的恒稳态海洋模拟温度和压力环境，具有结构紧凑，维护调试方便等优点。

附图说明

图1是本发明优先实施例的海洋静力触探仪检测设备的内部结构示意图。

图2为图1中a处放大结构示意图。

图3是本发明优先实施例的海洋静力触探仪检测设备中隔板安装结构示意图。

图4是本发明优先实施例的海洋静力触探仪检测设备中承压底座、固定环和测力仪的分解结构示意图。

图中：1.壳体；2.压力罐；3.测力仪；4.海洋静力触探仪；5.罐盖；6.承压底座；7.圆锥凹槽；8.圆柱凹槽；9.第一导管；10.活塞；11.弹性件；12.第二导管；13.固定环；14.定位环；15.密封件；16.提拉把手；17.制冷器；18.制冷回路；19.加热器；20.温度计；21.隔板；22.第一循环泵；23.第一进水管；24.第一出水管；25.弯头；26.第二循环泵；27.第二进水管；28.第二出水管；29.万向轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，本发明优选实施例提供了一种海洋静力触探仪检测设备，包括壳体1、压力罐2、测力仪3、温度调节系统以及压力调节系统，所述壳体1内设有温度调节腔，所述温度调节系统和所述压力罐2设于所述温度调节腔内，所述压力罐2设有用于容纳海洋静力触探仪4的压力腔，所述压力罐2的顶部设有用于固定海洋静力触探仪4的罐盖5，所述压力腔内设有承压底座6，所述承压底座6上开设有用于与所述海洋静力触探仪4的底部配合抵接的圆锥凹槽7和圆柱凹槽8，所述罐盖5设有第一导管9，所述第一导管9的一端与所述压力腔连通，所述第一导管9的另一端用于与第一压力控制器相连接，所述压力调节系统和所述测力仪3设于所述承压底座6上。

基于上述技术特征的海洋静力触探仪检测设备，将所述压力罐2设置在所述壳体1内，通过所述温度调节系统为所述压力罐2提供温度稳定且均匀的液体介质，保证测量结果的准确性，利用所述罐盖5和所述承压底座6将所述海洋静力触探仪4安装在所述压力腔，通过所述第一导管9往所述压力腔施加标准环境压力，实现对孔隙水压力的计量/检测；将所述海洋静力触探仪4的锥尖头放置于所述圆锥凹槽7，并通过所述压力调节系统向承压底座6施加驱动力，利用所述测力仪3测量的驱动力值对所述海洋静力触探仪4的锥尖阻力值进行比较，实现对锥尖阻力的计量/检测；卸载所述海洋静力触探仪4的锥尖头，将所述海洋静力触探仪4放置于所述圆柱凹槽8，并通过所述压力调节系统向承压底座6施加驱动力，利用所述测力仪3测量的驱动力值对所述海洋静力触探仪4的侧壁摩阻力值进行比较，实现对侧壁摩阻力的计量/检测。可在该设备完成海洋静力触探仪4三个参数的高精度计量/检测，并充分考虑到环境温度和压力对海洋静力触探仪4计量/检测数据的影响，在计量/检测全过程中提供了满足标准的恒稳态海洋模拟温度和压力环境，具有结构紧凑，维护调试方便等优点。

其中，所述第一导管9用于连接外界设备的第一压力控制器，利用所述第一压力控制器为所述压力腔提供标准的环境压力或相应的环境压力。所述壳体1能营造均匀稳定的温度环境，所述压力罐2能提供恒稳态的压力环境，在温度和压力的共同作用下，满足海洋静力触探仪4参数的计量/检测要求。

如图2所示，在本实施例中，所述圆柱凹槽8开设于所述承压底座6的顶面，所述圆锥凹槽7开设于所述圆柱凹槽8的底壁上，所述圆锥凹槽7嵌于所述圆柱凹槽8内，所述圆锥凹槽7的轴线与所述圆柱凹槽8的轴线在同一直线上，可实现所述海洋静力触探仪4拆卸锥尖头后，可直接在同一个位置安装在所述圆柱凹槽8上，安装拆卸更加灵活，所述圆锥凹槽7与所述海洋静力触探仪4的锥尖头的规格一致。所述圆锥凹槽7包裹锥尖头对锥尖阻力进行计量/检测，测量侧壁摩阻力时将海洋静力触探仪4的锥尖头拆下，海洋静力触探仪4的侧壁顶在所述圆柱凹槽8的侧壁上。所述测力仪3固定于所述圆柱凹槽8上，以获取施加的相应驱动力的数值，可作为海洋静力触探仪4的锥尖阻力、侧壁摩阻力量值溯源的标准器，所述测力仪3的导线沿着所述压力罐2的内壁从底到顶布置并穿出所述壳体1，连接外部显示仪表，并设有密封橡胶，所述压力调节系统设于所述承压底座6的底部，便于为所述承压底座6施加稳定向上的驱动力。

进一步的，结合图4所示，所述承压底座6上设有固定环13，所述固定环13设于套置于所述测力仪3上方，实现所述测力仪3的安装固定。

进一步的，所述压力调节系统包括活塞10以及弹性件11，所述活塞10通过所述弹性件11与所述承压底座6相连接，所述压力罐2设有往所述压力腔内施加作用于所述活塞10上的驱动压力的第二导管12，所述第二导管12的一端与所述压力腔连通，所述第二导管12的另一端用于与第二压力控制器相连接，所述第二导管12位于所述活塞10的下方，所述第二导管12穿过所述壳体1的侧板，用于连接外界设备的第二压力控制器，利用所述第二压力控制器为所述压力腔提供驱动压力，驱使所述活塞10向上运动，所述弹性件11为弹簧，起到稳定缓冲的作用，达到为所述承压底座6提供向上施加稳定的力的目的。

进一步的，所述第一导管9和所述第二导管12均设有止回阀，防止液体介质渗漏。

如图1所示，在本实施例中，所述壳体1的底板设有用于安装所述压力罐2的定位环14以及密封件15，所述定位环14套设于所述压力罐2底端的外部，所述密封件15安装于所述压力腔的底端，所述定位环14为圆环形，所述定位环14为了限制住所述压力罐2的位置，所述密封件15与所述压力罐2可拆卸连接，通过螺纹连接方式旋入所述压力罐2的底部，可使用六角扳手进行安装和拆卸，方便所述压力罐2的维护且不破坏所述压力罐2的密封性，所述密封件15和所述罐盖5相配合以使得所述压力腔形成密封型的空腔。

在本实施例中，所述壳体1的顶板设有通向所述压力腔的开口，所述罐盖5穿设于所述开口上，所述罐盖5通过密封橡胶连接于所述开口与所述压力罐2之间，便于所述罐盖5的拆卸和安装。

进一步的，所述罐盖5的中心有与海洋静力触探仪4规格一致的固定凹槽，槽内有螺纹，实现对海洋静力触探仪4的可拆卸安装。所述罐盖5的盖顶设有提拉把手16，所述提拉把手16用于提拉所述罐盖5，使用时，所述罐盖5可用螺丝固定于所述壳体1的顶板上。此外，所述压力罐2也通过螺丝固定在所述壳体1的底板上。

在本实施例中，所述温度调节系统包括制冷器17、制冷回路18、加热器19以及温度计20，所述壳体1设有用于将所述温度调节腔上下分隔成液体循环区以及用于安装元器件的安装区的隔板21，所述制冷器17与所述制冷回路18相连接，所述制冷器17位于所述安装区内，所述制冷回路18和所述加热器19安装于所述液体循环区内，所述温度计20设于所述隔板21上。所述隔板21将所述温度调节腔隔离出安装区，便于部分不能直接接触液体的元器件的安装，所述制冷器17通过所述制冷回路18为液体介质进行降温，所述加热器19直接在液体介质进行加热，实现对液体介质的降温加热功能，以控制液体介质的温度稳定性，所述温度计20为铂电阻温度计20，用于温度控制的反馈，使得所述液体的实际温度数值达到预设温度数值。

进一步的，所述壳体1还包括设于所述安装区的第一循环泵22，所述第一循环泵22的第一进水管23和第一出水管24设于所述隔板21上，且所述第一进水管23和所述第一出水管24通向所述液体循环区，所述第一出水管24设有具有水平出水方向的弯头25，如图3所示的弯头25，用于控制液体介质的流动循环，控制温度的均匀性，其中，通过所述弯头25实现出水方向为水平顺时针或逆时针，实现液体介质搅拌更加均匀。

进一步的，所述壳体1还包括设于所述安装区的第二循环泵26，所述第二循环泵26的第二进水管27设于所述隔板21上，且所述第二进水管27通向所述液体循环区，所述第二循环泵26的第二出水管28设于所述压力罐2上，且所述第二出水管28通向所述压力腔的内部，加快所述压力罐2的压力腔内的液体温度的变化速度，并保证所述压力腔内的液体温度均匀性。其中，所述压力罐2的外壁和内壁设有固定第二出水管28的凹槽，避免第二出水管28经过的路径影响到所述压力罐2的密封性。

在本实施例中，所述壳体1的底板四角还设有万向轮29以及刹车装置，所述刹车装置设于所述万向轮29上，实现该设备整体的移动和停止。

在本实施例中，所述压力罐2的材料选用高强度耐磨金属材料，优选铝青铜，所述壳体1内的液体介质选用酒精或防冻液。根据实际需求，所述壳体1内液体的温度控制范围为(－10～40)℃，所述压力罐2的承压范围为(0～30)mpa。

本发明还提供了一种海洋静力触探仪计量/检测方法，包括以下步骤：

在壳体1内添加液体介质，设置所述液体的预设温度数值，启动温度调节系统，直至所述液体的实际温度数值达到所述预设温度数值；

通过罐盖5将海洋静力触探仪4安装在压力罐2的压力腔内，通过第一导管9往所述压力腔内施加标准环境压力，利用所述海洋静力触探仪4获取孔隙水压力数值，将所述标准环境压力的数值与所述孔隙水压力的数值进行比较检测/量值溯源；

通过所述第一导管9往所述压力腔内施加第一环境压力，通过压力调节系统为承压底座6施加第一驱动力，利用测力仪3获取第一驱动力的数值，利用所述海洋静力触探仪4获取锥尖阻力的数值，将所述第一驱动力的数值和所述锥尖阻力的数值进行比较检测/量值溯源；

将所述海洋静力触探仪4的锥尖头取出，通过所述第一导管9往所述压力腔内施加第二环境压力，通过压力调节系统为所述承压底座6施加第二驱动力，利用所述测力仪3获取第二驱动力的数值，利用所述海洋静力触探仪4获取侧壁摩阻力的数值，将所述第二驱动力的数值和所述侧壁摩阻力的数值进行比较检测/量值溯源。

基于上述技术特征的海洋静力触探仪计量/检测方法，通过控制所述液体介质的温度，避免温度对海洋静力触探仪4计量/检测数据造成影响，保证计量/检测工作的准确性，同时也可以控制所述液体介质的温度大小，通过在所述压力腔内施加标准环境压力，实现对不同温度条件下对孔隙水压力的计量/检测；通过向所述压力腔内施加第一环境压力以及向所述承压底座6施加作用于所述海洋静力触探仪4的锥尖头的第一驱动力，实现不同温度及压力环境条件下锥尖阻力计量/检测；将所述海洋静力触探仪4的锥尖头拆卸后，向所述压力腔内施加第二环境压力以及向所述承压底座6施加作用于所述海洋静力触探仪4的第二驱动力，实现不同温度及压力环境条件下侧壁摩阻力计量/检测。该计量/检测方法过程简单快速，可在较短时间内实现对三个参数的计量/检测，并保证结果的准确度。

进一步的，所述在壳体1内添加液体介质，设置所述液体的预设温度数值，启动温度调节系统，直至所述液体的实际温度数值达到所述预设温度数值的步骤中，还包括：启动第一循环泵22，带动所述液体在温度调节腔内沿着水平方向循环流动；启动第二循环泵26，带动所述液体在温度调节腔和压力腔之间循环流动，实现液体介质的循环搅拌，加快所述压力罐2的压力腔内的液体温度的变化速度。

进一步的，在所述液体的实际温度数值达到所述预设温度数值的步骤之后，还包括：将所述第二循环泵26关闭。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了更加方便以及简洁的描述，上述处理方法的具体工作过程，可以参考前述设备的对应工作过程，在此不再赘述。

综上，本发明实施例提供一种海洋静力触探仪计量/检测设备及计量/检测方法包括以下优点：(1)可以使用一台设备完成海洋静力触探仪4三个参数(孔隙水压力、锥尖阻力和侧壁摩阻力)的高精度计量/检测；(2)为液体介质提供稳定均匀的温度和压力，特别是避免温度对海洋静力触探仪4计量/检测数据造成影响，在计量/检测全过程中提供了满足标准的恒稳态海洋模拟温度和压力环境；(3)实现所述温度调节腔与所述压力腔的液体循环，加快所述压力腔内的液体温度变化速度；(4)设备整体结构布局较为紧凑，部分部件可灵活安装拆卸，维护调试方便。

上方所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。