一种贯入式海底原位监测探杆

本发明涉及海底原位监测领域，特别是涉及一种贯入式海底原位监测探杆。

背景技术：

1、海洋在地球占据了70％的面积，而人类对其探索程度却微乎其微，随着近年来人们对海底探索程度的增大，探海设备、检测装置、作业平台等对海洋原位参数的要求也越来越高，这不仅体现在精度、也体现在参数的数量上，研究人员掌握的参数愈多、愈精准，设备也愈可靠，而海底原位参数能够很好的体现当地的海底特征，可以作为研究人员开展相关研究的重要依据，其在海洋技术各个领域都起到了极其重要的作用，但海底原位参数的获取途径较少，深海环境恶劣、海底布放及作业困难等问题都会影响到海底原位参数的获取。

2、授权公告号为cn106802132b的中国专利公开了一种贯入式多功能海底沉积物原位观测探杆，包括自下向上依次连接的静力触探探头、电阻率测量模块、变形测量管以及控制舱。电阻率测量模块包括电阻率测量模块主体，电阻率测量模块主体的外周面上等间距分布点电极。变形测量管为管状结构，变形橡胶管及内部的嵌入式孔隙水压力传感器，变形橡胶管的外壁沿轴向等间距分布有八条应力应变测量光纤，沿轴向分布有一排透水孔，每个透水孔连接一个嵌入式孔隙水压力传感器。该方案在变形测量管的外壁设置应力应变测量光纤，变形测量管内部安装嵌入式孔隙水压力传感器，总体上依靠变形测量管提供支撑和保护各传感器，只是便于水压测量设置有透水孔，但是无法直接与海底沉积物接触测量。

3、申请公布号为cn112254864a的中国专利公开了原位实时监测装置原位实时监测装置包括钢管，钢管之间通过金属波纹管连接，钢管内设有三轴加速度传感器、水孔、孔压传感器、温度传感器和微处理器。该方案通过钢管对各传感器进行保护，但钢管会与海底沉积物隔绝，无法通过直接接触海底沉积物获得更准确的测量数据。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种贯入式海底原位监测探杆，以解决上述现有技术存在的问题，利用刚性套管保证顺利贯入地层，并在刚性套管上开设监测窗口保证沉积物泥土顺利与传感单元接触，同时，利用波纹管实现全向变形与轻微的压缩、伸长，柔性监测缆可以承受较大范围的变形，布放完成后能够更准确的监测土层形变的变化。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种贯入式海底原位监测探杆，包括柔性监测缆和间隙套设在所述柔性监测缆外侧的刚性套管，所述柔性监测缆包括若干传感单元和连接在相邻的所述传感单元之间的波纹管，所述传感单元内设置有传感器，不同所述传感单元内的所述传感器通过线缆连接，所述线缆沿轴向贯穿所述波纹管并延伸出所述刚性套管的一端，所述刚性套管的管壁上开设有监测窗口，所述监测窗口沿轴向分布且对应于所述传感单元。

4、优选地，所述监测窗口沿所述刚性套管轴向方向的长度大于或等于所述传感单元沿所述刚性套管轴向方向的长度。

5、优选地，所述监测窗口沿所述刚性套管周向分布有一个或多个，任一所述监测窗口垂直于所述刚性套管轴向方向的长度小于所述刚性套管的直径。

6、优选地，所述刚性套管的另一端通过螺纹连接有探杆尖头。

7、优选地，所述传感单元包括防水耐压外壳，所述传感器设置在所述防水耐压外壳内部。

8、优选地，所述防水耐压外壳内设置有传感器支架，所述传感器安装在所述传感器支架上，所述传感器通过导线与所述线缆连接。

9、优选地，所述传感器支架包括垂直设置的安装面，所述传感器安装在所述安装面上。

10、优选地，所述波纹管通过连接端盖与所述防水耐压外壳连接，所述连接端盖中部贯穿设置有所述线缆，并通过水密接插件进行密封。

11、优选地，包括钢丝绳，所述钢丝绳沿轴向贯穿所述连接端盖并与所述连接端盖固定，同时，所述钢丝绳在端部与所述探杆尖头固定。

12、优选地，所述刚性套管的一端的所述波纹管或所述传感单元通过连接端盖封闭，所述连接端盖中部贯穿设置有所述线缆，并通过另一所述水密接插件进行密封。

13、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

14、(1)本发明通过柔性监测缆和刚性套管配合，利用刚性套管保证柔性监测缆顺利贯入地层，并在刚性套管上开设监测窗口保证沉积物泥土顺利与柔性监测缆的传感单元接触，同时，利用传感单元之间设置的波纹管实现柔性监测缆的全向变形与轻微的压缩、伸长，从而，柔性监测缆可以承受较大范围的变形，布放完成后能够更准确的监测土层形变的变化；

15、(2)本发明通过刚性套管的设置能够提高柔性监测缆的强度，提高柔性监测缆的贯入长度，并根据需要设置多种传感器，可以很好的解决海底探杆贯入长度短、可承受变形小、测量参数少等问题，为后续研究工作的展开打下良好的基础；

16、(3)本发明传感单元内的传感器通过导线与线缆连接，可以根据监测目标，在不同传感单元内设置不同种类的传感器，并通过导线连接，通过传感器支架进行固定，从而，能够实现对不同监测目标的实时监测；

17、(4)本发明在传感单元内设置有用于安装传感器的传感器支架，并且传感器支架包括垂直设置的安装面，通过垂直安装面的设置，使得每一传感单元至少存在两个互相垂直的传感器，可以实现多方向地层形变数据的同步采集。

技术特征：

1.一种贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：包括柔性监测缆和间隙套设在所述柔性监测缆外侧的刚性套管，所述柔性监测缆包括若干传感单元和连接在相邻的所述传感单元之间的波纹管，所述传感单元内设置有传感器，不同所述传感单元内的所述传感器通过线缆连接，所述线缆沿轴向贯穿所述波纹管并延伸出所述刚性套管的一端，所述刚性套管的管壁上开设有监测窗口，所述监测窗口沿轴向分布且对应于所述传感单元。

2.根据权利要求1所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：所述监测窗口沿所述刚性套管轴向方向的长度大于或等于所述传感单元沿所述刚性套管轴向方向的长度。

3.根据权利要求2所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：所述监测窗口沿所述刚性套管周向分布有一个或多个，任一所述监测窗口垂直于所述刚性套管轴向方向的长度小于所述刚性套管的直径。

4.根据权利要求1-3任一项所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：所述刚性套管的另一端通过螺纹连接有探杆尖头。

5.根据权利要求4所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：所述传感单元包括防水耐压外壳，所述传感器设置在所述防水耐压外壳内部。

6.根据权利要求5所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：所述防水耐压外壳内设置有传感器支架，所述传感器安装在所述传感器支架上，所述传感器通过导线与所述线缆连接。

7.根据权利要求6所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：所述传感器支架包括垂直设置的安装面，所述传感器安装在所述安装面上。

8.根据权利要求5所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：所述波纹管通过连接端盖与所述防水耐压外壳连接，所述连接端盖中部贯穿设置有所述线缆，并通过水密接插件进行密封。

9.根据权利要求8所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：包括钢丝绳，所述钢丝绳沿轴向贯穿所述连接端盖并与所述连接端盖固定，同时，所述钢丝绳在端部与所述探杆尖头固定。

10.根据权利要求9所述的贯入式海底原位监测探杆，其特征在于：所述刚性套管的一端的所述波纹管或所述传感单元通过连接端盖封闭，所述连接端盖中部贯穿设置有所述线缆，并通过另一所述水密接插件进行密封。

技术总结
本发明公开一种贯入式海底原位监测探杆，涉及海底原位监测领域，包括柔性监测缆和间隙套设在所述柔性监测缆外侧的刚性套管，所述柔性监测缆包括若干传感单元和连接在相邻的所述传感单元之间的波纹管，所述传感单元内设置有传感器，不同所述传感单元内的所述传感器通过线缆连接，所述线缆沿轴向贯穿所述波纹管并延伸出所述刚性套管的一端，所述刚性套管的管壁上开设有监测窗口，所述监测窗口沿轴向分布且对应于所述传感单元。本发明利用刚性套管保证顺利贯入地层，利用监测窗口保证沉积物泥土顺利与传感单元接触，利用波纹管实现全向变形与轻微的压缩、伸长，柔性监测缆可以承受较大范围的变形，布放完成后能够更准确的监测土层形变的变化。

技术研发人员：陈家旺,葛勇强,周琦骁,郭进,艾景坤,曹晨,周朋,方玉平
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12