一种海底沉积物纵波声波参数原位自动测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海洋物理测量技术领域，尤其涉及一种海底沉积物纵波声波参数原位 自动测量装置及方法。
【背景技术】
[0002] 海底沉积物是海洋物理和工程研究的重要对象，其声学特性研究一直备受国内外 学者的重视。海底沉积物声学特性包含两个主要的特性参数：声速和声衰减，其中声速反映 出声波在海底传播的快慢程度；声衰减反映出海底底质对声波传播或地震波作用距离的影 响。
[0003]目前对海底沉积物的测量主要是深海取样，然后在实验室测量，而目前的海底沉 积物声学原位测量技术，根据测量对象和实现的方式不同分为两类，第一类以美国海军实 验室研制的原位沉积物声学测量系统（InSituSedimentAcousticMeasurementSystem， 简称：ISSAMS)和英国南安普顿国家海洋中心与GeoTek公司联合研制的海底沉积物声学物 理特性仪（SedimentAcousticandPhysicalPropertiesApparatus，简称：SAPPA:)为代 表的横向测量技术，通过动力装置将一个安装发射换能器的探杆和若干个安装接收换能器 的探杆相互平行的插入沉积物，用来测量海底以下某一层面的海底沉积物的声学参数，第 二类则是以声学长矛及其派生的多频海底声学测试系统为代表的垂直测量技术，能够测量 海底以下一定深度范围内的沉积物的平均速度。
[0004] 但是采用上述那种类型的测量技术时，为了能在海底实现原位测量，需要通过电 缆将海底的取样装置与海面船舱内的测量分析装置连接在一起，其大大提高了实现成本， 并且信号在电缆间传播时会产生干扰，其影响了测量的准确性。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种海底沉积物纵波声波参数原位自动测量装置及方法，用于降低实 现成本，提高测量准确性。
[0006] 本发明的第一个方面是提供一种海底沉积物纵波声波参数原位自动测量装置，包 括：甲板收放装置、声波自动测量仪装置和深海取样器装置；
[0007] 其中，所述甲板收放装置与所述深海取样器装置通过缆绳连接；所述声波自动测 量仪装置设置于所述深海取样器装置的耐压密封腔内；
[0008] 所述甲板收放装置，用于对所述声波自动测量仪装置和所述深海取样器装置进行 收放控制；
[0009] 所述声波自动测量仪装置，用于对海底沉积物进行测量；
[0010] 所述深海取样器装置，用于对海底沉积物进行取样。
[0011] 结合第一个方面，在第一种可能的实现方式中，所述声波自动测量仪装置，包括： 数据采集卡、计算机和电源；
[0012] 其中，所述数据采集卡、所述计算机和所述电源分别电连接；
[0013] 所述计算机，用于控制所述数据采集卡对海底沉积物进行测量；
[0014] 所述电源，用于为所述数据采集卡和所述计算机供电。
[0015] 结合第一个方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述数 据采集卡，包括：前级模拟信号处理电路模块、AD模数转换模块、海底触发电路模块、压电 控制电路模块、USB模块和FPGA控制模块；
[0016] 所述FPGA控制模块分别与所述前级模拟信号处理电路模块、所述AD模数转换模 块、所述海底触发电路模块、所述压电控制电路模块以及所述USB模块电连接；
[0017] 所述FPGA控制模块，用于控制所述前级模拟信号处理电路模块保证对应通道的 纵波信号可传输至所述AD模数转换模块；
[0018] 所述AD模数转换模块，用于对所述纵波信号进行模数转换；
[0019] 所述压电控制电路模块，用于产生所述对应通道的纵波信号；
[0020] 所述海底触发电路模块，用于当确定所述深海取样器装置触底时，向所述FPGA控 制模块发送激励信号。
[0021] 结合第一个方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述海 底触发电路模块，包括：加速度传感器和信号处理电路；
[0022] 所述加速度传感器，用于判断所述深海取样器装置的运动状态；
[0023] 所述信号处理电路，用于当确定所述深海取样器装置触底时，向所述FPGA控制模 块发送激励信号。
[0024] 结合第一个方面的第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述 FPGA控制模块，包括：上位机控制信号处理模块、压电控制模块、时钟控制模块、AD控制模 块、FIFO模块、USB数据传输模块和系统启动信号检测模块；
[0025] 其中，所述上位机控制信号处理模块分别与所述压电控制模块、所述时钟控制模 块、所述AD控制模块、所述FIFO模块、所述USB数据传输模块和所述系统启动信号检测模 块电连接；
[0026] 所述上位机控制信号处理模块，用于解析从所述计算机下发过来的命令；
[0027] 所述压电控制模块，用于控制所述压电控制电路模块的激励脉冲的产生以及脉冲 的宽度；
[0028] 所述时钟控制模块，用于产生所述FPGA控制模块的内部电路所需要的时钟信号；
[0029] 所述AD控制模块，用于控制所述AD模数转换模块；
[0030] 所述FIFO模块，用于实现对所述AD模数转换模块转换过来的数据的快速缓存；
[0031] 所述USB控制模块，用于完成对所述USB模块的对接。
[0032] 结合第一个方面或第一个方面的上述任意一种可能的实现方式，在第四五种可能 的实现方式中，所述深海取样器装置，包括：由耐压密封腔和箱式采样器；
[0033] 所述耐压密封腔，用于设置所述声波自动测量仪装置；
[0034] 所述箱式采样器，用于设置耐压密封压电纵波换能器。
[0035] 结合第一个方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述箱 式采样器，包括：至少两个发射探头和至少两个接收探头；
[0036] 其中，所述发射探头与对应的接收探头构成一个所述对应通道；
[0037] 所述发射探头与所述压电控制模块连接；
[0038] 所述接收探头与所述前级模拟信号处理电路模块连接。
[0039] 结合第一个方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述甲 板收放装置，包括：收放支架、绞车、控制器、第一指示灯和第二指示灯；
[0040] 其中，所述收放支架固接于船只甲板上，所述收放支架的一端设置有所述绞车，所 述绞车上设有缆绳，所述缆绳的一端与所述深海取样器装置连接；
[0041] 所述控制器，用于控制所述绞车运转；
[0042] 所述第一指示灯，用于指示所述深海取样器装置触底，通过绞车运转来控制所述 深海取样器装置的上升与下降；
[0043] 所述第二指示灯，用于指示测量完成。
[0044] 本发明的第二个方面是提供一种海底沉积物纵波声波参数原位自动测量方法，所 述方法由上述第一个方面或第一个方面的任意一种可能的实现方式所述的海底沉积物纵 波声波参数原位自动测量装置执行，所述方法，包括：
[0045] 计算机判断是否接收到海底触发电路模块发送的激励信号；
[0046] 若所述计算机接收到所述海底触发电路模块发送的激励信号，则所述计算机选择 收发通道；
[0047] 所述收发通道包含一对发射探头和接收探头；
[0048] 所述计算机控制声波自动测量仪装置逐一通过所述收发通道对所述海底沉积物 进行测量获得测量数据；
[0049] 所述计算机判断所述收发通道的切换次数是否达到阈值；
[0050] 若达到所述阈值，则将所述声波自动测量仪装置将所述测量数据传入所述计算 机。
[0051] 结合第二个方面，在第一种可能的实现方式中，若未达到所述阈值，则返回执行所 述计算机选择收发通道的步骤。
[0052] 结合第二个方面或第二个方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方 式中，所述计算机控制声波自动测量仪装置逐一通过所述收发通道对所述海底沉积物进行 测量获得测量数据，包括：
[0053] 所述计算机触发压电控制电路模块并启动所述AD模数转换模块；
[0054] 所述AD模数转换模块将所述收发通道上接收的纵波信号进行模数转换获得测量 数据；
[0055] 所述AD模数转换模块将所述测量数据存入FIFO模块。
[0056] 本实施例提供的海底沉积物纵波声波参数原位自动测量装置，甲板收放装置是负 责将声波自动测量仪装置和深