本發(fā)明涉及海底沉積物聲學原位測量領域，尤其涉及一種海底沉積物聲學原位測量裝置及方法。

背景技術：

1、海底沉積物聲學原位測量是一種利用聲波傳播特性來測量和分析海底沉積物屬性的原位技術。其能夠非破壞性地獲取沉積物層的厚度、結構、粒度分布以及含水量等重要信息。

2、現(xiàn)有海底沉積物聲學原位測量裝置如下：

3、cn201711426161.7公開了一種海底沉積物聲學與物理參數(shù)原位同步測量裝置與方法，其包括甲板顯控單元與水下測量單元；水下測量單元包括第一聲學探桿、第二聲學探桿、第三聲學探桿和取樣桿；聲學探桿和取樣桿能夠利用水下測量單元的重力貫入沉積物中，并且利用聲學換能器完成海底沉積物原位聲學參數(shù)測量；水下測量單元還包括靜力觸探探桿和液壓控制模塊，在聲學探桿和取樣桿插入沉積物中后，利用液壓控制模塊把靜力觸探探桿勻速插入沉積物中，采集錐尖阻力與側壁摩擦力數(shù)據(jù)。

4、cn201611192968.4公開了一種海底沉積物聲學原位測量與同步取樣裝置及方法，其包括甲板顯控單元與水下測量單元兩部分，兩部分通過同軸電纜或者光電復合纜進行供電與通信，實現(xiàn)甲板顯控單元對水下測量單元的實時狀態(tài)顯示與遠程控制。該裝置可以一次作業(yè)，同步完成海底沉積物的聲學原位測量與取樣作業(yè)；并且，該裝置的沉積物聲學原位測量，可以適用橫向測量與縱向測量兩種作業(yè)模式。

5、cn201821221834.5公開的海底沉積物聲學性質和溫度剖面的原位定點連續(xù)測量裝置，其包括搭載平臺機構、布放機構、回收機構、沉積物原位聲學測量機構、沉積物原位溫度剖面測量機構；所述沉積物原位聲學測量機構能夠持續(xù)自主同步觀測海底沉積物多個深度層的聲學性質；所述溫度剖面測量機構包含一條或多條相同的溫度探桿，能夠持續(xù)自主測量多個深度的沉積物溫度。

6、可知現(xiàn)有的海底沉積物聲學原位測量裝置存在不可移動測量的缺陷，故一次投放僅對特定范圍內的沉積物進行測量，當需要測量不同位置時，需要打撈后，利用船將其搭載至下一測量區(qū)域再次投放，增加了整體測量成本，降低了測量效率。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種海底沉積物聲學原位測量裝置及方法，通過設置越障式行走機構，實現(xiàn)了在凹凸不平的海底行走，拓寬了測量范圍，提高了測量效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種海底沉積物聲學原位測量裝置，包括主框架以及集成于主框架內部的升降式測量取樣機構、設置于主框架底端的越障式行走機構，越障式行走機構包括轉動設置于主框架底端四角的分體式彈性伸縮輪，分體式彈性伸縮輪包括輪轂電機、與輪轂電機的輸出端連接的轉筒、設置于轉筒內部的彈性單元和弧形輪單元，彈性單元和弧形輪之間設置有模式切換單元，用于切換分體式彈性伸縮輪在越障行走模式或者平地行走模式下行走；

3、轉筒與主框架底端轉動連接。

4、優(yōu)選的，彈性單元包括呈圓周設置于轉筒內的多個徑向導向筒、固定于徑向導向筒內部的徑向緩沖彈簧；

5、模式切換單元包括垂直轉動設置于性單元外圓周側的轉筒內的模式切換筒，模式切換筒的圓周側交錯設置有定位槽和穿入穿出孔，且定位槽開設于模式切換筒朝向弧形輪單元的一側；

6、弧形輪單元包括呈圓周陣列徑向滑動設置于轉筒上的徑向滑動桿以及與徑向滑動桿遠離模式切換筒的一端固定連接的弧形支撐塊；

7、穿入穿出孔的孔徑和徑向導向筒的內徑均不小于徑向滑動桿的直徑，且徑向滑動桿、穿入穿出孔或者定位槽、徑向導向筒一一對準。

8、優(yōu)選的，徑向滑動桿穿過開設于轉筒上的通孔后轉動連接有轉球，轉球與定位槽轉動連接；

9、徑向滑動桿靠近轉球的一端固定有防脫板，防脫板和轉筒內壁之間設置有復位彈簧；

10、徑向滑動桿與通孔之間設置有密封直線軸承。

11、優(yōu)選的，模式切換筒的外圓周側設置有齒圈，轉筒內部轉動設置有與齒圈嚙合的第一驅動齒輪，第一驅動齒輪與固定于轉筒內部的模式切換驅動伺服電機的輸出端連接。

12、優(yōu)選的，弧形支撐塊包括與徑向滑動桿固定連接的剛性弧形塊和與剛性弧形塊固定連接的柔性弧形塊；

13、剛性弧形塊、徑向滑動桿、轉筒、模式切換筒、徑向導向筒均為不銹鋼材質，柔性弧形塊為橡膠材質。

14、優(yōu)選的，升降式測量取樣機構包括升降式高頻測量單元和翻轉式低頻測量單元，升降式高頻測量單元和翻轉式低頻測量單元之間經聯(lián)動單元連接；

15、升降式高頻測量單元包括固定于主框架頂端的驅動液壓缸、與驅動液壓缸的底部輸出端連接的活動三角板、分別固定于活動三角板的底端三個角上的取樣管、第一探桿和第二探桿，第一探桿和第二探桿的底端平齊，且第一探桿的底端和第二探桿的底端分別固定有高頻發(fā)射換能器和高頻接收器；

16、翻轉式低頻測量單元包括經轉軸轉動設置于主框架底端一側的t型翻轉架以及依次設置于t型翻轉架的頂端橫桿上的第一低頻接收器、低頻發(fā)射換能器和第二低頻接收器，且第一低頻接收器和第二低頻接收器關于低頻發(fā)射換能器對稱布置；

17、聯(lián)動單元設置于轉軸上的從動鏈輪、經傳動鏈條與從動齒輪連接的主動鏈輪、與主動鏈輪同軸連接的第二驅動齒輪，第二驅動齒輪與固定于活動三角板底端的升降齒條嚙合；

18、第二驅動齒輪經轉動架轉動設置于主框架上。

19、優(yōu)選的，升降式測量取樣機構還包括布置于主框架內部四角的取樣存儲艙，四個取樣存儲艙均依次經抽樣管和五通管與取樣管連通，抽樣管的內部設置有泥漿泵，四臺泥漿泵均連接有同步閥；

20、取樣存儲艙內部經柔性分隔板分隔成多個存儲室，存儲室的一側經進料分支管與取樣管連通，存儲室的另一側與出料分支管連通，出料分支管和進料分支管內均設置有電動開關閥。

21、優(yōu)選的，取樣存儲艙的底端依次設置有高壓艙和浮力調節(jié)艙，高壓艙經空氣壓縮泵與浮力調節(jié)艙的頂端連通，浮力調節(jié)艙的底端設置有角閥。

22、優(yōu)選的，主框架剩余側部均設置有渦輪發(fā)電機，渦輪發(fā)電機經整流器與蓄電池的輸入端電性連接，蓄電池的輸出端經逆變器分別與輪轂電機、模式切換驅動伺服電機、驅動液壓缸電性連接。

23、所述的一種海底沉積物聲學原位測量裝置的方法，包括以下步驟：

24、s1、打開模式切換驅動伺服電機，模式切換驅動伺服電機帶動第一驅動軸承轉動設定角度，進而帶動模式切換筒轉動設定角度，使得徑向滑動桿由與定位槽對準的位置切換至與穿入穿出孔對準的位置，使得海底沉積物聲學原位測量裝置處于越障行走模式；

25、s2、利用船體搭載海底沉積物聲學原位測量裝置至待測位置后，投放海底沉積物聲學原位測量裝置；

26、s3、打開角閥，海水進入浮力調節(jié)艙內部，同時利用空氣壓縮泵將浮力調節(jié)艙內部的空氣抽出并壓縮至高壓艙內，直至海底沉積物聲學原位測量裝置浮力小于海底沉積物聲學原位測量裝置的自重，海底沉積物聲學原位測量裝置在自身重力的作用下與海底接觸；

27、s4、驅動液壓泵的活塞桿伸出，帶動第一探桿、第二探桿和取樣管下降，直至第一探桿、第二探桿和取樣管均伸入海底沉積物內部；

28、同時帶動升降齒條下降，帶動第二驅動齒輪轉動，第二驅動齒輪帶動主動鏈輪同步轉動，經傳動鏈條帶動從動鏈條轉動，進而帶動轉軸轉動，從而帶動t型翻轉架向下轉動，直至第一低頻接收器、低頻發(fā)射換能器和第二低頻接收器均與海底沉積物接觸；

29、s5、利用高頻發(fā)射換能器和低頻發(fā)射換能器，依次向海底沉積物發(fā)射高頻超聲波和低頻超聲波，再分別利用高頻接收器以及第一低頻接收器和第二低頻接收器接收，獲得待測位置的聲學測量結果；

30、同時打開泥漿泵，海底沉積物樣品進入取樣管，再利用四個同時打開的泥漿泵將取樣管內的海底沉積物樣品平均抽至四個取樣存儲艙的其中一個存儲室內；

31、驅動液壓缸反向動作，帶動t型翻轉架和活動三角板復位；

32、s6、打開輪轂電機，輪轂電機帶動轉筒轉動，進而帶動弧形輪單元轉動，帶動海底沉積物聲學原位測量裝置移動，在移動的過程中，若存在障礙物，則障礙物向內壓動弧形支撐塊，帶動徑向滑動桿克服徑向緩沖彈簧和復位彈簧的彈力伸入徑向導向筒內部，并在越障后，在緩沖彈簧和復位彈簧恢復力的作用下伸出，直至移動至下一測量位置，重復步驟s4和s5，直至測量完畢；

33、s7、打開空氣壓縮泵，向浮力調節(jié)艙內注入空氣，將浮力調節(jié)艙內的水排出，直至海底沉積物聲學原位測量裝置的浮力大于自重，海底沉積物聲學原位測量裝置上浮，直至浮出海面，打撈至船體甲板上，反向驅動模式切換驅動伺服電機，模式切換驅動伺服電機帶動第一驅動軸承反向轉動設定角度，進而帶動模式切換筒反向轉動設定角度，使得徑向滑動桿由與穿入穿出孔對準的位置切換至與定位槽對準的位置，使得海底沉積物聲學原位測量裝置處于平地行走模式，并利用輪轂電機將海底沉積物聲學原位測量驅動至實驗室，依次取出每個存儲室內的海底沉積物樣品。

34、本發(fā)明具有以下有益效果：

35、1、通過設置越障式行走機構，實現(xiàn)了在凹凸不平的海底行走，拓寬了測量范圍，提高了測量效率；

36、2、通過設置模式切換單元，可在打撈后切換至平地行走模式，提高了行走速度；

37、3、通過設置渦輪發(fā)電機，便于利用洋流發(fā)電，節(jié)能環(huán)保，提高使用時間。

38、下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。