技术摘要：
本发明公开了一种海底沉积物原位声学特性测试系统及方法。该系统包括：升沉补偿平台、坐底平台、电缆收放装置和换能器探测装置；升沉补偿平台通过第一深水电缆与母船连接；电缆收放装置的固定端设置在升沉补偿平台上，电缆收放装置的出线端与坐底平台的牵引端连接，电  全部
背景技术：
海底沉积物声学特性原位测量技术是指将仪器放置在海底直接进行沉积物声学 特性测量的技术。海底沉积物声学特性包括海底沉积物剪切波特性和沉积物压缩波特性。 海底沉积物声学原位测量能够获得海底原位真实状态下的声学特性参数，能够有效避免因 取样和搬运对沉积物造成的扰动所引起的测量误差，相对于沉积物样品的实验室声学特性 测量，具有更高的精度和准确性。 然而，目前的海底沉积物声学特性原位测量技术并未考虑沉积物受到测试系统的 扰动影响，仍然存在因扰动所引起测量误差降低，导致测量精度和准确性的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种海底沉积物原位声学特性测试系统及方法，能够避免坐 底平台因受到第一深水电缆以及母船的升沉扰动而对沉积物产生扰动，实现沉积物声学特 性的无扰动原位测量。 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： 本发明提供了一种海底沉积物原位声学特性测试系统，包括： 升沉补偿平台、坐底平台、电缆收放装置和换能器探测装置； 所述升沉补偿平台通过第一深水电缆与母船连接；所述电缆收放装置的固定端设 置在所述升沉补偿平台上，所述电缆收放装置的出线端与所述坐底平台的牵引端连接，所 述电缆收放装置通过收放第二深水电缆带动所述坐底平台进行升降运动；所述换能器探测 装置的固定端设置在所述坐底平台上，所述换能器探测装置的探测端在贯入海底沉积物后 发射与接收声波。 可选的，所述系统，还包括： 影像监视装置和控制装置； 所述控制装置位于所述母船上，所述影像监视装置设置在所述升沉补偿平台上； 所述控制装置分别与所述影像监视装置、所述升沉补偿平台、所述坐底平台和所述电缆收 放装置连接；所述控制装置用于根据所述影像监视装置传输的影像数据控制所述升沉补偿 平台升降或移动、控制所述电缆收放装置的收放速度、确定所述第二深水电缆的张弛状态 以及确定所述坐底平台的坐底姿态； 所述控制装置与所述换能器探测装置连接，所述控制装置用于根据所述换能器探 测装置传输的探测数据进行海底沉积物声学特性测量。 可选的，所述升沉补偿平台，具体包括： 升沉补偿平台搭载本体、升沉补偿平台首层平台、升沉补偿平台二层平台、升沉补 5 CN 111595945 A 说　明　书 2/11 页 偿平台控制仓和升沉补偿平台承重装置； 所述升沉补偿平台首层平台设置在所述升沉补偿平台搭载本体的顶部；所述升沉 补偿平台承重装置设置在所述升沉补偿平台首层平台的上侧，所述升沉补偿平台承重装置 通过所述第一深水电缆与所述控制装置连接；所述电缆收放装置的固定端设置在所述升沉 补偿平台首层平台的下侧； 所述升沉补偿平台二层平台设置在所述升沉补偿平台搭载本体的中部；所述升沉 补偿平台控制仓设置在所述升沉补偿平台二层平台上；所述升沉补偿平台控制仓分别与电 缆收放装置和所述控制装置连接，所述升沉补偿平台控制仓用于根据所述控制装置传输的 控制指令控制所述电缆收放装置放出或回收所述第二深水电缆以及收放速度。 可选的，所述电缆收放装置，具体包括： 电缆卷筒、电缆卷筒支架、卷筒马达、升沉补偿平台液压仓和升沉补偿平台液压阀 箱； 所述电缆卷筒设置在所述电缆卷筒支架上，所述第二深水电缆缠绕在所述电缆卷 筒上，所述电缆卷筒支架固连在所述升沉补偿平台首层平台的下侧； 所述卷筒马达的控制端与所述升沉补偿平台控制仓连接，所述卷筒马达的出力端 与所述电缆卷筒连接，所述卷筒马达的输入端与所述升沉补偿平台液压仓的输出端连接； 所述升沉补偿平台控制仓和所述升沉补偿平台液压阀箱连接；所述升沉补偿平台 液压阀箱与所述升沉补偿平台液压仓的控制端连接。 可选的，所述坐底平台，具体包括： 坐底平台搭载本体、坐底平台首层平台、坐底平台二层平台、坐底平台控制仓、坐 底平台承重装置和坐底姿态调整装置； 所述坐底平台承重装置设置在所述坐底平台搭载本体的顶部，所述坐底平台承重 装置通过所述第二深水电缆与所述电缆收放装置连接； 所述坐底平台首层平台设置在所述坐底平台搭载本体的中部；所述坐底平台控制 仓设置在所述坐底平台首层平台上； 所述坐底平台二层平台设置在所述坐底平台搭载本体的底部；所述坐底姿态调整 装置设置在所述坐底平台二层平台上； 所述坐底平台控制仓分别与所述坐底姿态调整装置、所述换能器探测装置和所述 控制装置连接；所述坐底平台控制仓用于根据所述控制装置传输的控制指令控制所述坐底 姿态调整装置调整坐底姿态；所述坐底平台控制仓还用于根据所述控制装置传输的控制指 令控制所述换能器探测装置贯入海底沉积物的深度。 可选的，所述换能器探测装置，具体包括： 第一油缸、换能器搭载平台、导向装置、位移传感器、坐底平台液压仓、坐底平台液 压阀箱和换能器； 所述第一油缸的固定端设置在所述坐底平台搭载本体的顶部，所述第一油缸的出 力端与所述导向装置的第一端连接，所述第一油缸的控制端与所述坐底平台控制仓连接， 所述第一油缸的输入端与所述坐底平台液压仓的输出端连接； 所述导向装置的第二端与所述换能器搭载平台连接，所述换能器设置在所述换能 器搭载平台上；所述坐底平台控制仓用于根据所述控制装置的控制指令驱动所述第一油 6 CN 111595945 A 说　明　书 3/11 页 缸，使所述换能器穿过所述坐底平台二层平台的换能器通孔贯入海底沉积物； 所述坐底平台液压阀箱分别与所述坐底平台液压仓的输入端和所述坐底平台控 制仓连接； 所述位移传感器分别与所述导向装置和所述坐底平台控制仓连接，所述位移传感 器用于测量所述换能器贯入所述海底沉积物的深度。 可选的，所述坐底姿态调整装置，具体包括： 第二油缸、坐底底脚、压力传感器和坐底配重； 所述坐底底脚和所述第二油缸的个数相等且均为多个，所述坐底底脚等间隔设置 在所述坐底平台二层平台的下表面，所述第二油缸等间隔设置在所述坐底平台二层平台的 上表面； 所述第二油缸的控制端与所述坐底平台控制仓连接，所述第二油缸的出力端与所 述坐底底脚连接，所述第二油缸用于根据所述坐底平台控制仓的控制指令调整所述坐底底 脚的伸出长度； 所述压力传感器分别与所述第二油缸和所述坐底平台控制仓连接；所述压力传感 器用于测量所述第二油缸的压力值； 所述坐底配重的个数与所述坐底底脚的个数相等，所述坐底配重均设置在所述坐 底平台二层平台的上表面。 可选的，所述换能器为剪切波换能器或压缩波换能器； 所述换能器，具体包括： 发射换能器和接收换能器； 所述发射换能器的固定端和所述接收换能器的固定端均与所述换能器搭载平台 连接；所述控制装置先后经过双通道D/A转换电路和双通道发射驱动电路与所述发射换能 器的输入端连接；所述接收换能器的输出端先后通过双通道接收放大电路和双通道A/D转 换电路与所述控制装置连接。 本发明还提供一种海底沉积物原位声学特性测试方法，应用于上述的海底沉积物 原位声学特性测试系统，包括： 获取影像监视装置传输的沉积物地形影像； 根据所述沉积物地形影像判断沉积物地形是否满足预设地形要求，得到第一判断 结果； 若所述第一判断结果为是，则控制升沉补偿平台悬停，控制电缆收放装置带动坐 底平台下潜，并在下潜过程中获取影像监视装置传输的所述电缆收放装放出的电缆张弛状 态影像； 若所述第一判断结果为否，则返回步骤“获取影像监视装置传输的沉积物地形影 像”； 根据所述电缆张弛状态影像判断所述电缆收放装置放出的电缆是否松弛，得到第 二判断结果； 若所述第二判断结果为是，则获取影像监视装置传输的坐底平台的坐底姿态影 像，并根据所述坐底姿态影像判断坐底平台的坐底姿态是否处于直立状态，得到第三判断 结果； 7 CN 111595945 A 说　明　书 4/11 页 若所述第二判断结果为否，则控制所述升沉补偿平台下降到预设高度，然后返回 步骤“控制升沉补偿平台悬停”； 若所述第三判断结果为是，则控制换能器探测装置的探测端贯入海底沉积物后发 射与接收声波，根据所述换能器探测装置采集的数据进行海底沉积物声学特性测量； 若所述第三判断结果为否，则控制坐底平台调整坐底平台的坐底姿态。 可选的，所述控制换能器探测装置的探测端贯入海底沉积物后发射与接收声波， 具体包括： 获取位移传感器传输的换能器探测装置的探测端贯入海底沉积物的深度； 判断所述贯入海底沉积物的深度是否达到预设深度，得到第四判断结果； 若所述第四判断结果为是，则控制所述换能器探测装置的探测端贯入海底沉积物 后发射与接收声波； 若所述第四判断结果为否，则控制所述控制换能器探测达到预设深度。 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本发明提出了一种海底沉积物原位声学特性测试系统及方法，该系统包括升沉补 偿平台、坐底平台、电缆收放装置和换能器探测装置；升沉补偿平台通过第一深水电缆与母 船连接；电缆收放装置的固定端设置在升沉补偿平台上，电缆收放装置的出线端与坐底平 台的牵引端连接，电缆收放装置通过收放第二深水电缆带动坐底平台进行升降运动，因此， 第一深水电缆以及母船的升沉扰动被升沉补偿平台补偿，坐底平台不会受到第一深水电缆 以及母船的升沉扰动，因而沉积物不会受到测试系统的扰动，实现了沉积物声学特性的无 扰动原位测量，提高了测量精度和准确性。 此外，该系统还包括影像监视装置和控制装置；影像监视装置设置在升沉补偿平 台上；控制装置能够根据影像监视装置传输的影像数据控制升沉补偿平台升降或移动、控 制电缆收放装置的收放速度、确定第二深水电缆的张弛状态以及确定坐底平台的坐底姿 态；还能够根据换能器探测装置传输的探测数据进行海底沉积物声学特性测量。因此，设置 影像监视装置的优点有：1)母船的操作人员能够直观地观察到测试系统在近海底时与海底 沉积物的距离，此时操作人员通过减慢测试系统下潜速度，使测试系统慢慢接近沉积物，并 在一定高度使升沉补偿平台悬停，避免测试系统在不可见的情况下冲击到沉积物表面上， 对沉积物造成扰动，影响原位测试效果。2)母船的操作人员能够直观地观察到海底沉积物 的形貌，以判断此区域沉积物地形及状态是否适合原位测试，若不适合原位测试，可使母船 移位以寻找到适合原位测试的沉积物区域。3)母船的操作人员能够直观地观察到坐底平台 的坐底姿态，并结合设置在坐底油缸的压力传感器的数据判断坐底姿态的倾斜方向及角 度，并通过控制坐底油缸的动作调整坐底平台的坐底姿态，使坐底平台与沉积物表面垂直， 保障换能器在贯入沉积物时，在沉积物中的深度一致。4)当升沉补偿平台放出第二深水电 缆以布放坐底平台时，母船的操作人员能够直观地观察到坐底平台与海底沉积物之间的距 离，当坐底平台接近沉积物表面时，控制第二深水电缆的放出速度，使坐底平台缓慢地在沉 积物上坐底，以减少对沉积物的扰动；当坐底平台实现坐底后，升沉补偿平台继续放出第二 深水电缆，母船的操作人员能够直观地观察到第二深水电缆是否足够松弛，以避免升沉补 偿平台的深沉对坐底平台产生扰动。 本发明通过坐底平台控制仓控制第一油缸的动作，能够带来的优点有：1)通过控 8 CN 111595945 A 说　明　书 5/11 页 制第一油缸的动作，能够使发射换能器与接收换能器贯入沉积物中不同深度，得到不同深 度下的沉积物声学特性，贯入深度通过位移传感器得到。2)通过控制第一油缸的动作，能够 使发射换能器与接收换能器以均匀的速度贯入沉积物中，减少对沉积物的扰动，在贯入过 程中，发射换能器、接收换能器进行声波激发与接收，得到沉积物剖面声学特性连续曲线。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。 图1为本发明实施例中海底沉积物原位声学特性测试系统结构图； 图2为本发明实施例中坐底平台坐底与换能器贯入示意图； 图3为本发明实施例中系统结构电连接图； 图4为本发明实施例中换能器与控制装置连接关系示意图； 图5为本发明实施例中海底沉积物原位声学特性测试方法流程图； 图中，1、深水光电缆；2、升沉补偿平台；3、坐底平台； 2-1、升沉补偿平台承重头；2-2、升沉补偿平台承重座；2-3、升沉补偿平台搭载本 体；2-4、升沉补偿平台首层平台；2-5、电缆卷筒支架；2-6、平台间深水光电缆；2-7、卷筒马 达；2-8、电缆卷筒；2-9、升沉补偿平台液压阀箱；2-10、升沉补偿平台二层平台；2-11、升沉 补偿平台控制仓；2-12、升沉补偿平台液压仓；2-13、深水摄像机； 3-1、坐底平台搭载本体；3-2、坐底平台承重头；3-3、坐底平台承重座；3-4、坐底平 台控制仓；3-5、坐底平台首层平台；3-6、坐底平台液压仓；3-7、坐底平台液压阀箱；3-8、剖 面油缸；3-9、坐底油缸；3-10、坐底油缸压力传感器；3-11、坐底配重；3-12、坐底平台二层平 台；3-13、接收换能器；3-14、发射换能器；3-15、坐底底脚；3-16、导向柱；3-17、导向套；3- 18、换能器搭载平台；3-19、位移传感器。