[发明专利]一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及方法

说明书

本发明涉及海洋工程地质、海底沉积物原位长期观测技术领域，具体涉及一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及贯入方法，立架内分别安装有压载式贯入机构、释放装置和海洋观测探杆；底座上分别设置有设备状态监控舱、锂电池舱、深海摄像机和摄像机控制舱，压载式贯入机构包括升降座和贯入齿条，升降座的中心开设有贯穿的探杆配合孔，升降座在探杆配合孔的两侧分别转动安装有两个贯入齿轮，并分别连接贯入电机，贯入齿条竖向固定在立架内并分别与贯入齿轮啮合；释放装置安装在升降座的周面，包括至少两个用于夹持海洋观测探杆的释放单元。本发明实现了匀速贯入、起拔动作、可靠度高，满足多种类型探杆同时布放。

技术领域

本发明涉及海洋工程地质、海底沉积物原位长期观测技术领域，具体涉及一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及方法。

背景技术

中国专利申请CN110117951A公开了一种基于海洋观测探杆的海底静力贯入装置及贯入方法，包括探杆立架、外卡环以及底座。外卡环上安装有探杆定位装置和压帽式结构，底座包括上底板、下底板以及位于两者之间的分离板，上底板上安装有相互连接的电池仓、驱动器仓和电机，电机通过驱动绳连接压帽式结构，外卡环和底座之间对应夹紧固定有探杆。

上述申请中，虽然海底静力贯入装置上也设置了用于探杆脱离的外卡环和电磁释放装置，但是在实际装置海试过程中，发现在海况较差的现场条件下，较大海浪的冲击导致作业船只摇摆晃动，由于探杆和外卡环之间无刚性约束，导致探杆发生摇摆晃动。极端情况下，电磁释放装置因无法承受过量荷载会发生失效，引起外卡环意外脱离，导致探杆脱落。此外，仅靠外卡环和电磁释放装置控制探杆脱离，实际为先自由落体后匀速贯入的过程，导致输出数据十分不稳定。此外，该方法不具备探杆再回收功能，当一次布放不成功的情况下，难以实现快速回收，进行二次布放，极大影响现场工作效率。底座的上底板、下底板两层结构体积庞大、十分沉重，在实际装置海试过程中，发现底座在布放过程中出现过度沉降现象，以及对海底沉积物产生过度压实，改变了真实渗流场，影响了观测数据的质量；在回收过程中由于过度沉降和宽大下底板对海底沉积物的吸附力，导致装置回收需要极大的拉力，提高了对作业船只的要求，降低了安全系数。

显然，对于复杂、多变的海洋环境，上述申请公开的一种基于海洋观测探杆的海底静力贯入装置及贯入方法还存在缺陷，无法满足现有的实际应用需求，这是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置及贯入方法，齿轮齿条贯入机构解决了释放阶段探杆自由落体运动的弊端，实现了探杆贯入全过程匀速贯入、起拔动作，提高了输出数据稳定性，可靠度高，受恶劣海况海浪冲击较小。

本发明是通过如下技术方案实现的：

提供一种海洋沉积物原位观测探杆的静力贯入装置，包括底座和固定在底座上的立架，立架内分别安装有压载式贯入机构、释放装置和海洋观测探杆；

底座上分别设置有设备状态监控舱、锂电池舱、深海摄像机和摄像机控制舱，设备状态监控舱内分别安装有姿态传感器、加速度传感器和水位压力传感器，设备状态监控舱顶端安装有水密接插件并通过水密供电线缆电连接锂电池舱，设备状态监控舱还预留有用于与船载光电复合缆连接的光电复合缆接口；锂电池舱内部为大容量可充电锂电池组；摄像机控制舱内置摄像机总控系统，总控系统包括ARM微控制器和大容量机械硬盘，总控系统通过ARM微控制器向深海摄像机发送总体控制命令，通过大容量机械硬盘存储观测视频图像；

压载式贯入机构包括升降座和贯入齿条，升降座的中心开设有贯穿的探杆配合孔，升降座在探杆配合孔的两侧分别转动安装有两个贯入齿轮，并分别连接贯入电机，贯入齿条竖向固定在立架内并分别与贯入齿轮啮合；