本實(shí)用新型涉及單片機(jī)嵌入式自動(dòng)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及海洋調(diào)查測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

2、

背景技術(shù)：
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海洋經(jīng)濟(jì)和海洋軍事發(fā)展在當(dāng)今具有舉足輕重的戰(zhàn)略意義，很多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始加快研究和發(fā)展步伐，以便在海洋資源競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。海底沉積物的聲學(xué)特性(主要指聲速和聲衰減系數(shù))研究對(duì)于軍事海洋環(huán)境調(diào)查、海洋工程勘察、海底資源勘探開(kāi)發(fā)以及海底環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。此如：淺海聲場(chǎng)分析研究和聲吶作用距離計(jì)算、海底淺層工程地質(zhì)勘探和海底石油平臺(tái)工程基地建設(shè)等，需要提供海底沉積物聲學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，因此，對(duì)海底沉積物的聲學(xué)特性研究是海洋經(jīng)濟(jì)和海洋軍事發(fā)展等領(lǐng)域不可或缺的研究?jī)?nèi)容。

沉積物聲學(xué)特性實(shí)驗(yàn)室測(cè)量是目前研究海底特性的主要方法之一，也就是在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)在海底采集的沉積物柱狀樣品進(jìn)行測(cè)量，具有儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)。對(duì)海底取樣與分析，必須準(zhǔn)確測(cè)量海底取樣點(diǎn)的海底深度，因?yàn)樗钍侨诱疚稽c(diǎn)的一個(gè)重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的方法是用釋放繩索的辦法來(lái)測(cè)量水深，這種方法的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。因?yàn)楹Ｑ笾写嬖谘罅魉俣萔，隨著取樣器釋放的繩索在海洋中并不是處于垂直狀態(tài)，而是順著洋流的方向，往往是處于一種傾斜的狀態(tài)，顯然用傾斜線代替垂直線是存在較大的誤差，如圖1所示，傾斜線繩索為L(zhǎng)，垂直線為海底深h.

3、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本實(shí)用新型的目的在于提供一種集成海底沉積物取樣與該取樣站位海底深度測(cè)量的裝置。采用單片機(jī)控制單元(2)為核心，發(fā)出控制信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)放大電路(6)產(chǎn)生脈沖波，經(jīng)放大的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)超聲傳感器(1)向海平面發(fā)射超聲波，超聲波達(dá)到海平面后反射回來(lái)，被超聲傳感器(1)接收，接收到的回波信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊(3)調(diào)理放大送入到單片機(jī)控制單元(2)。單片機(jī)控制單元(2)記錄傳感器(1)發(fā)射超聲波到接收超聲波的時(shí)間間隔，通過(guò)計(jì)算，獲得取樣站位點(diǎn)的海底深度。超聲傳感器(1)是發(fā)射與接收為一體的結(jié)構(gòu)，體積小，便于海底安裝與密封。設(shè)置溫度傳感器(4)檢測(cè)海水的溫度，用以補(bǔ)償溫度對(duì)海水聲速的影響。這種測(cè)量海底深度的方法，比傳統(tǒng)通過(guò)計(jì)量連接取樣器繩索長(zhǎng)度的方法，結(jié)果更準(zhǔn)確。裝置的組成模塊連接如圖2所示。

本實(shí)用新型的工作原理是：

(1)本實(shí)用新型在傳統(tǒng)重力式取樣器的基礎(chǔ)上，綜合利用超聲測(cè)距原理。本裝置在完成海底沉積物取樣的同時(shí)，還能準(zhǔn)確測(cè)量該取樣站位點(diǎn)海底的深度。在船舶上，通過(guò)起吊機(jī)把重力式取樣器放入海底，當(dāng)取樣器接觸海底完成取樣時(shí)(此時(shí)，起吊機(jī)繩索處于松弛狀態(tài))，啟動(dòng)單片機(jī)控制單元(2)，單片機(jī)控制單元(2)按照預(yù)定的程序，發(fā)脈沖信號(hào)給驅(qū)動(dòng)放大電路(6)，驅(qū)動(dòng)放大電路(6)驅(qū)動(dòng)超聲傳感器(1)向海面發(fā)射一串脈沖超聲波，同時(shí)單片機(jī)控制單元(2)開(kāi)始計(jì)時(shí)；當(dāng)超聲波達(dá)到海面后，一部分折射，另一部分反射回海底，被超聲傳感器(1)接收，超聲傳感器(1)接收反射回來(lái)的超聲波信號(hào)并送入數(shù)據(jù)采集模塊(3)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理再送入到單片機(jī)控制單元(2)，單片機(jī)控制單元(2)一旦收到超聲回波信號(hào)，立即停止計(jì)時(shí)。根據(jù)超聲波在海水中的傳播規(guī)律，海水中的聲傳播速度與溫度、壓力及鹽度有關(guān)，其中溫度對(duì)聲速影響最大，因此本測(cè)試裝置考慮溫度這個(gè)因素，設(shè)置溫度傳感器(4)來(lái)檢測(cè)海水的溫度值。

根據(jù)海水中聲速公式：C＝1450+4.21T-0.037T²，

式中，C為海水聲速，T為海水溫度，

根據(jù)聲波的傳播公式2h＝C*t

所以，只要測(cè)量出時(shí)間間隔t，以及海水的溫度T，

聲傳播距離h＝(1450+4.21T-0.037T2)＊t/2，

此所求h值，就是取樣站位點(diǎn)的海底深度。

4、附圖說(shuō)明：

圖1為該多功能重力式海底沉積物取樣器的工作原理圖。圖中曲線L為牽引取樣器的繩索，傳統(tǒng)的方法就是根據(jù)繩索的長(zhǎng)度作為海底的深度；h為實(shí)際的海底深度，V為海中洋流的速度；O為釋放取樣器的位置，O₂為海底取樣點(diǎn)。

圖2為多功能重力式海底沉積物取樣器的組成圖，主要包含驅(qū)動(dòng)超聲傳感器(1)、單片機(jī)控制單元(2)、數(shù)據(jù)采集模塊(3)、溫度傳感器(4)、鋰電池電源(5)、驅(qū)動(dòng)放大電路(6)組成。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例。取樣器集成取樣、海底深度測(cè)試以及海底樣本聲學(xué)參數(shù)測(cè)試功能。組成海底深度測(cè)量的電子元器件都密封安裝在能夠承受很大壓力的由鋼板沖壓而成的空心盒子里。整個(gè)盒子用螺釘安裝在取樣器最上面的配重塊上面。海底樣本聲學(xué)參數(shù)測(cè)試元件設(shè)計(jì)嵌入在錐形取樣頭(7)里面。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中取樣頭(7)的結(jié)構(gòu)圖。

5、具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：

本實(shí)用新型的實(shí)施例如圖3所示，包括兩個(gè)功能模塊。

(1)海底深度測(cè)試模塊：重力式取樣器主要由錐形取樣頭(7)、取樣管(8)、配重塊(9)、海底深度測(cè)量裝置(10)、以及繩索掛鉤(11)組成。本裝置除超聲傳感器外，其它都封裝在一個(gè)用鋼板密封的盒子里，根據(jù)作業(yè)海底深度的不同，選擇不同厚度的鋼板，以承受海底水壓的壓力。本測(cè)量裝置用四個(gè)螺釘與位于取樣器最上面的配重塊相連接。

(2)海底樣本聲學(xué)參數(shù)測(cè)試模塊：主要包含超聲發(fā)射傳感器(12)，以及超聲接收傳感器(13)，這兩個(gè)傳感器嵌入在錐形取樣頭(7)內(nèi)部。單片機(jī)控制單元(2)對(duì)這兩個(gè)超聲傳感器進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)獲得取樣點(diǎn)位置樣本的聲學(xué)參數(shù)，通過(guò)單片機(jī)的計(jì)算，獲得樣本的原位聲速數(shù)據(jù)。