为实现海底沉积物在原位环境的模拟测量,设计海底环境模拟三轴加压系统。通过围压、反压、轴压3个加压单元,组合实现模拟海底沉积物所受的水深压力和埋深压力。建立液压加压单元的数学模型,通过水介质的割线体积弹性模量方程得出不同条件下水的体积弹性模量,研究不同温度、压力和海水盐度对加压系统加压性能的影响。经过分析与测试得出每1℃温度变化、每1 MPa压力变化、每1‰盐度变化对加压系统加压效果的影响分别为0.36%、0.14%、0.21%;通过模拟环境波动引发水的体积弹性模量变化,导致测试仓产生0.6 MPa压力扰动变化,系统自动恢复稳定状态的调节时间不超过5 s。实验表明系统的超调量小于0.05 MPa,1~10 MPa的保压10 min内测试压力波动不超过±0.005 MPa。系统的压力控制特性和抗干扰性好,满足测量要求。

提出一种新型静水压力驱动的海底沉积物取芯器,它能充分利用海水的静水压力能以冲击打桩的形式采集柱状沉积物。取芯器内部的液压驱动单元将海水的静水压力能转换成取芯器冲击头的动能,冲击头以一定速度反复撞击取样管,使之插入沉积物中,因此液压驱动单元的能量转换效率是影响取芯器性能的关键因素。基于以上分析,利用AMEsim软件构建取芯器内部液压驱动单元模型并将仿真结果与试验结果进行对比验证,模型验证正确后,在现有模型的基础上将模型中提供压力的水泵替换成理想压力源来进一步研究液压驱动单元在海洋环境下的动作情况及能量转换效率,从而得到提高能量转换效率的方法。研究结果表明通过优化液压驱动单元尺寸及根据取样水深调节取芯器冲击头质量,系统能量转换效率能得到显著的提高。

海底底质声学参数测量系统用于测量海底沉积物的声速和声衰减参数，它由水上主控子系统和水下测量子系统构成。水上主控子系统由工控机、数据传输接口和GPS定位模块组成，实现实时控制、数据处理与记录功能；水下测量子系统由声系、数据采集和传输模块组成，完成水下声波信号数字化及数据上传。水上设备与水下装置间通过电缆建立低速的下行命令信道和高速的上行数据信道，数据通讯采用曼彻斯特编码调制方式。水上计算机通过下传命令实时改变数据采集模块的控制参数，能够在各种环境条件下获得最佳测量效果。实验证明，仪器测量达到预期效果。

The paper presents the design and preliminary test results of a corer used for hard seafloor sediments sampling.Generally the sediment cores are provided by either gravity-type coring or deep-ocean drilling for a range of studies.However,in consideration of the operability and available sample length in collecting hard sediments,these methods exhibit no advantages.In this paper,a new corer which can exploit both hydrostatic energy and gravity energy for hard sediments coring is presented.The hydrostatic energy is provided by pressure differential between ambient seawater pressure and air pressure in an empty cavity.During sampling process,the corer penetrates into the sediment like a gravity corer and then automatically shifts to the percussion mode.The experiments in the laboratory indicate that the corer can complete 40 cycles in the sea with a cycle time of 2.8 seconds in percussion mode and impact the sample tube with the velocity of 0.2 m/s during each cycle.Besides,its adjustab...

提出在结构紧凑的海底原位分层观测系统装置上应用加速度传感器模块JY901测量触底和贯入深度,设计触底、贯入深度计算算法,在MATLAB中进行仿真计算验证算法和误差;在六自由度运动平台上进行加速度传感器测量位移的实验,测量误差在5%左右;设计使用铁棒自由下落贯入砂土模拟海底原位分层观测系统装置贯入沉积物的过程,验证了加速度检测触底的方案可行,测量贯入深度误差为10%左右。研究提供了一种不增加额外传感器的海底原位分层观测系统的运动状态检测方法。

根据海底沉积物原位测量同步采样系统在海底原位测量过程中的工作要求设计温度探杆,搭建与测试该系统的温度测量单元。温度测量单元采集STM32F407主控板采集的温度传感器数据。以DHX-010恒温水槽为标准,对NTC10K型传感器、温度探杆和Pt100型传感器进行了静态与动态测量。测得NTC10K的最大稳态误差为0.71℃,温度探杆的最大稳态误差为0.62℃,Pt100型传感器的最大稳态误差为0.8℃;测得NTC10K型传感器、温度探杆和Pt100型传感器从室温阶跃变化到15℃时的动态响应时间。研究结论为海底原位观测系统的温度测量和运动控制提供了参考。