海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置

本发明涉及海洋沉积物监测，特别是一种海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置。

背景技术：

1、随着全球对海洋资源需求的不断增长，海洋工程活动日益频繁，包括深海采矿作业、海底建设、海洋油气开发和渔业活动等。这些人为活动可能会对海洋环境造成了显著的影响。同时，自然因素如海底滑坡、地震、火山活动、热液喷口活动、海啸以及极端风暴等也可能对海洋环境产生重大影响。特别是，这些活动可能引发沉积物羽流，对海洋生态系统和人类活动造成潜在的威胁。

2、沉积物羽流是在水体中由于底部沉积物的悬浮扩散和悬浮物质的输运而形成的一种特殊流动结构。沉积物羽流通常浓度高，时间久，传播范围广，会对海洋生态系统造成严重的影响。一方面沉积物羽流会覆盖海底生物栖息地，改变水体的光照条件，影响海洋生物的繁殖和觅食行为。另一方面，沉积物羽流还可能携带有害物质，如重金属和化学物质，这些物质可能对海洋生物产生毒性效应。

3、对于沉积物羽流的研究，一方面缺乏对沉积物羽流在空间和时间上的扰动研究；另一方面沉积物羽流输运过程复杂，存在相当大的不确定性，导致研究沉积物羽流具有极大的挑战性。目前对于沉积物羽流的输运过程，持续时间，影响范围尚不明确。针对沉积物输运过程的有效监测是研究沉积物羽流环境影响的突破口。此外，对于沉积物羽流的监测手段尚未完全建立。

4、为了有效监测沉积物羽流对环境的影响，并制定相应的环境保护措施，迫切需要一种能够实时、准确的监测海洋沉积物羽流的装置。这种装置应当能够提供关于羽流扩散和沉积过程的详细信息，包括羽流的扩散规模、速度、颗粒物浓度等关键参数。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，其实现了对海水中沉积物羽流的三维立体监测。

2、本发明的技术方案是：一种海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，包括浮标系统和履带车系统，浮标系统通过缆绳与下方的履带车系统连接，其中，缆绳上固定有重物和浮体，重物和浮体位于整个装置的中心位置处，浮标系统和重物之间的缆绳上、以及浮体和履带车系统之间的缆绳上均设有监测系统；

3、监测系统沿缆绳上下运动的同时并转动，从而形成圆柱体的立体形状的监测区域。

4、本发明中，所述监测系统包括:

5、浮力单元，位于旋转单元的上方，且通过空心圆柱体实现与旋转单元之间的轴心连接，浮力单元内设有开口腔室和密封腔，开口腔室位于密封腔的上方，开口腔室内设有体积可变的折叠油馕；

6、旋转单元，包括旋转圆柱，旋转圆柱的中心设有中心轴承，中心轴承的外表面与旋转圆柱之间转动连接，中心轴承与空心圆柱体的下部固定连接，旋转圆柱的上表面设有数个传感器。

7、所述浮力单元包括环形筒壁，环形筒壁的底部与底板固定连接，环形筒壁的顶部呈开口状；

8、环形筒壁内设有隔板，隔板、底板与环形筒壁之间组成密封腔，隔板的上表面与环形筒壁之间组成开口腔室；

9、密封腔内设有液压驱动机构、控制舱、马达和电源，液压驱动机构通过输油管与其上方的折叠油馕连接，通过液压驱动机构实现折叠油馕的注油或出油。

10、所述旋转圆柱的顶部表面设有第一压力传感器、浊度计、声学多普勒流速剖面仪和角度传感器；

11、旋转圆柱的顶部表面的中心固定有环形齿轮，环形齿轮的外侧设有小齿轮，环形齿轮与小齿轮之间相互啮合，小齿轮与马达的输出轴传动连接。

12、所述开口腔室和密封腔的中心固定有缆绳导向管，缆绳可滑动地穿过缆绳导向管；

13、缆绳可滑动地穿过空心圆柱体、以及中心轴承的内孔；

14、缆绳导向管、密封腔、空心圆柱体、中心轴承的内孔之间依次连通。

15、所述浮标系统包括浮标浮体，浮标浮体的顶部表面固定有架体，架体内设有太阳能板，架体的顶部设有gps，浮标浮体内设有控制舱和电源；

16、浮标浮体的底部固定有开口朝下的第一多波束回声探测仪。

17、所述履带车系统包括履带车舱体，履带车舱体的对称的两侧分别设有数个齿轮，齿轮的外侧缠绕有履带，履带转动过程中，实现了履带车系统的行走；

18、履带车舱体的顶部表面设有第二压力传感器和开口朝上的第二多波束回声探测仪；

19、履带车舱体内设有电源、电机、以及具有数据接收与发送功能的控制机构。

20、本发明的有益效果是：

21、(1)该装置中，监测系统中的声学多普勒流速剖面仪沿缆绳运动过程中同时转动，以及浊度计沿缆绳上下运动，两者共同工作从而使监测系统形成圆柱状的立体范围的监测区域，通过对该监测区域沉积物羽流浓度分析并驱动履带车系统的行进，可以实现沉积物羽流的追踪和沿途区域空间范围内沉积物浓度的三维监测；

22、(2)与此同时，该装置中的gps、压力传感器和角度传感器可以对整个装置的水平坐标位置信息、监测系统的纵向深度位置信息、以及声学多普勒流速剖面仪在旋转过程中的实时朝向信息都进行了准确的记录，为沉积物羽流演化过程的研究提供便利。

技术特征：

1.一种海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，包括浮标系统和履带车系统，浮标系统通过缆绳与下方的履带车系统连接，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的羽流海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，其特征在于，所述监测系统包括:

3.根据权利要求2所述的羽流海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，其特征在于，所述浮力单元包括环形筒壁，环形筒壁的底部与底板固定连接，环形筒壁的顶部呈开口状；

4.根据权利要求3所述的羽流海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，其特征在于，所述旋转圆柱的顶部表面设有第一压力传感器、浊度计、声学多普勒流速剖面仪和角度传感器；

5.根据权利要求2所述的羽流海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，其特征在于，所述开口腔室和密封腔的中心固定有缆绳导向管，缆绳可滑动地穿过缆绳导向管；

6.根据权利要求1所述的羽流海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，其特征在于，所述浮标系统包括浮标浮体，浮标浮体的顶部表面固定有架体，架体内设有太阳能板，架体的顶部设有gps，浮标浮体内设有控制舱和电源；

7.根据权利要求1所述的羽流海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置，其特征在于，所述履带车系统包括履带车舱体，履带车舱体的对称的两侧分别设有数个齿轮，齿轮的外侧缠绕有履带，履带转动过程中，实现了履带车系统的行走；

技术总结
本发明涉及海洋沉积物监测技术领域，特别是一种海洋环境强扩散性沉积物羽流三维结构动态监测装置。包括浮标系统和履带车系统，浮标系统通过缆绳与下方的履带车系统连接，缆绳上固定有重物和浮体，重物和浮体位于整个装置的中心位置处，浮标系统和重物之间的缆绳上、以及浮体和履带车系统之间的缆绳上均设有监测系统；监测系统沿缆绳上下运动的同时并转动，从而形成圆柱体的立体形状的监测区域。其实现了对海水中沉积物羽流的三维立体监测。

技术研发人员：刘晓磊,梁御璞,郭磊,费梓航,张少鹏,张红
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23