本发明专利技术提供了一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置及工作方法,装置包括贯入探杆、稳定架与三角式压力传感器，工作方法：S1资料收集与确定布放海域；S2：设备准备工作；S3：海试工作；S4：装置工作；S5：装置回收。通过本发明专利技术的技术方案，本发明专利技术方法能够保证通过压力传感器反演海底沙波迁移方向与速率，其优点在于既能够测定沙波周期、波峰波谷形态特征参数，又能够测定沙波迁移的速率与方向，还可以通过数学方法反演波长特征，与传统的方法相比，该方法测定原理简单，又能获得多种沙波迁移特征数据。本发明专利技术方法与以往申请的类似方法相比，仅使用压力传感器一种技术就可获得海底沙波形态特征与迁移参数，具有良好的经济性。具有良好的经济性。具有良好的经济性。
【技术实现步骤摘要】
基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置及工作方法
[0001]本专利技术涉及观测海底沙波
，具体而言，特别涉及一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置及工作方法。
技术介绍
[0002]海底沙波是一种广泛存在于世界大洋和沿海海域的丘状、新月状海底地貌，其波脊线垂直于主水流方向，在海洋浪、潮、流等水动力作用下活动性较强。目前的研究表面海底沙波在底流的作用下会发生迁移，从而对海底工程设施（如海底管线、油气平台）的安全运营造成威胁，因此有必要开展针对海底沙波的原位观测研究。
[0003]目前现场研究海底沙波迁移的手段主要是采用地球物理探测技术，即利用多波束或者侧扫声呐等声学仪器在研究海域相隔一定时间多次探测，根据地形水深与地貌特征变化确定迁移方向与速率，这种方法的缺点是经济成本高，数据无法实时获取，无法实现长期连续观测沙波迁移。申请号为201710693750.5，专利技术名称为海底沙波原位实时观测装置及方法，申请号为201611223091.0，专利技术名称为基于压力计的海底沙波迁移观测装置及方法，可以实现对海底沙波的现场观测，但是仅能通过压力变化反演沙波高度，其他沙波特征参数（波长、波高与迁移速率）仍需要配合多种声学仪器才能实现。
技术实现思路
[0004]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置及工作方法，本专利技术是基于三角式压力传感器的手段来原位测定海底沙波迁移的装置及方法。仅通过三角式压力传感器就可获得海底沙波迁移的方向、速率以及沙波特征参数（波长、波高、迁移周期），仪器整体性较高。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移的装置，包括贯入探杆、稳定架与三角式压力传感器，其中，稳定架包括三个稳定架主臂，每个稳定架主臂通过套装的连接筒活动连接稳定架副臂的一端，连接筒可在稳定架主臂上来回滑动，稳定架副臂的另一端活动连接限位筒，限位筒套装在贯入探杆上，贯入探杆顶部侧壁上固定安装有三个限位旋钮，三个主臂限位旋钮之间以贯入探杆为中心轴等角度分布设置，每个稳定架主臂的顶端分别通过主臂限位旋钮活动连接在贯入探杆顶端，贯入探杆的顶端上表面固定安装有数据储存单元，数据储存单元的上表面固定安装有波潮仪，三角式压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，每个稳定架主臂的末端分别依次装有第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器。
[0006]作为优选方案，贯入探杆的下部还设置有限位环。
[0007]作为优选方案，连接筒上装有第一副臂限位旋钮，并通过第一副臂限位旋钮活动连接稳定架副臂的一端。
[0008]进一步地，限位筒上装有第二副臂限位旋钮，并通过第二副臂限位旋钮活动连接稳定架副臂的另一端。
[0009]作为优选方案，贯入探杆的底端为倒圆锥。
[0010]一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置的工作方法,具体包括以下步骤：S1：资料收集与确定布放海域；确定沙波发育海域的水深、气象、海流、潮汐资料，整理分析确定最佳布放点位；S2：设备准备工作；压力传感器的选取需要满足海试要求，海试前依据国家标准GB/T12763.10—2007对三角式压力传感器与波潮仪校订，并设置好观测时间与采集频率，确定缆绳、布放船只以及布放日期与站位；S3：海试工作；作业船只依靠GPS定位系统达到指定布放点，组装好设备，分析沙波发育大小，根据沙波发育大小调整限位旋钮，使稳定架主臂与稳定架副臂内外收缩，以此调整三个压力传感器之间的间距；确定后固定设备，采取先下方浮标的方式，待浮标稳定后，启用吊机下放设备，记录好入水时间，水深，站位坐标以及三个压力传感器之间的间距；S4：装置工作；设备稳定在海床以下，压力传感器深埋在活动性沙波之下，海底沙波在水流的作用下周期性发生迁移，压力传感器的数据发生周期性变化，采集数据并收集在数据储存单元中，根据三个压力传感器之间的相对位置以及反演方法，确定沙波迁移的波高、周期、速率与方向；S5：装置回收；装置按照预定时间观测结束后，作业船只返回指定站位，根据海面存在的浮标，将回收缆绳与浮标相连，整体回收装置，收集装置内部的数据，并对装置进行清洗与维护。
[0011]作为优选方案，步骤S4中沙波迁移的波高：当压力传感器记录的数值最小时，此时记录的位置为沙波波谷，当传感器记录的数值最大时，此时记录的位置为沙波波峰，相邻波峰与波谷之间的绝对高程即为沙波波高，选取三个压力传感器的多组数据求取平均值即为沙波平均波高；周期：单个压力传感器波峰或波谷之间的记录时间即为海底沙波的一个迁移周期，选取三个压力传感器的多组数据求取平均值即得到沙波迁移的平均周期。
[0012]进一步地，步骤S4中沙波迁移的速率：沙波表面各点高程在迎流面或背流面与其在沿迁移方向上的相对位置具有近似的单值函数关系，依据这一关系，通过不同时刻沙波表面高程与同一时刻的沙波波高的百分比关系，确定该点与波峰在迁移方向上的相对位置关系，以该处压力传感器所测最大高程为标定值，将该最大值所对应沙波过程引起的高程变化除以该标定值，得到该点高程百分比随时间的变化关系，选择一定的百分比间隔，在沙波迎流面和背流面选取对应识别点；若第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器间距为a，迎流面高程百分比为，背流面为，则有迎流面对应点坐标为（），背流面对应点为（），该高程百分比位置的迁移速率有：；由式计算得到的沙波迁移方向与第一压力传感器和第二压力传感器连线的夹角，根据三角函数计算规则，可得实际迁移速率v=v1‑2/。
[0013]进一步地，步骤S4中沙波迁移的方向：沙波迁移方向反演是基于三角式压力传感器，设沙波高程识别点经过三个传感器的顺序，依次为第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，则以第一压力传感器为原点，x轴平行于沙波迁移方向，X
‑
Y平面与水平面
平行，可得坐标系。对第二压力传感器和第三压力传感器所在位置向X轴作投影，可得点x2和x3。沙波迁移速率为v，沙波波峰经过第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器的时间为t1、t2、t3，令t1=0，则有，且；α为第一压力传感器和第二压力传感器连线与沙波迁移方向的夹角，，当90
°
=α，则有t1=t2=0；若30
°
=α，则有t2=t3。此时t2、t3和α之间有如下关系：当，当时，将上述压力传感器间沙波迁移速率识别点对应数据代入该方程即可得到不同时刻的迁移方向；波长：在得到沙波迁移方向及压力传感器连线上的迁移速率后，通过速率在时间段上的积分，进一步得到沙波的波长d=。
[0014]本专利技术由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：（1）本专利技术方法能够保证通过压力传感器反演海底沙波迁移方向与速率，其优点在于既能够测定沙波周期、波峰波谷形态特征参数，又能够测定沙波迁移的速率与方向，还可以通过数学方法反演波长特征，与传统的方法相比，该方法测定原理简单，又能获得多种沙波迁移特征数据。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移的装置，包括贯入探杆（5）、稳定架与三角式压力传感器，其特征在于,所述稳定架包括三个稳定架主臂（4），每个稳定架主臂（4）通过套装的连接筒（7）活动连接稳定架副臂（14）的一端，连接筒（7）可在稳定架主臂（4）上来回滑动，稳定架副臂（14）的另一端活动连接限位筒（6），限位筒（6）套装在贯入探杆（5）上，贯入探杆（5）顶部侧壁上固定安装有三个限位旋钮（3），三个主臂限位旋钮（3）之间以贯入探杆（5）为中心轴等角度分布设置，每个稳定架主臂（4）的顶端分别通过主臂限位旋钮（3）活动连接在贯入探杆（5）顶端，贯入探杆（5）的顶端上表面固定安装有数据储存单元（2），数据储存单元（2）的上表面固定安装有波潮仪（1），三角式压力传感器包括第一压力传感器（9）、第二压力传感器（10）和第三压力传感器（11），每个稳定架主臂（4）的末端分别依次装有第一压力传感器（9）、第二压力传感器（10）和第三压力传感器（11）。2.根据权利要求1所述的一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置,其特征在于,所述贯入探杆（5）的下部还设置有限位环（8）。3.根据权利要求1所述的一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置,其特征在于,所述连接筒（7）上装有第一副臂限位旋钮（12），并通过第一副臂限位旋钮（12）活动连接稳定架副臂（14）的一端。4.根据权利要求3所述的一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置,其特征在于,所述限位筒（6）上装有第二副臂限位旋钮（13），并通过第二副臂限位旋钮（13）活动连接稳定架副臂（14）的另一端。5.根据权利要求1所述的一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置,其特征在于,所述贯入探杆（5）的底端为倒圆锥。6.如权利要求1所述一种基于三角式压力传感器测定海底沙波迁移装置的工作方法,其特征在于,具体包括以下步骤：S1：资料收集与确定布放海域；确定沙波发育海域的水深、气象、海流、潮汐资料，整理分析确定最佳布放点位；S2：设备准备工作；压力传感器（9）的选取需要满足海试要求，海试前依据国家标准GB/T12763.10—2007对三角式压力传感器与波潮仪（1）校订，并设置好观测时间与采集频率，确定缆绳、布放船只以及布放日期与站位；S3：海试工作；作业船只依靠GPS定位系统达到指定布放点，组装好设备，分析沙波发育大小，根据沙波发育大小调整限位旋钮（3），使稳定架主臂（4）与稳定架副臂（14）内外收缩，以此调整三个压力传感器之间的间距；确定后固定设备，采取先下方浮标的方式，待浮标稳定后，启用吊机下放设备，记录好入水时间，水深，站位坐标以及三个压力传感器之间的间距；S4：装置工作；设备稳定在海床以下，压力传感器深埋在活动性沙波之下，海底沙波在水流的作用下周期性发生迁移，压力传感器的数据发生周期性变化，采集数据并收集在数据储存单元（2）中，根据三个压力传感器之间的相对位置以及反演方法，确定沙波迁移的波高、周期、速率与方向；S5：装置回收；装置按照...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓磊，李伟甲，郑晓泉，余和雨，张博文，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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