一种近海底重力测量装置及测量方法
阅读说明：本技术 一种近海底重力测量装置及测量方法 (Offshore bottom gravity measurement device and measurement method ) 是由 陆凯 周吉祥 孙建伟 李志彤 孙波 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及海洋重力测量技术领域,具体涉及一种近海底重力测量装置及测量方法。装置包括潜器对接底座、相对重力仪、相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站。所述潜器对接底座与潜器固定连接,所述潜器对接底座与相对重力仪搭载机构可拆卸连接。所述相对重力仪固定在相对重力仪搭载机构上,所述相对重力仪搭载机构与绝对重力仪基准站可拆卸连接。所述绝对重力仪基准站上设置有绝对重力仪和相对重力仪搭载机构对接底座。方法包括利用上述的装置实现的近海底重力测量。本发明受风浪影响较小,可以保证其姿态的稳定性,有足够的时间实现静置稳定,可以实现直接在水下完成基准点的比对,保证测量数据的准确性。(The invention relates to the technical field of marine gravity measurement, in particular to a device and a method for measuring the gravity of an offshore bottom. The device comprises a submersible vehicle butt joint base, a relative gravimeter carrying mechanism and an absolute gravimeter reference station. The submersible vehicle butt joint base is fixedly connected with the submersible vehicle, and the submersible vehicle butt joint base is detachably connected with the relative gravity meter carrying mechanism. The relative gravimeter is fixed on the relative gravimeter carrying mechanism, and the relative gravimeter carrying mechanism is detachably connected with the absolute gravimeter reference station. And the absolute gravimeter reference station is provided with an absolute gravimeter and a relative gravimeter carrying mechanism butt joint base. The method comprises offshore gravity measurement using the apparatus described above. The invention is less influenced by wind and waves, can ensure the stability of the posture, has enough time to realize the standing stability, can realize the comparison of the reference points directly under water, and ensures the accuracy of the measured data.)
技术领域
本发明涉及海洋重力测量技术领域，具体涉及一种近海底重力测量装置及测量方法。
背景技术
海洋重力测量是海洋地球物理测量方法之一。重力测量以牛顿万有引力定律为理论基础，以组成地壳和上地幔各种岩层的密度差异所引起的重力变化为前题，通过专门仪器测定地球水域的重力场数值，给出重力异常分布特征和变化规律，进而研究地质构造、地壳结构、地球形态和勘探海底矿产等。
现有的海洋重力测量通常有两种途径，一是将重力仪沉入海底进行遥测，即近海底重力测量，这同陆地上的重力测量相似。二是将重力仪安置海面船上进行观测，但这种方法由于测量船的运动与海水的影响，重力观测值受到多种扰动影响。对于测量装置来说，现有的海洋重力测量仪有绝对重力仪与相对重力仪。绝对重力仪用于测量一点的绝对重力值，但仪器体积极大，不具备便携性。相对重力仪体积较小，便携性较好，但只能测量两点之间的重力差值。
为保证测量结果的准确性，两种重力仪在使用之前都需要进行一段时间的静置稳定，期间其姿态越稳定，后续测量效果越好。相对重力仪在测量前后均需要靠近重力基准点进行比对，重力基准点离测区越近，数据精度越高。两种重力仪在工时，也需尽可能保持其姿态稳定，姿态不稳定会导致数据失准甚至仪器损坏。
目前，近海底重力测量已有将小型化的相对重力仪搭载在AUV上进行近海底重力测量的应用案例，但存在以下问题：1、AUV在上浮、下潜及释放回收过程中，由于水面风浪影响无法保证其姿态稳定性。2、AUV与相对重力仪固定安装，由于AUV本身采用自带电池的能源方式，无法在到达海底后进行足够时间的静置稳定。3、目前多采用船基绝对重力仪或陆地重力基准点的方式进行数据对比，基准点距离测区较远，难以保证数据准确性。
因此，现在亟需设计一种在近海底重力测量的过程中，保证测量数据准确性的近海底重力测量装置及测量方法。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种近海底重力测量装置及测量方法。
本发明的技术方案为：
一种近海底重力测量装置，包括潜器对接底座、相对重力仪、相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站。所述潜器对接底座与潜器固定连接，所述潜器对接底座与相对重力仪搭载机构可拆卸连接。所述相对重力仪固定在相对重力仪搭载机构上，所述相对重力仪搭载机构与绝对重力仪基准站可拆卸连接。所述绝对重力仪基准站上设置有绝对重力仪和相对重力仪搭载机构对接底座。
进一步的，所述潜器对接底座、相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站通过对接传输机构实现可拆卸连接，实现任务荷载在水下的换装问题。
更进一步的，所述对接传输机构包括驱动液压缸、液压泵、液压油囊、阀箱、阀箱控制单元、油管和对接锁销液压缸。所述驱动液压缸设置在潜器对接底座上，由潜器提供液压动力支持。所述液压泵、液压油囊、阀箱、阀箱控制单元、油管和对接锁销液压缸设置在相对重力仪搭载机构上。所述驱动液压缸的输出端与液压泵连接，所述液压泵与液压油囊和阀箱连接，所述阀箱与阀箱控制单元连接，所述对接锁销液压缸通过油管与液压泵、液压油囊和阀箱连接。
进一步的，所述对接锁销液压缸包括上对接锁销液压缸和下对接锁销液压缸，所述上对接锁销液压缸与设置在潜器对接底座上的第一锁销口和设置在相对重力仪搭载机构上的第二锁销口对应，所述下对接锁销液压缸与设置在相对重力仪搭载机构上的第三锁销口和设置在绝对重力仪基准站上的第四锁销口对应。
进一步的，还包括辅助对接机构，所述辅助对接机构包括第一对接滑道、第二对接滑道、第一对接引导机构和第二对接引导机构。所述第一对接滑道和第一对接引导机构设置在潜器对接底座上，所述第二对接滑道和第二对接引导机构设置在相对重力仪搭载机构上。所述第一对接滑道与第二对接滑道匹配，提高水下对接的效率和安全性。所述第一对接引导机构和第二对接引导机构匹配，大大提高了对接的成功率和稳定性。
更进一步的，所述第一对接引导机构和第二对接引导机构设置为激光尺。
进一步的，还包括通讯识别机构、无线传输机构和无线充电模块，所述通讯识别机构设置在潜器对接底座和相对重力仪搭载机构上，所述无线传输机构和无线充电模块设置在相对重力仪搭载机构上。
进一步的，所述绝对重力仪基准站上设置有电池舱和声学通讯及定位信标，所述电池舱内设置有电池及通讯控制模块。
一种海底重力测量方法，包括上述的近海底重力测量装置，具体包括如下步骤：
S1：将搭载有相对重力仪的相对重力仪搭载机构与绝对重力仪基准站连接，通过船载绞车释放至海底。
S2：通过远程控制启动相对重力仪和绝对重力仪，进行静置校准工作。
S3：潜器携带潜器对接底座下水，与相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站对接。
S4：通过潜器控制，将相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站分离解锁，同时，将潜器对接底座与相对重力仪搭载机构锁定，潜器携带潜器对接底座和相对重力仪搭载机构离开绝对重力仪基准站，开始进行测量工作。
S5：完成测量后，潜器携带潜器对接底座和相对重力仪搭载机构返回绝对重力仪基准站，将相对重力仪搭载机构与相对重力仪搭载机构对接底座重新锁定后，携带潜器对接底座返回水面，等待相对重力仪和绝对重力仪基准比对，完成比对后，将绝对重力仪基准站回收。
进一步的，潜器对接底座、相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站实现锁定或解锁动作的具体步骤为：潜器与潜器对接底座固定安装，可给潜器对接底座直接提供液压动力及通讯，潜器对接底座和相对重力仪搭载机构对接后即可以潜器对接底座为中继建立潜器与和相对重力仪搭载机构的通讯，控制相对重力仪搭载机构中的阀箱，同时，也可借助潜器对接底座上的驱动液压缸给和相对重力仪搭载机构提供液压动力，这样就可以控制相对重力仪搭载机构上的对接锁销液压缸实现锁定或解锁动作。
本发明所达到的有益效果为：
本发明中的相对重力仪是设置在相对重力仪搭载机构上的，绝对重力仪是设置在绝对重力仪基准站上的，在两个重力仪的回收起吊过程中，通过搭载机构以及基准站的设置，吊装较为稳定，且因重量相对较重，在水中为负浮力，受风浪影响较小，可以保证其姿态的稳定性，保证测量数据的准确性。
本发明中的相对重力仪是设置在相对重力仪搭载机构上的，绝对重力仪是设置在绝对重力仪基准站上的，可以先将相对重力仪和绝对重力仪通过相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站投放到海底，两种重力仪可以有足够的时间实现静置稳定，待静置完成后，潜器再下水工作，解决了因潜器自带能源有限，无法进行足够时间静置稳定的问题。
本发明通过绝对重力仪基准站的设置，可以实现直接在水下完成基准点的比对，大大保证了数据的准确性。
附图说明
图1是本发明中潜器对接底座、相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站对接时整体结构示意图。
图2是本发明中潜器与潜器对接底座连接的结构示意图。
图3是本发明中潜器对接底座与相对重力仪搭载机构连接的结构示意图。
图4是本发明中相对重力仪搭载机构和绝对重力仪基准站连接的结构示意图。
图5是本发明中潜器对接底座结构示意图。
图6是本发明中搭载有相对重力仪的相对重力仪搭载机构的结构示意图。
图7是本发明中绝对重力仪基准站结构示意图。
图中，1、潜器；2、潜器对接底座；21、顶架；22、第一对接滑道；23、驱动液压缸；24、侧架；25、第一锁销口；26、第一对接引导机构；27、第一通讯识别机构；3、相对重力仪搭载机构；31、上对接锁销液压缸；32、相对重力仪舱；33、阀箱；34、液压泵；35、液压油囊；36、第二对接滑道；37、第三锁销口；38、第二通讯识别机构；39、第二对接引导机构；4、绝对重力仪基准站；41、架体；42、绝对重力仪；43、相对重力仪搭载机构对接底座；44、电池舱；45、声学通讯及定位信标。
具体实施方式
为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1-7所示，一种近海底重力测量装置，包括潜器对接底座2、相对重力仪、相对重力仪搭载机构3和绝对重力仪基准站4。
所述潜器对接底座2与潜器1固定连接。所述潜器对接底座2包括第一框架、第一对接滑道22、第一对接引导机构26、第一通讯识别机构27和第一锁销口25。所述第一框架包括顶架21和设置在顶架21的两侧且与顶架21垂直连接的侧架24，所述第一对接滑道22设置在侧架24上。所述第一对接导引机构和第一通讯识别机构27设置在顶架21的尾部，所述第一锁销口25设置在侧架24上。所述第一对接引导机构26设置为激光尺，所述第一通讯识别机构27设置为红外通讯探头，所述红外通讯探头设置为两个，所述激光尺设置在两个红外通讯探头之间。所述顶架21与潜器1的底部通过螺栓固定连接。红外通讯探头和激光尺由潜器1端提供电源、通讯支持。
所述相对重力仪固定在相对重力仪搭载机构3上。所述相对重力仪搭载机构3包括第二框架、第二对接滑道36、第二对接引导机构39、第二通讯识别机构38、第二锁销口和第三锁销口37。相对重力仪设置在相对重力仪舱32中，所述相对重力仪舱32设置在第二框架的中间位置，所述相对重力仪舱32中设置有蓄电池模块。为保证水下潜器1的浮力平衡，在第二框架内的剩余空间加装浮力材料。
所述第二对接滑道36设置在第二框架的两侧且与第一对接滑道22匹配，所述第二对接引导机构39和第二通讯识别机构38设置在第二框架的尾部与第一对接引导机构26和第一通讯识别机构27匹配。第二对接引导机构39设置为激光尺，所述第二通讯识别机构38设置为红外通讯探头。所述第二锁销口设置在第二框架的顶部与第一锁销口25匹配，所述第三锁销口37设置在第二框架的底部与设置在绝对重力仪基准站4上的第四锁销口匹配。
所述相对重力仪搭载机构3上还设置有无线通讯模块和无线充电组件。
所述绝对重力仪基准站4包括架体41和设置在架体41上的绝对重力仪42、相对重力仪搭载机构对接底座43、电池舱44和声学通讯及定位信标45。所述相对重力仪搭载机构对接底座43设置在架体41的中间位置，所述绝对重力仪42和电池舱44设置在相对重力仪搭载机构对接底座43的两侧，所述声学通讯及定位信标45设置在电池舱44上，所述电池舱44内设置有电池及通讯控制模块。可实现相对重力仪和绝对重力仪42的比较校准，并将数据通过声学通讯实时回传。
所述潜器对接底座2、相对重力仪搭载机构3和绝对重力仪基准站4通过对接传输机构实现可拆卸连接，实现任务荷载在水下的换装问题。
所述对接传输机构包括驱动液压缸23、液压泵34、液压油囊35、阀箱33、阀箱控制单元、油管和对接锁销液压缸。所述驱动液压缸23设置在潜器对接底座2上，由潜器1提供液压动力支持。所述液压泵34、液压油囊35、阀箱33、阀箱控制单元、油管和对接锁销液压缸设置在相对重力仪搭载机构3上。所述驱动液压缸23的输出端与液压泵34连接，所述液压泵34与液压油囊35和阀箱33连接，所述阀箱33与阀箱控制单元连接，所述对接锁销液压缸通过油管与液压泵34、液压油囊35和阀箱33连接。在具体的工作过程中，由潜器对接底座2的驱动液压缸23提供往复动力，液压泵34由一个内置弹簧及活塞的缸体组成。其工作原理类似打气泵，由驱动液压缸23驱动从油囊内往阀箱33泵油，液压油路内还包括止逆阀及电磁换向阀，以保证油路的止逆及换向。所述阀箱33内部除液压组件外，还集成有控制及通讯模块。
所述对接锁销液压缸包括上对接锁销液压缸31和下对接锁销液压缸，所述上对接锁销液压缸31与设置在潜器对接底座2上的第一锁销口25和设置在相对重力仪搭载机构3上的第二锁销口对应，所述下对接锁销液压缸与设置在相对重力仪搭载机构3上的第三锁销口37和设置在绝对重力仪基准站4上的第四锁销口对应。
潜器对接底座2和相对重力仪搭载机构3对接的过程是：通过分别设置在潜器对接底座2和相对重力仪搭载机构3的激光尺提供对接引导，对接到位后通过分别设置在潜器对接底座2和相对重力仪搭载机构3的红外通讯探头相互识别，建立通讯，潜器对接底座2上的驱动液压缸23通过潜器1的控制开始动作，相对重力仪搭载机构3端阀箱33控制4个上对接锁销液压缸31动作，潜器对接底座2和相对重力仪搭载机构3对接完成。
同理，相对重力仪搭载机构3与绝对重力仪基准站4是通过下对接锁销液压缸动作实现对接或分离。
一种海底重力测量方法，本实施例中的海底重力测量方法是利用相对重力仪和绝对重力仪相结合的方式实现的。包括上述的近海底重力测量装置，具体包括如下步骤：
S1：将搭载有相对重力仪的相对重力仪搭载机构3与绝对重力仪基准站4连接，通过船载绞车同时释放至海底。
S2：通过远程控制启动相对重力仪和绝对重力仪42，进行静置校准工作。
S3：潜器1携带潜器对接底座2下水，与相对重力仪搭载机构3和绝对重力仪基准站4对接，具体的是通过对接传输机构实现机械连接和通讯上的实时对接。
S4：通过潜器1控制，将相对重力仪搭载机构3和绝对重力仪基准站4分离解锁，同时，将潜器对接底座2与相对重力仪搭载机构3锁定，潜器1携带潜器对接底座2和相对重力仪搭载机构3离开绝对重力仪基准站4，开始进行测量工作。
S5：完成测量后，潜器1携带潜器对接底座2和相对重力仪搭载机构3返回绝对重力仪基准站4，将相对重力仪搭载机构3与相对重力仪搭载机构对接底座43重新锁定后，携带潜器对接底座2返回水面，等待相对重力仪和绝对重力仪42基准比对，完成比对后，将绝对重力仪基准站4回收。
潜器对接底座2、相对重力仪搭载机构3和绝对重力仪基准站4实现锁定或解锁动作的具体步骤为：潜器1与潜器对接底座2固定安装，可给潜器对接底座2直接提供液压动力及通讯，潜器对接底座2和相对重力仪搭载机构3对接后即可以潜器对接底座2为中继建立潜器1与和相对重力仪搭载机构3的通讯，控制相对重力仪搭载机构3中的阀箱33，同时，也可借助潜器对接底座2上的驱动液压缸23给和相对重力仪搭载机构3提供液压动力，这样就可以控制相对重力仪搭载机构3上的对接锁销液压缸实现锁定或解锁动作。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
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