具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具 体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在 此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。 因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如图1和图2所示，本发明所述的自沉浮式海洋剖面与沉积物探测装置包括上方的剖面 浮标1和下方的地质综合探针2，地质综合探针2的顶部与剖面浮标1的底部连接。

剖面浮标1包括浮标壳体6、固定在浮标壳体底部的基座7和浮力调节机构17，浮标壳 体6内设有密封腔体，电池14、电路板15和浮力调节机构17设置在浮标壳体6内。电池14为该装置的正常运行供电，保证该装置能够正常工作，保证控制、采集到需求信息。电路板15用于控制该装置的姿态、以及采集探测数据，保持装置内部正常通讯与反馈，同时具备存储功能，存储采集信息。

浮力调节机构17包括液压驱动电机16、推杆Ⅰ、浮力调节缸和油囊18，浮力调节缸内 设有贯通的腔体，推杆Ⅰ和活塞Ⅰ均设置在浮力调节缸的腔体内。液压驱动电机16固定在浮 力调节缸的顶部，浮力调节缸的底部与油囊18连接，油囊与浮力调节缸的腔体连通。液压驱 动电机15的输出轴与推杆的顶端连接，推杆Ⅰ的底端与活塞Ⅰ固定连接，液压驱动电机16 可以通过推杆Ⅰ带动活塞Ⅰ沿浮力调节缸的内壁上下滑动，从而实现了整个装置的浮力调节。

当该装置需要下沉时，液压驱动电机16通过推杆Ⅰ带动活塞Ⅰ上升，从而将油囊18内 的液压油抽出至浮力调节缸内，使油囊18的体积变小，装置的整体密度变大，从而实现了整 个装置的下沉；当该装置需要上浮时，液压驱动电机16通过推杆Ⅰ推动活塞Ⅰ下降，从而将 浮力调节缸内的液压油推至油囊18内，使油囊18的体积变小，装置的整体密度变小，从而 实现了整个装置的上浮。本申请中，由于油囊与液压油的变化体积较小，因此仅能在一个微 小的范围内调节装置的密度。

浮标壳体6的外壁由上至下依次设有可抛浮体材料4、稳定盘5和浮力材料3。浮力材料 3固定在浮标壳体6的外壁上，主要提供浮力，控制整体装置的密度，使装置密度稍微重于 海水从而使装置下沉，或使装置密度稍微小于海水从而使装置上浮。

如图3和图4所示，可抛浮体材料4套在浮标壳体外壁上，可抛浮体材料4的内表面设 有环形的圆盘，圆盘与浮标壳体的外壁固定连接，可抛浮体材料4通过扣环4-1与圆盘连接， 从而实现了可抛浮体材料4与浮标壳体的固定连接。该装置下沉至一定水深时，扣环4-1打 开，可抛浮体材料4脱离浮标壳体，从而释放了浮标壳体上部的大体积浮力材料，从而使该 装置在重力作用下做类自由落体运动，借助产生的下冲力，将综合地质探针2贯入浅表层沉 积物中。

本申请中，扣环4-1包括母扣4-1-1和公扣4-1-2，其中母扣4-1-1与可抛浮体材料4的底部固定连接，公扣4-1-2的两端均与圆盘的外表面固定连接，母扣4-1-1内设有孔，公扣4-1-2的中部穿过母扣4-1-1内的孔，从而实现了母扣4-1-1和公扣4-1-2之间的固定连接。母扣4-1-1的下部采用充气薄壳结构，当达到一定水深时，薄壳内部的气压远低于外部水压，从而使母扣4-1-1发生破碎，实现了母扣4-1-1与公扣4-1-2的分离，此时扣环4-1 处于的打开状态。

稳定盘5的内部充油，主要用于控制下沉或上浮过程中该装置的姿态，使整个装置能够 保持垂直下沉或上浮的姿态。

浮标壳体6的外壁上还固定有传感器搭载架19，用于搭载传感器，实际工作过程中，可 以根据探测指标的不同，搭载不同的传感器。本实施例中，传感器搭载架19上搭载有辐照度 计11、叶绿素荧光计12、高度计13，其中辐照度计11用于测量照面单位面积上的辐射通量， 在该装置上其主要作用为应用光照通量；叶绿素荧光计12主要用于测量装置下沉、上浮过程 中海水的叶绿素含量；高度计13为向下发射声波，根据回波时间判断装置距离海底的深度。

浮标壳体6的顶部设有信标8、温盐深剖面仪9和溶解传感器10，其中信标8用于装置 的定位，当装置浮至水面后，信标向卫星发射定位信号，通过此定位信号寻找到装置；温盐 深剖面仪9用于测量该装置下沉或上浮过程中海水的温度、盐度以及压力即深度；溶解传感 器10用于测量装置下沉或上浮过程中海水的溶解氧。

如图5所示，综合地质探针2由上至下依次包括缓冲机构20、探杆21和传感器节段22， 探杆21的顶部设有缓冲机构20，探杆21的底部设有锥尖21-1和透水石21-2，通过锥尖21-1 实现了探针能够贯入沉积物中。缓冲机构20包括卡板23、推杆Ⅱ、活塞Ⅱ和液压油腔，可 以提供向上的阻力，并实现了综合地质探针2与剖面浮标1的连接。推杆Ⅱ的顶部与卡板23 连接，推杆Ⅱ的底部与活塞Ⅱ固定连接，活塞Ⅱ位于液压油腔内，活塞Ⅱ可以在液压油腔内 往复运动，活塞Ⅱ下方设有液压油。综合地质探针2通过卡板23与其上方的剖面浮标底部的 基底7连接。

当该装置在重力作用向下运动时，综合地质探针2向下运动直至贯入浅表层沉积物，此 时综合地质探针2停止继续向下运动，而上方的剖面浮标1由于惯性作用继续向下运动，并 对卡板23施加向下的推力，此时卡板23通过推杆Ⅱ推动活塞Ⅱ向下运动，液压油腔内的油 被压缩，从而有效减弱上方剖面浮标向下的惯性运动，使剖面浮标的向下运动速度大大降低， 保证剖面浮标不触底。当完成数据采集后，剖面浮标在浮力作用下上浮，缓冲机构顶端的卡 板与剖面浮标分离，实现了剖面浮标1与综合地质探针2的分离。

探杆21包括数段传感器节段22，传感器节段22内设置的传感器包括但不限于孔隙水压 力传感器、锥尖阻力传感器、侧摩阻力传感器、电阻率传感器、声学传感器、温度传感器及 地球化学传感器。在探杆贯入沉积物的过程中，探杆内的各传感器可以测得锥尖阻力、侧摩 阻力、孔隙水压力、电阻率、地球化学等物理参数，以反映沉积物的力学性质。实际工作中， 根据不同的沉积物调查需求，可以进行传感器节段22的更换，以实现不同指标的探测。

如图6至图8所示，剖面浮标底部的基座7与地质综合探针2之间通过卡板23连接。卡 板23包括折叠板23-1和固定板23-2，固定板23-2的两侧分别设有折叠板23-1，折叠板23-1 与固定板23-2的侧边铰接，且折叠板23-1只能向下转动，固定板23-2与推杆Ⅱ的顶部固定 连接。当折叠板23-1运动至与固定板23-2的平面呈平齐状态时，卡板23呈展开状态；当折 叠板23-1向下转动至竖直状态时，卡板呈折叠状态。基座7的下部内设有凹槽24，卡板23 水平放置在凹槽24内，凹槽24的底部设有滑动孔26，滑动孔26与凹槽24连通，推杆Ⅱ位于滑动孔26内，且可以沿滑动孔26上下往复移动，因此卡板23可以在凹槽24内沿竖直方 向移动。凹槽24的顶部设有顶部凹槽25，顶部凹槽25与凹槽24连通。顶部凹槽25和滑动 孔26的宽度均小于卡板23展开状态时的尺寸，且大于卡板23折叠状态时的尺寸。

该装置下降过程中，卡板23始终卡在凹槽24底部的滑动孔26的孔口处，虽然孔口的尺 寸小于展开状态的卡板23的尺寸，但是由于卡板23仅能向下折叠，不能向上折叠，因此卡 板始终位于凹槽24的底部，保证了剖面浮标与地质综合探针之间的连接。当装置的地质综合 探针贯入沉积物后，地质综合探针停止向下运动后，剖面浮标由于惯性作用继续向下运动， 虽然缓冲机构20能够降低剖面浮标的下降速度，但是剖面浮标仍然处于向下运动的状态，因 此卡板23离开凹槽24的底部，直至卡板23的上表面与凹槽24的上表面接触，并继续伸入 顶部凹槽25内，由于顶部凹槽25的宽度小于展开状态时的卡板23的尺寸，因此顶部凹槽 25的两侧壁对两侧的折叠板23-1施加向下的压力，两侧的折叠板23-1向下折叠，并进入顶 部凹槽25内。当贯入沉积物并完成沉积物探测后，剖面浮标在浮力作用下上浮，此时卡板 23已经完成折叠，剖析浮标上浮过程中，折叠后的卡板23通过滑动孔26离开凹槽24，实现 了剖面浮标和地质综合探杆的分离。

本装置是用于海洋剖面测量以及海底沉积物探测的综合装置，其中剖面浮标可回收并多 次循环利用，而综合地质探针由于其成本较低，为便于探测实施，可以一次性使用后自抛。

上述自浮沉式海洋剖面与沉积物探测装置的使用方法包括以下步骤。

第一步，装置从母船甲板抛放至海里，使该装置下沉。

装置下沉过程中，浮力调节机构中的推杆Ⅰ上移，使油囊体积变小，装置整体密度变大， 在浮体材料与可抛浮体材料的作用下，装置的整体密度略大于海水，装置做下沉运动。装置 下沉过程中，安装在剖面浮标上的各类传感器开始工作，实时获取海水剖面的温盐深、溶解 氧、叶绿素、光通量等，并进行数据存储，同时高度计不断向下发射声波，判断装置距离海 床的高度。

第二步，当装置下沉至距离海底一定高度时，系统进行反馈，打开可抛浮体材料的扣环， 释放可抛浮体材料，装置的下沉高度可以设定，本实施例中可以设定当该装置距离海底100m 时，释放可抛浮体材料。

可抛浮体材料释放后，该装置的整体密度远大于海水密度，因此该装置可以进行类似自 由落体的运动，下落速度不断增快。

第三步，完成地质综合探针的贯入动作。

装置快速下落过程中，借助下冲力使装置底部的综合地质探针贯入海底浅表层沉积物内， 通过综合地质探针内的传感器获取沉积物的各类参数，如力学性质、孔隙水压力、电阻率、 地球化学参数等，同时进行采集并存储于剖面浮标内。综合地质探针完全贯入后停止运动， 此时上部的剖面浮标由于惯性作用继续向下运动，此时由综合地质探针顶部的缓冲机构提供 反力，减缓剖面浮标向下运动的速度，保护剖面浮标不触底。

第四步，剖面浮标和地质综合探针的分离。

沉积物探测完成后，剖面浮标内部的浮力控制机构向下充油，使油囊变大，同时在浮力 材料的作用下，使得剖面浮标的密度略小于海水，此时在浮力作用下，剖面浮标携带数据上 浮，上浮过程中继续进行各类海洋剖面数据的测量工作。同时，剖面浮标上浮过程中，卡板 23离开剖面浮标底部的基座，从而实现剖面浮标与地质综合探针的分离，综合地质探针留在 沉积物内。

第五步，剖面浮标上浮回收及循环使用。

剖面浮标浮至水面后，信标向卫星发出定位信号，此时工作人员可根据定位信号寻找到 剖面浮标，并进行数据的读取，完成此次测量工作。回收剖面浮标后，对剖面浮标进行维护 保养，同时根据探测需求重新安装综合地质探针，准备下次探测工作。

以上对本发明所提供的自沉浮式海洋剖面与沉积物探测装置及使用方法进行了详细介 绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是 用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落 入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能 够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见 的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中 实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原 理和新颖特点相一致的最宽的范围。