(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210541622.X (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 权永峥　贾永刚　鲁德泉　刘晓磊　 胡聪　孙中强　 (74)专利代理 机构 济南泉城专利商标事务所 37218 专利代理师 张贵宾 (51)Int.Cl. G01V 11/00(2006.01) G01N 27/04(2006.01) G01N 29/04(2006.01) G01N 15/08(2006.01)G01R 27/02(2006.01) G01D 21/02(2006.01) B63C 11/52(2006.01) B63G 8/00(2006.01) B63G 8/24(2006.01) (54)发明名称 海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台及 其工作方法 (57)摘要 本发明提供了一种海上自主升沉式探杆贯 入综合监测平台及其工作方法,包括： 浮力系统、 装置主体、 连接段和无线传输系统， 装置主体包 括平台机架， 浮力系统呈六方体包裹在其6个侧 壁上， 其内部安装有贯入机构、 防沉陷板、 液压 站、 液压贯入控制仓、 总体控制、 数据采集仓； 连 接段包括橡胶气管和水密电缆， 水密电缆连接总 体控制和无线传输系统， 橡胶气管连接浮力系 统。 平台采用静力式贯入方式， 具有自主升沉式 设计， 可以使用小型船舶完成装置的布放回收； 平台配置波潮仪、 海流计等传感器， 对沉积物和 边界层进行综合监测， 能够更好的解释海洋动力 与工程地质灾害的相互作用； 装置配置无线传输 模块， 实时将数据反馈至实验室， 降低了对操作 人员的要求。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 114910978 A 2022.08.16 CN 114910978 A 1.一种海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台， 包括浮力系统 （1） 、 装置主体 （2） 、 连接 段 （3） 和无线传输系统 （6） ， 其特征在于,所述浮力系统 （1） 由18套浮力组件 （200） 构成， 浮力 组件 （200） 每3各一组将浮力系统 （1） 构成一个六方体， 每个浮力组件 （200） 包括可充气气囊 （202） 和 包裹在其外部的气囊保护壳 （201） ， 每个可充气气囊 （202） 的顶端连接高强度气管 （203） ， 高强度气管 （203） 的一端预留有气嘴 （205） ， 每个可充气气囊 （202） 的顶端还安装有 压力阀 （204） ； 所述装置主体 （2） 包括平台机架 （301） ， 平台机架 （301） 呈六角柱形， 浮力系统 （1） 呈六 方体包裹在其6个侧壁上， 其内部竖直安装有贯入机构 （303） ， 位于平台机架 （301） 正上方中 部设有吊点 （311） ， 平台机架 （301） 底部设有防沉陷板 （310） ； 防沉陷板 （310） 的上表面设置 有液压站 （302） 、 液压贯入控制仓 （304） 、 总体控制 （306） 、 数据采集仓 （307） ； 液压贯入控制 仓 （304） 通过线缆与液压站 （302） 、 贯入机构 （303） 通讯控制连接， 液压站 （302） 通过液压管 与贯入机构 （303） 连接并提供动力， 贯入机构 （303） 上竖直活动安装有观测探杆 （305） ， 平台 机架 （301） 的顶面安装有波潮仪 （308） 和海流计 （309） ， 数据采集仓 （307） 通讯连接观测探杆 （305） ， 总体控制 （306） 通讯连接液压贯入控制仓 （304） 、 数据采集仓 （307） 、 波潮仪 （308） 和 海流计 （3 09） ； 所述连接段 （3） 包括橡胶气管和水密电缆， 水密电缆连接总体控制 （306） 和无线传输系 统 （6） ， 橡胶气管的一端连接浮力系统的高强度气管 （203） ， 另一端用堵头封堵或连接船载 的充气泵或者真空泵； 所述无线传输系统 （6） 采用球形设计包括上半球 （601） 和下半球 （602） ， 上半球 （601） 采 用亚克力材质， 下半球 （602） 采用316L不锈钢材质， 下半球 （602） 的重量大于上半球 （601） ， 下半球 （602） 上开设有水密接口 （606） 与连接段 （3） 的水密电缆相连， 无线传输系统 （6） 内部 布局有用于将观测数据以无线信号的方式发送至陆上实验室的天线 （603） 和无线转换模块 （604） ， 以及可 供电的天阳能电池板 （6 05） ， 可以实现所述的无线传输系统 （6） 的长效供电。 2.根据权利要求1所述的一种 海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台,其特征在于,所 述平台机架 （3 01） 的外框架结构采用316L 不锈钢材 料焊接。 3.根据权利要求1所述的一种 海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台,其特征在于,所 述观测探杆 （305） 为沉积物声 学测量探杆、 沉积物电阻率测量探杆、 沉积物 孔隙水压力监测 探杆中的一种。 4.根据权利要求1所述的一种 海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台,其特征在于,所 述贯入机构 （303） 包括机构支架 （401）,  机构支架 （401） 上装有贯入油缸 （402） ， 贯入油缸 （402） 的两侧设置有滑板 （403） ， 滑板 （403） 的底部固定安装有固定机械手 （404） ， 滑板 （403） 滑动安装有移动机械手 （405） ， 贯入油缸 （402） 能够进行上下动作， 带动移动机械手 （405） 沿 着滑板 （403） 上下移动， 贯入油缸 （402） 的运动速度为2cm/s， 固定机械手 （404） 和移动机械 手 （405） 加持观测探杆 （305） ， 进行加持所述的观测探杆 （305） 和松开观测探杆 （305） 动作， 观测探杆 （305） 的顶端安装有探杆导向 （406） ， 可以防止观测探杆 （305） 抖动， 机构支架 （401） 的顶部设置有探杆位移传感器 （407） 并与总 体控制及总体控制仓 （306） 通讯连接， 用 于探测观测探杆 （3 05） 向下和向上运动的距离 。 5.根据权利要求4所述的一种海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台及其工作方法, 其特征在于,所述液压站 （302） 通过液压管与贯入机构 （303） 中的贯入油缸 （402） 、 固定机械权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114910978 A 2手 （404） 和移动机 械手 （405） 相连， 液压站 （3 02） 内为液压电机和液压油。 6.根据权利要求5所述的一种 海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台,其特征在于,所 述机构支架 （401） 、 贯入油缸 （402） 、 滑板 （403） 、 固定机械手 （404） 、 移动机械手 （405） 、 探杆 导向 （406） 的外壳均采用316L 不锈钢材 料。 7.根据权利要求4所述的一种 海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台,其特征在于,所 述液压贯入控制仓 （304） 、 总体控制仓 （306） 和数据采集仓 （307） 的结构相同， 均为 耐压仓内 放置有电池 （502） 和电子元器件 （501） 于， 耐压仓可防止海 水的破坏， 电子元器件 （501） 包括 液压贯入控制板、 总体控制板或数据采集板中的一种， 电池 （502） 包括液压贯入电池、 总体 控制电池或数据采集中的一种。 8.如权利要求1 ‑7所述的一种海上自主升沉式探杆贯入综合监测平台的工作方法,其 特征在于,具体包括以下步骤： S1、 测试准备工作： 测试前需要收集作业区水深资料， 了解监测站位的水深； 准备船舶 一条， 船舶 使用小型渔船即可， 船舶配置包括 发电机、 真空泵、 充气泵； 根据 站位水深准备足 够长的连接段， 保证装置在座底的情况 下， 仍然能够保证无线传输系统出露水面； S2、 装置测试： 入水前对装置进行检查， 检查各个部件是否正常工作； 检查完成后， 浮力 系统处于充气状态， 在码头将装置吊装至水面； S3、 吊车将装置布放至水面后， 装置呈漂浮状态， 使用脱钩器自动脱钩或者蛙人辅助使 装置脱离吊车； 将装置的连接段和无线传输系统运输 至船舶上； S4、 将装置的吊点与船舶相连， 船舶将装置拖至作业 点， S5、 到达作业点后， 将连接段的橡胶气管连接真空泵并启动， 浮力系统 的可充气气囊体 积变小， 装置缓慢下沉 直至座底， 保持真空泵开启， 确保装置座底稳定； S6、 将橡胶气管的专用堵头安装到位， 保证橡胶气管不漏气； 将连接段和无线传输系统 布放至水面； S7、 实验室人员使用具备无线传输功能的计算机连接装置的无线传输系统， 对装置的 工作参数进行设定， 包括 贯入深度、 贯入启动时间， 海流计、 波潮仪和观测探杆相关参数； S8、 装置工作后， 实验室人员检查数据采集过程是否正常， 如果装置工作正常， 船舶离 开工作站点， 装置进行现场原位 监测； S9、 完成原位现场 监测后， 作业船舶开展装置的回收工作； 首先实验室操作人员通过无 线传输系统控制贯入机构进行探杆回收， 直至沉积物内的探杆全部回收完成； S10、 现场人员将无线传输系统和连接段的一端打捞至船舶上， 拆出橡胶气管专用堵 头， 并将橡胶气管连接至充气泵； 启动充气泵给可充气气囊充气， 浮力系统体积变大， 装置 上浮， 直至出 水； S11、 装置