專利名稱：淺海用大極距海底電場(chǎng)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
淺海用大極距海底電場(chǎng)儀技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于地球物理測(cè)量領(lǐng)域，具體屬于海洋勘測(cè)領(lǐng)域，其涉及一種淺海用大極距海底電場(chǎng)儀背景技術(shù)[0002]海洋電磁勘探技術(shù)是研究海底的重要手段之一，通過(guò)采集海底電場(chǎng)信號(hào)，反演推斷海底巖層構(gòu)造的分布規(guī)律，已經(jīng)成為地質(zhì)勘探的主要方法之一。海底電場(chǎng)信號(hào)的測(cè)量通常采用間隔一定距離的電極對(duì)進(jìn)行，電極通過(guò)測(cè)量臂連接到采集電路中。海底電場(chǎng)測(cè)量設(shè)備需要用船只投放到指定點(diǎn)位，由于船上甲板面積和起吊設(shè)備跨度的限制，大的電極距無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)外幾種典型的海底電場(chǎng)測(cè)量裝置，如中國(guó)地質(zhì)大學(xué)研制的海底電磁場(chǎng)探測(cè)裝置、美國(guó)Scripps海洋研究所研制的海底電磁接收裝置以及日本研制的海底電磁場(chǎng)儀，使用的電極距均為10m，比在陸上的布極長(zhǎng)度小了一個(gè)數(shù)量級(jí)。理論和實(shí)驗(yàn)均表明海底天然電場(chǎng)是一種微弱的、寬頻隨機(jī)信號(hào)，容易受到噪音干擾，對(duì)信號(hào)采集裝置要求甚為苛亥IJ。特別是在淺海或?yàn)I海地區(qū)，各種人造源產(chǎn)生的噪音嚴(yán)重，短的極距無(wú)法獲取有效信號(hào)。如何提高淺海電場(chǎng)測(cè)量裝置的接收靈敏度一直是一個(gè)難題。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種體積小且輕便，能擴(kuò)展測(cè)量極距，適合淺海區(qū)定點(diǎn)測(cè)量的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀。[0004]為達(dá)到上述目的，提供一種淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，其包括脫鉤機(jī)構(gòu)、儀器艙、底座、水下電纜、兩個(gè)測(cè)量電極、釋放器和配重機(jī)構(gòu)；儀器艙內(nèi)部固裝有玻璃艙球，脫鉤機(jī)構(gòu)位于儀器艙頂端，底座位于儀器艙底端；在脫鉤機(jī)構(gòu)與底座之間以拉緊鋼絲固接，將儀器艙固定于底座中，儀器艙中部安裝有一個(gè)環(huán)狀的安全圈；第一個(gè)測(cè)量電極固定安裝在安全圈上，第二個(gè)測(cè)量電極安裝在配重機(jī)構(gòu)上，測(cè)量電極通過(guò)水下電纜與玻璃艙球內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集器連接；釋放器固定連接在配重機(jī)構(gòu)上。[0005]其中，安全圈為外徑55cm、內(nèi)徑45cm、厚0.6cm的塑料環(huán)。玻璃艙球頂端固裝有水聲傳感器。玻璃艙球內(nèi)部裝有固定支架，數(shù)據(jù)采集器和供電裝置固定安裝在固定支架上。所述固定支架為雙環(huán)狀結(jié)構(gòu)；所述測(cè)量電極為固態(tài)銀-氯化銀電極，共2支構(gòu)成電極對(duì)；第一個(gè)測(cè)量電極固裝于儀器艙，第二個(gè)測(cè)量電極固裝在配重機(jī)構(gòu)上。玻璃艙球?yàn)榭招牟Ａ?。[0006]此外，在所述底座的井字形上表面中部固設(shè)一圓盤，圓盤的直徑與儀器艙底部外圓相適配；底座下部均勻分布有多個(gè)鎖緊螺栓，每個(gè)鎖緊螺栓與每根拉緊鋼絲下端可拆卸的固接，通過(guò)耐腐蝕拉緊鋼絲與脫鉤機(jī)構(gòu)緊密相連。[0007]使用從上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下有益效果:[0008]1、本實(shí)用新型提供的這種淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，測(cè)量極距比常規(guī)海底電場(chǎng)測(cè)量裝置有幾何級(jí)數(shù)增加，并可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整，有效提高了接收靈敏度。[0009]2、本實(shí)用新型提供的這種淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，裝置輕便，整體功耗低，小型船只即可進(jìn)行海上作業(yè)，適合于淺海底電場(chǎng)測(cè)量。


[0010]圖1為依照本實(shí)用新型的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀立體結(jié)構(gòu)圖；[0011]圖2為依照本實(shí)用新型的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀縱截面示意圖；[0012]圖3為依照本實(shí)用新型的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀脫鉤機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；[0013]圖4為依照本實(shí)用新型的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀底座結(jié)構(gòu)示意圖；[0014]圖5為依照本實(shí)用新型的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀的電極結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
[0015]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:[0016]如圖1所示，為本實(shí)用新型的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀結(jié)構(gòu)示意圖，主要有脫鉤機(jī)構(gòu)1、儀器艙2、底座6、測(cè)量電極7、水下電纜8、釋放器9、配重機(jī)構(gòu)10七部分組成。底座6位于儀器底部，將儀器艙2置于底座6中，脫鉤機(jī)構(gòu)I置于儀器艙2頂端，用多根拉緊鋼絲4纏繞于脫鉤機(jī)構(gòu)I上的固接口后，用多個(gè)鎖緊螺栓5拉緊多根拉緊鋼絲4，將儀器艙2與底座6固定在一起。測(cè)量電極7之一用環(huán)形卡扣13固定在安全圈3上，測(cè)量電極7之二固定在配重機(jī)構(gòu)10上，通過(guò)水下電纜8分別連接到采集器。釋放器9通過(guò)連接纜繩11和固定環(huán)12連接到配重機(jī)構(gòu)10上。[0017]水下電纜8采用耐磨、抗拉強(qiáng)度較大(4900N)，密度較輕(空氣中重量0.12kg/m,海水中重量0.0225kg/m)的水密纜，其護(hù)套材料為加固聚酯纖維。電場(chǎng)信號(hào)的傳導(dǎo)通過(guò)水下電纜8實(shí)現(xiàn)，電極距的長(zhǎng)度決定于所需信號(hào)/噪音比，根據(jù)實(shí)際需求可為IOOm至500m。公知的海底電場(chǎng)探測(cè)裝置采用測(cè)量極距為10m，易受干擾，在淺海地區(qū)往往無(wú)法獲取有效信號(hào)。采用大極距的方式可有效提高所需信號(hào)/噪音比，提高了探測(cè)靈敏度。[0018]電場(chǎng)信號(hào)的幅度與距離有關(guān)，在同一被測(cè)區(qū)域，每對(duì)測(cè)量電極間的跨度越大，則所測(cè)的信號(hào)幅值越大。因此，為了保證測(cè)量電場(chǎng)信號(hào)的強(qiáng)度，增大電極距是一項(xiàng)有效途徑，可以提高接收信號(hào)對(duì)測(cè)量電極的信噪比，從而提高接收靈敏度。針對(duì)淺海電場(chǎng)信號(hào)探測(cè)面臨的這些問題，本實(shí)用新型提出的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，電極距可長(zhǎng)達(dá)500m，比目前的測(cè)量裝置增加了 50倍，適用于淺海地區(qū)的電場(chǎng)信號(hào)探測(cè)。[0019]釋放器9采用自浮式聲學(xué)釋放器，具體型號(hào)為:FiObUOyAC200，由水下部分和甲板單元構(gòu)成，工作水深200m，浮力8kg。固定環(huán)12為高強(qiáng)度工程塑料制成，通過(guò)螺栓固定在配重機(jī)構(gòu)10上，該釋放器的水下部分通過(guò)纜繩11與之相接，在海上投放時(shí)隨配重機(jī)構(gòu)10沉入海底。工作結(jié)束后通過(guò)甲板單元發(fā)出信號(hào)，水下部分獲取信息并進(jìn)行解碼、反饋實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)上浮,從而回收配重機(jī)構(gòu)10、測(cè)量電極7和水下電纜8。[0020]配重機(jī)構(gòu)10采用玻璃鋼材質(zhì)制成，形狀為立方體，作用在于提供測(cè)量電極7在海底的穩(wěn)定支點(diǎn)，固定環(huán)12和卡線器14通過(guò)螺栓固定在配重機(jī)構(gòu)10上。投放入海時(shí)，通過(guò)自身重力牽引作用將電極7和釋放器9帶入海底，工作結(jié)束后通過(guò)釋放器9進(jìn)行回收。[0021]如圖2所示，儀器艙2分為上下半艙，艙內(nèi)放置玻璃艙球16，通過(guò)螺旋壓緊將玻璃艙球16進(jìn)行固定。安全圈3為一圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)塑料板，通過(guò)螺旋壓緊在儀器艙2的上下半艙連接處，用于儀器艙2結(jié)構(gòu)保護(hù)。玻璃艙球16分為上下半球，接縫處通過(guò)膠泥與膠帶進(jìn)行密封。水聲傳感器15安裝在玻璃艙球16上半球外部頂端，用于水深通訊信號(hào)接收與應(yīng)答。水密插件接口 17安裝在玻璃艙球16上半球外壁，與水下電纜8連接。數(shù)據(jù)采集器18和供電裝置20通過(guò)固定支架19安裝在玻璃艙球16內(nèi)部，數(shù)據(jù)采集器18通過(guò)螺釘固定在固定支架19的頂部，供電裝置20安裝在固定支架19的周側(cè)。[0022]玻璃艙球16采用Vitrovex公司生產(chǎn)的13英寸玻璃艙球，體積小、重量輕，用于內(nèi)部組件的耐壓保護(hù)，同時(shí)提供整個(gè)裝置的浮力。[0023]數(shù)據(jù)采集器為24位采集器，用于采集電場(chǎng)信號(hào)，固定安裝于固定支架上層，采用微功耗采集存儲(chǔ)技術(shù)，功耗0.2W，噪音低、功耗小。數(shù)據(jù)采集器18用于各傳感器檢測(cè)信號(hào)的采集和存儲(chǔ)，其中:a)前放電路信號(hào)輸入端加配一階無(wú)源LC低通抗混疊濾波器，采用極低噪音精密雙運(yùn)算放大器構(gòu)成儀器放大電路，增益為30dB，放大電路噪音折合到輸入端為IOnv/ V Ηζ@1Ηζ，具有很高的抗干擾能力；b)儀器采用溫補(bǔ)晶振構(gòu)成的振蕩電路作為內(nèi)部時(shí)鐘，在0°C至4°C溫度范圍內(nèi)其精度優(yōu)于5X10_8 ；c)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量為32GB ；d)采用CMOS型器件，低電壓供電，較低頻率的工作時(shí)鐘，同時(shí)降低系統(tǒng)的無(wú)功功耗，整體功耗< 0.3W。整體裝置的功耗低減輕了電源供應(yīng)負(fù)擔(dān)，保證了留海作業(yè)時(shí)間。[0024]供電裝置20采用鋰電池，每臺(tái)淺海用大極距海底電場(chǎng)儀采用12枚IOAH鋰電池，通過(guò)塑料扎帶將鋰電池安裝于固定支架19的周側(cè)。[0025]如圖3所示，脫鉤機(jī)構(gòu)I為雙層結(jié)構(gòu)，包括不銹鋼鏍柱24、環(huán)鏍桿支撐板25、繞絲固定板29，其中，環(huán)繞絲固定板29和環(huán)鏍桿支撐板25上下平行設(shè)置，以數(shù)個(gè)不銹鋼鏍柱24將兩者固接，不銹鋼鏍柱24中的兩個(gè)鏍柱穿過(guò)繞絲固定板29后相互連接，構(gòu)成吊鉤28 ;環(huán)鏍桿支撐板25內(nèi)孔直徑與儀器艙2頂部外圓直徑相適配。繞絲固定板29上表面設(shè)有正極21、脫鉤滑塊26、繞絲釘27、負(fù)極30，正極21、負(fù)極30位于繞絲固定板29內(nèi)孔直徑方向的相對(duì)兩側(cè)，正極21上套接壓絲墊片23后螺接鎖緊螺母22，負(fù)極30上套接負(fù)極保護(hù)套31，正極21上套接壓絲墊片23后螺接鎖緊螺母22。將一根鋼絲經(jīng)正極21和順序經(jīng)所有的繞絲釘27繞成環(huán)，并以鎖緊螺母22和繞絲釘27固緊定位，將脫鉤滑塊26固于繞絲固定板29上，鋼絲與兩負(fù)極30觸接。在儀器回收時(shí)利用海水特性，在兩熔斷點(diǎn)處進(jìn)行電腐蝕鋼絲，脫鉤滑塊26被拉緊鋼絲4拉脫開，儀器艙2即利用海水浮力上浮。[0026]在另外的技術(shù)方案中，脫鉤機(jī)構(gòu)通過(guò)螺栓固定安裝于儀器艙的頂端。脫鉤機(jī)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)，包括不銹鋼鏍柱、環(huán)鏍桿支撐板、繞絲固定板，其中，環(huán)繞絲固定板和環(huán)鏍桿支撐板上下平行設(shè)置，以數(shù)個(gè)不銹鋼鏍柱將兩者固接，不銹鋼鏍柱中的兩個(gè)鏍柱穿過(guò)繞絲固定板后相互連接，構(gòu)成吊鉤；環(huán)鏍桿支撐板內(nèi)孔直徑與儀器艙頂部外圓直徑相適配。環(huán)繞絲固定板上表面設(shè)有正極、脫鉤滑塊、繞絲釘、負(fù)極，將一根鋼絲經(jīng)正極和順序經(jīng)所有的繞絲釘繞成環(huán)，并以鎖緊螺母和繞絲釘固緊定位，在儀器回收時(shí)利用海水特性進(jìn)行電腐蝕熔斷鋼絲，脫鉤滑塊被拉緊鋼絲拉脫開，儀器艙即利用海水浮力上浮，以便回收。[0027]本實(shí)施實(shí)例也可以使用未在說(shuō)明書附圖中詳細(xì)示出的脫鉤機(jī)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱本專利申請(qǐng)人在先公開的技術(shù)。[0028]如圖4所示，底座6采用玻璃鋼材料制成，在井字形上表面中部固設(shè)一圓盤，圓盤的直徑與儀器艙2底部外圓相適配，用于固定儀器艙2底部。底座6底部周緣處均勻分布著8個(gè)鎖緊鏍栓5 ;鎖緊螺栓5與拉緊鋼絲4下端可拆卸的固接，通過(guò)四根耐腐蝕拉緊鋼絲4與脫鉤機(jī)構(gòu)I緊密相連，其重量和體積適合于在下沉過(guò)程中控制下沉速度和下沉姿態(tài)，以及當(dāng)儀器沉入海底時(shí)能夠保持正確姿態(tài)，并為淺海用大極距海底電場(chǎng)儀在海底工作提供穩(wěn)定可靠的基座。儀器接到釋放信號(hào)后，儀器艙2上浮，底座6留在海底。[0029]如圖5所示，為測(cè)量電極7的剖面圖，包括:水密接頭32、密封膠33、固定環(huán)34、多孔塑料外罩35、銀-氯化銀電極36。銀-氯化銀電極36與水密接頭32連接處通過(guò)密封膠33進(jìn)行防水密封，安裝在固定環(huán)34中；固定環(huán)34與多孔塑料外罩35通過(guò)螺紋旋轉(zhuǎn)連接。測(cè)量電極7共兩支，第一個(gè)測(cè)量電極安裝在安全圈3上，第二個(gè)測(cè)量電極安裝在配重機(jī)構(gòu)10上。水下電纜8和水密接頭32之間設(shè)置有卡線器14，用來(lái)提供著力點(diǎn)，防止拉力直接作用在水密接頭32上。卡線器14由玻璃鋼材料制成，水下電纜8與電極連接時(shí)先在其上纏繞，通過(guò)螺栓壓緊固定，再與測(cè)量電極連接。[0030]以上所述的具體實(shí)施實(shí)例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施實(shí)例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，包括脫鉤機(jī)構(gòu)、儀器艙、底座、水下電纜、兩個(gè)測(cè)量電極、釋放器和配重機(jī)構(gòu)；其特征在于，儀器艙內(nèi)部固裝有玻璃艙球，脫鉤機(jī)構(gòu)位于儀器艙頂端，底座位于儀器艙底端；在脫鉤機(jī)構(gòu)與底座之間以拉緊鋼絲固接，將儀器艙固定于底座中，儀器艙中部安裝有一個(gè)環(huán)狀的安全圈；第一個(gè)測(cè)量電極固定安裝在安全圈上，第二個(gè)測(cè)量電極安裝在配重機(jī)構(gòu)上，測(cè)量電極通過(guò)水下電纜與玻璃艙球內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集器連接；釋放器固定連接在配重機(jī)構(gòu)上。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，其特征在于，安全圈為外徑55cm、內(nèi)徑45cm、厚0.6cm的塑料環(huán)。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，其特征在于，玻璃艙球頂端固裝有水聲傳感器。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，其特征在于，玻璃艙球內(nèi)部裝有固定支架，數(shù)據(jù)采集器和供電裝置固定安裝在固定支架上。
5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，其特征在于，所述玻璃艙球?yàn)榭招牟Ａ颉?br> 6.依據(jù)權(quán)利要求1所述的淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，其特征在于，在所述底座的井字形上表面中部固設(shè)一圓盤，圓盤的直徑與儀器艙底部外圓相適配；底座下部均勻分布有多個(gè)鎖緊螺栓，每個(gè)鎖緊螺栓與每根拉緊鋼絲下端可拆卸的固接，通過(guò)耐腐蝕拉緊鋼絲與脫鉤機(jī)構(gòu)緊密相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種淺海用大極距海底電場(chǎng)儀，包括脫鉤機(jī)構(gòu)、儀器艙、底座、水下電纜、兩個(gè)測(cè)量電極、釋放器和配重機(jī)構(gòu)；其中儀器艙內(nèi)部固裝有玻璃艙球，脫鉤機(jī)構(gòu)位于儀器艙頂端，底座位于儀器艙底端；在脫鉤機(jī)構(gòu)與底座之間以拉緊鋼絲固接，將儀器艙固定于底座中，儀器艙中部安裝有一個(gè)環(huán)狀的安全圈；第一個(gè)測(cè)量電極固定安裝在安全圈上，第二個(gè)測(cè)量電極安裝在配重機(jī)構(gòu)上，測(cè)量電極通過(guò)水下電纜與玻璃艙球內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集器連接；釋放器固定連接在配重機(jī)構(gòu)上。本實(shí)用新型技術(shù)方案在同等噪音水平下采用大極距可以將有效信號(hào)增強(qiáng)數(shù)十倍，提高了探測(cè)靈敏度，可用于淺海(水深＜200m)海底電場(chǎng)觀測(cè)。
文檔編號(hào)G01V3/08GK202975349SQ20122049368
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者黃松, 徐亞, 郝天珧, 游慶瑜, 趙春蕾 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所