專利名稱：?jiǎn)闻撉蛉至亢５状帕x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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，其涉及一種海底磁場(chǎng)信號(hào)探測(cè)儀器。
背景技術(shù)：
海洋電磁勘探是一種主要的海洋地球物理探測(cè)手段之一，它適用于地震方法不易分辨而電磁方法擁有優(yōu)勢(shì)的區(qū)域，例如碳酸鹽礁脈、巖丘、火山巖覆蓋、海底永久凍土帶等。由于海區(qū)礦產(chǎn)資源勘探的復(fù)雜性和高風(fēng)險(xiǎn)，采用綜合地球物理采集以減少風(fēng)險(xiǎn)，提高成功率已成為發(fā)達(dá)國(guó)家開展海域資源調(diào)查的重要手段。電磁法勘探與地震勘探的結(jié)合在減少多解性、降低勘探風(fēng)險(xiǎn)方面效果顯著。同時(shí)，在淺?；蛘邽┖^(qū)域，電磁勘探還可以用來解決一些海洋工程問題。目前國(guó)內(nèi)外已投入大量人力物力進(jìn)行海洋電磁勘探儀器的研制和應(yīng)用。海底磁場(chǎng)測(cè)量一般采集水平與垂直兩兩正交的三個(gè)分量，通常每個(gè)分量采用一個(gè)線圈式磁傳感器，為了抵抗海水壓力，每個(gè)磁傳感器都有單獨(dú)的承壓艙。其它的部件，如數(shù)據(jù)采集部件、電源等需要另外的承壓艙，而為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上浮功能，需要多個(gè)艙球提供浮力。根據(jù)國(guó)內(nèi)外公開的相關(guān)專利，海底電磁場(chǎng)裝置一般采用類似技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)海底三分量磁場(chǎng)測(cè)量。這種技術(shù)方案的系統(tǒng)復(fù)雜、體積重量大、功耗高、海上施工不方便。海底磁場(chǎng)觀測(cè)的另外一個(gè)難題就是儀器姿態(tài)的準(zhǔn)確檢測(cè)?，F(xiàn)有技術(shù)中將磁傳感器、方位傳感器、姿態(tài)傳感器等三個(gè)方向傳感器分別在不同承壓艙內(nèi)封裝，但是這三個(gè)傳感器之間的如何協(xié)調(diào)一致是一個(gè)一直沒有解決的難題。面對(duì)海洋勘測(cè)的復(fù)雜化，對(duì)海洋勘測(cè)的儀器要求也越來越高。如何解決儀器的小型化、低功耗及準(zhǔn)確檢測(cè)的問題一直是本領(lǐng)域研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)暨難點(diǎn)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足及問題，本實(shí)用新型提出一種體積小且輕便，方便海上施工與投放回收的單艙球三分量海底磁力儀。依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，提供一種單艙球三分量海底磁力儀，包括脫鉤機(jī)構(gòu)1、儀器艙2和底座6 ;其中儀器艙2內(nèi)部固裝有玻璃艙球，脫鉤機(jī)構(gòu)I位于儀器艙2頂端，底座6位于儀器艙2底端；在脫鉤機(jī)構(gòu)I與底座6之間以拉緊鋼絲固接，將儀器艙2固定于底座6中；其中所述單艙球三分量海底磁力儀還包括安全圈3、拉緊鋼絲4、鎖緊鏍栓5、底座6、水聲傳感器7、玻璃艙球8、數(shù)據(jù)采集器9、磁傳感器11、方位傳感器12和姿態(tài)傳感器13以及供電裝置15 ;安全圈3,為外徑55cm、內(nèi)徑45cm、厚O. 6cm的塑料環(huán)；拉緊鋼絲4,用于固定脫鉤機(jī)構(gòu)與底座；鎖緊鏍栓5，用于緊固拉緊鋼絲4與底座6 ;數(shù)據(jù)采集器9、磁傳感器11、方位傳感器12和姿態(tài)傳感器13通過固定支架10和耦合支架14安裝于玻璃艙球8內(nèi)部。優(yōu)選地，玻璃艙球外部頂端固裝有水聲傳感器。玻璃艙球?yàn)槟蛪嚎招牟Ａ?。固定支架為雙環(huán)狀結(jié)構(gòu)。稱合支架為三角形板狀結(jié)構(gòu)，安裝在固定支架下部。優(yōu)選地，所述磁傳感器11采用三軸磁通門探頭。所述磁傳感器11、方位傳感器12、姿態(tài)傳感器13 —起固定安裝于耦合支架14上；磁傳感器11上有固定孔，通過螺釘固定在耦合支架14的中間位置；方位傳感器12和姿態(tài)傳感器13則通過螺釘固定在耦合支架14的邊側(cè)。優(yōu)選地，所述脫鉤機(jī)構(gòu)通過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)鏍柱穿過繞絲固定板后相互連接，構(gòu)成吊鉤；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。使用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，可以具有以下有益效果1、本實(shí)用新型提供的這種海底磁力儀，解決了現(xiàn)有海底磁場(chǎng)探測(cè)裝置系統(tǒng)復(fù)雜、不便于海上投放與回收等問題。2、本實(shí)用新型提供的這種海底磁力儀，磁場(chǎng)信號(hào)傳感器不需要單獨(dú)用承壓艙分離封裝，可以與裝置姿態(tài)傳感器耦合安裝于同一耦合支架上，降低了磁場(chǎng)信號(hào)測(cè)量的方位角和傾斜角誤差。3、本實(shí)用新型提供的這種海底磁力儀，裝置整體功耗低，延長(zhǎng)了裝置的工作時(shí)間，可用于長(zhǎng)期留海觀測(cè)。

圖1為依照本實(shí)用新型的單艙球海底磁力儀立體結(jié)構(gòu)圖；圖2為依照本實(shí)用新型的單艙球海底磁力儀縱截面示意圖；圖3為依照本實(shí)用新型的單艙球海底磁力儀脫鉤機(jī)構(gòu)示意圖；圖4為依照本實(shí)用新型的單艙球海底磁力儀底座結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
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。如圖1所示，為本實(shí)用新型的單艙球三分量海底磁力儀立體結(jié)構(gòu)圖，主要由脫鉤機(jī)構(gòu)1、儀器艙2和底座6三部分組成。將儀器艙2置于底座6上，安全圈3安裝在儀器艙2的中部，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。所述單艙球三分量海底磁力儀整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，方便海上施工作業(yè)。 如圖2所示，儀器艙2分為上下半艙，儀器艙2內(nèi)放置玻璃艙球8，通過螺旋壓緊將玻璃艙球8進(jìn)行固定。安全圈3為一圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)塑料板，通過螺旋壓緊在儀器艙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8分為上下半球，接縫處通過膠泥與膠帶進(jìn)行密封。水聲傳感器7安裝在玻璃艙球8上半球外部頂端，用于水聲通訊信號(hào)接收與應(yīng)答。玻璃艙球8的內(nèi)部采用一體化結(jié)構(gòu)，固定支架10安裝在玻璃艙球8內(nèi)部，數(shù)據(jù)采集器9安裝在固定支架10的頂部，供電裝置15安裝在固定支架10的周側(cè)，耦合支架14安裝在固定支架10的底端。磁傳感器11、方位傳感器12和姿態(tài)傳感器13則固定在耦合支架14上。儀器艙2為工程塑料材質(zhì)，用于單艙球三分量海底磁力儀各部件的機(jī)械固定和內(nèi)部防護(hù)。玻璃艙球8采用Vitrovex公司生產(chǎn)的17英寸空心玻璃球，密封后耐壓6500米水深，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。磁傳感器11用于檢測(cè)海底磁場(chǎng)信號(hào)，采用三軸磁通門探頭，探頭測(cè)量頻率范圍為0-3KHz,內(nèi)部噪聲小于6pTrms/ V ΗζΟΙΗζ，外殼尺寸為3. 2X3. 2X15. 2cm，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、頻帶范圍寬、噪音低的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)轶w積小，該部件整體封裝在了玻璃艙球 8內(nèi)，不需要單獨(dú)用承壓艙分離封裝，簡(jiǎn)化了整體裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用緊湊型、寬頻帶、低噪聲三軸磁通門探頭的設(shè)計(jì)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、體積重量、功耗、造價(jià)、海上施工難度等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該探頭可以直接封裝在玻璃艙球內(nèi)，不需要單獨(dú)的承壓艙，降低了測(cè)量裝置的體積重量。其功耗小，減少了海底的電池供給需求，延長(zhǎng)了留海觀測(cè)時(shí)間。單艙球的使用簡(jiǎn)化了裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利于海上施工與投放回收。方位傳感器12用于檢測(cè)三分量磁通門的X軸與地磁正北方向的磁偏角，采用HMR3200型數(shù)字羅盤，帶有數(shù)字接口，具有在軸向高靈敏度和線性高精度的特點(diǎn)，精度控制在1°。姿態(tài)傳感器13用于檢測(cè)三分量磁通門的X軸和Y軸與水平面的傾斜角，采用ADXL345型數(shù)字加速度計(jì)，其功耗超低，分辨率高(13位)，測(cè)量范圍達(dá)土 16g，它可以在傾斜檢測(cè)應(yīng)用中測(cè)量靜態(tài)重力加速度，其高分辨率(3.9mg/LSB)，能夠測(cè)量不到1.0°的傾斜角度變化。耦合支架14為一個(gè)工程塑料材質(zhì)的剛性塊體，三角形板狀結(jié)構(gòu)，安裝在固定支架10的底端。磁傳感器11上有固定孔，通過螺釘固定在耦合支架14的中間位置，方位傳感器12和姿態(tài)傳感器13則通過螺釘固定在耦合支架14上端的邊側(cè)，通過數(shù)據(jù)線將磁傳感器
11、方位傳感器12和姿態(tài)傳感器13連接至數(shù)據(jù)采集器9?，F(xiàn)有技術(shù)中的海底磁力儀通常采用分艙體機(jī)械固定方式，磁場(chǎng)測(cè)量的方位和姿態(tài)誤差很難控制，常常大于3°以上。而采用本實(shí)用新型的一體化安裝方式保證了磁場(chǎng)測(cè)量與姿態(tài)檢測(cè)的同軸性，有效降低了分離機(jī)械固定帶來的姿態(tài)檢測(cè)誤差，使檢測(cè)誤差基本接近傳感器的指標(biāo)1°，提高磁場(chǎng)信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度。具體地，將磁傳感器、方位傳感器、姿態(tài)傳感器一起固定安裝于耦合支架上降低了磁信號(hào)測(cè)量的方位角和傾斜角誤差，將實(shí)際姿態(tài)的精度控制在加速度計(jì)和方向傳感器的誤差范圍內(nèi)。相比三個(gè)方向的磁傳感器和方位傳感器、姿態(tài)傳感器分別在不同承壓艙內(nèi)封裝，提高了姿態(tài)測(cè)量的精度。數(shù)據(jù)采集器9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32G ；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)的無功功耗，整體功耗< O. 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。供電裝置15采用鋰電池，每臺(tái)海底磁力儀采用10枚IOAH鋰電池，通過塑料扎帶將鋰電池安裝于固定支架10的四周側(cè)面。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16、環(huán)鏍桿支撐板17、繞絲固定板21，其中，環(huán)繞絲固定板21和環(huán)鏍桿支撐板17上下平行設(shè)置，以數(shù)個(gè)不銹鋼鏍柱16將兩者固接，不銹鋼鏍柱16中的兩個(gè)鏍柱穿過繞絲固定板21后相互連接，構(gòu)成吊鉤20 ;環(huán)鏍桿支撐板17內(nèi)孔直徑與儀器艙2頂部外圓直徑相適配。繞絲固定板21上表面設(shè)有正極24、脫鉤滑塊18、繞絲釘19、負(fù)極22，正極24、負(fù)極22位于繞絲固定板21內(nèi)孔直徑方向的相對(duì)兩側(cè)，正極24上套接壓絲墊片15后螺接鎖緊螺母25，負(fù)極22上套接負(fù)極保護(hù)套23，正極24上套接壓絲墊片15后螺接鎖緊螺母25。將一根鋼絲經(jīng)正極24和順序經(jīng)所有的繞絲釘19繞成環(huán)，并以鎖緊螺母25和繞絲釘19固緊定位，將脫鉤滑塊18固于繞絲固定板21上，鋼絲與兩負(fù)極22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18被拉緊鋼絲4拉脫開，儀器艙2即利用海水浮力上浮。本實(shí)施實(shí)例未在說明書附圖中詳細(xì)示出脫鉤機(jī)構(gòu)I，其具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參閱本申請(qǐng)人業(yè)已公開的技術(shù)資料。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)，并為海底磁力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，底座留在海底。單艙球三分量海底磁力儀的工作流程為1)在將單艙球三分量海底磁力儀投放入海之前，進(jìn)行各部件功能測(cè)試，確認(rèn)單艙球三分量海底磁力儀功能正常后進(jìn)入下一步，否則返回檢修；2)在海面上進(jìn)行GPS對(duì)鐘并設(shè)定記錄時(shí)間和采集的參數(shù)；3)將單艙球三分量海底磁力儀投放入海，并使其在重力作用下沉入海底，按照設(shè)定時(shí)間和參數(shù)連續(xù)記錄磁場(chǎng)信號(hào)及姿態(tài)信息，并儲(chǔ)存在單艙球三分量海底磁力儀中的內(nèi)部存儲(chǔ)器中；4)回收單艙球三分量海底磁力儀，在該單艙球三分量海底磁力儀所在海域通過聲納系統(tǒng)發(fā)出回收信號(hào)，單艙球三分量海底磁力儀接到信號(hào)后，開始熔斷鋼絲，約5分鐘后儀器艙與底座脫離，儀器艙自動(dòng)上浮至水面，然后將儀器艙打撈上船；5)提取所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。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1.一種單艙球三分量海底磁力儀，包括脫鉤機(jī)構(gòu)(I)、儀器艙(2)和底座￠);其中儀器艙(2)內(nèi)部固裝有玻璃艙球，脫鉤機(jī)構(gòu)(I)位于儀器艙(2)頂端,底座(6)位于儀器艙(2)底端；在脫鉤機(jī)構(gòu)⑴與底座(6)之間以拉緊鋼絲固接，將儀器艙⑵固定于底座(6)中；其特征在于 所述單艙球三分量海底磁力儀還包括安全圈(3)、拉緊鋼絲(4)、鎖緊鏍栓(5)、底座(6)、水聲傳感器(7)、玻璃艙球(8)、數(shù)據(jù)采集器(9)、磁傳感器(11)、方位傳感器(12)和姿態(tài)傳感器(13)以及供電裝置(15);安全圈(3),為外徑55cm、內(nèi)徑45cm、厚0. 6cm的塑料環(huán)；拉緊鋼絲(4)，用于固定脫鉤機(jī)構(gòu)與底座；鎖緊鏍栓(5)，用于緊固拉緊鋼絲(4)與底座(6);數(shù)據(jù)采集器(9)、磁傳感器(11)、方位傳感器(12)和姿態(tài)傳感器(13)通過固定支架(10)和耦合支架(14)安裝于玻璃艙球⑶內(nèi)部。
2.按權(quán)利要求1所述的單艙球三分量海底磁力儀，其特征在于，玻璃艙球外部頂端固裝有水聲傳感器。
3.按權(quán)利要求1所述的單艙球三分量海底磁力儀，其特征在于，玻璃艙球?yàn)槟蛪嚎招牟Ａ颉?br> 4.按權(quán)利要求1所述的單艙球三分量海底磁力儀，其特征在于，固定支架為雙環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
5.按權(quán)利要求1所述的單艙球三分量海底磁力儀，其特征在于，耦合支架為三角形板狀結(jié)構(gòu)，安裝在固定支架下部。
6.按權(quán)利要求1所述的單艙球三分量海底磁力儀，其特征在于，所述磁傳感器(11)采用三軸磁通門探頭。
7.按權(quán)利要求1所述的單艙球三分量海底磁力儀，其特征在于，所述磁傳感器(11)、方位傳感器(12)、姿態(tài)傳感器(13) —起固定安裝于耦合支架(14)上；磁傳感器(11)上有固定孔，通過螺釘固定在耦合支架(14)的中間位置；方位傳感器(12)和姿態(tài)傳感器(13)則通過螺釘固定在耦合支架(14)的邊側(cè)。
8.按權(quán)利要求1所述的單艙球三分量海底磁力儀，其特征在于，所述脫鉤機(jī)構(gòu)通過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。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單艙球三分量海底磁力儀，其包括脫鉤機(jī)構(gòu)(1)、儀器艙(2)和底座(6)；其中儀器艙(2)內(nèi)部固裝有玻璃艙球，脫鉤機(jī)構(gòu)(1)位于儀器艙(2)頂端，底座(6)位于儀器艙(2)底端；在脫鉤機(jī)構(gòu)(1)與底座(6)之間以拉緊鋼絲固接，將儀器艙(2)固定于底座(6)中。本實(shí)用新型用于海底磁場(chǎng)觀測(cè)、油氣勘探和地質(zhì)調(diào)查。該單艙球三分量海底磁力儀的海底磁場(chǎng)測(cè)量功能集中于單一艙球內(nèi)，解決了現(xiàn)有海底磁力探測(cè)裝置系統(tǒng)復(fù)雜、方向定位精度低、投放與回收操作不便等問題。
文檔編號(hào)G01V3/40GK202854351SQ20122049369
公開日2013年4月3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