CN104793255A - 一种用于极地浮冰区的海洋磁力探测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于极地浮冰区的海洋磁力探测装置，包括水下任务执行单元、船上测控单元、同轴铠装缆，所述水下任务执行单元与船上测控单元通过同轴铠装缆连接；所述水下任务执行单元包括拖体、水下采集控制单元、水下调制解调器、传感器、磁力拖缆、磁力探头、电源单元；所述船上测控单元包括甲板采集控制单元、甲板调制解调器；所述拖体内部安装有控制密封舱、电源密封舱和传感器，所述水下采集控制单元和水下调制解调器安装在控制密封舱内，电源单元安装于电源密封舱内；所述水下采集控制单元为磁力探头供电，并采集磁力探头和传感器信号。本发明的优点在于能够大大降低浮冰对设备安全的威胁，降低设备丢失和损毁的风险，提高极区磁力探测效率。

Description

一种用于极地浮冰区的海洋磁力探测方法与装置

技术领域

本发明涉及一种适用于极地浮冰区的海洋磁力探测装置与方法，属于地球物理勘探技术领域。

背景技术

常规海洋磁力探测通常采用拖曳式磁力仪进行探测，将磁力仪探头通过拖缆拖曳于船尾海水中，以获取地海洋磁场的磁性参数，通过对所获取数据进行计算、成图来分析判断地质情况或判断找矿靶区的一种方法。常规海洋磁力探测，拖曳于海水中的磁力仪探头与船尾间的距离需要大于3倍船长，拖曳用电缆采用卡夫拉绳加强拖缆。这种常规拖曳式磁力测量适用于绝大部分海域磁力测量，但在极地浮冰区这种拖曳式磁力测量具有很大的风险：浮冰可以轻易地割断卡夫拉拖缆，导致磁力仪探头丢失；浮冰撞击磁力仪探头也会导致设备损坏。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种适用于极地浮冰区的海洋磁力探测装置与方法，能够降低浮冰对设备安全的威胁，提高极区磁力探测效率。

本发明所述的磁力探测装置，包括水下任务执行单元、船上测控单元、同轴铠装缆，所述水下任务执行单元与船上测控单元通过同轴铠装缆连接；所述水下任务执行单元包括拖体、水下采集控制单元、水下调制解调器、传感器、磁力拖缆、磁力探头、电源单元；所述船上测控单元包括甲板采集控制单元、甲板调制解调器；所述拖体采用不锈钢焊接加工，拖体内部安装有控制密封舱、电源密封舱和传感器，所述水下采集控制单元和水下调制解调器安装在控制密封舱内，电源单元安装于电源密封舱内；所述水下采集控制单元为磁力探头供电，并采集磁力探头和传感器信号；所述水下调制解调器将水下采集控制单元采集的数据编码调制，并通过同轴铠装缆发送给甲板采集控制单元；所述水下调制解调器接收并解码甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令。

所述甲板采集控制单元，包括采集软件和计算机，用于控制磁力探头的采样间隔，实时接收、监视并存储磁力数据和传感器数据。

所述甲板调制解调器接收解码水下采集控制单元采集的数据，编码并发送甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令。

所述传感器包括深度传感器和姿态传感器。

所述拖体采用同轴缆直流供电，电源变换单元将甲板直流电源变换为水下采集控制单元和调制解调器所需的电压。

所述磁力探头为一个探头或多个探头。

所述磁力探头是光泵磁力仪、质子磁力仪、磁通门磁力仪中的一种或多种。

所述同轴铠装缆负责牵引拖体，同轴铠装缆与拖体之间由承重头连接。

优选地，探测时拖体拖曳于船尾海水中，入水深度20m左右，同轴铠装缆入水点与船尾水平距离不大于50m，有效避开浮冰干扰。

优选地，磁力探头拖曳于拖体尾部，两者之间由磁力拖缆连接，磁力拖缆内衬卡夫拉绳。

优选地，磁力探头与船尾间的水平距离不小于3倍船长，避开船体磁场干扰。

优选地，磁力探头与拖体之间水平距离不小于50米，避开拖体磁场干扰。

本发明所述的磁力探测方法，包括如下步骤：

（1）将水下任务执行单元连接，磁力探头连接磁力仪拖缆，磁力仪拖缆连接拖体，拖体连接同轴铠装缆；

（2）测量船在极地浮冰区保持2kn左右航行，将磁力探头放入船尾海水中；

（3）磁力仪拖缆随磁力探头全部放入海水中，磁力仪拖缆的长度应尽量长，至少要保证磁力探头与拖体之间的水平距离不小于50m，避开拖体的磁场干扰；

（4）拖体吊放到船尾海水中，释放足够长度的同轴铠装缆，使拖体入水深度20m左右，有效避开浮冰干扰；；

（5）测量船船速增加到5kn以上，释放足够长度的同轴铠装缆，磁力仪拖缆的长度与同轴铠装缆的长度要足够长，保证磁力探头与船尾之间的距离不小于3倍船长；

（6）水下执行单元供电，与船上测控单元连接，甲板计算机设置水下控制单元采样率，命令水下采集控制单元开始工作；

（7）水下采集控制单元为磁力探头供电，并采集磁力探头和传感器信号，将这些信号传输至甲板采集控制单元；

（8）甲板采集控制单元实时接收、监视并存储磁力数据和传感器数据；

（9）水下调制解调器将水下采集控制单元采集的数据编码调制，并通过同轴铠装缆发送给甲板采集控制单元；接收并解码甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令；

（10）甲板调制解调器接收解码水下采集控制单元采集的数据，编码并发送甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令；

（11）测量完成后，甲板采集控制单元命令水下采集控制单元停机；

（12）停止为水下任务单元供电，回收水下任务单元。

本发明的优点在于能够大大降低浮冰对设备安全的威胁，降低设备丢失和损毁的风险，提高极区磁力探测效率。

附图说明

图1是本发明装置的结构框图。

图2是本发明装置的结构示意图。

图3是本发明水下拖体的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的装置包括水下任务执行单元和船上测控单元，两者之间通过同轴铠装缆连接。所述水下任务执行单元包括拖体和磁力探头，两者之间通过磁力仪拖缆连接。拖体内包括水下调制解调器、水下采集控制单元、传感器、电源单元。所述电源单元为整个水下任务执行单元提供电源；所述水下采集控制单元采集磁力探头和传感器信号；所述水下调制解调器将水下采集控制单元采集的数据编码调制，并通过同轴铠装缆发送给甲板采集控制单元；接收并解码甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令。所述船上测控单元包括甲板计算机和甲板调制解调器。所述甲板调制解调器接收解码水下采集控制单元采集的数据，编码并发送甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令。所述甲板采集控制单元，包括采集软件和计算机，用于控制磁力探头的采样间隔，实时接收、监视并存储磁力数据和传感器数据。

如图2所示，本发明包括水下任务执行单元和船上测控单元，两者之间通过同轴铠装缆连接。所述水下任务执行单元包括拖体和磁力探头，两者之间通过磁力仪拖缆连接。同轴铠装缆入水点距离船尾水平距离小于50m，拖体入水深度约20m。

如图3所示，拖体包括控制密封舱、电源密封舱及传感器。拖体框架采用不锈钢焊接加工。拖体由直径为22mm的同轴铠装电缆拖曳，同轴铠装电缆与拖体间由承重头连接。

水下拖体采用同轴铠装电缆供电，电源采用直流电，直流电在电源密封舱内经电源单元变换为水下采集控制系统所需要的各种电压。

水下采集控制系统安装在控制密封舱内，以嵌入式单板机CPU为核心，外围设备包括输入输出I/O板、A/D和D/A板、数据存储板、输出控制继电器板、电源板等。

姿态传感器、水深传感器及磁力仪等信号全部输入控制密封舱内，由水下采集控制系统处理。

水下采集控制系统接收各仪器及传感器的信息，经过水下调制解调器处理后通过同轴缆发送到甲板控制系统，甲板控制系统将信号解调处理后再由甲板计算机显示、存储处理。

拖体框架尺寸：长1200mm，宽600mm，高760mm，重量约150kg，配重为铅块，重量1200kg，整机重量约1500kg。

拖体上部中间安装同轴缆承重连接头，尾端安装导流板。

磁力仪可以选用美国Geometric公司G880光泵磁力仪。

磁力仪由专用磁力仪缆布放在拖体后约500m处，在拖体上设计有磁力仪缆导接固定装置，用来实现磁力仪缆的布放及固定。在拖体后部设计有夹板机构，凯夫拉缆绳由夹板固定，并通过两根对称的钢丝绳固定在拖体后部。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于极地浮冰区的海洋磁力探测装置，其特征在于包括水下任务执行单元、船上测控单元、同轴铠装缆，所述水下任务执行单元与船上测控单元通过同轴铠装缆连接；所述水下任务执行单元包括拖体、水下采集控制单元、水下调制解调器、传感器、磁力拖缆、磁力探头、电源单元；所述船上测控单元包括甲板采集控制单元、甲板调制解调器；所述拖体内部安装有控制密封舱、电源密封舱和传感器，所述水下采集控制单元和水下调制解调器安装在控制密封舱内，电源单元安装于电源密封舱内；所述水下采集控制单元为磁力探头供电，并采集磁力探头和传感器信号；所述水下调制解调器将水下采集控制单元采集的数据编码调制，并通过同轴铠装缆发送给甲板采集控制单元；所述水下调制解调器接收并解码甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令。

2.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于所述甲板采集控制单元，包括采集软件和计算机，用于控制磁力探头的采样间隔，实时接收、监视并存储磁力数据和传感器数据。

3.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于所述甲板调制解调器接收解码水下采集控制单元采集的数据，编码并发送甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令。

4.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于所述传感器包括深度传感器和姿态传感器。

5.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于所述拖体采用同轴缆直流供电，电源变换单元将甲板直流电源变换为水下采集控制单元和调制解调器所需的电压。

6.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于所述磁力探头为一个探头或多个探头。

7.根据权利要求1或6所述的海洋磁力探测装置，其特征在于所述磁力探头是光泵磁力仪、质子磁力仪、磁通门磁力仪中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于所述同轴铠装缆与拖体之间由承重头连接。

9.一种用于极地浮冰区的海洋磁力探测方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将水下任务执行单元连接，磁力探头连接磁力仪拖缆，磁力仪拖缆连接拖体，拖体连接同轴铠装缆；

（2）测量船在极地浮冰区保持2kn左右航行，将磁力探头放入船尾海水中；

（3）磁力仪拖缆随磁力探头全部放入海水中，磁力仪拖缆的长度应尽量长，至少要保证磁力探头与拖体之间的水平距离不小于50m，避开拖体的磁场干扰；

（4）拖体吊放到船尾海水中，释放足够长度的同轴铠装缆，使拖体入水深度20m左右，有效避开浮冰干扰；；

（5）测量船船速增加到5kn以上，释放足够长度的同轴铠装缆，磁力仪拖缆的长度与同轴铠装缆的长度要足够长，保证磁力探头与船尾之间的距离不小于3倍船长；

（6）水下执行单元供电，与船上测控单元连接，甲板计算机设置水下控制单元采样率，命令水下采集控制单元开始工作；

（7）水下采集控制单元为磁力探头供电，并采集磁力探头和传感器信号，将这些信号传输至甲板采集控制单元；

（8）甲板采集控制单元实时接收、监视并存储磁力数据和传感器数据；

（9）水下调制解调器将水下采集控制单元采集的数据编码调制，并通过同轴铠装缆发送给甲板采集控制单元；接收并解码甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令；

（10）甲板调制解调器接收解码水下采集控制单元采集的数据，编码并发送甲板采集控制单元通过同轴铠装缆发送的控制命令；

（11）测量完成后，甲板采集控制单元命令水下采集控制单元停机；

（12）停止为水下任务单元供电，回收水下任务单元。