CN112255705A - 深海环境下的磁异常传感器性能比测装置及比测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器测试领域，具体涉及一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置及比测方法，一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置包括标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)、标准磁异常信号发生器(3)、固定支架(4)、标准磁异常传感器固定盖板(5)、标准磁异常传感器上卡箍(6)、标准磁异常传感器下卡箍(7)、待比测磁异常传感器固定盖板(8)、标准磁异常信号发生器固定盖板(9)、标准磁异常信号发生器卡箍(10)，应用于高水压、高腐蚀性、低温的深海环境，具有重量轻、强度高、耐腐蚀的特点。
Description
技术领域
本发明属于传感器测试领域，具体涉及一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置及比测方法。
背景技术
磁异常探测技术是一种探测静磁场扰动、变化的探测技术。地球本身是一个巨大的磁体，一般认为其内部大量铁质流体的自旋产生了地磁场，由此形成了地球的南北磁极。尽管磁极的位置每年都在移动，而且地磁场的强弱也会发生变化，甚至发生颠倒，但在绝大多数时间里，地磁场的信号是很稳定的，可以看成是一个稳定的、静态的磁场。磁异常探测技术测量的就是地球表面磁场变化产生的梯度异常，如大规模的磁性金属、磁铁矿等即可导致地磁场的异常，而移动的铁磁性材质物体，如车辆、船只等也会对地磁场产生扰动，形成磁异常。磁异常探测仪器最早用于探测地下金属和矿藏，二战后期用于探测潜艇，进而扩展到船只等物体的探测。
磁异常探测技术在海洋科学研究中也有着广泛的应用，可用于探测洋底岩石磁化方向不同产生的地磁场梯度，进而研究洋壳结构及其运动学过程、地磁场变化及相关的地球内部动力学过程、海洋矿产资源分布等，也可用于探测由于铁磁性物质移动导致的地磁场信号变化而产生的磁异常，在船只探测、沉船寻找、近海监测、岛屿监控等方面拥有特定的优势，其探测原理可在一定程度上弥补声、光、电磁等传统海洋探测技术的不足。
由于一些海洋矿产资源，以及海底岩石、沉船、潜器等分布于较深的海底区域，对磁异常探测的要求已不局限于近海和浅海，也扩展到了深海区域。因此，需要研发可用于深海环境下的磁异常探测传感器，并检验其在深海环境下的性能。目前已经研发出一些传感器，而检测方面则由于缺乏行业标准，一直以来都未形成明确的检测方法和检测设备，离标准化、规范化尚有较大距离，且还面临着深海环境下的标准信号源难以寻找、探测距离难以精确控制等诸多问题。本发明即为一种用于深海环境下的磁异常信号探测传感器的性能比测装置。
发明内容
本发明涉及一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置及比测方法，应用于高水压、高腐蚀性、低温的深海环境，具有重量轻、强度高、耐腐蚀的特点。
一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置包括标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)、标准磁异常信号发生器(3)、固定支架(4)、标准磁异常传感器固定盖板(5)、标准磁异常传感器上卡箍(6)、标准磁异常传感器下卡箍(7)、待比测磁异常传感器固定盖板(8)、标准磁异常信号发生器固定盖板(9)、标准磁异常信号发生器卡箍(10)。
标准磁异常传感器的固定部件包括标准磁异常传感器上卡箍(6)、标准磁异常传感器下卡箍(7)、紧固螺杆(11)、紧固螺母(12)，标准磁异常传感器的固定部件连接在标准磁异常传感器固定盖板(5)上。
标准磁异常信号发生器的固定部件包括标准磁异常信号发生器卡箍(10)、紧固螺杆(13)、紧固螺母(14)，标准磁异常信号发生器的固定部件连接在标准磁异常信号发生器固定盖板(9)上。
所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置，标准磁异常传感器固定盖板(5)、标准磁异常信号发生器固定盖板(9)、待比测磁异常传感器固定盖板(8)依次用螺钉紧固于固定支架(4)上，标准磁异常传感器(1)安装在标准磁异常传感器的固定部件上，待比测磁异常传感器(2)安装在待比测磁异常传感器的固定部件上，标准磁异常信号发生器(3)安装在标准磁异常信号发生器的固定部件上。
所述的待比测磁异常传感器的固定部件与所述的标准磁异常传感器的固定部件具有相同的结构和连接方式。
所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置，其特征在于，所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)均由上卡箍(6)和下卡箍(7)相对锁紧，固定在相应的固定部件上，以所述的信号发生器(3)为中心对称放置，所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)的信号接收面均对准所述的信号发生器(3)，放置方向与所述的比测装置的长方向平行。
所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置，其特征在于，所述的信号发生器(3)由两块卡箍(10)相对锁紧，固定在标准磁异常信号发生器固定盖板(9)上，位于所述的比测装置中部，放置方向与所述的比测装置的长方向垂直，以保证信号发生器(3)产生的磁异常信号的发射方向正对着标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)。
所述的信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)位于同一平面上。
所述的固定支架(4)采用铝合金制作，表面进行抗腐蚀处理，用于装置的整体机械固定。
所述的固定盖板是支撑部件，将信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备稳定、可靠地固定在固定支架(4)上；所述的卡箍将信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备固定在各自的固定盖板上，每种设备均使用两对卡箍进行固定；所述的固定盖板与卡箍均采用聚四氟乙烯材质制作。
所述的信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备均采用内置蓄电池供电；封装外壳均采用TC4钛合金材质制作；测试时，信号发生器(3)以一定周期间隔持续地发射标准的电磁信号，电磁信号的幅度和频率在信号发生器(3)的驱动电路中预先设置；标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)持续采集、处理、保存接收到的电磁信号。
所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)具有相同的外形、尺寸、结构、数据采集、数据处理、数据存储模块；采集的数据存储于非易失性存储介质中；在所述的两种磁异常传感器内部，通过电路设计将非易失性存储介质模拟为U盘，读取测试数据时，将所述的传感器与上位机(15)的USB口通过线缆直接相连，实现数据传输。
所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测方法，具体步骤如下：
(1)将卡箍松开，通过移动标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)调节它们与信号发生器(3)之间的距离，使标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)与信号发生器(3)之间的距离相等；调节结束后，拧紧螺母；
(2)在比测装置下水前，启动标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)、信号发生器(3)，并设置好所述的两种磁异常传感器的系统时间；
(3)比测中，所述的比测装置随搭载设备下放至深海海底，所述的信号发生器(3)以固定的时间间隔持续发射标准的电磁信号，所述的标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)持续采集、处理、保存接收到的电磁信号；
(4)比测完成后，将所述的比测装置拉至海面回收，关闭电源；
(5)分析存储在非易失性存储介质上的测试数据，得到所述的两种磁异常传感器的性能比测结果。
附图说明
图1是深海环境下的磁异常信号传感器性能比测装置
图2是标准磁异常传感器的固定部件
图3是标准磁异常信号发生器的固定部件
图4是数据读取通路
图5是待比测磁异常传感器测得的特征频率为1Hz、幅值为0.7785V的信号
图6是待比测磁异常传感器测得的特征频率为1Hz、幅值为1.4968V的信号
图7是待比测磁异常传感器测得的特征频率为5Hz、幅值为0.7793V的信号
图8是待比测磁异常传感器测得的特征频率为5Hz、幅值为1.5316V的信号
图9是待比测磁异常传感器测得的特征频率为10Hz、幅值为0.7272V的信号
图10是待比测磁异常传感器测得的特征频率为10Hz、幅值为1.4387V的信号
具体实施方式
一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置包括标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)、标准磁异常信号发生器(3)、固定支架(4)、标准磁异常传感器固定盖板(5)、标准磁异常传感器上卡箍(6)、标准磁异常传感器下卡箍(7)、待比测磁异常传感器固定盖板(8)、标准磁异常信号发生器固定盖板(9)、标准磁异常信号发生器卡箍(10)。
图1是深海环境下的磁异常信号传感器性能比测装置。
标准磁异常传感器的固定部件包括标准磁异常传感器上卡箍(6)、标准磁异常传感器下卡箍(7)、紧固螺杆(11)、紧固螺母(12)，标准磁异常传感器的固定部件连接在标准磁异常传感器固定盖板(5)上。
图2是标准磁异常传感器的固定部件。
标准磁异常信号发生器的固定部件包括标准磁异常信号发生器卡箍(10)、紧固螺杆(13)、紧固螺母(14)，标准磁异常信号发生器的固定部件连接在标准磁异常信号发生器固定盖板(9)上。
图3是标准磁异常信号发生器的固定部件。
所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置，标准磁异常传感器固定盖板(5)、标准磁异常信号发生器固定盖板(9)、待比测磁异常传感器固定盖板(8)依次用螺钉紧固于固定支架(4)上，标准磁异常传感器(1)安装在标准磁异常传感器的固定部件上，待比测磁异常传感器(2)安装在待比测磁异常传感器的固定部件上，标准磁异常信号发生器(3)安装在标准磁异常信号发生器的固定部件上。
所述的待比测磁异常传感器的固定部件与所述的标准磁异常传感器的固定部件具有相同的结构和连接方式。
所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置，其特征在于，所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)均由上卡箍(6)和下卡箍(7)相对锁紧，固定在相应的固定部件上，以所述的信号发生器(3)为中心对称放置，所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)的信号接收面均对准所述的信号发生器(3)，放置方向与所述的比测装置的长方向平行。
所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置，其特征在于，所述的信号发生器(3)由两块卡箍(10)相对锁紧，固定在标准磁异常信号发生器固定盖板(9)上，位于所述的比测装置中部，放置方向与所述的比测装置的长方向垂直，以保证信号发生器(3)产生的磁异常信号的发射方向正对着标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)。
所述的信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)位于同一平面上。
所述的固定支架(4)采用铝合金制作，表面进行抗腐蚀处理，用于装置的整体机械固定。
所述的固定盖板是支撑部件，将信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备稳定、可靠地固定在固定支架(4)上；所述的卡箍将信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备固定在各自的固定盖板上，每种设备均使用两对卡箍进行固定；所述的固定盖板与卡箍均采用聚四氟乙烯材质制作。
所述的信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备均采用内置蓄电池供电；封装外壳均采用TC4钛合金材质制作；测试时，信号发生器(3)以一定周期间隔持续地发射标准的电磁信号，电磁信号的幅度和频率在信号发生器(3)的驱动电路中预先设置；标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)持续采集、处理、保存接收到的电磁信号。
所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)具有相同的外形、尺寸、结构、数据采集、数据处理、数据存储模块；采集的数据存储于非易失性存储介质中；在所述的两种磁异常传感器内部，通过电路设计将非易失性存储介质模拟为U盘，读取测试数据时，将所述的传感器与上位机(15)的USB口通过线缆直接相连，实现数据传输。
图4是数据读取通路。
所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测方法，具体步骤如下：
(1)将卡箍松开，通过移动标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)调节它们与信号发生器(3)之间的距离，使标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)与信号发生器(3)之间的距离相等；调节结束后，拧紧螺母；
(2)在比测装置下水前，启动标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)、信号发生器(3)，并设置好所述的两种磁异常传感器的系统时间；
(3)比测中，所述的比测装置随搭载设备下放至深海海底，所述的信号发生器(3)以固定的时间间隔持续发射标准的电磁信号，所述的标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)持续采集、处理、保存接收到的电磁信号；
(4)比测完成后，将所述的比测装置拉至海面回收，关闭电源；
(5)分析存储在非易失性存储介质上的测试数据，得到所述的两种磁异常传感器的性能比测结果。
在本实施例中，搭载设备采用着陆器，测试时间为5小时，测试区域海底深度为4500米，非易失性存储介质采用SD卡，标准磁异常传感器采用已经获得广泛应用的、技术成熟的、性能稳定可靠的高精度磁通门传感器，待比测磁异常传感器采用磁电型弱磁传感器，信号发生器通过驱动电路来驱动电磁发射装置，向两侧发射标准的(即给定强度、频率)、定向的电磁信号，以模拟磁异常信号，信号的频率分别为1Hz、5Hz、10Hz。
图5-图10分别是待比测磁异常传感器测得的特征频率为1Hz、幅值为0.77851V的信号，特征频率为1Hz、幅值为1.4968V的信号，特征频率为5Hz、幅值为0.7793V的信号，特征频率为5Hz、幅值为1.5316V的信号，特征频率为10Hz、幅值为0.72727V的信号，特征频率为10Hz、幅值为1.43868V的信号。
Claims (8)
1.一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置包括标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)、标准磁异常信号发生器(3)、固定支架(4)、标准磁异常传感器固定盖板(5)、标准磁异常传感器上卡箍(6)、标准磁异常传感器下卡箍(7)、待比测磁异常传感器固定盖板(8)、标准磁异常信号发生器固定盖板(9)、标准磁异常信号发生器卡箍(10)；标准磁异常传感器固定盖板(5)、标准磁异常信号发生器固定盖板(9)、待比测磁异常传感器固定盖板(8)依次用螺钉紧固于固定支架(4)上，标准磁异常传感器(1)安装在标准磁异常传感器的固定部件上，待比测磁异常传感器(2)安装在待比测磁异常传感器的固定部件上，标准磁异常信号发生器(3)安装在标准磁异常信号发生器的固定部件上。
2.如权利要求1所述的标准磁异常传感器的固定部件包括标准磁异常传感器上卡箍(6)、标准磁异常传感器下卡箍(7)、紧固螺杆(11)、紧固螺母(12)，标准磁异常传感器的固定部件连接在标准磁异常传感器固定盖板(5)上；所述的待比测磁异常传感器的固定部件与所述的标准磁异常传感器的固定部件具有相同的结构和连接方式；所述的标准磁异常信号发生器的固定部件包括标准磁异常信号发生器卡箍(10)、紧固螺杆(13)、紧固螺母(14)，标准磁异常信号发生器的固定部件连接在标准磁异常信号发生器固定盖板(9)上。
3.如权利要求1所述的一种深海环境下的磁异常传感器性能比测装置，其特征在于，所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)均由上卡箍(6)和下卡箍(7)相对锁紧，固定在相应的固定部件上，以所述的信号发生器(3)为中心对称放置，所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)的信号接收面均对准所述的信号发生器(3)，放置方向与所述的比测装置的长方向平行；所述的信号发生器(3)由两块卡箍(10)相对锁紧，固定在标准磁异常信号发生器固定盖板(9)上，位于所述的比测装置中部，放置方向与所述的比测装置的长方向垂直；所述的信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)位于同一平面上。
4.如权利要求1所述的固定支架(4)采用铝合金制作，表面进行抗腐蚀处理，用于装置的整体机械固定。
5.如权利要求1所述的固定盖板将信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备固定在固定支架(4)上；所述的卡箍将信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备固定在各自的固定盖板上，每种设备均使用两对卡箍进行固定；所述的固定盖板与卡箍均采用聚四氟乙烯材质制作。
6.如权利要求1所述的信号发生器(3)、标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)这三种设备均采用内置蓄电池供电；封装外壳均采用TC4钛合金材质制作；测试时，信号发生器(3)以一定周期间隔持续地发射标准的电磁信号，电磁信号的幅度和频率在信号发生器(3)的驱动电路中预先设置；标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)持续采集、处理、保存接收到的电磁信号。
7.如权利要求1所述的标准磁异常传感器(1)和待比测磁异常传感器(2)具有相同的外形、尺寸、结构、数据采集、数据处理、数据存储模块；采集的数据存储于非易失性存储介质中；在所述的两种磁异常传感器内部，通过电路设计将非易失性存储介质模拟为U盘，读取测试数据时，将所述的传感器与上位机(15)的USB口通过线缆直接相连，实现数据传输。
8.一种深海环境下的磁异常传感器性能比测方法，具体步骤如下：
(1)将卡箍松开，通过移动标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)调节它们与信号发生器(3)之间的距离，使标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)与信号发生器(3)之间的距离相等；调节结束后，拧紧螺母；
(2)在比测装置下水前，启动标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)、信号发生器(3)，并设置好所述的两种磁异常传感器的系统时间；
(3)比测中，所述的比测装置随搭载设备下放至深海海底，所述的信号发生器(3)以固定的时间间隔持续发射标准的电磁信号，所述的标准磁异常传感器(1)、待比测磁异常传感器(2)持续采集、处理、保存接收到的电磁信号；
(4)比测完成后，将所述的比测装置拉至海面回收，关闭电源；
(5)分析存储在非易失性存储介质上的测试数据，得到所述的两种磁异常传感器的性能比测结果。
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