單艙球海底電場儀的製作方法

2023-06-20 07:03:16 1

專利名稱：單艙球海底電場儀的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於海洋地球物理探測設備領域，涉及一種單艙球海底電場儀。
背景技術：
在海底進行地球物理探測可直接獲取地下地球物理信息，與在海面間接探測相比，上述在海底直接探測的方法可以避免海水層對信號的影響。海底地球物理探測需考慮儀器投放、在水中的沉放及起浮過程的姿態控制、儀器密封及耐壓、施工的可行性、與儀器通訊及功耗等影響因素，保證儀器可準確定向、穩定工作，並且可以成功回收。目前，世界各國分別研製了進行海底探測的測量儀器。日本和美國的海底電場儀體積都比較巨大，均設有兩個或者多個儀器艙，和兩根不可摺疊的電極臂。一條直線上的電極臂最遠端的距離一般為8-15米左右，電極臂外端設有電測量裝置。電場儀通過測量電極臂最遠端的電勢差得到原始測量數據。由於上述電場儀的電極臂不可彎折，在將電場儀進行投放入海的過程中，需要利用長臂吊車將該電場儀伸出船體，然後沉放入海，經過一段時間(幾天至幾個月)的海底測量工作後，再將其回收。上述電場儀存在著需要大型機械輔助， 投放和回收的施工都比較困難的不足。

實用新型內容本實用新型的目的就是解決現用技術中存在的上述問題，提供一種實現了易於投放和定向、抗幹擾、能自主沉放及起浮且能穩定記錄電場信號的，一體化結構的單艙球海底電場儀。為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為一種單艙球海底電場儀，包括儀器艙、錨系裝置、脫鉤機構；其中，所述儀器艙內部設有用於電場測量和記錄的設備，所述儀器艙的頂端連接有多根電極臂，每根所述電極臂的外端設有電場傳感器；所述脫鉤機構設置於所述儀器艙的頂端；所述錨系裝置位於所述儀器艙的底端，通過拉緊裝置與所述脫鉤機構相連，所述拉緊裝置可在回收時與所述脫鉤機構斷開連接，使所述儀器艙與所述錨系裝置分離。在上述技術方案中，所述脫鉤機構通過螺栓固裝於儀器艙的頂端，其包括 通過環座與所述儀器艙頂端連接的環板；與所述環板連接的擋塊；與所述擋塊可旋轉連接的旋轉頭，所述旋轉頭與所述電極臂相連。在上述技術方案中，所述電極臂包括多段相互套接在一起的電極臂管和臂管連接筒，所述電極臂的內端與所述旋轉頭連接，所述電極臂可通過所述旋轉頭旋轉至豎直或者水平的狀態。在上述技術方案中，所述儀器艙包括外部的塑料艙殼和內部的玻璃艙球，所述用於電場測量和記錄設備設置於所述玻璃艙球的內部。在上述技術方案中，所述用於電場測量和記錄設備包括電場採集器、水聲通訊板、以及供電裝置。[0011]在上述技術方案中，所述水聲通訊板通過上託盤固定並與所述電場採集器隔離開。在上述技術方案中，所述電場傳感器為固態銀-氯化銀電極。在上述技術方案中，所述錨系裝置為玻璃鋼材質，其中間為圓形平臺，四周由八根加強筋固定，底部澆注有控制所述錨系裝置整體重量的水泥。在上述技術方案中，所述拉緊裝置為拉緊鋼絲。在上述技術方案中，所述脫鉤機構為雙層結構，包括不鏽鋼螺柱、螺杆支撐板、繞絲固定板，其中，片狀環繞絲固定板和片狀環螺杆支撐板上下平行設置，以多數個不鏽鋼螺柱將兩者固接，其中兩個位於直徑上的螺柱上端伸出固定板的上表面相互連接，構成吊鉤； 螺杆支撐板內孔直徑與儀器艙頂部外圓直徑相適配；片狀環繞絲固定板上表面設有正極、 脫鉤滑塊、繞絲釘、負極，正極、負極位於固定板內孔直徑方向的相對兩側，正極上套接壓絲墊片後螺接鎖緊螺母，負極上套接負極保護套；在與正極、負極構成的直徑方向相垂直的直徑方向上兩端，於固定板周緣上設有向圓心的凹槽，兩凹槽內各設有一脫鉤滑塊，L狀脫鉤滑塊與凹槽相適配，其向上突起的固定壁中間有一固接口，固接口供拉緊鋼絲纏繞連接， 其底座上設有多個繞絲釘和一禁錮螺栓；在固定板上表面還設有多個繞絲釘，繞絲釘均勻分布，分布的位置與正極、負極的位置構成圓環形；一熔斷鋼絲經正極和順序經所有的繞絲釘繞成環，並以鎖緊螺母和繞絲釘固緊定位，將脫鉤滑塊固於固定板上，熔斷鋼絲與兩負極觸接。本實用新型的上述技術方案相比現有技術具有以下優點本實用新型的單艙球海底電場儀，採用了單艙球的一體化結構，並且電極臂可以旋轉豎起，並可以在投放在海水中後展開放平；能夠自主沉放及起浮，並且易於投放和定向。科研人員可以在不利用長臂吊車等大型機械設備輔助的情況下，方便的進行施工操作和維護使用，大大節省了科研投資。本實用新型的單艙球海底電場儀，儀器艙密封良好，抗幹擾、且能穩定記錄電場信號。本實用新型的單艙球海底電場儀在回收時，利用海水特性，進行電腐蝕熔斷鋼絲， 儀器艙和電極臂即利用海水浮力上浮，方便回收。本實用新型的單艙球海底電場儀功能集中於單一艙球內，可保證可靠的電場探測要求並且減小了儀器體積，易於安裝和投放，具有耐壓、耐腐蝕和防水功能，能夠順利沉放及起伏回收，可在海底穩定工作。適用於海洋石油和礦產勘探、海洋地質結構調查等領域。

為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據本實用新型的具體實施例並結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1是本實用新型的單艙球海底電場儀的立體結構示意圖；圖2是本實用新型的單艙球海底電場儀的儀器艙頂部部分的結構示意圖；圖3是本實用新型的單艙球海底電場儀的縱截面示意圖(電極臂部分未示出)；圖4是本實用新型的單艙球海底電場儀的電極臂端部位置的電場傳感器的結構示意圖；[0026]圖5是位於本實用新型的單艙球海底電場儀底部的錨系裝置的結構示意圖；附圖標記表示為1、極罐轉接頭；2、極罐；3、臂管連接筒；4、非金屬沉耦架；5、拉緊鋼絲；6、鎖緊螺栓；7、擋塊；8、旋轉頭；9、環板；10、環座；11、水聲傳感器；12、塑料艙殼；13、玻璃艙球； 14、0型圈；15、上託盤；16、鋰電池；17、水泥；18、脫鉤機構；19、電場採集器；20、密封膠泥； 21、下託盤；22、導線；23、海水；24、電場傳感器；25、螺栓；26、電極臂管；27、水聲通訊板； 觀、密封插頭。
具體實施方式
本實用新型的單艙球海底電場儀主要由五個部分組成脫鉤機構、儀器艙、電極臂，電場傳感器，以及錨系裝置。圖1-5顯示了一種具體實施方式
。一、脫鉤機構所述脫鉤機構18為雙層結構，其包括不鏽鋼螺柱、螺杆支撐板、繞絲固定板，其中，片狀環繞絲固定板和片狀環螺杆支撐板上下平行設置，以多數個不鏽鋼螺柱將兩者固接，其中兩個位於直徑上的螺柱上端伸出固定板的上表面相互連接，構成吊鉤；螺杆支撐板內孔直徑與儀器艙頂部外圓直徑相適配；片狀環繞絲固定板上表面設有正極、脫鉤滑塊、繞絲釘、負極，正極、負極位於固定板內孔直徑方向的相對兩側，正極上套接壓絲墊片後螺接鎖緊螺母，負極上套接負極保護套；在與正極、負極構成的直徑方向相垂直的直徑方向上兩端，於固定板周緣上設有向圓心的凹槽，兩凹槽內各設有一脫鉤滑塊，L狀脫鉤滑塊與凹槽相適配，其向上突起的固定壁中間有一固接口，固接口供拉緊鋼絲纏繞連接，其底座上設有多個繞絲釘和一禁錮螺栓；在固定板上表面還設有多個繞絲釘，繞絲釘均勻分布， 分布的位置與正極、負極的位置構成圓環形；一熔斷鋼絲經正極和順序經所有的繞絲釘繞成環，並以鎖緊螺母和繞絲釘固緊定位，將脫鉤滑塊固於固定板上，熔斷鋼絲與兩負極觸接；在安裝和使用脫鉤裝置18的過程中，將儀器艙置於錨系裝置中，即非金屬沉耦架 4中，脫鉤機構18置於儀器艙頂端，螺杆支撐板內孔與儀器艙頂端相接，以拉緊裝置即多根拉緊鋼絲5纏繞於脫鉤滑塊的固接口後，用多個鎖緊螺栓6拉緊多根拉緊鋼絲5，以固定儀器艙；在固定儀器艙後，卸掉用來固定脫鉤滑塊的禁錮螺栓，再利用鎖緊螺栓6來拉緊鋼絲 5調整儀器艙的緊固程度；在儀器回收時利用海水特性進行電腐蝕熔斷鋼絲，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。本實施例未在說明書附圖中詳細示出脫鉤機構18，其具體結構請參閱申請號為 200810117385. 4，名稱為七通道多功能海底地震儀的中國專利。二、儀器艙如圖1和3所示，儀器艙是海底電場儀可回收部分，它是由外部的塑料艙殼12和內部的玻璃艙球13組成，本實用新型選用VITR0VEX公司生產的耐壓6000米水深的17英寸玻璃艙球，其在水中可以提供25KG的浮力。玻璃艙球13外部頂端的上方，環座10的下方，設有水聲傳感器11，其用於水聲通訊信號接收與應答；玻璃艙球13的內部固裝有組合電源、水聲通訊模塊、數據採集裝置等。塑料艙殼12分為上下半艙，通過螺栓壓緊內部的玻璃艙球13 ；玻璃艙球13也分為上下半球，接縫處通過密封膠泥20密封，外部纏有3M膠帶保護密封膠泥20，以達到密封效果，確保海底電場儀在海底長時間工作。玻璃艙球13內部的主要儀器包括(1)水聲通訊板27，用於接收甲板上發送的釋放指令碼，反饋給控制板，完成儀器上浮的控制指令發送。所述水聲通訊板27通過上託盤15固定並與電場採集器19隔離開。(2)電場採集器19，用來採集電場傳感器M探測到的電信號，所述電場傳感器M 為固態銀-氯化銀電極。(3)供電裝置，即組合電源，其具體為用於海底電場儀電池採用鋰電池16，每套儀器安裝6枚鋰電池16。玻璃艙球13內部主要結構如下內部採用一體化結構，電池分為兩組，每組3節，並排立在電場採集器19的兩側， 用扎帶紮緊。電場採集器19通過螺釘固定在下託盤21上，上下玻璃半球通過壓緊上託盤 15的0型圈14和下託盤21的0型圈14來固定上述內部裝置，在上下玻璃半球壓緊的過程中0型圈14產生一定的壓縮量，並與玻璃艙球12內壁產生摩擦力，達到固定的目的，使得電場採集器19不易側歪和鬆動。這種安裝固定方式，避免了以往在固定內部結構時使用與玻璃艙球13內壁粘接的方式，造成的玻璃艙球13內壁破損的現象發生。上託盤15留有螺紋孔，用於固定水聲控制板27。電場採集器19和電池組均可在玻璃艙球13外進行組裝、調試，然後將測試完成的整體器放進玻璃艙球13下半球內，然後蓋上玻璃艙球上半球通過玻璃艙球13擠壓0型圈14來固定內部裝置。三、電極臂如圖1-4所示，海底電場儀的頂部安裝有環板9，通過兩根圓柱形環座10固定在脫鉤機構18的託盤上，環座10上表面通過螺栓固裝有四組擋塊7 (見圖2)，每組擋塊7中間穿有轉軸，轉軸上面套裝有旋轉頭8。旋轉頭8可以自由旋轉。所述電極臂可通過所述旋轉頭8旋轉至豎直或者水平的狀態。四根電極臂，其一端與旋轉頭8通過螺栓固裝。相鄰兩根電極臂之間成90度間隔均勻分布。每根電極臂由兩根2. 5米長的電極臂管沈組成，兩根電極臂管沈之間採用通過四根螺栓25固接的臂管連接筒3相連。每根電極臂另一端通過極罐轉接頭1連接有極罐2(見圖4)，所述極罐2內部設有電場傳感器M。極罐2上設有小孔，極罐2內部的海水 23與極罐2外部導通。在投放海底電場儀入海時，可以將四根所述電極臂豎起，並在海底電場儀由運輸船搬運到海中，然後將電極臂處於水平位置。這樣先豎起再放平的投放方式，分別有利於海底電場儀順利的完成搬運出船，以及接下來該海底電場儀平穩的沉放到海底。另外，電極臂在運輸過程中為分散的電極臂管沈、臂管連接筒3、極罐轉接頭1和極罐2，在投放入海之前再將其進行組裝成電極臂，組裝方便，並且易於運輸。四、電場傳感器電場傳感器M為固態銀-氯化銀電極，其通過導線22與玻璃艙球13上的密封插頭觀連接，進而實現與玻璃艙球13內部的電場採集器19的連接。上述密封插頭觀用於防止海水進入玻璃艙球13內部。電場傳感器M浸泡在極罐內的海水23中，用來探測海水中的電信號，並傳遞給電場採集器19。五、錨系裝置[0051]錨系裝置為用表面附著防鏽漆的，由非金屬材料玻璃鋼一次鑄造而成的非金屬沉耦架4，在該非金屬沉耦架4中心有一個圓盤，圓盤下面的底部澆注約為50mm(毫米)厚的水泥17，該水泥17用於控制錨系裝置的整體重量，使得電場儀在下沉時儘量保持垂直姿態， 控制下沉速度，確保儀器可以平穩著地，並起到了抵禦海流的橫向衝擊，在軟質海底環境中穩定電場儀的作用。所述錨系裝置位於所述儀器艙的底端，通過拉緊裝置(拉緊鋼絲)與所述脫鉤機構相連，所述拉緊裝置可在回收時與所述脫鉤機構斷開連接(斷開連接的具體方式詳見上述脫鉤機構部分)，使所述儀器艙與所述錨系裝置分離。通過以上五部分組合設計，形成單艙球海底電場儀。採用以上設計方案的本實用新型的單艙球海底電場儀功能集中於單一艙球內，可保證可靠的電場探測要求並且減小了儀器體積，易於安裝和投放，具有耐壓、耐腐蝕和防水功能，能夠順利沉放及起伏回收，可在海底穩定工作。適用於海洋石油和礦產勘探、海洋地質結構調查等領域。附圖中的標記「01」即指示極罐轉接頭1，02即指示極罐2，其他標記類同不再贅述。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。
權利要求1.一種單艙球海底電場儀，其特徵在於，包括儀器艙、錨系裝置、脫鉤機構；其中， 所述儀器艙內部設有用於電場測量和記錄的設備，所述儀器艙的頂端連接有多根電極臂，每根所述電極臂的外端設有電場傳感器；所述脫鉤機構設置於所述儀器艙的頂端； 所述錨系裝置位於所述儀器艙的底端，通過拉緊裝置與所述脫鉤機構相連，所述拉緊裝置可在回收時與所述脫鉤機構斷開連接，使所述儀器艙與所述錨系裝置分離。
2.由權利要求1所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述脫鉤機構通過螺栓固裝於儀器艙的頂端，其包括通過環座與所述儀器艙頂端連接的環板；與所述環板連接的擋塊；與所述擋塊可旋轉連接的旋轉頭，所述旋轉頭與所述電極臂相連。
3.由權利要求2所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述電極臂包括多段相互套接在一起的電極臂管和臂管連接筒，所述電極臂的內端與所述旋轉頭連接，所述電極臂可通過所述旋轉頭旋轉至豎直或者水平的狀態。
4.由權利要求1所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述儀器艙包括外部的塑料艙殼和內部的玻璃艙球，所述用於電場測量和記錄設備設置於所述玻璃艙球的內部。
5.由權利要求1所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述用於電場測量和記錄設備包括電場採集器、水聲通訊板、以及供電裝置。
6.由權利要求5所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述水聲通訊板通過上託盤固定並與所述電場採集器隔離開。
7.由權利要求1所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述電場傳感器為固態銀-氯化銀電極。
8.由權利要求1所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述錨系裝置為玻璃鋼材質， 其中間為圓形平臺，四周由八根加強筋固定，底部澆注有控制所述錨系裝置整體重量的水泥。
9.由權利要求1所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述拉緊裝置為拉緊鋼絲。
10.由權利要求1-9任一所述的單艙球海底電場儀，其特徵在於，所述脫鉤機構為雙層結構，包括不鏽鋼螺柱、螺杆支撐板、繞絲固定板，其中，片狀環繞絲固定板和片狀環螺杆支撐板上下平行設置，以多數個不鏽鋼螺柱將兩者固接，其中兩個位於直徑上的螺柱上端伸出固定板的上表面相互連接，構成吊鉤；螺杆支撐板內孔直徑與儀器艙頂部外圓直徑相適配；片狀環繞絲固定板上表面設有正極、脫鉤滑塊、繞絲釘、負極，正極、負極位於固定板內孔直徑方向的相對兩側，正極上套接壓絲墊片後螺接鎖緊螺母，負極上套接負極保護套； 在與正極、負極構成的直徑方向相垂直的直徑方向上兩端，於固定板周緣上設有向圓心的凹槽，兩凹槽內各設有一脫鉤滑塊，L狀脫鉤滑塊與凹槽相適配，其向上突起的固定壁中間有一固接口，固接口供拉緊鋼絲纏繞連接，其底座上設有多個繞絲釘和一禁錮螺栓；在固定板上表面還設有多個繞絲釘，繞絲釘均勻分布，分布的位置與正極、負極的位置構成圓環形；一熔斷鋼絲經正極和順序經所有的繞絲釘繞成環，並以鎖緊螺母和繞絲釘固緊定位， 將脫鉤滑塊固於固定板上，熔斷鋼絲與兩負極觸接。
專利摘要一種單艙球海底電場儀是用於海底進行海洋電場信號測量的地球物理儀器，包括儀器艙、錨系裝置、脫鉤機構；其中，所述儀器艙內部設有用於電場測量和記錄的設備，所述儀器艙的頂端連接有多根電極臂，每根所述電極臂的外端設有電場傳感器；所述脫鉤機構設置於所述儀器艙的頂端；所述錨系裝置位於所述儀器艙的底端，通過拉緊裝置與所述脫鉤機構相連。本實用新型的單艙球海底電場儀功能集中於單一艙球內，可保證可靠的電場探測要求並且減小了儀器體積，易於安裝和投放，具有耐壓、耐腐蝕和防水功能，能夠順利沉放及起伏回收，可在海底穩定工作。適用於海洋石油和礦產勘探、海洋地質結構調查等領域。
文檔編號G01V3/00GK202110293SQ20112023629
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者徐亞, 遊慶瑜, 趙春蕾, 郝天珧, 黃松 申請人:中國科學院地質與地球物理研究所