高精度海底地溫梯度探測設備的製作方法
2023-05-25 03:50:16 2
高精度海底地溫梯度探測設備的製作方法
【專利摘要】本發明是一種用於測量海底表層地熱參數的高精度海底地溫梯度探測設備。包括有壓力保護管、絕熱杆、絕緣體、雙色LED、電子儀器艙殼體、充電感應線圈、若干熱敏電阻，其中電子儀器艙殼體的中空腔體為電子儀器艙，絕緣體裝設在電子儀器艙的一側，壓力保護管支承在絕緣體上，絕熱杆裝設在壓力保護管內，若干熱敏電阻安裝在絕熱杆上，三軸加速度傳感器裝設在電子儀器艙內，雙色LED、充電感應線圈裝設在電子儀器艙的外側，且雙色LED、充電感應線圈的外側裝設有透明保護罩，雙色LED、充電感應線圈、若干熱敏電阻、三軸加速度傳感器通過導線與安裝在電子儀器艙內的控制裝置連接。本發明通過雙色LED指示設備的傾角變化，方便操控，提高數據採集的有效率。
【專利說明】高精度海底地溫梯度探測設備
【技術領域】
[0001] 本發明是一種能開展高精度海底地溫梯度測量的探測設備，屬於高精度海底地溫 梯度探測設備的創新技術。
【背景技術】
[0002] 海洋地質勘測中經常需要獲取海底垂直方向的高精度地溫梯度數據，形成相關的 高精度地溫場數據，以便配合其他物理參數進行相關礦產的成礦機理、成礦特徵、成藏動力 學、富集規律和儲量估算等研究工作。
[0003] 常規的海底熱流探測設備(包括地溫梯度探測設備和地熱探針）是通過調查船和 船載絞車在深海海域開展海底熱流探測活動的，這種方式的海底熱流原位探測工作存在著 探測位置不便控制、無法精確定位等問題。隨著海底探測技術的不斷發展，水下機器人（R0V 和H0V)越來越多應用到深海海底的各種科考和海洋工程項目之中。用海底機器人進行海 底地溫梯度探測不但可以實現精確定位，又可以進行高密度採樣，從而實現了解海底精細 的地溫場信息目的。因而為水下機器人量身定做相應的探測工具也是水下機器人技術發展 中一項主要工作。由於探測設備處於深海海底的離線工作環境，一般使用電池作為能源供 給方式，在使用一段時間後需要打開儀器倉進行電池的充電或更換，隨後進行的相關水密 處理。因在工作現場無法進行高壓力的水密測試，容易出現問題，導致設備使用過程中的損 壞。在深海海底環境下使用設備時，一般通過遙控機械手或水下機器人進行操控，倘若設備 沒有相應的指示標誌，很難判斷設備是否處於垂直方向，同時數據中沒有傾角等姿態信息， 無法對地溫梯度數據進行修正改正，影響採集數據的質量，不能很好地滿足科研工作的要 求。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於考慮上述問題而提供一種高精度海底地溫梯度探測設備。本發 明提高了所獲取數據的有效率和精度，且設備的使用及維護簡單方便，可靠性高。
[0005] 本發明的技術方案是：本發明的高精度海底地溫梯度探測設備，包括有壓力保護 管、電子儀器艙、透明保護罩、絕熱杆、絕緣體、雙色LED、電子儀器艙殼體、充電感應線圈、若 乾熱敏電阻，其中電子儀器艙殼體的中空腔體為電子儀器艙，絕緣體裝設在電子儀器艙的 一側，壓力保護管支承在絕緣體上，絕熱杆裝設在壓力保護管內，若干熱敏電阻安裝在絕熱 杆上，三軸加速度傳感器裝設在電子儀器艙內，雙色LED、充電感應線圈裝設在電子儀器艙 的外側，且雙色LED、充電感應線圈的外側裝設有透明保護罩，雙色LED、充電感應線圈、若 乾熱敏電阻、三軸加速度傳感器通過導線與安裝在電子儀器艙內的控制裝置連接。
[0006] 本發明針對深海水下機器人專用設備的一些工作特點，集成一個三軸加速度傳感 器，通過在設備頂端安裝的雙色LED指示是否處於垂直狀態，並在記錄多通道溫度數據的 同時，記錄設備的傾角數據，以便在後續的數據處理分析中對地溫梯度數據進行相關的修 正，從而提高了所獲取數據的有效率和精度；在LED光學窗口下安裝有無線充電感應線圈， 無需頻繁打開儀器倉，免除了相應的設備水密問題，提高了設備的可操作性和可靠性；熱敏 電阻等距地安裝在一個比鋼管內徑稍小的實心絕熱杆上，保證熱敏電阻能等距貼近壓力保 護鋼管的壁殼，從而提高系統的熱工參數的一致性和響應速度；設備內部使用24位A/D轉 換器進行數據採樣，以達到高精度和快速的溫度數據採樣。本發明是一種設計巧妙，性能優 良，方便實用的高精度海底地溫梯度探測設備。本發明的高精度海底地溫梯度探測設備操 作簡單，方便實用，測量精度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發明的結構示意圖； 圖2為本發明熱敏電阻的安裝示意圖； 圖3為本發明絕熱杆安裝熱敏電阻的截面示意圖； 圖4為本發明控制裝置的原理框圖。
【具體實施方式】
[0008] 實施例： 本發明的結構示意圖如圖1所示，本發明的高精度海底地溫梯度探測設備，包括有壓 力保護管1、電子儀器艙2、透明保護罩3、絕熱杆4、絕緣體6、雙色LED8、電子儀器艙殼體7、 充電感應線圈9、若干熱敏電阻10、11、12,其中電子儀器艙殼體7的中空腔體為電子儀器艙 2,絕緣體6裝設在電子儀器艙2的一側，壓力保護管1支承在絕緣體6上，絕熱杆4裝設在 壓力保護管1內，若干熱敏電阻10、11、12安裝在絕熱杆4上，三軸加速度傳感器13裝設在 電子儀器艙2內，雙色LED8、充電感應線圈9裝設在電子儀器艙2的外側，且雙色LED8、充 電感應線圈9的外側裝設有透明保護罩3,雙色LED8、充電感應線圈9處於透明保護罩3的 保護之下。且雙色LED8、充電感應線圈9、若干熱敏電阻10、11、12、三軸加速度傳感器13通 過導線與安裝在電子儀器艙2內的控制裝置連接。本實施例中，電子儀器艙2的電子儀器 艙殼體7和壓力保護管1的外殼5通過絕緣體6分開。
[0009] 為便於安裝，上述絕熱杆4的一側開有一條導線槽21，絕熱杆4的另一側開有若干 安裝熱敏電阻的凹坑32,導線槽21與凹坑32之間通過通孔31相通，若干熱敏電阻10、11、 12分別安裝在凹坑32上，若干熱敏電阻10、11、12的引線穿過通孔31與安裝在導線槽21 上的導線連接，即若干熱敏電阻1〇、11、12通過導線與安裝在電子儀器艙2內的控制裝置連 接。絕熱杆4安裝熱敏電阻10、11、12的截面示意圖如圖3所示，凹坑32比熱敏電阻稍大， 熱敏電阻10、11、12安裝在凹坑32上，使熱敏電阻呈現部分埋入絕熱杆4,熱敏電阻的引線 穿過通孔31與安裝在導線槽21上的導線連接，即熱敏電阻通過導線與安裝在電子儀器艙 2內的控制裝置連接。
[0010] 本實施例中，上述絕熱杆4的直徑小於壓力保護管1的內徑0. lmm-2mm。上述絕熱 杆4的直徑為壓力保護管1的內徑減去熱敏電阻10的半徑為最佳，以便熱敏電阻能夠貼近 壓力保護管1的內壁，同時方便裝配好的絕熱杆4安裝到壓力保護管1的內部。
[0011] 本實施例中，上述若干熱敏電阻1〇、11、12等距安裝在絕熱杆（4)上。本實施例中， 上述壓力保護管1為鋼管。
[0012] 本實施例中，上述電子儀器艙2內的控制裝置包括有CPU、2 4位A / D轉換器、 熱脈衝驅動電路、三軸加速度傳感器、LED驅動電路，其中若干熱敏電阻10、11、12分別通過 多路模擬開關與2 4位A / D轉換器連接，2 4位A / D轉換器與CPU連接，三軸加速度 傳感器13與CPU連接，CPU的輸出端通過LED驅動電路與雙色LED8連接，CPU通過RS485 數據通訊接口與PC機連接，充電感應線圈9通過無線充電模塊與電源模塊連接，電源模塊 與CPU連接。本實施例中，上述充電感應線圈9為無線充電感應線圈。
[0013] 本實施例中，上述電子儀器艙2內的控制裝置還包括有FLASH存儲器。上述電子 儀器艙2內的控制裝置還包括有實時時鐘。
[0014] 本實施例中，上述多路模擬開關與2 4位A / D轉換器之間還連接有差動電橋。
[0015] 本發明作為mK級的高精度地溫梯度測量設備可廣泛應用於深海海底的原位探測 工作。
[0016] 本發明通過將熱敏電阻等距地安裝在一根比壓力保護鋼管內徑稍小的實心絕熱 杆上，解決了在細長狹小鋼管中熱敏電阻的等距安裝問題，能夠保證各熱敏電阻等距地貼 近壓力保護鋼管內壁，提高了各測量通道的熱工參數的一致性和響應速度，從而獲得了高 精度的地溫梯度數據。
[0017] 本發明通過使用內置三軸加速度傳感器，在每次測量多通道溫度數據時，讀取相 關數據並實時計算出設備所處的傾角數據，及時通過頂端的雙色LED顯示，方便操控人員 進行判斷，提高測量工作的可操作性，該傾角數據也與多通道溫度數據一起儲存在大容量 FLASH存儲器中，在後續的數據處理分析中用於對地溫梯度數據進行傾角改正，提高了在深 海海底獲取的地溫梯度測量數據的精確度。
[0018] 本發明通過使用內置的無線充電裝置，無需打開儀器倉即可完成內置電池的充電 工作，該內置無線充電裝置的感應線圈位於LED透明指示罩的下方，無需另外在設備上開 啟電氣接口，從而避免打開儀器倉帶來的高壓環境下的水密處理問題，簡化設備的使用與 維護工作，提高設備的可靠性。
[0019] 本發明的工作原理是：在CPU的控制下，以一定速率逐個讀取熱敏電阻、三軸加速 度傳感器和實時時鐘等數據，存入FLASH，並根據三軸加速度傳感器的數據計算出設備的 傾斜角度，通過雙色LED8予以標示。
[0020] 設備回收後，通過RS485數據通訊接口讀出採集的數據，通過後續數據處理獲得 所需的海底地溫梯度測量信息。電子儀器艙2的電子儀器艙殼體7和壓力保護管1的外殼 5通過絕緣體6分開，電子儀器艙2的外殼7和壓力保護管1的外殼5分別兼作RS485數據 通訊接口的正、負信號端子。
[0021] 在電池電壓不足時，充電感應線圈9獲取的能量通過無線充電模塊對電池進行充 電，不再需要打開電子設備艙進行電池的充電，簡化設備的使用操作。
[0022] 本發明克服現有設備存在的探測位置不便控制、採樣速度慢以及需要打開儀器艙 進行電池的充電或更換造成的水密處理難題等問題，通過雙色LED指示設備的傾角變化， 方便操控，提高數據採集的有效率。本發明是一種用於測量海底表層地熱參數的高精度海 底地溫梯度探測設備，可以給海洋地質勘測提供更精確和更多的地溫場信息。
[0023] 上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和 權利要求的保護範圍內，對本發明做出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於包括有壓力保護管（1)、電子儀器 艙（2)、透明保護罩（3)、絕熱杆（4)、絕緣體（6)、雙色LED (8)、電子儀器艙殼體（7)、充電感 應線圈（9)、若干熱敏電阻（10、11、12)，其中電子儀器艙殼體（7)的中空腔體為電子儀器艙 (2)，絕緣體（6)裝設在電子儀器艙（2)的一側，壓力保護管（1)支承在絕緣體（6)上，絕熱 杆（4)裝設在壓力保護管（1)內，若干熱敏電阻（10、11、12)安裝在絕熱杆（4)上，三軸加速 度傳感器（13)裝設在電子儀器艙（2)內，雙色LED (8)、充電感應線圈（9)裝設在電子儀器 艙（2 )的外側，且雙色LED (8 )、充電感應線圈（9 )的外側裝設有透明保護罩（3 )，且雙色LED (8)、充電感應線圈（9)、若干熱敏電阻（10、11、12)、三軸加速度傳感器（13)通過導線與安 裝在電子儀器艙（2)內的控制裝置連接。
2. 根據權利要求1所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述絕熱杆（4) 的一側開有一條導線槽（21)，絕熱杆（4)的另一側開有若干安裝熱敏電阻的凹坑（32)，導 線槽（21)與凹坑（32)之間通過通孔（31)相通，若干熱敏電阻（10、11、12)分別安裝在凹坑 (32)上，若干熱敏電阻（10、11、12)的引線穿過通孔（31)與安裝在導線槽（21)上的導線連 接，即若干熱敏電阻（1〇、11、12)通過導線與安裝在電子儀器艙（2)內的控制裝置連接。
3. 根據權利要求1所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述絕熱杆（4) 的直徑小於壓力保護管（1)的內徑〇· lmm-2mm。
4. 根據權利要求1所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述若干熱敏電 阻（10、11、12)等距安裝在絕熱杆（4)上。
5. 根據權利要求1所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述壓力保護管 (1) 為鋼管。
6. 根據權利要求1至5任一項所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述 電子儀器艙（2)內的控制裝置包括有CPU、2 4位A / D轉換器、熱脈衝驅動電路、三軸加 速度傳感器、LED驅動電路，其中若干熱敏電阻（10、11、12)分別通過多路模擬開關與2 4 位A / D轉換器連接，2 4位A / D轉換器與CPU連接，三軸加速度傳感器與CPU連接，CPU 的輸出端通過LED驅動電路與雙色LED (8)連接，CPU通過RS485數據通訊接口與PC機連 接，充電感應線圈（9)通過無線充電模塊與電源模塊連接，電源模塊與CPU連接。
7. 根據權利要求6所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述電子儀器艙 (2) 內的控制裝置還包括有FLASH存儲器。
8. 根據權利要求6所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述電子儀器艙 (2)內的控制裝置還包括有實時時鐘。
9. 根據權利要求6所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述充電感應線 圈（9)為無線充電感應線圈。
10. 根據權利要求6所述的高精度海底地溫梯度探測設備，其特徵在於上述多路模擬 開關與2 4位A / D轉換器之間還連接有差動電橋。
【文檔編號】G01K1/08GK104062691SQ201410324194
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】徐鳴亞, 彭登, 徐行, 邢休東, 梁康康, 羅賢虎, 張志剛 申請人:廣東工業大學, 廣州海洋地質調查局