专利名称：单舱球海底电场仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于海洋地球物理探测设备领域，涉及一种单舱球海底电场仪。
背景技术：
在海底进行地球物理探测可直接获取地下地球物理信息，与在海面间接探测相比，上述在海底直接探测的方法可以避免海水层对信号的影响。海底地球物理探测需考虑仪器投放、在水中的沉放及起浮过程的姿态控制、仪器密封及耐压、施工的可行性、与仪器通讯及功耗等影响因素，保证仪器可准确定向、稳定工作，并且可以成功回收。目前，世界各国分别研制了进行海底探测的测量仪器。日本和美国的海底电场仪体积都比较巨大，均设有两个或者多个仪器舱，和两根不可折叠的电极臂。一条直线上的电极臂最远端的距离一般为8-15米左右，电极臂外端设有电测量装置。电场仪通过测量电极臂最远端的电势差得到原始测量数据。由于上述电场仪的电极臂不可弯折，在将电场仪进行投放入海的过程中，需要利用长臂吊车将该电场仪伸出船体，然后沉放入海，经过一段时间(几天至几个月)的海底测量工作后，再将其回收。上述电场仪存在着需要大型机械辅助， 投放和回收的施工都比较困难的不足。
实用新型内容本实用新型的目的就是解决现用技术中存在的上述问题，提供一种实现了易于投放和定向、抗干扰、能自主沉放及起浮且能稳定记录电场信号的，一体化结构的单舱球海底电场仪。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为一种单舱球海底电场仪，包括仪器舱、锚系装置、脱钩机构；其中，所述仪器舱内部设有用于电场测量和记录的设备，所述仪器舱的顶端连接有多根电极臂，每根所述电极臂的外端设有电场传感器；所述脱钩机构设置于所述仪器舱的顶端；所述锚系装置位于所述仪器舱的底端，通过拉紧装置与所述脱钩机构相连，所述拉紧装置可在回收时与所述脱钩机构断开连接，使所述仪器舱与所述锚系装置分离。在上述技术方案中，所述脱钩机构通过螺栓固装于仪器舱的顶端，其包括 通过环座与所述仪器舱顶端连接的环板；与所述环板连接的挡块；与所述挡块可旋转连接的旋转头，所述旋转头与所述电极臂相连。在上述技术方案中，所述电极臂包括多段相互套接在一起的电极臂管和臂管连接筒，所述电极臂的内端与所述旋转头连接，所述电极臂可通过所述旋转头旋转至竖直或者水平的状态。在上述技术方案中，所述仪器舱包括外部的塑料舱壳和内部的玻璃舱球，所述用于电场测量和记录设备设置于所述玻璃舱球的内部。在上述技术方案中，所述用于电场测量和记录设备包括电场采集器、水声通讯板、以及供电装置。[0011]在上述技术方案中，所述水声通讯板通过上托盘固定并与所述电场采集器隔离开。在上述技术方案中，所述电场传感器为固态银-氯化银电极。在上述技术方案中，所述锚系装置为玻璃钢材质，其中间为圆形平台，四周由八根加强筋固定，底部浇注有控制所述锚系装置整体重量的水泥。在上述技术方案中，所述拉紧装置为拉紧钢丝。在上述技术方案中，所述脱钩机构为双层结构，包括不锈钢螺柱、螺杆支撑板、绕丝固定板，其中，片状环绕丝固定板和片状环螺杆支撑板上下平行设置，以多数个不锈钢螺柱将两者固接，其中两个位于直径上的螺柱上端伸出固定板的上表面相互连接，构成吊钩； 螺杆支撑板内孔直径与仪器舱顶部外圆直径相适配；片状环绕丝固定板上表面设有正极、 脱钩滑块、绕丝钉、负极，正极、负极位于固定板内孔直径方向的相对两侧，正极上套接压丝垫片后螺接锁紧螺母，负极上套接负极保护套；在与正极、负极构成的直径方向相垂直的直径方向上两端，于固定板周缘上设有向圆心的凹槽，两凹槽内各设有一脱钩滑块，L状脱钩滑块与凹槽相适配，其向上突起的固定壁中间有一固接口，固接口供拉紧钢丝缠绕连接， 其底座上设有多个绕丝钉和一禁锢螺栓；在固定板上表面还设有多个绕丝钉，绕丝钉均勻分布，分布的位置与正极、负极的位置构成圆环形；一熔断钢丝经正极和顺序经所有的绕丝钉绕成环，并以锁紧螺母和绕丝钉固紧定位，将脱钩滑块固于固定板上，熔断钢丝与两负极触接。本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点本实用新型的单舱球海底电场仪，采用了单舱球的一体化结构，并且电极臂可以旋转竖起，并可以在投放在海水中后展开放平；能够自主沉放及起浮，并且易于投放和定向。科研人员可以在不利用长臂吊车等大型机械设备辅助的情况下，方便的进行施工操作和维护使用，大大节省了科研投资。本实用新型的单舱球海底电场仪，仪器舱密封良好，抗干扰、且能稳定记录电场信号。本实用新型的单舱球海底电场仪在回收时，利用海水特性，进行电腐蚀熔断钢丝， 仪器舱和电极臂即利用海水浮力上浮，方便回收。本实用新型的单舱球海底电场仪功能集中于单一舱球内，可保证可靠的电场探测要求并且减小了仪器体积，易于安装和投放，具有耐压、耐腐蚀和防水功能，能够顺利沉放及起伏回收，可在海底稳定工作。适用于海洋石油和矿产勘探、海洋地质结构调查等领域。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1是本实用新型的单舱球海底电场仪的立体结构示意图；图2是本实用新型的单舱球海底电场仪的仪器舱顶部部分的结构示意图；图3是本实用新型的单舱球海底电场仪的纵截面示意图(电极臂部分未示出)；图4是本实用新型的单舱球海底电场仪的电极臂端部位置的电场传感器的结构示意图；[0026]图5是位于本实用新型的单舱球海底电场仪底部的锚系装置的结构示意图；附图标记表示为1、极罐转接头；2、极罐；3、臂管连接筒；4、非金属沉耦架；5、拉紧钢丝；6、锁紧螺栓；7、挡块；8、旋转头；9、环板；10、环座；11、水声传感器；12、塑料舱壳；13、玻璃舱球； 14、0型圈；15、上托盘；16、锂电池；17、水泥；18、脱钩机构；19、电场采集器；20、密封胶泥； 21、下托盘；22、导线；23、海水；24、电场传感器；25、螺栓；26、电极臂管；27、水声通讯板； 观、密封插头。
具体实施方式
本实用新型的单舱球海底电场仪主要由五个部分组成脱钩机构、仪器舱、电极臂，电场传感器，以及锚系装置。图1-5显示了一种具体实施方式
。一、脱钩机构所述脱钩机构18为双层结构，其包括不锈钢螺柱、螺杆支撑板、绕丝固定板，其中，片状环绕丝固定板和片状环螺杆支撑板上下平行设置，以多数个不锈钢螺柱将两者固接，其中两个位于直径上的螺柱上端伸出固定板的上表面相互连接，构成吊钩；螺杆支撑板内孔直径与仪器舱顶部外圆直径相适配；片状环绕丝固定板上表面设有正极、脱钩滑块、绕丝钉、负极，正极、负极位于固定板内孔直径方向的相对两侧，正极上套接压丝垫片后螺接锁紧螺母，负极上套接负极保护套；在与正极、负极构成的直径方向相垂直的直径方向上两端，于固定板周缘上设有向圆心的凹槽，两凹槽内各设有一脱钩滑块，L状脱钩滑块与凹槽相适配，其向上突起的固定壁中间有一固接口，固接口供拉紧钢丝缠绕连接，其底座上设有多个绕丝钉和一禁锢螺栓；在固定板上表面还设有多个绕丝钉，绕丝钉均勻分布， 分布的位置与正极、负极的位置构成圆环形；一熔断钢丝经正极和顺序经所有的绕丝钉绕成环，并以锁紧螺母和绕丝钉固紧定位，将脱钩滑块固于固定板上，熔断钢丝与两负极触接；在安装和使用脱钩装置18的过程中，将仪器舱置于锚系装置中，即非金属沉耦架 4中，脱钩机构18置于仪器舱顶端，螺杆支撑板内孔与仪器舱顶端相接，以拉紧装置即多根拉紧钢丝5缠绕于脱钩滑块的固接口后，用多个锁紧螺栓6拉紧多根拉紧钢丝5，以固定仪器舱；在固定仪器舱后，卸掉用来固定脱钩滑块的禁锢螺栓，再利用锁紧螺栓6来拉紧钢丝 5调整仪器舱的紧固程度；在仪器回收时利用海水特性进行电腐蚀熔断钢丝，脱钩滑块被拉紧钢丝拉脱开，仪器舱即利用海水浮力上浮，以便回收。本实施例未在说明书附图中详细示出脱钩机构18，其具体结构请参阅申请号为 200810117385. 4，名称为七通道多功能海底地震仪的中国专利。二、仪器舱如图1和3所示，仪器舱是海底电场仪可回收部分，它是由外部的塑料舱壳12和内部的玻璃舱球13组成，本实用新型选用VITR0VEX公司生产的耐压6000米水深的17英寸玻璃舱球，其在水中可以提供25KG的浮力。玻璃舱球13外部顶端的上方，环座10的下方，设有水声传感器11，其用于水声通讯信号接收与应答；玻璃舱球13的内部固装有组合电源、水声通讯模块、数据采集装置等。塑料舱壳12分为上下半舱，通过螺栓压紧内部的玻璃舱球13 ；玻璃舱球13也分为上下半球，接缝处通过密封胶泥20密封，外部缠有3M胶带保护密封胶泥20，以达到密封效果，确保海底电场仪在海底长时间工作。玻璃舱球13内部的主要仪器包括(1)水声通讯板27，用于接收甲板上发送的释放指令码，反馈给控制板，完成仪器上浮的控制指令发送。所述水声通讯板27通过上托盘15固定并与电场采集器19隔离开。(2)电场采集器19，用来采集电场传感器M探测到的电信号，所述电场传感器M 为固态银-氯化银电极。(3)供电装置，即组合电源，其具体为用于海底电场仪电池采用锂电池16，每套仪器安装6枚锂电池16。玻璃舱球13内部主要结构如下内部采用一体化结构，电池分为两组，每组3节，并排立在电场采集器19的两侧， 用扎带扎紧。电场采集器19通过螺钉固定在下托盘21上，上下玻璃半球通过压紧上托盘 15的0型圈14和下托盘21的0型圈14来固定上述内部装置，在上下玻璃半球压紧的过程中0型圈14产生一定的压缩量，并与玻璃舱球12内壁产生摩擦力，达到固定的目的，使得电场采集器19不易侧歪和松动。这种安装固定方式，避免了以往在固定内部结构时使用与玻璃舱球13内壁粘接的方式，造成的玻璃舱球13内壁破损的现象发生。上托盘15留有螺纹孔，用于固定水声控制板27。电场采集器19和电池组均可在玻璃舱球13外进行组装、调试，然后将测试完成的整体器放进玻璃舱球13下半球内，然后盖上玻璃舱球上半球通过玻璃舱球13挤压0型圈14来固定内部装置。三、电极臂如图1-4所示，海底电场仪的顶部安装有环板9，通过两根圆柱形环座10固定在脱钩机构18的托盘上，环座10上表面通过螺栓固装有四组挡块7 (见图2)，每组挡块7中间穿有转轴，转轴上面套装有旋转头8。旋转头8可以自由旋转。所述电极臂可通过所述旋转头8旋转至竖直或者水平的状态。四根电极臂，其一端与旋转头8通过螺栓固装。相邻两根电极臂之间成90度间隔均勻分布。每根电极臂由两根2. 5米长的电极臂管沈组成，两根电极臂管沈之间采用通过四根螺栓25固接的臂管连接筒3相连。每根电极臂另一端通过极罐转接头1连接有极罐2(见图4)，所述极罐2内部设有电场传感器M。极罐2上设有小孔，极罐2内部的海水 23与极罐2外部导通。在投放海底电场仪入海时，可以将四根所述电极臂竖起，并在海底电场仪由运输船搬运到海中，然后将电极臂处于水平位置。这样先竖起再放平的投放方式，分别有利于海底电场仪顺利的完成搬运出船，以及接下来该海底电场仪平稳的沉放到海底。另外，电极臂在运输过程中为分散的电极臂管沈、臂管连接筒3、极罐转接头1和极罐2，在投放入海之前再将其进行组装成电极臂，组装方便，并且易于运输。四、电场传感器电场传感器M为固态银-氯化银电极，其通过导线22与玻璃舱球13上的密封插头观连接，进而实现与玻璃舱球13内部的电场采集器19的连接。上述密封插头观用于防止海水进入玻璃舱球13内部。电场传感器M浸泡在极罐内的海水23中，用来探测海水中的电信号，并传递给电场采集器19。五、锚系装置[0051]锚系装置为用表面附着防锈漆的，由非金属材料玻璃钢一次铸造而成的非金属沉耦架4，在该非金属沉耦架4中心有一个圆盘，圆盘下面的底部浇注约为50mm(毫米)厚的水泥17，该水泥17用于控制锚系装置的整体重量，使得电场仪在下沉时尽量保持垂直姿态， 控制下沉速度，确保仪器可以平稳着地，并起到了抵御海流的横向冲击，在软质海底环境中稳定电场仪的作用。所述锚系装置位于所述仪器舱的底端，通过拉紧装置(拉紧钢丝)与所述脱钩机构相连，所述拉紧装置可在回收时与所述脱钩机构断开连接(断开连接的具体方式详见上述脱钩机构部分)，使所述仪器舱与所述锚系装置分离。通过以上五部分组合设计，形成单舱球海底电场仪。采用以上设计方案的本实用新型的单舱球海底电场仪功能集中于单一舱球内，可保证可靠的电场探测要求并且减小了仪器体积，易于安装和投放，具有耐压、耐腐蚀和防水功能，能够顺利沉放及起伏回收，可在海底稳定工作。适用于海洋石油和矿产勘探、海洋地质结构调查等领域。附图中的标记“01”即指示极罐转接头1，02即指示极罐2，其他标记类同不再赘述。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求1.一种单舱球海底电场仪，其特征在于，包括仪器舱、锚系装置、脱钩机构；其中， 所述仪器舱内部设有用于电场测量和记录的设备，所述仪器舱的顶端连接有多根电极臂，每根所述电极臂的外端设有电场传感器；所述脱钩机构设置于所述仪器舱的顶端； 所述锚系装置位于所述仪器舱的底端，通过拉紧装置与所述脱钩机构相连，所述拉紧装置可在回收时与所述脱钩机构断开连接，使所述仪器舱与所述锚系装置分离。
2.由权利要求1所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述脱钩机构通过螺栓固装于仪器舱的顶端，其包括通过环座与所述仪器舱顶端连接的环板；与所述环板连接的挡块；与所述挡块可旋转连接的旋转头，所述旋转头与所述电极臂相连。
3.由权利要求2所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述电极臂包括多段相互套接在一起的电极臂管和臂管连接筒，所述电极臂的内端与所述旋转头连接，所述电极臂可通过所述旋转头旋转至竖直或者水平的状态。
4.由权利要求1所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述仪器舱包括外部的塑料舱壳和内部的玻璃舱球，所述用于电场测量和记录设备设置于所述玻璃舱球的内部。
5.由权利要求1所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述用于电场测量和记录设备包括电场采集器、水声通讯板、以及供电装置。
6.由权利要求5所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述水声通讯板通过上托盘固定并与所述电场采集器隔离开。
7.由权利要求1所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述电场传感器为固态银-氯化银电极。
8.由权利要求1所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述锚系装置为玻璃钢材质， 其中间为圆形平台，四周由八根加强筋固定，底部浇注有控制所述锚系装置整体重量的水泥。
9.由权利要求1所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述拉紧装置为拉紧钢丝。
10.由权利要求1-9任一所述的单舱球海底电场仪，其特征在于，所述脱钩机构为双层结构，包括不锈钢螺柱、螺杆支撑板、绕丝固定板，其中，片状环绕丝固定板和片状环螺杆支撑板上下平行设置，以多数个不锈钢螺柱将两者固接，其中两个位于直径上的螺柱上端伸出固定板的上表面相互连接，构成吊钩；螺杆支撑板内孔直径与仪器舱顶部外圆直径相适配；片状环绕丝固定板上表面设有正极、脱钩滑块、绕丝钉、负极，正极、负极位于固定板内孔直径方向的相对两侧，正极上套接压丝垫片后螺接锁紧螺母，负极上套接负极保护套； 在与正极、负极构成的直径方向相垂直的直径方向上两端，于固定板周缘上设有向圆心的凹槽，两凹槽内各设有一脱钩滑块，L状脱钩滑块与凹槽相适配，其向上突起的固定壁中间有一固接口，固接口供拉紧钢丝缠绕连接，其底座上设有多个绕丝钉和一禁锢螺栓；在固定板上表面还设有多个绕丝钉，绕丝钉均勻分布，分布的位置与正极、负极的位置构成圆环形；一熔断钢丝经正极和顺序经所有的绕丝钉绕成环，并以锁紧螺母和绕丝钉固紧定位， 将脱钩滑块固于固定板上，熔断钢丝与两负极触接。
专利摘要一种单舱球海底电场仪是用于海底进行海洋电场信号测量的地球物理仪器，包括仪器舱、锚系装置、脱钩机构；其中，所述仪器舱内部设有用于电场测量和记录的设备，所述仪器舱的顶端连接有多根电极臂，每根所述电极臂的外端设有电场传感器；所述脱钩机构设置于所述仪器舱的顶端；所述锚系装置位于所述仪器舱的底端，通过拉紧装置与所述脱钩机构相连。本实用新型的单舱球海底电场仪功能集中于单一舱球内，可保证可靠的电场探测要求并且减小了仪器体积，易于安装和投放，具有耐压、耐腐蚀和防水功能，能够顺利沉放及起伏回收，可在海底稳定工作。适用于海洋石油和矿产勘探、海洋地质结构调查等领域。
文档编号G01V3/00GK202110293SQ20112023629
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者徐亚, 游庆瑜, 赵春蕾, 郝天珧, 黄松 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所