一种卫星传输海洋磁力探测装置的制作方法

本实用新型涉及海洋地球物理探测领域，特别是涉及一种卫星传输海洋磁力探测装置。

背景技术：

海洋磁力探测是海洋地球物理探测必不可少的一种探测手段，在海底构造科学研究、海洋油气资源勘查、海洋工程、军事目标跟踪监测等领域得到广泛应用。

目前的海洋磁力探测主要采用调查船拖曳方式进行，由于太阳日变化的干扰，使得调查船海洋磁测数据必须经过日变改正才能使用。但海洋地磁日变观测台站稀少，这导致远海海洋磁力探测数据精度下降。

此外，由于海水是导体，海水、海流等对磁场分布具有重要影响，海底地磁日变观测台站获取的日变观测数据会受到海水层的影响而发生畸变，导致深远海磁力测量日变改正不完全，降低了海洋磁力调查的精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种卫星传输海洋磁力探测装置，提升调查船远海海洋磁测数据精度。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种卫星传输海洋磁力探测装置，包括：海底设备和海面设备，所述海底设备布放于海底；所述海面设备漂浮于海面；所述海底设备与所述海面设备通过锚系连接；

所述海面设备包括海面卫星收发装置和海面数传装置；所述锚系包括铠装缆、水中浮体、总场磁力仪、海面连接件和海底连接件；所述海底设备包括海底磁力仪、无磁无磁底锚重块和声学释放器；

所述海面卫星收发装置与所述海面数传装置通信连接，所述海面数传装置与所述铠装缆连接；所述海面卫星收发装置用于通过卫星与岸基实验室通信；所述海面数传装置用于将海面卫星收发装置发送过来的数据进行编码并发送给所述海底设备和总场磁力仪，还将由所述海底设备和总场磁力仪传送过来的数据进行解码并发送给所述海面卫星收发装置；

所述海底磁力仪与所述铠装缆连接，所述声学释放器将所述锚系与所述无磁底锚重块机械连接；所述无磁底锚重块沉于海底，所述海底磁力仪用于探测海底磁力数据；

所述海面连接件和所述海底连接件分别连接到所述铠装缆的两端，所述水中浮体位于所述铠装缆的靠近所述海底连接件的一侧；所述海面连接件将所述铠装缆与所述海面设备机械连接，所述海底连接件将所述声学释放器与所述铠装缆机械连接；所述总场磁力仪为多个，分别安装在所述铠装缆的不同深度处；所述总场磁力仪用于探测不同深度处的海洋磁力数据。

可选的，所述海面设备还包括光伏供能装置、浮体和塔架；

所述海面数传装置和所述塔架均设置在所述浮体上，所述光伏供能装置和所述海面卫星收发装置均设置在所述塔架上；

所述光伏供能装置与所述海面数传装置连接；所述海面数传装置还用于对所述光伏供能装置提供的电能进行升压，所述海底磁力仪还用于对所述铠装缆传输的电能进行降压。

可选的，所述海面数传装置包括海面电压转换器、海面数据转换装置、海面数据存储器和海面数传密封舱；

所述海面电压转换器、所述海面数据转换装置和所述海面数据存储器均设置在所述海面数传密封舱内；

所述海面电压转换器用于将光伏供能装置产生的低电压电源通过DC/DC升压器升压；

所述海面数据转换装置用于将海面卫星收发装置发送过来的数据进行编码并通过所述铠装缆发送给所述海底设备和将由所述海底设备通过铠装缆传送过来的数据进行解码并发送给所述海面卫星收发装置；

所述海面数据存储器用于存储由海底磁力仪和总场磁力仪传送至海面的数据。

可选的，所述总场磁力仪包括海中磁力探头、海中中央控制器、海中数传装置、海中可充电电池组和海中耐压舱体；

所述海中磁力探头、所述海中中央控制器、所述海中数传装置和所述海中可充电电池组均设置在所述海中耐压舱体内；

所述海中磁力探头和所述海中数传装置均与所述海中中央控制器双向连接；所述海中磁力探头用于探测海洋磁力信号，所述海中中央控制器用于对所述磁力信号进行处理；所述海中数传装置用于将所述海中中央控制器处理后的磁力信号进行编码并通过所述铠装缆发送到所述海面设备和将由所述海面设备发送过来的数据进行解码并发送到所述海中中央控制器；所述海中数传装置还用于对所述铠装缆传输的电能进行降压；

所述海中可充电电池组通过所述铠装缆与所述光伏供能装置连接，接收所述光伏供能装置提供的电能；所述海中可充电电池组用于为所述海中磁力探头、所述海中中央控制器和所述海中数传装置供电。

可选的，所述海底磁力仪包括海底耐压舱体、海底磁力探头、海底中央控制器、海底数传装置、姿态传感器、寻北仪、海底可充电电池组和无磁性沉放架；

所述海底磁力探头、所述海底中央控制器、所述海底数传装置、所述姿态传感器、所述寻北仪和所述海底可充电电池组均设置在所述海底耐压舱体内；所述无磁性沉放架用于支撑所述海底耐压舱体；

所述海底磁力探头、所述海底数传装置、所述姿态传感器和所述寻北仪均与所述海底中央控制器双向连接；所述海底磁力探头用于接收磁力信号；所述姿态传感器用于测量姿态信息；所述寻北仪用于测量方位信息；所述海底中央控制器用于根据所述磁力信号、所述姿态信息和所述方位信息对磁力进行解算；所述海底数传装置用于将所述海底中央控制器处理后的磁力信号进行编码并通过所述铠装缆发送到所述海面设备和将由所述海面设备发送过来的数据进行解码并发送到所述海底中央控制器；所述海底数传装置还用于对所述铠装缆传输的电能进行降压；

所述海底可充电电池组通过所述铠装缆与所述光伏供能装置连接，接收所述光伏供能装置提供的电能；所述海底可充电电池组用于为所述磁力探头、所述中央控制器和所述海底数传装置供电。

可选的，所述海面连接件包括海面万向节、承重电滑环和海面承重加强件；

所述海面万向节、所述承重电滑环和所述海面承重加强件从上至下依次设置；所述海面万向节将所述浮体与所述承重电滑环机械连接；所述承重电滑环用于保证所述海面数传装置与所述铠装缆在相对旋转状态时电能和信号的传输；所述海面承重加强件用于对所述铠装缆进行加强。

可选的，所述海底连接件包括海底万向节和海底承重加强件；所述海底万向节将所述铠装缆与所述声学释放器机械连接，所述海底承重加强件用于对所述铠装缆进行加强。

可选的，所述铠装缆包括缆芯、内护层、铠装层和外护层；

所述内护层包覆于所述缆芯外；所述铠装层包覆于所述内护层外；所述外护层包覆于所述铠装层外；所述铠装层为芳纶纤维材料，所述外护层为防水结构层。

可选的，所述光伏供能装置包括太阳能电池板、蓄电池、电源管理装置和电池密封舱；

所述太阳能电池板、所述蓄电池和所述电源管理装置均设置在所述电池密封舱内；

所述太阳能电池板在白天将太阳能转换为电能并存储到所述蓄电池内；所述电源管理装置与所述蓄电池连接，用于对所述蓄电池的充电和放电进行控制。

可选的，所述浮体的表面喷涂有抗生物附着材料。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型的卫星传输海洋磁力探测装置在海洋大范围部署后，可提高海洋地磁日变观测台站密度，提升调查船远海海洋磁测数据精度，并且在锚系不同深度布置多个总场磁力仪，探测地磁日岸边数据随水深的变化，进一步提升调查船远海海洋磁测数据精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的装置结构图；

图2为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的整体结构框图；

图3为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的海面卫星收发装置、光伏供能装置、浮体和塔架的结构框图；

图4为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的数据传输的连接框图；

图5为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的海底磁力仪的结构框图；

图6为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的总场磁力仪的结构框图；

图7为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的海面连接件的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的装置结构图。

图2为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的整体结构框图。

图3为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的海面卫星收发装置、光伏供能装置、浮体和塔架的结构框图。

图4为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的数据传输的连接框图。

图5为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的海底磁力仪的结构框图。

图6为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的总场磁力仪的结构框图。

图7为本实用新型卫星传输海洋磁力探测装置实施例的海面连接件的结构图。

参见图1至图7，该卫星传输海洋磁力探测装置，包括：海底设备2和海面设备1，所述海底设备2布放于海底；所述海面设备1漂浮于海面；所述海底设备2与所述海面设备1通过锚系3连接。

所述海面设备1包括海面卫星收发装置101和海面数传装置102；所述锚系3包括铠装缆301、水中浮体304、总场磁力仪305、海面连接件302和海底连接件303；所述海底设备2包括海底磁力仪201、无磁底锚重块202和声学释放器203。

海面设备1：

所述海面卫星收发装置101与所述海面数传装置102通信连接，所述海面数传装置102与所述铠装缆301连接；所述海面卫星收发装置101用于通过卫星与岸基实验室通信；所述海面卫星收发装置101，可以将海底地震仪201采集的地震数据、海底地震仪201状态数据通过卫星发送至岸基实验室。所述海面数传装置102用于将海面卫星收发装置101发送过来的数据进行编码并发送给所述海底设备2和总场磁力仪305，还将由所述海底设备2和总场磁力仪305传送过来的数据进行解码并发送给所述海面卫星收发装置101。

所述海面卫星收发装置101，包括卫星天线1011、卫星数据收发器1012、收发器密封舱1013。

所述卫星天线1011、卫星数据收发器1012，可以是铱星、北斗卫星、丝路卫星等目前通用卫星数据收发设备中的一种或者多种组合。

本实用新型所述收发器密封舱1013，用于承载卫星收发器，免受海水侵蚀。

作为一种可选的实施方式，所述海面设备1还包括光伏供能装置103、浮体104和塔架105。

所述海面数传装置102和所述塔架105均设置在所述浮体104上，所述光伏供能装置103和所述海面卫星收发装置101均设置在所述塔架105上。

所述光伏供能装置103与所述海面数传装置102连接；所述海面数传装置102还用于对所述光伏供能装置103提供的电能进行升压，所述海底磁力仪201还用于对所述铠装缆301传输的电能进行降压。

作为一种可选的实施方式，所述海面数传装置102包括海面电压转换器1021、海面数据转换装置1022、海面数据存储器1023和海面数传密封舱1024。

所述海面电压转换器1021、所述海面数据转换装置1022和所述海面数据存储器1023均设置在所述海面数传密封舱1024内。所述海面数传密封舱1024可以使所述海面电压转换器1021、所述海面数据转换装置1022和所述海面数据存储器1023免受海水侵蚀。

所述海面电压转换器1021用于将光伏供能装置103产生的低电压电源或低电压直流电源通过DC/DC升压器升压。经过升压可以降低电缆长距离传输损耗。光伏供能装置103提供的低电压直流电源的电压为12VDC，经过海面电压转换器1021后，电压提升至48VDC或者更高。

所述海面数据转换装置1022用于将海面卫星收发装置101发送过来的数据进行编码并通过所述铠装缆301发送给所述海底设备2和将由所述海底设备2通过铠装缆301传送过来的数据进行解码并发送给所述海面卫星收发装置101。

所述海面数据存储器1023用于存储由海底磁力仪201和总场磁力仪305传送至海面的数据。

作为一种可选的实施方式，所述光伏供能装置103包括太阳能电池板1031、蓄电池1032、电源管理装置1033和电池密封舱1034。

所述太阳能电池板1031、所述蓄电池1032和所述电源管理装置1033均设置在所述电池密封舱1034内。所述电池密封舱1034用于使所述太阳能电池板1031、所述蓄电池1032和所述电源管理装置1033免受海水的侵蚀。

太阳能电池板1031可以是一块或者多块组合。所述太阳能电池板1031在白天将太阳能转换为电能并存储到所述蓄电池1032内。所述蓄电池1032可以是一块或者多块组合，蓄电池1032为海面设备1和海底设备2供电。所述电源管理装置1033与所述蓄电池1032连接，用于对所述蓄电池1032的充电和放电进行控制，避免蓄电池1032过冲和过放，提高电池寿命。

作为一种可选的实施方式，所述浮体104的表面喷涂有抗生物附着材料。所述浮体104总排水量大于或等于4吨。

锚系3：

所述海面连接件302和所述海底连接件303分别连接到所述铠装缆301的两端，所述水中浮体304位于所述铠装缆301的靠近所述海底连接件303的一侧；所述水中浮体304在水中可以为所述铠装缆301抵消部分重量，从而防止过长的铠装缆301着地。所述水中浮体304由高分子泡沫材料制成，比重小，吸水率低，耐腐蚀，耐碰撞。所述海面连接件302将所述铠装缆301与所述海面设备1机械连接，所述海底连接件303将所述声学释放器203与所述铠装缆301机械连接；所述总场磁力仪305为多个，分别安装在所述铠装缆301的不同深度处；所述总场磁力仪305用于探测不同深度处的海洋磁力数据。

作为一种可选的实施方式，所述总场磁力仪305包括海中磁力探头3051、海中中央控制器3052、海中数传装置3053、海中可充电电池组3054和海中耐压舱体3055。所述海中磁力探头3051为Overhauser磁力探头。

所述海中磁力探头3051、所述海中中央控制器3052、所述海中数传装置3053和所述海中可充电电池组3054均设置在所述海中耐压舱体3055内。所述海中耐压舱体3055采用无磁性材料制作而成，可以承受海水静压力。

所述海中磁力探头3051和所述海中数传装置3053均与所述海中中央控制器3052双向连接；所述海中磁力探头3051用于探测海洋磁力信号，所述海中中央控制器3052用于对所述磁力信号进行处理；所述海中数传装置3053用于将所述海中中央控制器3052处理后的磁力信号进行编码并通过所述铠装缆发送到所述海面设备和将由所述海面设备发送过来的数据进行解码并发送到所述海中中央控制器3052；所述海中数传装置3053还用于对所述铠装缆传输的电能进行降压。

所述海中可充电电池组3054通过所述铠装缆与所述光伏供能装置连接，接收所述光伏供能装置提供的电能；所述海中可充电电池组3054用于为所述海中磁力探头3051、所述海中中央控制器3052和所述海中数传装置3053供电。

作为一种可选的实施方式，所述海面连接件302包括海面万向节3021、承重电滑环3022和海面承重加强件3023。

所述海面万向节3021、所述承重电滑环3022和所述海面承重加强件3023从上至下依次设置；所述海面万向节3021将所述浮体104与所述承重电滑环3022机械连接；所述承重电滑环3022用于保证所述海面数传装置102与所述铠装缆301在相对旋转状态时电能和信号的传输；所述海面承重加强件3023用于对所述铠装缆301进行加强，避免由于反复折弯、过度弯曲导致的铠装缆301损坏。

作为一种可选的实施方式，所述海底连接件303包括海底万向节和海底承重加强件；所述海底万向节将所述铠装缆301与所述声学释放器203机械连接，所述海底承重加强件用于对所述铠装缆301进行加强。

作为一种可选的实施方式，所述铠装缆301包括缆芯、内护层、铠装层和外护层。所述缆芯为多芯电缆或多芯电缆与多芯光缆组成的光电复合缆。

所述内护层包覆于所述缆芯外；所述铠装层包覆于所述内护层外；所述外护层包覆于所述铠装层外；所述铠装层为无磁性的芳纶纤维材料，可以提高抗拉性能。所述外护层为具有抗磨性能的防水结构层，从而使外护层具有抗磨性能，也能够保护铠装层免受海水侵蚀。

作为一种可选的实施方式，所述铠装缆301安全工作负荷大于或等于2吨，最大工作负荷大于或等于4吨，破断力大于或等于8吨重物所产生的拉力。

海底设备2：

所述海底磁力仪201与所述铠装缆301连接，所述声学释放器203将所述锚系3与所述无磁底锚重块202机械连接；所述无磁底锚重块202沉于海底，所述海底磁力仪201用于探测海底磁力数据。所述无磁底锚重块202用于将所述海底磁力仪201固着于海底，无磁底锚重块202在水中重量应不小于海面浮体104最大排水量。

当海底设备2回收时，海面调查船发送声学释放命令，声学释放器203释放，铠装缆301与无磁底锚重块202分离。

作为一种可选的实施方式，所述声学释放器203为法国IXSEA公司的OCEANO 5000型声学释放器203，工作载荷5吨，测试载荷10吨。

作为一种可选的实施方式，所述无磁底锚重块202为中空圆台结构，所述海底数传装置202位于所述无磁底锚重块202的内部，海底地震仪201可以位于无磁底锚重块202的内部，还可以位于外部。所述无磁底锚重块202的重量不小于4吨。

作为一种可选的实施方式，所述海底数传装置202包括海底电压转换器2021、海底数据转换装置2022、海底卫星授时秒脉冲转换装置2023和海底数传密封舱2024。

所述海底电压转换器2021、所述海底数据转换装置2022和所述海底卫星授时秒脉冲转换装置2023均设置在所述海底数传密封舱2024内。

所述海底电压转换器2021用于将由所述铠装缆301输送到海底的直流电源通过DC/DC降压器降压。铠装缆301输送的直流电源电压为48VDC或者更高，经过海底电压转换器2021转换后，电压降至12VDC。

所述海底数据转换装置2022用于将所述海底地震仪201发送过来的数据进行编码并通过所述铠装缆301发送给所述海面设备1和将由所述海面设备1通过铠装缆301传送过来的数据进行解码并发送给所述海底地震仪201。

所述海底卫星授时秒脉冲转换装置2023用于将由所述铠装缆301传输至海底的卫星授时秒脉冲经过变换后发送给所述海底地震仪201。

作为一种可选的实施方式，所述海底磁力仪201包括海底耐压舱体2018、海底磁力探头2011、海底中央控制器2012、海底数传装置2013、姿态传感器2014、寻北仪2015、海底可充电电池组2016和无磁性沉放架2017。

所述海底磁力探头2011、所述海底中央控制器2012、所述海底数传装置2013、所述姿态传感器2014、所述寻北仪2015和所述海底可充电电池组2016均设置在所述海底耐压舱体2018内；所述无磁性沉放架2017用于支撑所述海底耐压舱体2018。所述海底耐压舱体2018采用无磁性材料制作，可以承受6000m的海水静压力。

所述海底磁力探头2011、所述海底数传装置2013、所述姿态传感器2014和所述寻北仪2015均与所述海底中央控制器2012双向连接；所述海底磁力探头2011用于接收磁力信号；所述姿态传感器2014用于测量姿态信息；所述寻北仪2015用于测量方位信息；所述海底中央控制器2012用于根据所述磁力信号、所述姿态信息和所述方位信息对磁力进行解算；所述海底数传装置2013用于将所述海底中央控制器2012处理后的磁力信号进行编码并通过所述铠装缆发送到所述海面设备和将由所述海面设备发送过来的数据进行解码并发送到所述海底中央控制器2012；所述海底数传装置2013还用于对所述铠装缆传输的电能进行降压。

所述海底可充电电池组2016通过所述铠装缆与所述光伏供能装置连接，接收所述光伏供能装置提供的电能；所述海底可充电电池组2016用于为所述磁力探头、所述中央控制器和所述海底数传装置2013供电。

所述海底磁力探头2011为三分量磁通门磁力探头或全张量磁力梯度探头。

所述海底磁力仪201内部的寻北仪2015和姿态传感器2014实时测量海底磁力仪201的方位和倾角，测量的倾角发送给海底中央控制器2012。海底中央控制器2012首先对海底磁力探头2011的数据进行调理、放大和数字化处理，然后根据海底磁力仪的方位和倾角，对探头数据进行换算，给出北南、东西、垂直三个方向的分量。所述寻北仪2015，是一种自主指示方位的高精度惯性仪器，能够在不输入纬度值的情况下，全天候自动快速测量载体与地理北向的夹角，为海底磁力仪提供方位信息。

本实用新型的卫星传输海洋磁力探测装置工作方式如下：

海面设备1用于实时接收总场磁力仪和305海底磁力仪201的磁力数据，并将接收到的磁力数据通过卫星传输的方式发送给岸基卫星接收终端；光伏供能装置103通过太阳能板为海面卫星收发装置101和海面数传装置102提供电源，并通过铠装缆301向总场磁力仪和305海底磁力仪201传输电能。

岸基卫星接收终端接收卫星发送的磁力数据，将磁力数据以文件方式存储、以图形方式显示。

为了电源和信号的传输，总场磁力仪305和海底磁力仪201均与海面设备1之间以有缆方式连接。总场磁力仪305和海底磁力仪201探测的磁力数据通过铠装缆将数据传输至海面数传装置102，海面数传装置102将数据发送给海面卫星收发装置101，海面卫星收发装置101接收到磁力数据后自动启动卫星数据传输，岸基实验室可以准实时收到磁力数据。

将无磁底锚重块202作为一个保护罩，保护罩为中空结构，将海底磁力仪201置于保护罩之内。进行海底布放时，将无磁底锚重块202和海底磁力仪201作为一个整体同时布放于海底。

设备开始正常、无值守工作。

设备回收时，声学释放器动作(脱钩)，无磁底锚重块202与海底磁力仪201机械脱离，将海底磁力仪201回收，将无磁底锚重块202遗留海底不回收。

海底磁力仪201与无磁底锚重块202之间是通过高强度金属丝(例如铍铜丝)连接的，金属丝可以承受的拉力大于海底磁力仪201的重力且远小于无磁底锚重块202的重力。布放时，金属丝可以完全承受海底磁力仪201的重量；回收时，由于需要承载数吨的重量，金属丝超过拉力极限而崩断，海底磁力仪201与无磁底锚重块202分离。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型的卫星传输海洋磁力探测装置，在海洋大范围部署后，可提高海洋地磁日变观测台站密度，提升调查船远海海洋磁测数据精度。在锚系不同深度布置多个总场磁力仪，探测地磁日岸边数据随水深的变化，进一步提升调查船远海海洋磁测数据精度。并且可以自主供能、长时序、无值守工作，从而可以在板块构造活动区域进行全天候实施观测。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。