磁棒姿态调整装置、其使用方法和制造方法与流程

1.本发明涉及地球物理勘探领域，尤其是一种磁棒姿态调整装置、其使用方法和制造方法。


背景技术：

2.大地电磁测深法（mt）是在上世纪五十年代初期提出的利用天然交变电磁场研究地球电性结构的一种地球物理勘探方法，现在已成为深部地球物理探测的一种重要方法和必不可少的手段，在固体矿产、石油和天然气的普查与勘探中，大地电磁法都发挥了或者正在发挥着重要的作用。基于mt，地球物理学界还发展出了音频大地电磁法（amt）、可控源音频大地电磁法（csamt）等，均是通过对地面电磁场的观测，来研究地下岩矿石电阻率分布规律。
3.大地电磁测深法在野外磁场测量时一般以x轴指向磁北方向，y轴指向正东，测量磁场水平分量的磁棒（磁探头）分别沿x轴和y轴水平布设，有时为了减少干扰和布站方便可将坐标轴旋转一定角度。保证磁棒在正确方位的水平布设是最重要技术指标，现阶段野外磁棒布设主要采用方向罗盘、水平仪等辅助器材，且有一些加载了水平仪和方位仪的磁棒，但是在校正磁棒姿态过程中还是会花费大量时间，这是由于每次磁棒姿态调整后需要等待水平仪显示水平度之后再进行下一次姿态调整，这个过程经常反复多次。此外，在作业过程中为了让磁棒处于固定的水平姿态，常常还需破坏地面，埋设磁棒，由于地球物理勘探工作多在野外山地进行，在施工效率和水平准确度上，操作人员无法保证，无法满足现阶段各行业降本增效、绿色环保的要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：针对目前电磁法勘探过程磁棒姿态调整效率不高以及环境友好性有待提升的不足，提供一种用于大地电磁测深法的磁棒姿态调整装置，以及其使用方法和制造方法。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：磁棒姿态调整装置，包括：非磁性材料制成的凹槽，其内表面为直径d1的半球面；设置于所述凹槽内的非磁性材料制成的过半球体，其直径为d2且d2《d1，所述过半球体是指以未过球心的平面截取的较大部分球体；设置于所述凹槽内壁的自润滑橡胶o型圈，其被配置为在其所在高度填充所述过半球体与所述凹槽内球面的间隙，以使得所述过半球体能够沿所述凹槽内表面自由滑动；以及，填充至所述过半球体与所述凹槽内球面的间隙的干性固体润滑剂；设置于过半球体上平面的至少2个用于承载磁棒的非磁性材料制成的叉型支架，叉形支架等高且开叉方向可调，用以调整磁棒指向以及保持磁棒水平姿态；以及叉形支架2倍数量的非磁性材料制成的可伸缩支撑杆，可伸缩支撑杆被配置为一端可固定连接所述叉
形支架，另一端可固定于地面；每两根可伸缩支撑杆设置于所述叉形支架两侧。
6.作为本技术优选的技术方案，所述过半球体上平面还设置有电子激光罗盘。
7.作为本技术优选的技术方案，所述干性固体润滑剂为石墨。
8.作为本技术优选的技术方案，所述自润滑橡胶o型圈由聚四氟乙烯、丁晴橡胶或者硅橡胶制成。
9.作为本技术优选的技术方案，所述自润滑橡胶o型圈与所述凹槽内部采用粘合剂固定于所述凹槽内内壁顶部。
10.作为本技术优选的技术方案，所述过半球体由密度(0.1
±
0.02)g/cm3聚乙烯塑料发泡制成，当然也可以采用低密度的其他非磁性塑料制作过半球体。
11.作为本技术优选的技术方案，所述过半球体顶部平面圆的直径d3为过半球体直径d2的85%~95%，优选为9/10。
12.作为本技术优选的技术方案，所述过半球体的直径不小于承载的磁棒的主体的长度，其质量不小于承载的磁棒的主体的2倍质量。
13.本技术的另一方面，提供一种上述的磁棒姿态调整装置的使用方法，包括：步骤1，将所述磁棒姿态调整装置放置于坡度不超过30
°
的磁场测量地面；步骤2，根据磁棒所需指向，将至少2个所述叉形支架调整到所需方位；步骤3，待所述过半球体稳定后，将磁棒放置到所述至少2个叉形支架；步骤4，待磁棒自动调整到要求姿态并稳定后，将所述可伸缩支撑杆的一端与所述叉形支架固定，其另一端固定于地面。
14.本技术的再一方面，提供一种上述的磁棒姿态调整装置的制造方法，包括：采用非磁性材料加工出内表面为直径d1的所述凹槽；采用非磁性材料加工出直径为d2的所述过半球体；采用非磁性材料加工出所述自润滑橡胶o型圈；采用非磁性材料加工出所述叉型支架，并在每个叉形支架底部采用非磁性材料加工出2个支架固定栓；采用非磁性塑料加工出所述可伸缩支撑杆；将非磁性材料制作成的电子激光罗盘设置于所述过半球体上平面；将所述自润滑橡胶o型圈与凹槽之间采用粘合剂固定；将所述过半球体放置于所述凹槽内，4根可伸缩支架分别固定至支架固定栓；将所述干性固体润滑剂注入到所述凹槽内。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果：本技术的磁棒姿态调整装置整合了磁棒载体、磁棒水平调整和磁棒方位调节功能，实现磁棒放置位姿一次性预先自动调平和按需调向，避免了传统方式水平仪多轮次的测量、校正磁棒的试验式放置姿态，极大缩短了磁棒校正作业时间，提高了磁棒方位和水平姿态精确度，减少了因人为原因导致磁棒姿态不准确，为大地电磁法数据采集原始资料质量提供了基本保障。
16.此外，磁棒姿态调整装置直接放于地面，改变了传统铺整地面、挖坑埋设磁棒的施工方式，不会对施工环境造成破坏，也无任何物质遗留，环保清洁。
附图说明
17.图1为实施例1的未放置磁棒的磁棒姿态调整装置半剖图；图2为实施例1的未放置磁棒的磁棒姿态调整装置正视图；图3为实施例1的放置磁棒的磁棒姿态调整装置半剖图；图4为实施例1的放置磁棒右倾的磁棒姿态调整装置半剖图；图5为实施例1的放置磁棒左倾的磁棒姿态调整装置半剖图；图6为实施例2的磁棒姿态调整装置的使用方法流程图；图7为实施例3的磁棒姿态调整装置的制造方法流程图；图中标记：1-叉形支架，2-支架固定栓，3-电子激光罗盘，4-过半球体，5-自润滑橡胶o型圈，6-干性固体润滑剂，7-凹槽，8-可伸缩支撑杆，9-磁棒。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
19.因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.实施例1：参见图1-图3所示，本实施例提供的一种磁棒姿态调整装置，包括：非磁性塑料制成的凹槽7，其内表面为直径100cm的半球面，外部为边长为100cm的正方体；设置于所述凹槽7内的非磁性材料制成的直径为98cm的过半球体4，其顶部平面圆的直径90cm的平切圆形。设置于所述凹槽7内壁的直径为98.1cm，外直径为102cm的自润滑橡胶o型圈5，其被配置为在其所在高度填充所述过半球体4与所述凹槽7内球面的间隙，以使得所述过半球体4能够沿所述凹槽7内表面自由滑动；以及，填充至所述过半球体4与所述凹槽7内球面的间隙的干性固体润滑剂6；设置于过半球体4上平面的2个用于承载磁棒的非磁性塑料制成的叉型支架1，叉形支架1等高且开叉方向可调，用以调整磁棒9指向以及保持磁棒9水平姿态；作为具体的实施方式，叉形支架1高度5cm，其u型直径为20cm。每个叉形支架1的u型结构两侧分别设置有1
个支架固定栓2，用于连接可伸缩支撑杆8。4个支架固定栓2，均为直径2cm，高4cm的圆柱体。
24.4根非磁性塑料制成的可伸缩支撑杆8，每根伸缩支撑杆8被配置为一端可固定连接所述叉形支架1，另一端可固定于地面；每两根可伸缩支撑杆8设置于所述叉形支架1两侧。4根可伸缩支撑杆8，均为上部为直径2.5cm，高40cm的圆柱体，下部为直径3cm，高60cm的圆柱体，可以选择的实施方式中，可伸缩支撑杆8的上部与下部中间采用不同孔位的固定螺丝连接，所述上部活动套装在所述下部的内腔中。配置可伸缩支撑杆8能够为叉形支架1提供稳定支撑，叉形支架1是磁棒9的的直接载体，可支撑伸缩杆8将磁棒9的部分承载力卸载至地面，有益于磁棒9保持稳定姿态。
25.作为本技术优选的技术方案，所述过半球体4上平面还设置有电子激光罗盘3。将电子激光罗盘3集成在过半球体4的上表面，使得过半球体4保持稳定后即可读取当前测点所需的磁棒9摆放方向，并通过调节叉形支架1的方向实现磁棒9的按需调向。叉形支架1的底部设置为带有限位结构的转动机构即可实现磁棒9的按需调向。通过叉形支架1的转动实现磁棒9的调向，而不是过半球体4转动的方式调向，效率更高。这是由于过半球体4平稳后再次水平转动将导致过半球体4再次失稳。既往的野外作业通常选择将磁棒埋没于地下主要是考虑怕风吹或外界他因造成摆动干扰，叉形支架1固定的方式也很好地解决了干扰问题，同时避免了对地表和周围环境的破坏。
26.作为本技术优选的技术方案，所述干性固体润滑剂为石墨。石墨作为通用且易得的固体润滑剂，使得过半球体4与凹槽7之间的滑动摩擦系数更低。
27.作为本技术优选的技术方案，所述自润滑橡胶o型圈5由聚四氟乙烯、丁晴橡胶或者硅橡胶制成。自润滑橡胶o型圈5，具体是指在橡胶材质之中，加入润滑油等添加材料硫化成型而成的具有自润滑功能的橡胶o型圈，也有叫做自润滑冒油橡胶o型圈或自润滑硅胶o型圈。此类橡胶o型圈表面光滑、润滑，能起到降低摩擦的作用。聚四氟乙烯（ptfe）具有化学稳定性、耐高低温性能、摩擦系数低、自润滑性等优良性能，也可选择丁晴橡胶与硅橡胶材质。
28.作为本技术优选的技术方案，所述自润滑橡胶o型圈5与所述凹槽7内部采用丙烯酸粘合剂固定于所述凹槽7内内壁顶部。应当理解，自润滑橡胶o型圈5可设置于凹槽7内部的任意截面，差别在于提供的支撑点和润滑点位置不同。然而，自润滑橡胶o型圈5设置于所述凹槽7内壁顶部一方面方便自润滑橡胶o型圈5使用老化后便于更换；更为重要的是，作为干性固体润滑剂6的石墨使用一段时间后由于重力作用会倾向于积累在过半球体4与凹槽7滑动接触的底部区域，而导致凹槽7顶部的接触区域润滑作用欠佳，自润滑橡胶o型圈5设置于所述凹槽7内壁顶部可有效地规避潜在影响。
29.作为本技术优选的技术方案，所述过半球体4由聚乙烯塑料发泡制成。具体的实施方式中，假设过半球体4为直径为98cm的球体的0.56倍，体积约0.28m3，为保证足够高的自平衡效率和防止磁棒在自平衡过程中发生倾覆风险，过半磁体4的质量需大于磁棒9（典型的商用化磁棒重约8kg）质量的2倍才能提供很好的重力效应完成自平衡；同时要考虑野外工作便利性，即过半球体4的质量不能过大的原则，优选聚乙烯塑料并采用发泡改性的方法将其密度降低至约0.1g/cm3后，过半球体重量约28kg。聚乙烯发泡塑料作为典型的非磁性材料，密度可调，能够提供很好的重力效应以尽快完成自平衡，且塑性好，易被加工成球体，因此作为制备过半球体4的优选材料。
30.所述过半球体4是指以未过球心的平面截取的较大部分球体。如图4-图5所示，应当理解，由于本技术的磁棒姿态调整装置使用场景为具有一定坡度的倾斜地面，若采用标准半球体，将导致半球体朝向高地势的一端置于凹槽7内，这样将不能为磁棒9提供足够的自由空间，即磁棒9将可能触碰到凹槽7内壁，这将不利于磁棒9的自平稳且可能由于碰撞损坏磁棒9内部精密器件。此外，过半球体4的过半部分根据适用的地面坡度范围决定，即通常用于坡度小于10
°
的场景的磁棒姿态调整装置的过半部分可以小于通常用于坡度小于30
°
场景的磁棒姿态调整装置。按需设计并制造过半球体4部分，可有效降低制造成本并提高转运效率。
31.作为本技术优选的技术方案，所述过半球体4的直径不小于承载的磁棒的主体的长度，其质量不小于承载的磁棒的主体的2倍质量。已放置磁棒9的磁棒姿态调整装置的整体中心是非常关键的，若整体中心太高向上偏至磁棒9，在倾斜地面使用时将带来轻浮风险，因此通过过半球体4的体积和/或质量限定已降低已放置磁棒9的磁棒姿态调整装置的整体中心。
32.本技术的磁棒姿态调整装置的各组成部分（包括螺栓等配件）均采用非磁性材料制成，即可以是低密度的非磁性金属材料，也包括塑料、橡胶等非磁性非金属材料。
33.本技术的磁棒姿态调整装置不仅可以用于音频大地电磁法、可控源音频大地电磁法等大地电磁场测量作业中，还可以用于类似的精密设备的水平姿态校正过程，应用范围广泛。
34.实施例2实施例2提供一种上述的磁棒姿态调整装置的使用方法，如图6所示，包括：步骤1，将所述磁棒姿态调整装置放置于坡度不超过30
°
的磁场测量地面；步骤2，根据磁棒9所需指向，将至少2个叉形支架1按照电子激光罗盘3的读数调整到同一所需方位；步骤3，待所述过半球体4稳定后，将磁棒9放置到所述至少2个叉形支架1上；步骤4，待磁棒9自动调整到要求姿态并稳定后，将4根所述可伸缩支撑杆的一端与2个叉形支架1经由4个支架固定栓2固定，其另一端固定于地面。
35.使用本技术提供的磁棒姿态调整装置仅需根据过半球体4与凹槽7的滑动摩擦自找平为磁棒提供水平载台，无需根据外部水平仪的测量结果多轮次的校正差异、接近水平状态，并且磁棒9放置到磁棒姿态调整装置后即使有瞬时细微振动也能够再次自动找平，无需人为干预，极大提升了野外电磁法勘探作业过程中的磁棒水平姿态调整效率。
36.实施例3实施例3提供一种上述的磁棒姿态调整装置的制造方法，如图7所示，包括：采用注塑机将非磁性塑料加工出内表面为直径100cm、外部为边长100cm的正方体的凹槽7；利用注塑机将非磁性塑料加工出直径为98cm，球体上部为直径90cm的平切圆形的所述过半球体4；利用平板模压机将橡胶材料加工硫化成型出自润滑橡胶o型圈5，o型圈内直径为98.1cm，外直径为102cm，该橡胶o型圈表面光滑、润滑，能起到降低摩擦的作用；利用注塑机将非磁性塑料加工出2副叉型支架1，支架高度5cm，u型直径为20cm，支
架用于承载磁棒；利用注塑机将非磁性塑料加工出4个支架固定栓2，该栓为直径2cm，高4cm的圆柱体；利用注塑机将非磁性塑料加工出4根可伸缩支撑杆8，该杆上部为为直径2.5cm，高40cm的圆柱体，下部为直径3cm，高60cm的圆柱体，上部与下部之间为可调位置的固定螺栓连接；将非磁性材料制作成的电子激光罗盘3设置于所述过半球体4上平面，罗盘3直径8cm。
37.将所述自润滑橡胶o型圈5与凹槽7之间采用丙烯酸型粘合剂固定；将所述过半球体4放置于所述凹槽内，4根可伸缩支架8分别固定至支架固定栓2；将所述干性固体润滑剂6注入到所述凹槽7内。
38.作为优选的实施方式，制作所述过半球体4的步骤为利用注塑机将聚乙烯塑料发泡至密度(0.1
±
0.02)g/cm3，进而加工出直径为98cm，球体上部为直径90cm的平切圆形的所述过半球体4。过半球体4的成型既可以是直接采用标准的过半球体4模型，也可以先加工出等直径的完整球体，再根据过半球体4占据完整球体的比例切割而成。
39.需要说明的是，以上步骤并无固定的顺序，可按照生产效率最有原则以任意顺序执行完成上述的步骤。优选的是，自润滑橡胶o型圈5粘接步骤置于过半球体4放置步骤之前，以更为容易地提供过半球体4于凹槽7之间的间隙。而干性固体润滑剂6注入步骤置于过半球体4放置步骤之后，以便石墨等润滑剂更为均匀地附着在滑动摩擦接触面。
40.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。