一種自浮式海底溫度探測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于地球物理測量領域，具體涉及一種用于地球物理測量的海底溫度探測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]海底溫度探測是地球物理方法的重要手段，尤其是熱流區(qū)域的溫度梯度的探測結果可以直接反映地球內部的熱傳輸過程，幫助我們開展地球動力學、地球內部內熱驅動構架演化過程的研究，為海底油氣等礦物資源探測提供評估依據(jù)。
[0003]目前海底溫度探測主要通過石油鉆井測溫和海底熱流計探測來實現(xiàn)。其中石油鉆井測溫主要在石油區(qū)和淺海區(qū)進行，作業(yè)條件限制多，費用高且效率低;與石油鉆井測溫相比海底熱流計操作簡單、效率更高，國際上主要采用海底熱流計進行海底溫度探測。作業(yè)時海底熱流計通過鋼纜被放入水中，在重力作用下插入海底沉積物中，待海底熱流計的探針與海底沉積物接觸位置溫度達到穩(wěn)態(tài)后通過內部熱敏元件來測量海底溫度，測量完成后通過鋼纜回收。目前海底熱流計主要包括三種類型:Bullard型，Ewing型和Lister型。三者共同特點都是通過鋼纜釋放回收，熱敏元件以一定間隔掛載在加固管的內壁或者鋼矛外壁的不同位置，熱敏元件同時連接到記錄單元，記錄單元放置在單獨承壓容器內密封。海底熱流計可以較方便的測量千米以內的海底溫度，但隨著海水深度增加探測難度成倍提升，效率降低并且風險性大大增加。海底熱流計的探針在插入沉積物過程中會造成摩擦生熱，具體熱穩(wěn)時間不好掌握，同時某些特定海域的海底溫度受地球內部影響呈現(xiàn)隨時間劇烈變化的情況，需要海底熱流計長時間留海以獲取準確溫度信息。另外，海底熱流計在工作過程中，測量船受浪涌影響會發(fā)生漂移，在鋼纜的作用下海底熱流計在海底的位置可能會發(fā)生變化，甚至導致海底熱流計損壞造成作業(yè)失敗，這都對海底熱流計的應用提出了新的課題。
[0004]鑒于石油鉆井測溫和海底熱流計在海底溫度探測過程中的局限型，借鑒目前海底地震儀成熟的投放回收技術，有必要研發(fā)一種回收方便、留海時間長、體積小便于開展大批量海底溫度探測的自浮式海底溫度探測系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種海底溫度探測系統(tǒng)，其結構簡單、自浮式回收、適合長期海底溫度探測，以滿足海洋地球物理調查的需求。
[0006]為達到上述目的，發(fā)明的技術解決方案如下:
[0007]一種自浮式海底溫度探測系統(tǒng)，包括海底信號采集基站24和測溫探針4。其中海底信號采集基站24包括脫鉤機構I，儀器艙2和沉耦架5;儀器艙2包括內部單個玻璃艙球10和外部保護殼13;玻璃艙球10設有一個四芯水密插座6，海底信號采集基站24與測溫探針4通過導線7連接。玻璃艙球外部保護殼13分上下兩部分，兩者通過多個螺栓固定，測溫探針4通過螺栓固定在外部保護殼13底部;外部保護殼13頂端安裝脫鉤機構I，儀器艙2整體放置于沉耦架5之上;沉耦架5為方框狀，中部設有剛性金屬圓環(huán)，方框通過四根鋼梁與剛性金屬圓環(huán)連接，金屬圓環(huán)、鋼梁、沉耦架方框之間中空，測溫探針4從金屬圓環(huán)18中間穿過。
[0008]在自浮式海底溫度探測系統(tǒng)中，測溫探針4通過螺栓垂直固定在在外部保護殼13底部，玻璃艙球10與測溫探針4尾端各設有四芯水密插座，兩者通過RS485總線7連接，總線分為電源線、地線、數(shù)據(jù)線A和數(shù)據(jù)線B。測溫探針4主體呈圓柱狀，長I?1.5米，直徑3厘米，壁厚0.5厘米，前端呈圓錐狀，測溫探針尾端設有四芯水密插座;測溫探針4主體部分設有多個圓孔23，海水可在測溫探針4內外自由流動。
[0009]進一步地，測溫探針4內部放置多個溫度探測單元21，溫度探測單元21通過RS485總線20連接并垂放在測溫探針4內部。溫度探測單元21內部放置集成負溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度采集電路22。溫度探測單元21呈圓柱狀，整體密封，圓柱頂部和底部各有四芯水密插座，可單獨連接海底信號采集基站24工作也可多個串接后連接海底信號采集基站24工作，串接后可進行海底溫度梯度的探測。探測海底溫度梯度時，可根據(jù)需求選擇合適長度RS485總線，海底信號采集基站24通過RS485總線與測溫探針內部溫度探測單元21進行通信和數(shù)據(jù)傳輸。
[0010]此外，溫度探測單元21內部集成完整溫度采集電路22，可直接輸出數(shù)字信號，數(shù)字信號通過RS485總線傳輸?shù)胶５仔盘柌杉?4中并存儲，海底信號采集基站24通過RS485總線控制溫度探測單元21工作時間并確定采樣率等工作參數(shù)。
[0011]使用本發(fā)明的技術方案，可以具有以下有益效果:
[0012]1、本發(fā)明中海底信號采集基站與測溫探針之間僅用包含四根導線的RS485總線相連，降低了水密接插件穿艙難度。使用單個玻璃艙球可以同時與測溫探針內部10個以上的溫度探測單元通信，解決了海底溫度探測系統(tǒng)小型化的難題。
[0013]2、本發(fā)明提供的溫度探測單元內部溫度采集電路集成了負溫度系數(shù)熱敏電阻，負溫度系數(shù)熱敏電阻在海底溫度區(qū)間(0°C_10°C)內靈敏度比鉑電阻更高，可實現(xiàn)海底溫度高精度探測。溫度采集電路實現(xiàn)了采樣點處溫度的數(shù)字輸出，避免了傳統(tǒng)熱流計探針中熱敏電阻與記錄板之間傳輸距離過長造成的干擾，尤其在探測海底溫度梯度時，由于需要對溫度多點取樣，會進一步造成模擬信號傳輸距離成倍加長，本發(fā)明可以有效提高獲取數(shù)據(jù)的質量。
[0014]3、本發(fā)明提供的自浮式海底溫度探測系統(tǒng)提高了儀器回收率，降低了海洋溫度探測風險，既可以在淺海區(qū)也可以在深海區(qū)探測海底溫度。相比傳統(tǒng)海底熱流計留海時間更長，有利于長期海底溫度數(shù)據(jù)獲取;體積小、操作簡便有利于開展大批量海底溫度探測作業(yè)。
【附圖說明】
[0015]圖1為依據(jù)本發(fā)明的自浮式海底溫度探測系統(tǒng)的立體結構示意圖；
[0016]圖2為依據(jù)本發(fā)明的自浮式海底溫度探測系統(tǒng)剖面結構示意圖；
[0017]圖3為依據(jù)本發(fā)明的自浮式海底溫度探測系統(tǒng)沉耦架示意圖；
[0018]圖4為依據(jù)本發(fā)明的自浮式海底溫度探測系統(tǒng)中測溫探針剖面結構示意圖；
[0019]圖5為依據(jù)本發(fā)明的自浮式海底溫度探測系統(tǒng)溫度探測單元中溫度采集電路結構框圖；
[0020]圖6為依據(jù)本發(fā)明的自浮式海底溫度探測系統(tǒng)溫度探測單元溫度采集電路中信號放大部分電路圖；
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0022]一種自浮式海底溫度探測系統(tǒng)，包括海底信號采集基站24和測溫探針4。其中海底信號采集基站包括脫鉤機構I，儀器艙2和沉耦架5;儀器艙2包括內部單個玻璃艙球10和外部保護殼13;玻璃艙球10設有一個四芯水密插座6，海底信號采集基站24與測溫探針4通過導線7連接。玻璃艙球外部保護殼13分上下兩部分，兩者通過多個螺栓固定，測溫探針4通過螺栓固定在外部保護殼13底部;外部保護殼13頂端安裝脫鉤機構I，儀器艙2整體放置于沉耦架5之上;沉耦架5為方框狀，中部設有剛性金屬圓環(huán)，方框通過四根鋼梁與剛性金屬圓環(huán)連接，金屬圓環(huán)、鋼梁、沉耦架方框之間中空，測溫探針4從金屬圓環(huán)18中間穿過。
[0023]其中，海底信號采集基站24內部集成了方向傳感器15與姿態(tài)傳感器16，用于獲取測溫探針4插入海底后的傾斜狀況。優(yōu)選地，本發(fā)明采用HMR3200型方向傳感器，方向精度1°，分辨率0.1°。測溫探針4通過螺栓固定在外部保護殼13底部，玻璃艙球10與測溫探針4尾端各設有四芯水密插座，通過RS485總線連接，總線分為電源線、地線、數(shù)據(jù)線A和數(shù)據(jù)線B?？偩€電源電壓為5.2V，為保證溫度探測單元電源穩(wěn)定，溫度探測單元21中添加穩(wěn)壓電路。
[0024]本發(fā)明中的測溫探針4主體呈圓柱狀，長I?1.5米，直徑3厘米，壁厚0.5厘米，前端呈圓錐狀，尾端設有四芯水密插座19;測溫探針主體部分設有多個圓孔23，海水可在測溫探針4內外自由流動;測溫探針4內部放置多個溫度探測單元21，溫度探測單元21通過RS485總線20連接垂放在測溫探針4內部。溫度探測單元21內部放置集成負溫度系數(shù)熱敏電阻的溫度采集電路22，所采用的負溫度系數(shù)熱敏電阻在0°C至10°C時阻值變化范圍約為15.4千歐至9.7千歐，與鉑電阻相比靈敏度更高，便于海底溫度的高精度探測。為了節(jié)省溫度探測單元21的功耗以利于長時間海底溫度探測，溫度采集電路中采用了LPC812微控制器，僅16根管腳，管腳功能可以實現(xiàn)功能切換。本發(fā)明中管腳I分配為AD片選，管腳2分配為AD時鐘信號，管腳7分配為AD輸入信號，管腳8分配為AD輸出信號，管腳14分配為RS485總線輸入信號，管腳15分配為MAX485片選信號，管腳16分配為RS485總線輸出信號。LPC812自帶UART(通用異步收發(fā)傳輸器)，并包含地址寄存器，可以單獨設置地址。溫度探測單元21獲取的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過放大、模數(shù)轉換后由LPC812通過UART發(fā)出，經(jīng)過MAX485芯片調制成RS485總線模式進行傳輸。溫度探測單元21呈圓柱狀，整體密封，圓柱頂部和底部各設有四芯水密插座，可單獨連接海底信號采集基站24工作也可多個串接后連接海底信號采集基站24工作，串接后可進行海底溫度梯度的探測。探測海底溫度梯度時，可根據(jù)需求選擇合適長度RS485總線，海底信號采集基站24通過RS485總線與溫度探測單元21進行通信和數(shù)據(jù)傳輸。具體工作模式為，海底信號采集基站24通過RS485總線將需要獲取數(shù)據(jù)的溫度探測單元21地址發(fā)送給所有溫度探測單元21，溫度探測單元21判斷獲取信息所含地址與自己相同時，內部微控制器LPC812控制溫度采集電路22工作，并將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶５仔盘柌杉?4，若地址與自己不符則不進行任何操作以節(jié)省功耗。
[0025]進一步地，溫度探測單元21內部集成了完整的溫度采集電路22，可直接輸出數(shù)字信號，信號通過RS485總線傳輸?shù)胶５仔盘柌杉?4中并存儲，海底信號采集基站24通過RS485總線控制溫度探測單元21工作時間和確定采樣率等工作參數(shù)。
[0026]具體地，下面結合附圖給予進一步的詳細說明。
[0027]如附圖1所示，為自浮式海底溫度探測系統(tǒng)立體結構圖，包括海底信號采集基站24和測溫探針4。海底信號采集基站24包括脫鉤機構I，儀器艙2和沉耦架5;儀器艙2包括內部單個玻璃艙球10和外部保護殼13;儀器艙2放置于沉耦架5之上，脫鉤機構I放置于儀器艙2上方，四根鋼纜3—端固定在脫鉤機構I的固接口處，另一端利用螺母8在沉耦架5處鎖緊，將儀器艙2與沉耦架5固定。測溫探針4通過螺栓固定在儀器艙外部保護殼13底部，垂直從金屬圓環(huán)18中間穿過。
[0028]所述自浮式