CN106226830A - 一种海洋磁力探测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种海洋磁力探测装置及探测方法，该装置包括测量船、设置于测量船上的船载实验室磁测部分、浮空器壳体及设置于浮空器壳体内的浮空器磁测部分，所述浮空器壳体与所述测量船之间通过绳缆相连接，并且所述浮空器壳体飘浮于空气中，所述浮空器磁测部分包括磁力传感器、磁力数据采集电子单元及浮空器传输单元，所述船载实验室磁测部分包括数据记录计算机及实验室传输单元。本发明海洋磁力探测方法及装置，该探测方法及装置不受工作海区的限制，还可与其他船载设备、拖曳设备同步作业。

Description

一种海洋磁力探测方法及装置
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别是涉及一种专用于测量地磁性的方法及装置。
背景技术
地球周围存在的磁场称为地磁场。海洋地磁场测量通常是通过船只携带磁力仪在海上航行而进行地磁测量的过程。目前大多数海洋磁场测量只能使用拖曳方式工作，磁力探头拖曳于调查船后的海水中，拖曳用电缆长度大于船长的3倍。这种作业方式在一些海区容易受到限制，如近海养殖区、极地浮冰区等，会导致磁力探头的损坏甚至丢失。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种海洋磁力探测方法及装置，该探测方法及装置不受工作海区的限制，还可与其他船载设备、拖曳设备同步作业。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种海洋磁力探测装置，包括测量船、设置于测量船上的船载实验室磁测部分、浮空器壳体及设置于浮空器壳体内的浮空器磁测部分，所述浮空器壳体与所述测量船之间通过绳缆相连接，并且所述浮空器壳体飘浮于空气中，所述浮空器磁测部分包括磁力传感器、磁力数据采集电子单元及浮空器传输单元，所述船载实验室磁测部分包括数据记录计算机及实验室传输单元，所述磁力传感器采集海洋磁力并将海洋磁力信号传输至磁力数据采集电子单元，磁力数据采集电子单元将所述海洋磁力信号转化为数字信号发送至浮空器传输单元，所述浮空器传输单元将所述数字信号经无线或有线网络传输至实验室传输单元并将所述实验室传输单元传输来的数据记录计算机发出的命令传输至所述磁力数据采集电子单元，所述实验室传输单元将所述数字信号传输至数据记录计算机并将数据记录计算机发出的命令经有线或无线网络传输至浮空器传输单元。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述磁力传感器为总场型磁力传感器。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述磁力传感器为矢量型磁力传感器，所述浮空器磁测部分还包括航向姿态参考***，所述航向姿态参考***用于测量所述浮空器壳体的航向、横摇角和纵倾角参数并将测得的上述参数传输至磁力数据采集电子单元。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述绳缆由芳纶纤维材料制成。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述实验室传输单元和浮空器传输单元之间通过电缆或光纤进行数据传输，所述电缆或光纤包裹于所述绳缆内。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述实验室传输单元和浮空器传输单元之间通过WIFI进行数据传输。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述浮空器壳体内设置电源模块，所述电源模块为所述浮空器磁测部分提供电源。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述浮空器磁测部分还包括***传感器，所述***传感器包括摄像机和/或高度计和/或温度传感器和/或倾角传感器，所述各***传感器均连接到所述磁力数据采集电子单元。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述浮空器磁测部分还包括浮空器GPS，所述浮空器GPS连接到所述磁力数据采集电子单元。
本发明海洋磁力探测装置，其中，所述测量船上连接有船载GPS。
本发明海洋磁力探测方法，该方法包括下述步骤：
(一)将所述海洋磁力探测装置的各部分连接，确保各部分工作正常；
(二)所述测量船低速航行，将所述浮空器壳体释放，使所述浮空器壳体飘浮于空气中；
(三)对海洋磁力探测装置进行测试，确保各部分工作正常；
(四)所述测量船以正常速度航行，在航行过程中所述磁力传感器采集海洋磁力并将海洋磁力信号传输至磁力数据采集电子单元，磁力数据采集电子单元将所述海洋磁力信号转化为数字信号发送至浮空器传输单元，所述浮空器传输单元将所述数字信号经无线或有线网络传输至实验室传输单元并将所述实验室传输单元传输来的数据记录计算机发出的命令传输至所述磁力数据采集电子单元，所述实验室传输单元将所述数字信号传输至数据记录计算机并将数据记录计算机发出的命令经有线或无线网络传输至浮空器传输单元，所述数据记录计算机接收传输来的磁力数据采集电子单元的数据，并对数据进行记录、处理和监视，得到海洋磁力数据。
本发明海洋磁力探测方法，其中，所述测量船与所述浮空器壳体之间的距离不小于所述测量船的船体的长度。
本发明海洋磁力探测方法，其中，所述磁力数据采集电子单元同步采集磁力数据与航向姿态参考***采集的姿态数据，并且所述磁力数据采集电子单元同步将所述磁力数据与姿态数据传输至所述浮空器传输单元。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：由于本发明包括测量船、船载实验室磁测部分、浮空器壳体及设置于浮空器壳体内的浮空器磁测部分，浮空器壳体与测量船之间通过绳缆相连接，并且浮空器壳体飘浮于空气中，本发明装置采用浮空拖曳式作业，不受海面障碍阻碍限制，因此适合在极地浮冰区、近海养殖区等有海面障碍物的区域进行作业，并且由于浮空器壳体飘浮于空气中，因此本发明浮空式海洋磁力探测装置可以与其它船载设备同步作业，例如海洋重力仪，多波束测深仪等，还可与其它拖曳式设备同步作业，例如单缆二维地震测量***，多缆三维地震测量***等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明海洋磁力探测装置的总体结构示意图；
图2为本发明海洋磁力探测装置实施例一的模块框图；
图3为本发明海洋磁力探测装置实施例二的模块框图；
图4为本发明海洋磁力探测装置实施例三的模块框图；
图5为本发明海洋磁力探测装置实施例四的模块框图。
附图标记说明：测量船11、浮空器壳体12、绳缆13、海面14。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、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发明作进一步详细的说明。
如图1所示实施例一，本发明提供一种海洋磁力探测装置，包括测量船11、设置于测量船11上的船载实验室磁测部分、浮空器壳体12及设置于浮空器壳体12内的浮空器磁测部分，浮空器壳体12与测量船11之间通过绳缆13相连接，绳缆13由芳纶纤维材料制成，并且浮空器壳体12飘浮于海面14上方的空气中，如图2所示，浮空器磁测部分包括磁力传感器、磁力数据采集电子单元、浮空器传输单元及电源模块，电源模块为浮空器磁测部分提供电源，磁力传感器采用单个总场型磁力传感器，船载实验室磁测部分包括数据记录计算机及实验室传输单元，磁力传感器采集海洋磁力并将海洋磁力信号传输至磁力数据采集电子单元，磁力数据采集电子单元将海洋磁力信号转化为数字信号发送至浮空器传输单元，浮空器传输单元将数字信号经无线或有线网络传输至实验室传输单元并将实验室传输单元传输来的数据记录计算机发出的命令传输至磁力数据采集电子单元，实验室传输单元将数字信号传输至数据记录计算机并将数据记录计算机发出的命令经无线WIFI网络传输至浮空器传输单元。
本发明海洋磁力探测方法，包括下述步骤：
(1)将浮空器磁测部分连接，电源模块采用电池为浮空器磁测部分供电；
(2)将船载实验室磁测部分连接，实验室传输单元天线部分置于测量船11顶部开阔位置；
(3)浮空器磁测部分与船载实验室磁测部分联机测试，确保整体工作正常，浮空器磁测部分与船载实验室磁测部分之间无线数据链路正常，命令设置与反馈正常、磁力仪激发采集正常等；
(4)测量船11低速航行，将浮空器壳体12释放，浮空器壳体12与测量船11之间由KEVLAR绳稳固连接；浮空器壳体12与测量船11之间的KEVLAR绳长度足够，至少要保证浮空器磁测部分与测量船11之间的距离不小于三倍船体长度，以避开船体磁场干扰；
(6)再次进行联机测试，具体包括但不限于：浮空器磁测部分与船载实验室磁测部分之间无线数据链路正常，命令设置与反馈正常、磁力仪激发采集正常，注意观察磁力采集数据抖动，抖动不宜大于0.5nT；
(7)测量船11船速增加到正常航速，例如10kn船速，开始海洋磁力测量，在航行过程中总场型磁力传感器采集海洋磁力并将海洋磁力信号传输至磁力数据采集电子单元，磁力数据采集电子单元将海洋磁力信号转化为数字信号发送至浮空器传输单元，浮空器传输单元将数字信号经无线WIFI网络传输至实验室传输单元并将实验室传输单元传输来的数据记录计算机发出的命令传输至磁力数据采集电子单元，实验室传输单元将数字信号传输至数据记录计算机并将数据记录计算机发出的命令经无线WIFI网络传输至浮空器传输单元，数据记录计算机接收传输来的磁力数据采集电子单元的数据，并对数据进行记录、处理和监视，得到海洋磁力数据并实时存储至数据记录计算机；
(8)在电池电量耗尽前，降低测量船11的航行速度，将浮空器回收至测量船甲板上，更换浮空器磁测部分的电池，重复上述步骤(3)至步骤(7)；
(9)全部海洋磁力测量工作完成后，降低测量船航行速度，将浮空器回收至测量船甲板。
如图3所示，本发明一种海洋磁力探测装置实施例二，与实施例一不同之处在于浮空器磁测部分与船载实验室磁测部分之间采用有线电缆连接，浮空器传输单元和实验室传输单元之间通过有线网络传输信号，浮空器磁测部分不需要电源模块，船载实验室磁测部分通过有线电缆为浮空器磁测部分供电，有线电缆包裹于绳缆13内。
如图4所示，本发明一种海洋磁力探测装置实施例三，与实施例一不同之处在于磁力传感器采用单个矢量型磁力传感器，浮空器磁测部分还包括航向姿态参考***和浮空器GPS，航向姿态参考***用于测量浮空器壳体12的航向、横摇角和纵倾角参数并将测得的上述参数传输至磁力数据采集电子单元，浮空器GPS用于给出浮空器位置信息并对浮空器磁测部分进行高精度授时。
本发明海洋磁力探测方法，与实施例一的探测方法不同之处在于在步骤(7)中，测量船11船速增加到正常航速，例如10kn船速，开始海洋磁力测量，测量中，磁力数据采集电子单元同步采集磁力数据与航向姿态参考***采集的姿态数据，两者1秒时间的采集偏差会导致很大的磁测误差，用浮空器GPS授时脉冲作为触发采集的基准信号，保证磁力数据与姿态数据的同步精度。
如图5所示，本发明一种海洋磁力探测装置实施例四，与实施例三不同之处在于浮空器磁测部分与船载实验室磁测部分之间采用有线光纤连接，浮空器传输单元和实验室传输单元之间通过有线网络传输信号，浮空器磁测部分不需要电源模块，船载实验室磁测部分通过有线光纤为浮空器磁测部分供电，有线光纤包裹于绳缆13内。
另外，上述磁力传感器还可采用多个总场型磁力传感器或多个矢量型磁力传感器，总场型磁力传感器可以是Overhauser型磁力传感器、质子旋进式磁力传感器、光泵型磁力传感器等；矢量型磁力传感器可以是磁通门型磁力传感器，或其它类型磁力传感器，矢量型磁力传感器用于测量地球磁场的X、Y、Z三个分量。
浮空器磁测部分还包括***传感器，***传感器包括摄像机、高度计、温度传感器、倾角传感器中的一种或几种，各***传感器均连接到磁力数据采集电子单元，测量船11上连接有船载GPS。
本发明中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。

Claims (13)

1.一种海洋磁力探测装置，其特征在于：包括测量船(11)、设置于测量船(11)上的船载实验室磁测部分、浮空器壳体(12)及设置于浮空器壳体(12)内的浮空器磁测部分，所述浮空器壳体(12)与所述测量船(11)之间通过绳缆(13)相连接，并且所述浮空器壳体(12)飘浮于空气中，所述浮空器磁测部分包括磁力传感器、磁力数据采集电子单元及浮空器传输单元，所述船载实验室磁测部分包括数据记录计算机及实验室传输单元，所述磁力传感器采集海洋磁力并将海洋磁力信号传输至磁力数据采集电子单元，磁力数据采集电子单元将所述海洋磁力信号转化为数字信号发送至浮空器传输单元，所述浮空器传输单元将所述数字信号经无线或有线网络传输至实验室传输单元并将所述实验室传输单元传输来的数据记录计算机发出的命令传输至所述磁力数据采集电子单元，所述实验室传输单元将所述数字信号传输至数据记录计算机并将数据记录计算机发出的命令经有线或无线网络传输至浮空器传输单元。
2.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述磁力传感器为总场型磁力传感器。
3.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述磁力传感器为矢量型磁力传感器，所述浮空器磁测部分还包括航向姿态参考***，所述航向姿态参考***用于测量所述浮空器壳体(12)的航向、横摇角和纵倾角参数并将测得的上述参数传输至磁力数据采集电子单元。
4.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述绳缆(13)由芳纶纤维材料制成。
5.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述实验室传输单元和浮空器传输单元之间通过电缆或光纤进行数据传输，所述电缆或光纤包裹于所述绳缆(13)内。
6.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述实验室传输单元和浮空器传输单元之间通过WIFI进行数据传输。
7.根据权利要求6所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述浮空器壳体(12)内设置电源模块，所述电源模块为所述浮空器磁测部分提供电源。
8.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述浮空器磁测部分还包括***传感器，所述***传感器包括摄像机和/或高度计和/或温度传感器和/或倾角传感器，所述各***传感器均连接到所述磁力数据采集电子单元。
9.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述浮空器磁测部分还包括浮空器GPS，所述浮空器GPS连接到所述磁力数据采集电子单元。
10.根据权利要求1所述的海洋磁力探测装置，其特征在于：所述测量船(11)上连接有船载GPS。
11.采用上述权利要求1-10任一所述海洋磁力探测装置进行的海洋磁力探测方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
(一)将所述海洋磁力探测装置的各部分连接，确保各部分工作正常；
(二)所述测量船(11)低速航行，将所述浮空器壳体(12)释放，使所述浮空器壳体(11)飘浮于空气中；
(三)对海洋磁力探测装置进行测试，确保各部分工作正常；
(四)所述测量船(11)以正常速度航行，在航行过程中所述磁力传感器采集海洋磁力并将海洋磁力信号传输至磁力数据采集电子单元，磁力数据采集电子单元将所述海洋磁力信号转化为数字信号发送至浮空器传输单元，所述浮空器传输单元将所述数字信号经无线或有线网络传输至实验室传输单元并将所述实验室传输单元传输来的数据记录计算机发出的命令传输至所述磁力数据采集电子单元，所述实验室传输单元将所述数字信号传输至数据记录计算机并将数据记录计算机发出的命令经有线或无线网络传输至浮空器传输单元，所述数据记录计算机接收传输来的磁力数据采集电子单元的数据，并对数据进行记录、处理和监视，得到海洋磁力数据。
12.根据权利要求11所述的海洋磁力探测方法，其特征在于：所述测量船(11)与所述浮空器壳体(12)之间的距离不小于所述测量船(11)的船体的长度。
13.根据权利要求12所述的海洋磁力探测方法，其特征在于：所述磁力数据采集电子单元同步采集磁力数据与航向姿态参考***采集的姿态数据，并且所述磁力数据采集电子单元同步将所述磁力数据与姿态数据传输至所述浮空器传输单元。
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