CN104062691B - 高精度海底地温梯度探测设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于测量海底表层地热参数的高精度海底地温梯度探测设备。包括有压力保护管、绝热杆、绝缘体、双色LED、电子仪器舱壳体、充电感应线圈、若干热敏电阻，其中电子仪器舱壳体的中空腔体为电子仪器舱，绝缘体装设在电子仪器舱的一侧，压力保护管支承在绝缘体上，绝热杆装设在压力保护管内，若干热敏电阻安装在绝热杆上，三轴加速度传感器装设在电子仪器舱内，双色LED、充电感应线圈装设在电子仪器舱的外侧，且双色LED、充电感应线圈的外侧装设有透明保护罩，双色LED、充电感应线圈、若干热敏电阻、三轴加速度传感器通过导线与安装在电子仪器舱内的控制装置连接。本发明通过双色LED指示设备的倾角变化，方便操控，提高数据采集的有效率。

Description

高精度海底地温梯度探测设备

技术领域

本发明是一种能开展高精度海底地温梯度测量的探测设备，属于高精度海底地温梯度探测设备的创新技术。

背景技术

海洋地质勘测中经常需要获取海底垂直方向的高精度地温梯度数据，形成相关的高精度地温场数据，以便配合其他物理参数进行相关矿产的成矿机理、成矿特征、成藏动力学、富集规律和储量估算等研究工作。

常规的海底热流探测设备（包括地温梯度探测设备和地热探针）是通过调查船和船载绞车在深海海域开展海底热流探测活动的，这种方式的海底热流原位探测工作存在着探测位置不便控制、无法精确定位等问题。随着海底探测技术的不断发展，水下机器人（ROV和HOV）越来越多应用到深海海底的各种科考和海洋工程项目之中。用海底机器人进行海底地温梯度探测不但可以实现精确定位，又可以进行高密度采样，从而实现了解海底精细的地温场信息目的。因而为水下机器人量身定做相应的探测工具也是水下机器人技术发展中一项主要工作。由于探测设备处于深海海底的离线工作环境，一般使用电池作为能源供给方式，在使用一段时间后需要打开仪器仓进行电池的充电或更换，随后进行的相关水密处理。因在工作现场无法进行高压力的水密测试，容易出现问题，导致设备使用过程中的损坏。在深海海底环境下使用设备时，一般通过遥控机械手或水下机器人进行操控，倘若设备没有相应的指示标志，很难判断设备是否处于垂直方向，同时数据中没有倾角等姿态信息，无法对地温梯度数据进行修正改正，影响采集数据的质量，不能很好地满足科研工作的要求。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种高精度海底地温梯度探测设备。本发明提高了所获取数据的有效率和精度，且设备的使用及维护简单方便，可靠性高。

本发明的技术方案是：本发明的高精度海底地温梯度探测设备,包括有压力保护管、电子仪器舱、透明保护罩、绝热杆、绝缘体、双色LED、电子仪器舱壳体、充电感应线圈、若干热敏电阻，其中电子仪器舱壳体的中空腔体为电子仪器舱，绝缘体装设在电子仪器舱的一侧，压力保护管支承在绝缘体上，绝热杆装设在压力保护管内，若干热敏电阻安装在绝热杆上，三轴加速度传感器装设在电子仪器舱内，双色LED、充电感应线圈装设在电子仪器舱的外侧，且双色LED、充电感应线圈的外侧装设有透明保护罩，双色LED、充电感应线圈、若干热敏电阻、三轴加速度传感器通过导线与安装在电子仪器舱内的控制装置连接。

本发明针对深海水下机器人专用设备的一些工作特点，集成一个三轴加速度传感器，通过在设备顶端安装的双色LED指示是否处于垂直状态，并在记录多通道温度数据的同时，记录设备的倾角数据，以便在后续的数据处理分析中对地温梯度数据进行相关的修正，从而提高了所获取数据的有效率和精度；在LED光学窗口下安装有无线充电感应线圈，无需频繁打开仪器仓，免除了相应的设备水密问题，提高了设备的可操作性和可靠性；热敏电阻等距地安装在一个比钢管内径稍小的实心绝热杆上，保证热敏电阻能等距贴近压力保护钢管的壁壳，从而提高系统的热工参数的一致性和响应速度；设备内部使用24位A/D转换器进行数据采样，以达到高精度和快速的温度数据采样。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的高精度海底地温梯度探测设备。本发明的高精度海底地温梯度探测设备操作简单，方便实用，测量精度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明热敏电阻的安装示意图；

图3为本发明绝热杆安装热敏电阻的截面示意图；

图4为本发明控制装置的原理框图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1所示，本发明的高精度海底地温梯度探测设备,包括有压力保护管1、电子仪器舱2、透明保护罩3、绝热杆4、绝缘体6、双色LED8、电子仪器舱壳体7、充电感应线圈9、若干热敏电阻10、11、12，其中电子仪器舱壳体7的中空腔体为电子仪器舱2，绝缘体6装设在电子仪器舱2的一侧，压力保护管1支承在绝缘体6上，绝热杆4装设在压力保护管1内，若干热敏电阻10、11、12安装在绝热杆4上，三轴加速度传感器13装设在电子仪器舱2内，双色LED8、充电感应线圈9装设在电子仪器舱2的外侧，且双色LED8、充电感应线圈9的外侧装设有透明保护罩3，双色LED8、充电感应线圈9处于透明保护罩3的保护之下。且双色LED8、充电感应线圈9、若干热敏电阻10、11、12、三轴加速度传感器13通过导线与安装在电子仪器舱2内的控制装置连接。本实施例中，电子仪器舱2的电子仪器舱壳体7和压力保护管1的外壳5通过绝缘体6分开。

为便于安装，上述绝热杆4的一侧开有一条导线槽21，绝热杆4的另一侧开有若干安装热敏电阻的凹坑32，导线槽21与凹坑32之间通过通孔31相通，若干热敏电阻10、11、12分别安装在凹坑32上，若干热敏电阻10、11、12的引线穿过通孔31与安装在导线槽21上的导线连接，即若干热敏电阻10、11、12通过导线与安装在电子仪器舱2内的控制装置连接。绝热杆4安装热敏电阻10、11、12的截面示意图如图3所示，凹坑32比热敏电阻稍大，热敏电阻10、11、12安装在凹坑32上，使热敏电阻呈现部分埋入绝热杆4，热敏电阻的引线穿过通孔31与安装在导线槽21上的导线连接，即热敏电阻通过导线与安装在电子仪器舱2内的控制装置连接。

本实施例中，上述绝热杆4的直径小于压力保护管1的内径0.1mm-2mm。上述绝热杆4的直径为压力保护管1的内径减去热敏电阻10的半径为最佳，以便热敏电阻能够贴近压力保护管1的内壁，同时方便装配好的绝热杆4安装到压力保护管1的内部。

本实施例中，上述若干热敏电阻10、11、12等距安装在绝热杆（4）上。本实施例中，上述压力保护管1为钢管。

本实施例中，上述电子仪器舱2内的控制装置包括有CPU、２４位Ａ／Ｄ转换器、热脉冲驱动电路、三轴加速度传感器、LED驱动电路，其中若干热敏电阻10、11、12分别通过多路模拟开关与２４位Ａ／Ｄ转换器连接，２４位Ａ／Ｄ转换器与CPU连接，三轴加速度传感器13与CPU连接，CPU的输出端通过LED驱动电路与双色LED8连接， CPU通过RS485数据通讯接口与PC机连接，充电感应线圈9通过无线充电模块与电源模块连接，电源模块与CPU连接。本实施例中，上述充电感应线圈9为无线充电感应线圈。

本实施例中，上述电子仪器舱2内的控制装置还包括有FLASH存储器。上述电子仪器舱2内的控制装置还包括有实时时钟。

本实施例中，上述多路模拟开关与２４位Ａ／Ｄ转换器之间还连接有差动电桥。

本发明作为mK级的高精度地温梯度测量设备可广泛应用于深海海底的原位探测工作。

本发明通过将热敏电阻等距地安装在一根比压力保护钢管内径稍小的实心绝热杆上，解决了在细长狭小钢管中热敏电阻的等距安装问题，能够保证各热敏电阻等距地贴近压力保护钢管内壁，提高了各测量通道的热工参数的一致性和响应速度，从而获得了高精度的地温梯度数据。

本发明通过使用内置三轴加速度传感器，在每次测量多通道温度数据时，读取相关数据并实时计算出设备所处的倾角数据，及时通过顶端的双色LED显示，方便操控人员进行判断，提高测量工作的可操作性，该倾角数据也与多通道温度数据一起储存在大容量FLASH存储器中，在后续的数据处理分析中用于对地温梯度数据进行倾角改正，提高了在深海海底获取的地温梯度测量数据的精确度。

本发明通过使用内置的无线充电装置，无需打开仪器仓即可完成内置电池的充电工作，该内置无线充电装置的感应线圈位于LED透明指示罩的下方，无需另外在设备上开启电气接口，从而避免打开仪器仓带来的高压环境下的水密处理问题，简化设备的使用与维护工作，提高设备的可靠性。

本发明的工作原理是：在CPU的控制下，以一定速率逐个读取热敏电阻、三轴加速度传感器和实时时钟等数据，存入FLASH,并根据三轴加速度传感器的数据计算出设备的倾斜角度，通过双色LED8予以标示。

设备回收后，通过RS485数据通讯接口读出采集的数据，通过后续数据处理获得所需的海底地温梯度测量信息。电子仪器舱2的电子仪器舱壳体7和压力保护管1的外壳5通过绝缘体6分开，电子仪器舱2的外壳7和压力保护管1的外壳5分别兼作RS485数据通讯接口的正、负信号端子。

在电池电压不足时，充电感应线圈9获取的能量通过无线充电模块对电池进行充电，不再需要打开电子设备舱进行电池的充电，简化设备的使用操作。

本发明克服现有设备存在的探测位置不便控制、采样速度慢以及需要打开仪器舱进行电池的充电或更换造成的水密处理难题等问题，通过双色LED指示设备的倾角变化，方便操控，提高数据采集的有效率。本发明是一种用于测量海底表层地热参数的高精度海底地温梯度探测设备，可以给海洋地质勘测提供更精确和更多的地温场信息。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种海底地温梯度探测设备,其特征在于包括有压力保护管（1）、电子仪器舱（2）、透明保护罩（3）、绝热杆（4）、绝缘体（6）、双色LED（8）、电子仪器舱壳体（7）、充电感应线圈（9）、若干热敏电阻（10、11、12），其中电子仪器舱壳体（7）的中空腔体为电子仪器舱（2），绝缘体（6）装设在电子仪器舱（2）的一侧，压力保护管（1）支承在绝缘体（6）上，绝热杆（4）装设在压力保护管（1）内，若干热敏电阻（10、11、12）安装在绝热杆（4）上，三轴加速度传感器(13) 装设在电子仪器舱（2）内，双色LED（8）、充电感应线圈（9）装设在电子仪器舱（2）的外侧，且双色LED（8）、充电感应线圈（9）的外侧装设有透明保护罩（3），且双色LED（8）、充电感应线圈（9）、若干热敏电阻（10、11、12）、三轴加速度传感器(13)通过导线与安装在电子仪器舱（2）内的控制装置连接；上述绝热杆（4）的一侧开有一条导线槽（21），绝热杆（4）的另一侧开有若干安装热敏电阻的凹坑（32），导线槽（21）与凹坑（32）之间通过通孔（31）相通，若干热敏电阻（10、11、12）分别安装在凹坑（32）上，若干热敏电阻（10、11、12）的引线穿过通孔（31）与安装在导线槽（21）上的导线连接，即若干热敏电阻（10、11、12）通过导线与安装在电子仪器舱（2）内的控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的海底地温梯度探测设备,其特征在于上述绝热杆（4）的直径比压力保护管（1）的内径小0.1mm-2mm。

3.根据权利要求1所述的海底地温梯度探测设备,其特征在于上述若干热敏电阻（10、11、12）等距安装在绝热杆（4）上。

4.根据权利要求1所述的海底地温梯度探测设备,其特征在于上述压力保护管（1）为钢管。

5.根据权利要求1至4任一项所述的海底地温梯度探测设备,其特征在于上述电子仪器舱（2）内的控制装置包括有CPU、２４位Ａ／Ｄ转换器、热脉冲驱动电路、三轴加速度传感器、LED驱动电路，其中若干热敏电阻（10、11、12）分别通过多路模拟开关与２４位Ａ／Ｄ转换器连接，２４位Ａ／Ｄ转换器与CPU连接，三轴加速度传感器与CPU连接，CPU的输出端通过LED驱动电路与双色LED（8）连接， CPU通过RS485数据通讯接口与PC机连接，充电感应线圈（9）与电源模块连接，电源模块与CPU连接。

6.根据权利要求5所述的海底地温梯度探测设备,其特征在于上述电子仪器舱（2）内的控制装置还包括有FLASH存储器。

7.根据权利要求5所述的海底地温梯度探测设备,其特征在于上述电子仪器舱（2）内的控制装置还包括有实时时钟。

8.根据权利要求5所述的海底地温梯度探测设备,其特征在于上述充电感应线圈（9）为无线充电感应线圈。

9.根据权利要求5所述的海底地温梯度探测设备,其特征在于上述多路模拟开关与２４位Ａ／Ｄ转换器之间还连接有差动电桥。