CN108415091B - 一种拖曳式海洋电磁数据采集缆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种拖曳式海洋电磁数据采集缆，包括采集缆外套，所述采集缆外套为长条形且内部中空的腔体，所述腔体一端设有与腔体内部相通的线缆孔，所述线缆孔内设有非磁性线缆和电缆，所述非磁性线缆的一端与腔体远离线缆孔一端的内腔相连，所述非磁性线缆的另一端通过线缆孔设在腔体外部，所述腔体内部均布设有n个电极支架，所述n为正整数，所述电极支架与腔体内壁相连，每个电极支架对应采集缆外套位置设有至少一个内外通透的电极安装孔，所述电极安装孔内设有与对应电极支架相连的钽电容不极化电极，所述腔体内两个电极支架之间设有信号采集单元。本发明的有益效果是减少电极极化效应，降低噪声水平，便于检测微弱的海洋电磁场信号。
Description
技术领域
本发明涉及海洋勘探技术领域，特别涉及一种拖曳式海洋电磁数据采集缆。
背景技术
海洋蕴含着丰富的资源，70％的地球表面被海洋覆盖，石油、天然气以及稀有金属等各种矿产资源在海底具有极为丰富的储量，这些资源有待查明及开发利用。在海洋勘探技术领域中，海洋电磁数据对海底矿产、油气资源等勘探与综合评价具有重要的意义。
现有的海洋电磁数据采集方式主要可以包括两种：第一种是海洋电磁数据采集缆在海水中拖曳前行或布设在海底，海洋电磁(电流)激发源在水中拖移激发，拖曳着的海洋电磁数据采集拖缆或沉放布设在海底的电磁数据采集缆同步采集海洋电磁数据。第二种是独立的海洋电磁数据采集站沉底，海洋电磁(电流)激发源在水中拖移激发，沉底的电磁数据采集站采集海底电磁数据。
目前行业里的用海洋电磁拖缆来测量沿缆方向电场分量的电极是普通的金属环电极，没有采用不极化电极，因此其电极自身的极化效应较大，造成电极的噪声水平较高，不利于检测大偏移距或海底以下深部地层的微弱的海洋电场信号。而沉底式海洋电磁数据采集站广泛使用的氯化银不极化电极由于需要一直浸泡在海水或盐水中保存，以及其特殊的圆柱状结构，使其无法用于拖曳式海洋电磁数据采集缆上来测量沿缆方向的海洋电场分量。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种性能稳定、质量可靠的拖曳式海洋电磁数据采集缆。
本发明的技术方案是：
一种拖曳式海洋电磁数据采集缆，包括采集缆外套，所述采集缆外套为长条形且内部中空的腔体，所述腔体一端设有与腔体内部相通的线缆孔，所述线缆孔内设有非磁性线缆和电缆，所述非磁性线缆的一端与腔体远离线缆孔一端的内腔相连，所述非磁性线缆的另一端通过线缆孔设在腔体外部，所述腔体内部均布设有n个电极支架，所述n为正整数，所述电极支架与腔体内壁相连，每个电极支架对应采集缆外套位置设有至少一个内外通透的电极安装孔，所述电极安装孔内设有与对应电极支架相连的钽电容不极化电极，所述腔体内两个电极支架之间设有电场信号采集单元，所述电场信号采集单元与电缆相连，所述采集缆外套与非磁性线缆、电容支架和电缆密封形成密封腔体。
所述电极安装孔为一个环形孔，所述钽电容不极化电极为环形，所述钽电容不极化电极的内圆套设在对应的电极支架外圆上。
所述钽电容不极化电极为矩形，所述电极安装孔为4个均布的矩形孔，所述钽电容不极化电极设在矩形孔内且与电极支架外圆表面相连。
所述采集缆外套包括引导缆外套和信号缆外套，所述引导缆外套为半球体，所述信号缆外套为圆柱体，所述半球体的直径与圆柱体的直径相等，所述半球体的中心面与圆柱形的一端相连，所述电极支架设在信号缆外套内部。
所述钽电容不极化电极与电极支架相连的表面设有电极引线，所述信号采集单元设有电场信号放大器、模数转换模块、三分量姿态传感器、三分量磁场传感器、温盐深记录仪、数据存储模块和数据传输模块，所述两个相邻的钽电容不极化电极之间的电极引线与电场信号放大器的输入端相连，所述电场信号放大器的输出端、三分量姿态传感器的信号输出端和三分量磁场传感器的信号输出端分别与模数转换模块的输入端对应相连，所述模数转换模块的输出端和温盐深记录仪的信号输出端分别与数据存储模块的输入端相连，所述数据存储模块的输出端与数据传输模块的输入端相连。
所述线缆孔内设有光缆，所述信号采集单元还设有采集缆光电转换传输模块，所述采集缆光电转换传输模块设有电信号输入端和光信号输出端，所述采集缆光电转换传输模块的电信号输入端与数据传输模块的输入端相连，所述采集缆光电转换传输模块的光信号输出端与光缆对应相连。
所述采集缆外表面均布设有浮标，所述浮标之间的距离范围100m-500m，所述浮标内设有GPS定时定位模块，所述GPS定时定位模块通过电缆与采集缆内的数据存储模块输入端对应相连。
所述电极支架的宽度大于等于钽电容不极化电极的宽度，所述钽电容不极化电极外表面与采集缆外套对应位置的外表面处于同一水平面。
所述电极支架内侧壁之间设有加强撑，所述加强撑为十字交叉形，所述加强撑中心设有固定孔，所述加强撑的4个端部与电极支架内侧壁相连，所述非磁性线缆贯穿固定孔后与腔体远离线缆孔一端的内腔相连，所述采集单元通过扎带或线缆捆扎在非磁性线缆上。
所述两个相邻电极支架之间的距离范围为10m-100m。
本发明的有益效果是：可以减少拖曳式海洋电磁数据采集缆的电极极化效应，降低电极的噪声水平，便于检测大偏移距或海底以下深部地层的微弱的海洋电磁场信号，极大的提高了拖曳式海洋电磁数据采集缆采集的海洋电磁数据的质量和可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1局部A放大示意图；
图3是图1局部B放大示意图；
图4是环形电极与电极支架的剖面结构图；
图5是矩形电极与采集缆外套和电极支架的剖面结构图；
图6是本发明的使用示意图；
图7是本发明的信号传输系统框图；
图8是本发明的信号采集单元系统框图。
图中标记：1.采集缆外套，2.非磁性线缆，3.信号采集系统，4.钽电容不极化电极，5.电极支架，6.海水，7.浮标，8.拖曳式电流源，9.海洋电磁拖缆作业船，11.引导缆外套，12.信号缆外套，41.电极引线,51.连接部，52.加强撑，53.固定孔，54.第二密封层，71.浮标线缆,111.线缆孔，112.第一密封层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
由图1-3所示，本发明提供一种拖曳式海洋电磁数据采集缆，拖曳式海洋电磁数据采集缆设有采集缆外套1，采集缆外套1为长条形且内部中空的腔体。
采集缆外套1设有引导缆外套11和信号缆外套12，引导缆外套11可为半球体或半椭圆体，信号缆外套12可为一端开口的圆柱体或椭圆体。
信号缆外套12内腔设有n个电极支架5，n为正整数，n≥2，电极支架5与采集缆外套1配合使用，若引导缆外套11采用半椭圆体，信号缆外套12采用椭圆体，则电极支架5采用椭圆环体结构；引导缆外套11采用半球体，信号缆外套12采用圆柱体，则电极支架5采用圆环体结构。
本实施例引导缆外套11采用半球体，信号缆外套12采用圆柱体，电极支架5采用圆环体结构。
半球体的直径与圆柱体的直径相等，半球体的中心面与圆柱体开口的一端相连，引导缆外套11远离信号栏外套12的一端设有与腔体相通的线缆孔111。
电极支架5设有连接部51,连接部51为圆环体，连接部51的外圆直径小于等于信号缆外套12的内圆直径，连接部51的外圆与信号缆外套12的内圆直径配合使用，连接部51的内圆侧壁上设有加强撑52，加强撑52为十字交叉形，加强撑52中心设有固定孔53，加强撑的4个端部分别与连接部51的内圆侧壁垂直相连。
每个电极支架5的连接部51对应信号缆外套12设有至少一个内外通透的电极安装孔。
电极安装孔可为环形槽，电极安装孔也可为多个设在信号缆外套12与腔体内相通的孔。
电极安装孔内设有钽电容不极化电极4，钽电容不极化电极4与连接部51的外圆侧壁相连，钽电容不极化电极4通过第二密封层54设在电极安装孔内。
如图4所示，电极安装孔为设在信号缆外套12上的环形槽，该环形槽采集缆外套1内腔通透，钽电容不极化电极4为圆环形，钽电容不极化电极4套设在连接部51外圆上，钽电容不极化电极4通过第二密封层54将钽电容不极化电极4密封设在环形槽内并保证采集缆外套1内腔的密封性。
如图5所示，电极安装孔为4个均布设在信号缆外套12上的矩形孔，该矩形孔与采集缆外套1内腔通透，钽电容电不极化电极4通过第二密封层54将钽电容不极化电极4密封设在矩形孔内并保证采集缆外套1内腔的密封性。
钽电容不极化电极4外表面与信号缆外套12中心的距离小于等于信号缆外套12外壁与信号缆外套12中心的距离。
优选的，钽电容不极化电极4外表面与信号缆外套12对应位置的外表面处于同一水平面。
线缆孔111内设有非磁性线缆2、电缆和光缆，非磁性线缆2的一端通过每个加强撑52中心的固定孔53后与信号缆外套12远离线缆孔111一端的内腔相连，非磁性线缆2的另一端通过线缆孔111设在采集缆外套1外部。
非磁性线缆2、电缆和光缆通过第一密封层112使采集缆外套1内腔保持密封。
第一密封层112和第二密封层54通过胶粘接形成。
两个电极支架5之间设有信号采集单元3，信号采集单元3通过扎带或线缆捆扎在非磁性线缆2上，电缆设在采集缆外套1内腔的一端与采集系统3对应相连。
优选的，信号采集单元3设在两个电极支架5之间中心位置。
两个相邻电极支架5之间的距离范围为10m-100m。
如图6所示，采集缆外表面均布设有浮标7，浮标7内设有GPS定时定位模块，相邻两个浮标7之间的距离范围为100m-500m，GPS定时定位模块设有天线，浮标7通过浮标线缆71与采集缆相连，浮标线缆71的长度为采集缆设置海水6内的深度。
采集缆通过非磁性线缆2与海洋电磁拖缆作业船9相连，海洋电磁拖缆作业船9过电流源线缆设有拖曳式电流源8。
钽电容不极化电极4与电极支架5相连的表面设有电极引线41。
如图7和图8所示，海洋电磁拖缆作业船9上设有控制中心和控制中心光电转换模块，控制中心光电转换模块设有光信号输入端和电信号输出端。
两个相邻电极支架5之间的信号采集单元3设有电场信号放大器、模数转换模块、三分量姿态传感器、三分量磁场传感器、温盐深记录仪、数据存储模块、数据传输模块和采集缆光电转换传输模块，采集缆光电转换传输模块设有电信号输入端和光信号输出端，两个相邻的钽电容不极化电极4之间的电极引线41与电场信号放大器的输入端相连，电场信号放大器的输出端、三分量姿态传感器的信号输出端和三分量磁场传感器的信号输出端分别与模数转换模块的输入端对应相连，模数转换模块的输出端和温盐深记录仪的信号输出端分别与数据存储模块的输入端相连，数据存储模块的输出端与数据传输模块的输入端相连，数据传输模块的输出端与采集缆光电转换传输模块的电信号输入端相连，采集缆光电转换传输模块的光信号输出端与光缆设在采集缆内的一端对应相连，光缆远离采集缆的一端与控制中心光电转换模块的光信号输入端相连，控制中心光电转换模块的电信号输出端通过线缆与控制中心计算机相连。
GPS定时定位模块的信号端与最接近的信号采集单元的数据存储模块的输入端相连。
优选的，模数转换模块采用9通道32位模数转换模块。
钽电容不极化电极4通过电场信号放大器将电场信号放大滤波后传送给模数转换模块，三分量姿态传感器和三分量磁场传感器将对应的信号传送给模数转换模块，模数转换模块将模拟信号转换为数字信号传送给对应的数据存储模块，GPS定时定位模块和温盐深记录仪将对应的数字电信号传送给对应的数据存储模块，数据存储模块将内部存储的数字电信号传送给对应数据传输模块，两个相邻电极支架5之间的数据传输模块将接收的数字电信号传送到采集缆光电转换传输模块，采集缆光电转换传输模块将接收到的数字信号转换为光信号并通过光缆传送给控制中心光电转换模块，控制中心光电转换模块将接收到的光信号转换为数字电信号并传送到控制中心，控制中心将储存采集到的各种信号并进行处理分析。
海洋电磁数据采集作业时，海洋电磁拖缆作业船9在水里拖着拖曳式电流源8和本发明的采集缆缓慢的前行，拖曳式电流源8通过两个相距数百米远的供电电极(发射天线)不间断的向水中发射低频的频率域或时间域电流信号，发射的电流波形可以是正弦波、方波、占空比为1的正负方波等，在水下拖曳式电流源8向水中发射电流的同时，本发明采集缆上相邻的两个钽电容不极化电极4采集沿缆方向的可控源电场数据，三分量磁场传感器采集可控源三分量磁场数据，拖缆里的温盐深记录仪和三分量姿态传感器也同步采集本发明采集缆的温盐深数据和三分量姿态数据，GPS定时定位模块通过本发明的采集缆将实时的时间和位置数据传送到控制中心，用于后期的拖曳式海洋电磁数据的处理和综合解释。
需要说明的是，上面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。
Claims (9)
1.一种拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：包括采集缆外套，所述采集缆外套为长条形且内部中空的腔体，所述腔体一端设有与腔体内部相通的线缆孔，所述线缆孔内设有非磁性线缆和电缆，所述非磁性线缆的一端与腔体远离线缆孔一端的内腔相连，所述非磁性线缆的另一端通过线缆孔设在腔体外部，所述腔体内部均布设有n个电极支架，所述n为正整数，所述电极支架与腔体内壁相连，每个电极支架对应采集缆外套位置设有至少一个内外通透的电极安装孔，所述电极安装孔内设有与对应电极支架相连的钽电容不极化电极，所述腔体内两个电极支架之间设有信号采集单元，所述信号采集单元与电缆相连，所述钽电容不极化电极与电极支架相连的表面设有电极引线，所述两个相邻的钽电容不极化电极之间的电极引线与所述信号采集单元相连；所述电极支架内侧壁之间设有加强撑，所述加强撑为十字交叉形，所述加强撑中心设有固定孔；所述采集缆外套与非磁性线缆、电容支架和电缆密封形成密封腔体；
所述线缆孔内设有光缆，所述信号采集单元还设有采集缆光电转换传输模块，所述采集缆光电转换传输模块设有电信号输入端和光信号输出端，所述采集缆光电转换传输模块的电信号输入端与数据传输模块的输入端相连，所述采集缆光电转换传输模块的光信号输出端与光缆对应相连。
2.根据权利要求1所述的拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：所述电极安装孔为一个环形孔，所述钽电容不极化电极为环形，所述钽电容不极化电极的内圆套设在对应的电极支架外圆上。
3.根据权利要求1所述的拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：所述钽电容不极化电极为矩形，所述电极安装孔为4个均布的矩形孔，所述钽电容不极化电极设在矩形孔内且与电极支架外圆表面相连。
4.根据权利要求1所述的拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：所述采集缆外套包括引导缆外套和信号缆外套，所述引导缆外套为半球体，所述信号缆外套为圆柱体，所述半球体的直径与圆柱体的直径相等，所述半球体的中心面与圆柱形的一端相连，所述电极支架设在信号缆外套内部。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：所述信号采集单元设有电场信号放大器、模数转换模块、三分量姿态传感器、三分量磁场传感器、温盐深记录仪、数据存储模块和数据传输模块，所述电场信号放大器的输出端、三分量姿态传感器的信号输出端和三分量磁场传感器的信号输出端分别与模数转换模块的输入端对应相连，所述模数转换模块的输出端和温盐深记录仪的信号输出端分别与数据存储模块的输入端相连，所述数据存储模块的输出端与数据传输模块的输入端相连。
6.根据权利要求5所述的拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：所述采集缆外表面均布设有浮标，所述浮标之间的距离范围100m-500m，所述浮标内设有GPS定时定位模块，所述GPS定时定位模块通过电缆与采集缆内的数据存储模块输入端对应相连。
7.根据权利要求5所述的拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：所述电极支架的宽度大于等于钽电容不极化电极的宽度，所述钽电容不极化电极外表面与采集缆外套对应位置的外表面处于同一水平面。
8.根据权利要求7所述的拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：所述加强撑的4个端部与电极支架内侧壁相连，所述非磁性线缆贯穿固定孔后与腔体远离线缆孔一端的内腔相连，所述采集单元通过扎带或线缆捆扎在非磁性线缆上。
9.根据权利要求8所述的拖曳式海洋电磁数据采集缆，其特征在于：所述两个相邻电极支架之间的距离范围为10m-100m。
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