一种自浮式海底温度探测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自浮式海底温度探测系统，其包括海底信号采集基站和测温探针；其中测温探针可多次使用且与海水充分接触，测温探针内部放置温度探测单元，温度探测单元组合方便灵活，数字信号输出，可有效改善数据质量；海底信号采集基站保证了仪器回收率，降低了海洋温度探测风险。自浮式海底温度探测系统既可以在浅海区也可以在深海区探测海底温度，留海时间长有利于长期海底温度探测。

【技术实现步骤摘要】
一种自浮式海底温度探测系统
本专利技术属于地球物理测量领域，具体涉及一种用于地球物理测量的海底温度探测系统。
技术介绍
海底温度探测是地球物理方法的重要手段，尤其是热流区域的温度梯度的探测结果可以直接反映地球内部的热传输过程，帮助我们开展地球动力学、地球内部内热驱动构架演化过程的研究，为海底油气等矿物资源探测提供评估依据。目前海底温度探测主要通过石油钻井测温和海底热流计探测来实现。其中石油钻井测温主要在石油区和浅海区进行，作业条件限制多，费用高且效率低；与石油钻井测温相比海底热流计操作简单、效率更高，国际上主要采用海底热流计进行海底温度探测。作业时海底热流计通过钢缆被放入水中，在重力作用下插入海底沉积物中，待海底热流计的探针与海底沉积物接触位置温度达到稳态后通过内部热敏元件来测量海底温度，测量完成后通过钢缆回收。目前海底热流计主要包括三种类型：Bullard型，Ewing型和Lister型。三者共同特点都是通过钢缆释放回收，热敏元件以一定间隔挂载在加固管的内壁或者钢矛外壁的不同位置，热敏元件同时连接到记录单元，记录单元放置在单独承压容器内密封。海底热流计可以较方便的测量千米以内的海底温度，但随着海水深度增加探测难度成倍提升，效率降低并且风险性大大增加。海底热流计的探针在插入沉积物过程中会造成摩擦生热，具体热稳时间不好掌握，同时某些特定海域的海底温度受地球内部影响呈现随时间剧烈变化的情况，需要海底热流计长时间留海以获取准确温度信息。另外，海底热流计在工作过程中，测量船受浪涌影响会发生漂移，在钢缆的作用下海底热流计在海底的位置可能会发生变化，甚至导致海底热流计损坏造成作业失败，这都对海底热流计的应用提出了新的课题。鉴于石油钻井测温和海底热流计在海底温度探测过程中的局限型，借鉴目前海底地震仪成熟的投放回收技术，有必要研发一种回收方便、留海时间长、体积小便于开展大批量海底温度探测的自浮式海底温度探测系统。
技术实现思路
针对现有技术的不足，提供一种海底温度探测系统，其结构简单、自浮式回收、适合长期海底温度探测，以满足海洋地球物理调查的需求。为达到上述目的，专利技术的技术解决方案如下：一种自浮式海底温度探测系统，包括海底信号采集基站24和测温探针4。其中海底信号采集基站24包括脱钩机构1，仪器舱2和沉耦架5；仪器舱2包括内部单个玻璃舱球10和外部保护壳13；玻璃舱球10设有一个四芯水密插座6，海底信号采集基站24与测温探针4通过导线7连接。玻璃舱球外部保护壳13分上下两部分，两者通过多个螺栓固定，测温探针4通过螺栓固定在外部保护壳13底部；外部保护壳13顶端安装脱钩机构1，仪器舱2整体放置于沉耦架5之上；沉耦架5为方框状，中部设有刚性金属圆环，方框通过四根钢梁与刚性金属圆环连接，金属圆环、钢梁、沉耦架方框之间中空，测温探针4从金属圆环18中间穿过。在自浮式海底温度探测系统中，测温探针4通过螺栓垂直固定在在外部保护壳13底部，玻璃舱球10与测温探针4尾端各设有四芯水密插座，两者通过RS485总线7连接，总线分为电源线、地线、数据线A和数据线B。测温探针4主体呈圆柱状，长1～1.5米，直径3厘米，壁厚0.5厘米，前端呈圆锥状，测温探针尾端设有四芯水密插座；测温探针4主体部分设有多个圆孔23，海水可在测温探针4内外自由流动。进一步地，测温探针4内部放置多个温度探测单元21，温度探测单元21通过RS485总线20连接并垂放在测温探针4内部。温度探测单元21内部放置集成负温度系数热敏电阻的温度采集电路22。温度探测单元21呈圆柱状，整体密封，圆柱顶部和底部各有四芯水密插座，可单独连接海底信号采集基站24工作也可多个串接后连接海底信号采集基站24工作，串接后可进行海底温度梯度的探测。探测海底温度梯度时，可根据需求选择合适长度RS485总线，海底信号采集基站24通过RS485总线与测温探针内部温度探测单元21进行通信和数据传输。此外，温度探测单元21内部集成完整温度采集电路22，可直接输出数字信号，数字信号通过RS485总线传输到海底信号采集基站24中并存储，海底信号采集基站24通过RS485总线控制温度探测单元21工作时间并确定采样率等工作参数。使用本专利技术的技术方案，可以具有以下有益效果：1、本专利技术中海底信号采集基站与测温探针之间仅用包含四根导线的RS485总线相连，降低了水密接插件穿舱难度。使用单个玻璃舱球可以同时与测温探针内部10个以上的温度探测单元通信，解决了海底温度探测系统小型化的难题。2、本专利技术提供的温度探测单元内部温度采集电路集成了负温度系数热敏电阻，负温度系数热敏电阻在海底温度区间(0℃-10℃)内灵敏度比铂电阻更高，可实现海底温度高精度探测。温度采集电路实现了采样点处温度的数字输出，避免了传统热流计探针中热敏电阻与记录板之间传输距离过长造成的干扰，尤其在探测海底温度梯度时，由于需要对温度多点取样，会进一步造成模拟信号传输距离成倍加长，本专利技术可以有效提高获取数据的质量。3、本专利技术提供的自浮式海底温度探测系统提高了仪器回收率，降低了海洋温度探测风险，既可以在浅海区也可以在深海区探测海底温度。相比传统海底热流计留海时间更长，有利于长期海底温度数据获取；体积小、操作简便有利于开展大批量海底温度探测作业。附图说明图1为依据本专利技术的自浮式海底温度探测系统的立体结构示意图；图2为依据本专利技术的自浮式海底温度探测系统剖面结构示意图；图3为依据本专利技术的自浮式海底温度探测系统沉耦架示意图；图4为依据本专利技术的自浮式海底温度探测系统中测温探针剖面结构示意图；图5为依据本专利技术的自浮式海底温度探测系统温度探测单元中温度采集电路结构框图；图6为依据本专利技术的自浮式海底温度探测系统温度探测单元温度采集电路中信号放大部分电路图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。一种自浮式海底温度探测系统，包括海底信号采集基站24和测温探针4。其中海底信号采集基站包括脱钩机构1，仪器舱2和沉耦架5；仪器舱2包括内部单个玻璃舱球10和外部保护壳13；玻璃舱球10设有一个四芯水密插座6，海底信号采集基站24与测温探针4通过导线7连接。玻璃舱球外部保护壳13分上下两部分，两者通过多个螺栓固定，测温探针4通过螺栓固定在外部保护壳13底部；外部保护壳13顶端安装脱钩机构1，仪器舱2整体放置于沉耦架5之上；沉耦架5为方框状，中部设有刚性金属圆环，方框通过四根钢梁与刚性金属圆环连接，金属圆环、钢梁、沉耦架方框之间中空，测温探针4从金属圆环18中间穿过。其中，海底信号采集基站24内部集成了方向传感器15与姿态传感器16，用于获取测温探针4插入海底后的倾斜状况。优选地，本专利技术采用HMR3200型方向传感器，方向精度1°，分辨率0.1°。测温探针4通过螺栓固定在外部保护壳13底部，玻璃舱球10与测温探针4尾端各设有四芯水密插座，通过RS485总线连接，总线分为电源线、地线、数据线A和数据线B。总线电源电压为5.2V，为保证温度探测单元电源稳定，温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自浮式海底温度探测系统，其属于地球物理测量仪器，其包括海底信号采集基站(24)和测温探针(4)；其中海底信号采集基站(24)包括脱钩机构(1)、仪器舱(2)和沉耦架(5)；仪器舱(2)包括内部单个玻璃舱球(10)和外部保护壳(13)；玻璃舱球(10)设有一个四芯水密插座(6)，海底信号采集基站(24)与测温探针(4)通过导线(7)连接；海底信号采集基站(24)内部集成了方向传感器(15)与姿态传感器(16)，用于获取测温探针插入海底后的倾斜状况；玻璃舱球外部保护壳(13)分上下两部分，两者通过多个螺栓固定，测温探针(4)通过螺栓固定在外部保护壳(13)底部；外部保护壳(13)顶端安装脱钩机构(1)，仪器舱(2)整体放置于沉耦架(5)之上；沉耦架(5)为方框状，中部设有刚性金属圆环，方框通过四根钢梁与刚性金属圆环连接，金属圆环、钢梁、沉耦架方框之间中空，测温探针(4)从金属圆环(18)中间穿过。

【技术特征摘要】
1.一种自浮式海底温度探测系统，其属于地球物理测量仪器，其包括海底信号采集基站（24）和测温探针（4）；其中海底信号采集基站（24）包括脱钩机构（1）、仪器舱（2）和沉耦架（5）；仪器舱（2）包括内部单个玻璃舱球（10）和外部保护壳（13）；玻璃舱球（10）设有一个四芯水密插座（6），海底信号采集基站（24）与测温探针（4）通过导线（7）连接；海底信号采集基站（24）内部集成了方向传感器（15）与姿态传感器（16），用于获取测温探针插入海底后的倾斜状况；玻璃舱球外部保护壳（13）分上下两部分，两者通过多个螺栓固定，测温探针（4）通过螺栓固定在外部保护壳（13）底部；外部保护壳（13）顶端安装脱钩机构（1），仪器舱（2）整体放置于沉耦架（5）之上；沉耦架（5）为方框状，中部设有刚性金属圆环，方框通过四根钢梁与刚性金属圆环连接，金属圆环、钢梁、沉耦架方框之间中空，测温探针（4）从金属圆环（18）中间穿过；测温探针（4）通过螺栓垂直固定在在外部保护壳（13）底部，玻璃舱球（10）与测温探针（4）尾端各设有四芯水密插座，两者通过RS485总线（7）连接，总线分为电源线、地线、数据线A和数据线B；测温探针（4）主体呈圆柱状，长1~1.5米，直径3厘米，壁厚0.5厘米，前端呈圆锥状，测温探针尾端设有四芯水密插座；测温探针（4）主体部分设有多个圆孔（23），海水可在测温探针（4）内外自由流动；其中，方向传感器（15）采用HMR3200型方向传感器，方向精度1°，分辨率0.1°；总线电源电压为5.2V，测温探针（4）内部放置多个温度探测单元（21），温度探测单元（21）中添加稳压电路；温度探测单元（21）通过RS485总线（20）连接垂放在测温探针（4）内部；温度探测单元（21）内部放置集成负温度系数热敏电阻的温度采集电路（22），所采用的负温度系数热敏电阻在0℃至10℃时阻值变化范围为15.4千欧至9.7千欧；温度采集电路中采用了LPC812微控制器，管脚功能可以实现功能切换，管脚1分配为AD片选，管脚2分配为AD时钟信号，管脚7分配为AD输入信号，管脚8分配为AD输出信号，管脚14分配为RS485总线输入信号，管脚15分配为MAX485片选信号，管脚16分配为RS485总线输出信号；LPC812微控制器自...

【专利技术属性】
技术研发人员：王肃静，游庆瑜，徐锡强，郝天珧，许晴，张妍，李少卿，张盛泉，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11