一种用于水下监测的海洋磁力探测装置及探测网制造方法及图纸

技术编号:19777079 阅读:26 留言:0更新日期:2018-12-15 10:53
本发明专利技术公开一种用于水下监测的海洋磁力探测装置及探测网,包括低功耗窄域网数据传输系统(1)、单片机(2)、水面浮球(3)、信号采集系统(4)、水下电缆(5)、导流罩(6)、倾角传感器(7)、隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8)、连接绳缆(9)和坠底重物(10)。导流罩(6)通过水下电缆(5)与水面浮球(3)连接组成,水面浮球(3)中有信号采集系统(4)、单片机(2)和低功耗窄域网数据传输系统(1)。本发明专利技术提供了水下监测的海洋磁力探测装置具有体积小,功耗低,易操作的特点,能够完成对水下地磁异常信号的长时间监测和预警工作。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下监测的海洋磁力探测装置及探测网
本专利技术涉及一种磁力探测装置,特别是一种用于水下监测的海洋磁力探测装置及由探测装置构成的探测网,属于地球物理勘探

技术介绍
当前对于水下航行目标物的探测主要是以声纳为主,但是当海洋噪声环境复杂或者声信道不合适的时候会造成极大干扰,数据处理工作量会异常庞大。地球周围存在的磁场称为地磁场,水下航行目标物大多是由高磁导率的铁磁性材料制成,它们的存在会对地磁场产生一定地磁异常扰动,通过磁场信息获取技术能够捕捉到该地磁扰动信号。隧道磁电阻(TMR)磁传感器是一种新型的磁电阻效应传感器,其利用的是磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感知,比之前所发现并实际应用的各向异性磁传感器(AMR)和巨磁电阻传感器(GMR)具有更大的电阻变化率和更高的灵敏度,也具备更低的功耗,更好的线性度和更宽的线性范围。通常也用磁隧道结来代指TMR元件,在磁隧道结中,TMR效应的产生机理是自旋相关的隧穿效应。磁隧道结的一般结构为自由层/绝缘层/钉扎层的三明治结构。钉扎层的磁矩方向在一定磁场作用下是保持不变的,而自由层的磁矩方向则是会随着外界磁场作用发生翻转。当改变自由层和钉扎层两个铁磁层的磁矩取向时,磁隧道结的隧穿电阻将发生改变,这种物理现象称之为TMR效应。TMR磁传感器具有体积小、可靠性高、响应范围宽等优点,从而展示出十分广阔的应用前景。近些年海洋磁力探测装置引起了广泛的关注,如一种新型海洋磁力探测装置,它利用浮空器将磁测装置转移到空中(专利号:CN206114925U)。但是这种装置磁敏感元件处于空中,而目标物主要位于水下,这样的装置和探测方法不适合水下隐蔽性监测,会将自身直接暴露给对方。有一种磁测部分位于海洋中的装置,如用于极地浮冰区的海洋磁力探测装置(专利号:CN104793255A),该装置磁测部分是用船体在海洋中拖曳的,而海洋环境的复杂性以及多样性会使磁测部分在拖曳过程中极易损坏。并且这两种设备都需要配备实验船和足够长的线缆用于数据传输,极大增加了装置的成本并且降低了探测的操纵性。
技术实现思路
针对上述现有技术,本专利技术要解决的技术问题是提供一种不受海水空气等不同传播介质的干扰,可与声纳设备同步作业的用于水下监测的海洋磁力探测装置及由探测装置构成的探测网。为解决上述技术问题,本专利技术一种用于水下监测的海洋磁力探测装置,包括:低功耗窄域网数据传输系统1、单片机2、水面浮球3、信号采集系统4、水下电缆5、导流罩6、倾角传感器7、隧道磁电阻海洋梯度磁力仪8、连接绳缆9和坠底重物10;水面浮球3中设置有低功耗窄域网数据传输系统1、单片机2和信号采集系统4;导流罩6内设置有倾角传感器7和隧道磁电阻海洋梯度磁力仪8;导流罩6通过连接绳缆9与坠底重物10连接;隧道磁电阻海洋梯度磁力仪8采集水下磁力信号并将磁力信号转化为数字信号,数字信号经由水下电缆5传送至信号采集系统4,经单片机2处理后,再通过低功耗窄域网数据传输系统1传输至附近基站;倾角传感器7实时测量隧道磁电阻海洋梯度磁力仪8的倾斜角度,倾斜角度经水下电缆5传送至信号采集系统4,经单片机2处理后,再通过低功耗窄域网数据传输系统1传输至附近基站。所述隧道磁电阻海洋梯度磁力仪8,包括两个隧道磁电阻磁场信息探测单元、2个PCB运算放大电路板、电池电源、无磁水密罐、水密接插件和水下电缆;所述的PCB运算放大电路板沿着水密罐的高度方向平行设置在所述的无磁水密罐内,每个PCB运算放大电路板上设置有一个隧道磁电阻磁场信息探测单元和三个运算放大器,所述的电池电源设置在所述的无磁水密罐内,并对隧道磁电阻磁场信息探测单元和运算放大电路供电;水下电缆通过水密接插件与PCB运算放大电路板相连;所述的隧道磁电阻磁场信息探测单元包括隧道磁电阻敏感元器件,隧道磁电阻敏感元器件检测外界磁场在相互正交的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上产生的磁场分量、并将X轴方向,Y轴方向和Z轴方向上产生的磁场分量转化为三路电压输出信号,X轴、Y轴、Z轴构成建立在隧道磁电阻磁场信息探测单元上的矢量坐标系,隧道磁电阻磁场信息探测单元设置有八个引脚,其中的六个引脚分别为X轴模拟差分输出正、X轴模拟差分输出负、Y轴模拟差分输出正、Y轴模拟差分输出负、Z轴模拟差分输出正和Z轴模拟差分输出负,剩余的两个引脚分别为电源Vcc和接地GND;所述的隧道磁电阻磁场信息探测单元输出的三路电压信号通过水下电缆输出。本专利技术一种用于水下监测的海洋磁力探测装置及探测网,还包括:1.低功耗窄域网数据传输系统1为LoRa物联网。2.一种用于水下监测的海洋磁力探测网,由n个权利要求1或2所述的一种用于水下监测的海洋磁力探测装置组合形成,其中每个用于水下监测的海洋磁力探测装置为一个探测节点。3.隧道磁电阻海洋梯度磁力仪8的运算放大器包含滤波电路模块和直流信号放大电路模块。4.隧道磁电阻海洋梯度磁力仪8的隧道磁电阻敏感元器件为三个相互正交的隧道磁电阻单轴单芯片敏感元件或者集成在单个封装体内的三轴隧道磁电阻敏感元件。本专利技术的有益效果:本专利技术中涉及的装置克服了这些缺点。由于本装置体积小,可通过重物将其固定在海域中某一点,隐蔽性强;采用的LoRa技术是一种新型的低功耗窄域网物联网技术,具有低功耗、广覆盖、低成本的优势,其采用扩频通信机制可以大幅度提高灵敏度,使其在低功耗下也可有效延长传输距离,因此不需要增加中继装置及复杂的通信基础设施。由于传输距离大大增加,导致中继器使用大量减少,系统方案设计简化,从而大幅降低系统成本。通过传感节点软硬件低功耗协同策略可以有效降低定位终端功耗,实现终端设备休眠功耗小于5uA,工作平均功耗低于20uA的设计目标。如果供电电池为1Ah,则节点寿命可达5年以上,即可满足资产定位应用需求,在日常工作期间能够将其捕捉到的信号通过LoRa无线传输到附近基站,大大降低了其成本和损坏的可能性,易于操作。由于本专利技术基于原理是高磁导率铁磁性材料对背景地磁场的扰动,根据磁异常信号的传播不受介质(如空气和水)物理性质的影响,本专利技术可以适用于海底噪声环境复杂以及海洋声信道不合适等不适用于声纳设备的环境。本专利技术体积小、功耗低、易操作,信号无线传输无需船载设备辅助作业,能固定于水下某一点,隐蔽性和便捷性显著提高,可实现对海底磁信号的长期监测和预警。附图说明图1为本专利技术涉及的海洋磁力仪水下阵列探测装置的工作流程框图。图2为本专利技术涉及的海洋磁力仪水下阵列探测装置的总体结构示意图。图3为本专利技术涉及的海洋磁力仪水下阵列探测装置实施例陈列组网示意图。图4是隧道磁电阻海洋梯度磁力仪总体结构示意图;图5是隧道磁电阻海洋梯度磁力仪中PCB电路板结构示意图;图6是隧道磁电阻海洋梯度磁力仪中采用三个TMR单轴敏感元件构成的矢量TMR磁场信息探测单元;具体实施方式下面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,所描述的实施例仅仅是本专利技术的一个实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例,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。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更浅显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图2所示实例,本专利技术本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于水下监测的海洋磁力探测装置,其特征在于,包括:低功耗窄域网数据传输系统(1)、单片机(2)、水面浮球(3)、信号采集系统(4)、水下电缆(5)、导流罩(6)、倾角传感器(7)、隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8)、连接绳缆(9)和坠底重物(10);水面浮球(3)中设置有低功耗窄域网数据传输系统(1)、单片机(2)和信号采集系统(4);导流罩(6)内设置有倾角传感器(7)和隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8);导流罩(6)通过连接绳缆(9)与坠底重物(10)连接;隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8)采集水下磁力信号并将磁力信号转化为数字信号,数字信号经由水下电缆(5)传送至信号采集系统(4),经单片机(2)处理后,再通过低功耗窄域网数据传输系统(1)传输至附近基站;倾角传感器(7)实时测量隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8)的倾斜角度,倾斜角度经水下电缆(5)传送至信号采集系统(4),经单片机(2)处理后,再通过低功耗窄域网数据传输系统(1)传输至附近基站。所述隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8),包括两个隧道磁电阻磁场信息探测单元、2个PCB运算放大电路板、电池电源、无磁水密罐、水密接插件和水下电缆;所述的PCB运算放大电路板沿着水密罐的高度方向平行设置在所述的无磁水密罐内,每个PCB运算放大电路板上设置有一个隧道磁电阻磁场信息探测单元和三个运算放大器,所述的电池电源设置在所述的无磁水密罐内,并对隧道磁电阻磁场信息探测单元和运算放大电路供电;水下电缆通过水密接插件与PCB运算放大电路板相连;所述的隧道磁电阻磁场信息探测单元包括隧道磁电阻敏感元器件,隧道磁电阻敏感元器件检测外界磁场在相互正交的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上产生的磁场分量、并将X轴方向,Y轴方向和Z轴方向上产生的磁场分量转化为三路电压输出信号,X轴、Y轴、Z轴构成建立在隧道磁电阻磁场信息探测单元上的矢量坐标系,隧道磁电阻磁场信息探测单元设置有八个引脚,其中的六个引脚分别为X轴模拟差分输出正、X轴模拟差分输出负、Y轴模拟差分输出正、Y轴模拟差分输出负、Z轴模拟差分输出正和Z轴模拟差分输出负,剩余的两个引脚分别为电源Vcc和接地GND;所述的隧道磁电阻磁场信息探测单元输出的三路电压信号通过水下电缆输出。...

【技术特征摘要】
2018.05.07 CN 20181042527391.一种用于水下监测的海洋磁力探测装置,其特征在于,包括:低功耗窄域网数据传输系统(1)、单片机(2)、水面浮球(3)、信号采集系统(4)、水下电缆(5)、导流罩(6)、倾角传感器(7)、隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8)、连接绳缆(9)和坠底重物(10);水面浮球(3)中设置有低功耗窄域网数据传输系统(1)、单片机(2)和信号采集系统(4);导流罩(6)内设置有倾角传感器(7)和隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8);导流罩(6)通过连接绳缆(9)与坠底重物(10)连接;隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8)采集水下磁力信号并将磁力信号转化为数字信号,数字信号经由水下电缆(5)传送至信号采集系统(4),经单片机(2)处理后,再通过低功耗窄域网数据传输系统(1)传输至附近基站;倾角传感器(7)实时测量隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8)的倾斜角度,倾斜角度经水下电缆(5)传送至信号采集系统(4),经单片机(2)处理后,再通过低功耗窄域网数据传输系统(1)传输至附近基站。所述隧道磁电阻海洋梯度磁力仪(8),包括两个隧道磁电阻磁场信息探测单元、2个PCB运算放大电路板、电池电源、无磁水密罐、水密接插件和水下电缆;所述的PCB运算放大电路板沿着水密罐的高度方向平行设置在所述的无磁水密罐内,每个PCB运算放大电路板上设置有一个隧道磁电阻磁场信息探测单元和三个运算放大器,所述的电池电源设置在所述的无磁水密罐内,并对隧道磁电阻磁场信息探测单元和...

【专利技术属性】
技术研发人员:沈莹高俊奇于强石杰栋
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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