一种分布式海洋电法测量方法及装置制造方法及图纸

一种分布式海洋电法测量方法及装置，包括发电机、海洋电法发送机、发送电极、一个接收总节点与多个数据采集子节点、PC上位机及其软件和连接于总结点与各子节点之间的电缆，发电机连接海洋电法发送机向其输入电能，通过PC上位机调节和控制海洋电法发送机产生并发送的电压、电流和频率，通过发送电极发送，PC上位机软件向接收总结点发送命令，接收总结点控制多个数据采集子节点同步采集来自接收电极的电信号，通过电缆向PC上位机软件传回采集的数字电信号。本发明专利技术采用分布式测量，提高了采集密度和精度，使仪器变得小型化和轻便化；电缆的设计与制造工艺实现了标准化和批量化，使系统的可维护性与可靠性得到提高，扩展性能更好。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种分布式海洋电法测量方法及装置，包括发电机、海洋电法发送机、发送电极、一个接收总节点与多个数据采集子节点、PC上位机及其软件和连接于总结点与各子节点之间的电缆，发电机连接海洋电法发送机向其输入电能，通过PC上位机调节和控制海洋电法发送机产生并发送的电压、电流和频率，通过发送电极发送，PC上位机软件向接收总结点发送命令，接收总结点控制多个数据采集子节点同步采集来自接收电极的电信号，通过电缆向PC上位机软件传回采集的数字电信号。本专利技术采用分布式测量，提高了采集密度和精度，使仪器变得小型化和轻便化；电缆的设计与制造工艺实现了标准化和批量化，使系统的可维护性与可靠性得到提高，扩展性能更好。【专利说明】一种分布式海洋电法测量方法及装置
本专利技术涉及一种海洋电法测量方法及装置，尤其是涉及一种海洋电法勘探中采用分布式的多通道同步采集数据的测量方法及装置。
技术介绍
从1987年开始，俄罗斯地质部门在海洋开展了直流电法勘探石油和硫化物矿产的工作，设计了几种最新的拖曳系统，可提供自然电位法(SP)和直流电阻率法(DC)测量。日本从1984年开始,开展了几项海洋电磁法(EM)试验,其中最大的一次是在Izu-Bonin弧进行的，从1986年到1992年，每年都围绕北西太平洋一个典型的岛弧系统进行海底EM观测，包括海底磁测(OBM) 17点，海底电测(0BE)4点。Woods Hole海洋研究所，也是在这方面工作较多的机构。比如在新泽西海湾流(Gulf Stream)下布置4台OBE工作了一年,用电流计和回声仪同时进行电场和海洋测量(1993年)；设计了一套新的浅水EM装置，可以IHz采样率记录电场水平分量、磁场矢量的变化、压力、温度和2倾斜分量等。Scripps海洋研究所、多伦多大学太平洋地球科学中心、剑桥大学一直致力于研究海洋可控源电磁法(CSEM)，大约从80年代开始直到现在，研究CSEM的正、反演理论，设计用于海底探测的仪器，开展海底的试验。 上世纪90年代以来，中国地质大学、中南工业大学、长春科技大学、同济大学、浙江石油勘探处等单位加入海洋电磁研究的行列，包括大地电磁(MT)等方法，在滩海、近海地区进行了研究工作及在湖区进行了试验研究。但从总体上看，整体工作量并不很大，且都处在实验研究阶段。国内有些机构研制出了实验样机，比如国家海洋局第一海洋研究所与中国地质大学(武汉)合作，研制出了一套海洋双频激电电法探测系统，但是离生产性(或商业性)使用阶段还有一段距离，主要存在以下问题:首先，多个通道采集的信号都在一根长接收电缆内传输，而电缆的芯数和直径有一定限制，致使数据采集的通道数量受到限制。通道数量少则无法提高电法探测的分辨率，通道数量多又会给电缆的制造加工等提高难度。并且单根电缆太粗太长，在海洋拖曳作业与运输过程中难免会受到损坏，一旦损坏，其维修时间长且费用昂贵，给作业测量工作带来巨大的风险。其次，电缆一旦制造加工完成，则会有固定的数据采集通道数量与电极距，将大大限制电法测量的应用范围和减小仪器灵活性。
技术实现思路
为了克服现有的海洋电法测量装置存在单根长接收电缆限制采集通道数量及损坏不易维修和测量通道数量与接收电极距无法改变的不足，本专利技术的目的是提供一种分布式的海洋电法测量方法及装置，该方法及装置不仅能解决单根长接收电缆和数据采集通道数量间相互制约的问题，而且能方便地增减数据采集的通道数量和接收电极极距，并且电缆损坏时易于更换。 本专利技术的技术方案所依据的原理如下: 在地表任意两点A、B供电建立电场，然后在任意两点用测量电极M、N测定电位差。根据点电源电场的电位公式得到M、N两点的电位为: j, __Ip_M — 2π{?/ΑΜ -?/ΒΜ)⑴ 77Ip ZI r,? = --f 9、 2π{?/ΑΝ- 1/&V)；其中P为大地电阻率，/为供电电流强度，U为Μ、Ν点的测量电位，ΑΜ、ΒΜ、ΑΝ、ΒΝ分别为电极间距。Α、Β在丽间产生的电位差为: At/ = _?Ε._ /θ\縱 2π(?/ΑΜ -1fAN-1fBM +1/册)由(3)式得均匀大地电阻率的计算公式为: P- = Kt^(4) 其中Γ = 2π_Μ - \IAN-1jBM + ?/ΒΜ)定义为电极装置系数。 本专利技术的分布式海洋电法测量装置，包括发电机、海洋电法发送机、发送电极、一个数据采集总节点与多个数据采集子节点、PC上位机及其软件和连接于总结点与各子节点之间的电缆，所述每个数据采集子节点包括用于防水密封节点的密封舱和接收电极，发电机连接海洋电法发送机向其输入电能，通过PC上位机调节和控制海洋电法发送机产生并发送的电压、电流和频率，通过发送电极发送，PC上位机软件向接收总结点发送命令，接收总结点控制多个数据采集子节点同步采集来自接收电极的电信号，通过电缆向PC上位机软件传回采集的数字电信号。海洋电法发送机产生并发送的电压、电流和频率有不同的组合，可以通过PC上位机软件调节和控制；接收总结点不参与数据采集工作，只起到协调器的作用，在PC机数据采集显示与控制软件的命令下管理系统中各数据采集子节点的正常工作。 单个数据采集子节点由数据采集电路板、接收电极、锂电池组成，采集子节点既可以由外部供电，也可以由自带的电池供电，实现自容工作。数据采集电路板采用多层印制电路板制作工艺，整个体积微小，可以密封在一根电缆接头处设计的耐压、耐海水腐蚀的节点密封舱内，形成一个具有独立测量功能的“数字缆”，是分布式测量的最小单元。每一段固定长度的电缆包含一个节点舱和接收电极。多段相同长度或不同长度的电缆可以通过密封电缆接头连接，形成一条具有最多达128个数据采集节点(通道)的用于数据采集的长电缆。电缆起着通讯、供电、连接测量电极、传输采集的信号等作用，同时还具备一定的抗拉能力，以适应在海底拖曳工作。总结点与多个数据采集节点通过电缆内的RS-485总线通讯。在总节点的控制下，子节点同步采集信号，测得的结果以文件格式存入节点中大容量Micro SD卡并通过RS-485网络传输到PC上位机数据经过处理得到测线的视电阻率值。如果在工作过程中数据及命令传输中断或采集子节点供电中断，采集子节点还可以由自带的电池继续工作，采集完成后，数据采集显示控制软件还可以通过总结点在线读取每个数据采集子节点中存储的数据，防止数据丢失。数据采集子节点电路采用一个3输入通道的24位模数转换器变换电路对3通道的信号进行模数转换，分别来自相邻三个通道的电极输出的电信号经过前端差分输入偏压后，送入前置程控放大器进行放大，然后经过一个二阶的巴特沃斯低通滤波器后送入24位模数转换器中。模数转换器在单片机的控制下，把采集的模拟电信号转化为数字信号，通过SPI总线将得到的数据存储在大容量SD卡里，并通过RS-485总线网络传输到PC机。 本专利技术的有益效果是:海洋电法探测中采用分布式测量，使得以前基于集中式数据采集的固定长度、固定通道数的单根长电缆实现由多段短电缆组合而成，变为了分布式的“数字缆”；电缆的设计与制造工艺实现了标准化和批量化，使系统的可维护性与可靠性得到提高，扩展性能更好；本装置在结构上可以任意增加或减少通道数，变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式海洋电法测量装置，其特征在于包括发电机、海洋电法发送机、发送电极、一个接收总节点与多个数据采集子节点、PC上位机及其软件和连接于总结点与各子节点之间的电缆，发电机连接海洋电法发送机向其输入电能，通过PC上位机调节和控制海洋电法发送机产生并发送的电压、电流和频率，通过发送电极发送，PC上位机软件向接收总结点发送命令，接收总结点控制多个数据采集子节点同步采集来自接收电极的电信号，通过电缆向PC上位机软件传回采集的数字电信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑彦鹏，吴伟，李志华，李先锋，曾信，
申请(专利权)人：国家海洋局第一海洋研究所，中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：山东;37