一种海洋可控源电磁发射系统及其使用方法技术方案

提供一种海洋可控源电磁发射系统及其使用方法，发射系统由船载大功率发电机、甲板升压单元、甲板端监控单元、深拖缆、海底降压整流单元、海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机、发射电极系等部件集合而成，各个部件间协同作业，实现了在海水中发射大功率可控源电磁波。该系统具有自动化程度高，探测成本低的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地球物理勘探领域，具体涉及一种地球物理勘探设备及其使用方法， 为一种用于海洋可控源电磁场的发射以研究海底矿产资源分布的系统及其使用方法。
技术介绍
海底以下蕴藏着丰富的矿产资源，尤以石油、天然气、硫化矿、天然气水合物等最具经济价值。随着陆地资源的日趋减少，对海洋矿产资源的探测与开发需求剧增。电磁学方法用于探测海底矿产资源的基本原理在于所探矿物与海底沉积物的电学性质差异。当包含矿产资源的地层受到外界电磁波激发时，将产生综合的电磁感应，感应信号中携带着地下资源分布的产状、规模、埋深、电导率等物性信息。利用在海底投放的电磁接收机对此类信号进行探测，采用现代数字信号处理方法对探测到的感应信号进行反演与成像等处理， 就可推断出地下矿产资源的分布规律，为圈定资源开采靶区提供科学依据。以上提到的电磁波激发场源分为可控源和天然场源。可控源为人工场源，即以人工发射的电磁波激发所探测区域；被动源为天然激发场源，即电磁波能量来自电离层。本专利技术所涉及的发射系统就是人工激励场源，其技术方法是海洋可控源电磁探测的重要组成部分。总体来说，通过海洋可控源电磁探测获得海底以下介质纵向及横向的电阻率变化，并结合其他学科资料可对海底矿产资源的含量进行估计。为此，加紧研究、发展海洋可控源电磁探测技术对我国海域海底矿产资源的调查与评价具有重要的意义。具体地，在进行海洋可控源电磁发射过程中，所要求的仪器主要有以下技术难点。1、海洋可控源电磁发射系统的集成技术。海洋可控源电磁探测方法研究中，需要发射大功率电磁波来激励海底以下介质。因此，海洋可控源电磁发射系统包括船载大功率发电机、甲板升压单元、深拖缆、海底降压整流单元、海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机、 发射电极系等部件集合而成。上述所有部件，最终集成一体，既实现海底可控源电磁场激发，又实现水下走航式作业。这样一个仪器系统，涉及到电磁学、材料学、流体力学、电子学等多门学科，远远超出了地面电磁场激发所涉及的学科范围，具有更为复杂的技术含量，将为我国海洋可控源电磁探测提供高技术支撑。2、近海底电磁场激发技术。理论正演计算表明，在近海底0-50m范围内，向海底激发的电磁波形成的电磁场没有明显衰减。为保证发射机拖体的安全，需实时监测拖曳体距离海底的高度，并通过深拖缆和船速来调节拖曳体距海底的高度，保持在0-50m范围内。有关近海底拖曳激发人工源电磁场的问题国内至今未见研究报道。3、海底发射机和接收机的时间同步技术。在海底可控源电磁探测后期数据处理过程中，要求发射的波形和接收到的波形严格同步。在陆地上，发射机和接收机时间同步问题并不难，采用GPS同步技术就可解决。但在海底，缘于厚厚的海水把GPS信号屏蔽，陆上的卫星对钟技术不能在海底直接实施。要达到时间同步目的，需要研发专门针对海底环境的特殊技术。4、海底发射机的姿态方位检测技术。除了通过设计合理的框架结构，还需实时监测和记录其姿态信息，保证其在海底被拖曳过程中不会发生严重的侧倾和俯仰，另外还需监测拖曳体的方位。结合船行的航迹信息，对拖体的位置进行估计，为后续的数据处理解释提供资料参考。5、大功率电磁脉冲逆变技术。即是在发射机的控制下，将输入的直流电逆变成为交流的方波电磁信号通过发射偶极发送出去。大功率电磁脉冲逆变过程中，逆变模块等电力器件会因效率问题而发热，设计高效的散热方案是解决途径之一。另外，由于发射机是向海水供电，负载具有独特性，有关向海水中激发大功率电磁波的问题国内至今未见研究报道。6、电磁发射机低压主控单元软硬件设计。海底拖曳的发射机要求高稳定度和高智能化，实现这一目标，就应对本发射机移植可剪裁操作系统和开发相应的驱动程序。电磁发射机低压主控单元软硬件是实现发射机各项功能的核心控制单元，能够实现各种预定的控制功能，诸如开启和关闭发射、更改发射频率、测量正反向发射电流和直流供电电压、控制高度计测量距海底高度、测量发射机拖体的姿态等功能，还可以测量承压密封舱的内部温度和锂电池包电压，实时监测发射机工作状况，防止仪器内部温度过高和电池电量过低而影响电路的正常工作。主控单元通过光电复合缆和甲板端监控软硬件进行远程通信，下载运行控制命令或上传状态信息。这是陆上电磁探测未曾涉及而海洋环境下却必须解决的特殊技术。7、远程数据通信和甲板端监控单元软硬件的开发。发射机拖体一经投放入水，只能通过甲板监控软件界面对其进行监控。为实现利用万米深拖缆进行长距离远程通信，需研制与海底通信模块相匹配的上位机光电信号转换单元，开发基于高级可视化图形编程工具的上位机软件，实现对发射机的监控和信息记录。在发射机承压密封舱内，主控单元通过串口转光纤模块将串口数据转换为能够进行长距离数据通信的光纤数据，在甲板端，再通过该模块，将串口数据还原，从而实现发射机与甲板端的通信。上述技术问题都是海洋可控源电磁探测所面临的特殊问题，本专利技术正是围绕这些问题展开研究，攻克上述一系列技术难题，并将各项技术有机结合在一起取得了自主创新， 设计了一种海洋可控源电磁发射系统。
技术实现思路
为了克服在海底进行可控源电磁发射的特殊问题，本专利技术正是围绕这些问题展开研究，攻克上述一系列技术难题，并将各项技术有机结合在一起取得了自主创新，设计了。本专利技术提供的一种海洋可控源电磁发射系统，主要包括船载大功率发电机、甲板升压单元、甲板端监控单元、深拖缆、海底降压整流单元、海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机、发射电极系等部件；各部件的具体作用如下船载大功率发电机，与甲板升压单元相连，为整个专利技术装置提供大功率电能支持；甲板升压单元，被固定于船甲板上，通过电力线与船载大功率发电机和深拖缆相连，用于将船载发电机产生的三相工业电升压至高压电，在所述深拖缆中传输该高压电；通过深拖缆连接的甲板端监控单元，用于在甲板上监控水下拖曳的海洋可控源大功率电磁发射机的工作状况；深拖缆，能够直接拖曳海底的海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机拖体行进，并借助分线器引出通信用光纤和电力线；海底降压整流单元，用于将深拖缆中的交流高压电降压至低压并整流，然后输出给海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机；海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机，与所述深拖缆和所述发射电极系相连，作为海底可控源电磁场的激励场源；发射电极系，传送海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机产生的大功率逆变电磁波。优选地，甲板升压单元包括大功率三相隔离变压器、功率保险丝、电压表和电流表及风扇；其中大功率三相隔离变压器，是升压部件，利用变压器的抽头、交流接触器和旋钮开关等部件选择输出预定的高压电压；功率保险丝，用于保护电路系统；电压表和电流表， 用于测量输出电压和电流幅值；风扇，其用于甲板升压单元机箱的内部散热。优选地，深拖缆包括甲板端分线器，用于将甲板端电力传输的功率电缆和信号传输的光纤分开；万米铠装光电复合缆，通过光端机的光电转换和串口接口，实现所述甲板端监控单元和发射机内部通信模块的远程连接；电力线用于电能的长距离低损耗传输；水下分线器，除了具有甲板端分线器的功能外，还具有水密承压性能，利用其将水下分线器连接至发射机承压密封舱。优选地，海底降压整流单元，先将深拖缆中传输的交流高压通过内部的降压变压器变至低压交流，然后利用整流模块实现到直流低压的转换，并通过专门的水密接插件接至发射机内本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种海洋可控源电磁发射系统，其包括船载大功率发电机、甲板升压单元、甲板端监控单元、深拖缆、海底降压整流单元、海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机、发射电极系；特征在于：船载大功率发电机，与甲板升压单元相连，为整个专利技术装置提供大功率电能支持；甲板升压单元，被固定于船甲板上，通过电力线与船载大功率发电机和深拖缆相连，用于将船载发电机产生的三相工业电升压至高压电，在所述深拖缆中传输该高压电；通过深拖缆连接的甲板端监控单元，用于在甲板上监控水下拖曳的海洋可控源大功率电磁发射机的工作状况；深拖缆，能够直接拖曳海底的海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机拖体行进，并借助分线器引出通信用光纤和电力线；海底降压整流单元，用于将深拖缆中的交流高压电降压至低压并整流，然后输出给海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机，并通过专门的水密接插件接至发射机内部的逆变模块；海底降压整流单元安装于一个专门的承压密封舱，内部充有导热绝缘油，电力转换过程中产生的热量，可通过导热油传递至承压密封舱壁，借助海水散热；海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机，与所述深拖缆和所述发射电极系相连，作为海底可控源电磁场的激励场源；发射电极系，传送海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机产生的大功率逆变电磁波。...

【技术特征摘要】
1.一种海洋可控源电磁发射系统，其包括船载大功率发电机、甲板升压单元、甲板端监控单元、深拖缆、海底降压整流单元、海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机、发射电极系；特征在于船载大功率发电机，与甲板升压单元相连，为整个发明装置提供大功率电能支持； 甲板升压单元，被固定于船甲板上，通过电力线与船载大功率发电机和深拖缆相连，用于将船载发电机产生的三相工业电升压至高压电，在所述深拖缆中传输该高压电；通过深拖缆连接的甲板端监控单元，用于在甲板上监控水下拖曳的海洋可控源大功率电磁发射机的工作状况；深拖缆，能够直接拖曳海底的海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机拖体行进，并借助分线器引出通信用光纤和电力线；海底降压整流单元，用于将深拖缆中的交流高压电降压至低压并整流，然后输出给海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机，并通过专门的水密接插件接至发射机内部的逆变模块；海底降压整流单元安装于一个专门的承压密封舱，内部充有导热绝缘油，电力转换过程中产生的热量，可通过导热油传递至承压密封舱壁，借助海水散热；海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机，与所述深拖缆和所述发射电极系相连，作为海底可控源电磁场的激励场源；发射电极系，传送海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机产生的大功率逆变电磁波。2.如权利要求1所述的系统，其中甲板升压单元包括大功率三相隔离变压器、功率保险丝、电压表和电流表及风扇。其中大功率三相隔离变压器，其利用变压器的抽头、交流接触器和旋钮开关部件选择输出预定的高压电压；功率保险丝，其用于保护电路系统； 电压表和电流表，其用于测量输出电压和电流幅值； 风扇，其用于甲板升压单元机箱的内部散热。3.如权利要求1所述的系统，其中深拖缆包括甲板端分线器，用于将甲板端电力传输的功率电缆和信号传输的光纤分开； 万米铠装光电复合缆，通过光端机的光电转换和串口接口，实现所述甲板端监控软硬件和发射机内部通讯模块的远程通信；在万米铠装光电复合缆中包括电力线，电力线用于电能的长距离低损耗传输；水下分线器，除了具有甲板端分线器的功能外，还具有水密承压性能，利用水密接插件将水下分线器连接至发射机承压密封舱。4.如权利要求1所述的系统，其中所述海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机包括主控模块，其采用嵌入式主控电路板，以实现海洋可控源电磁发射系统的总体逻辑控制；通信模块，将电性数据信号转换为可以在光纤中传输的光信号，主控模块通过通信模块和深拖缆实现甲板端和发射机的远程通信； 驱动模块，其为逆变模块提供驱动信号；逆变模块，其用于实现直流到预定大功率交流方波的转换并具有逆变开关功能，其以低饱和压降IGBT芯片为基本功率开关元件；散热模块，通过铸铝散热器将所述整流模块和逆变模块工作过程中产生的热量传导至所述承压密封舱舱壁；锂电池包，用以给所述驱动模块、主控模块、通信模块和辅助信息测量单元供给电能， 并且与船载大功率发电机产生的电力供应的隔离；辅助信息测量单元，在主控模块控制下，实现辅助信息的测量； 发射机拖体，用于承载海洋可控源拖曳式大功率电磁发射机。5.如权利要求1所述的系统，其中所述发射偶极包括发射电缆，一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏文博，王猛，邓明，陈凯，金胜，叶高峰，景建恩，张启升，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11