專利名稱：一種重力定向型海洋勘探電場探頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種重力定向型海洋勘探電場探頭，具體地說是一種采用頻率域的雙頻激電法探測激化率異常作為礦產標志而設計的電場探頭，用于滿足在海洋水下3000米左右的深海探測需求的探頭。
背景技術：
海洋資源的勘探，目前主要使用拖曳系統(tǒng)，海洋多金屬熱液硫化礦的探測采用激電偶極拖曳裝置。為減小供電電流，采用基于頻率域的激發(fā)激化法探測儀器。激發(fā)激化法是以巖、礦石在人工電場作用下發(fā)生的物理和電化學效應的差異為基礎的一種電法勘探方法。經過試驗研究，使用激電法可以有效發(fā)現(xiàn)金屬硫化物的激電異常。鑒于海洋拖曳作業(yè)的特殊性和金屬硫化物礦分布特征及電性特征的特殊性，具體采用接收電極變間距排列的雙頻激電法，由偶極剖面測深的理論可知不同電極距代表不同深度的激電信息，這樣有利于激電數(shù)據(jù)的評價。發(fā)送機采用雙頻激電供電，接收采用一套接收電極，各個接收電極的電位差信號經過特制的密封屏蔽電纜把信號傳給接收機處理，獲得一個周期內2種頻率的電位差曲線Δ&、Al經變換獲取反映海底某點某個深度的極化效應強弱的視幅頻率FS1。經過海底拖曳作業(yè)，獲取大量的不同位置和不同深度的視幅頻率數(shù)據(jù)，結合相應的視電阻率數(shù)據(jù)，最終由甲板機反演出海底金屬硫化物礦分布特征和邊界，從而達到勘探目的。為實現(xiàn)3000米海底熱液硫化礦激電探測電極電纜系統(tǒng)可靠穩(wěn)定高效地工作，電場探頭作為探測信號的源頭，進行變間距排列形成一套接收電極，其性能對儀器測量精度和穩(wěn)定性至關重要。電極工作狀態(tài)必須保持穩(wěn)定，否則會極大地影響系統(tǒng)的定位精度和探測效果，包括靈敏度、精度、重復性和可靠性等性能指標。目前的海洋勘探探頭結構有無翼的和有翼的兩種，國外有先進的探頭產品，探頭設計為長圓體直接與電纜綁在一起，但對于姿態(tài)保持和定點測量問題的兼顧性還有待進一步研究，此外深海探測中如何排除水動力干擾、弱信號傳輸?shù)母蓴_等問題都是亟待解決的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為解決上述已有技術的不足，而提供一種結構簡單，操作方便，能較好地排除水動力干擾、且能適用于3000米左右海底多金屬熱液硫化礦勘探，具有較高定位精度和可靠性的一種重力定向型海洋勘探電場探頭。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的的技術方案是:提供一種重力定向型海洋勘探電場探頭，包括外框、內框、接收電纜、多孔電極罩和電極；所述的外框由外下框和外上框組成，外下框和外上框之間由兩個對角定位銷定位，并用內六角螺釘A連接；所述的外框兩端突出部分對稱安裝 有一對圓錐滾子軸承A，均用定位圈定位，定位圈采用螺紋安裝在外框上，圓錐滾子軸承A —側配有擋圈，圓錐滾子軸承A和擋圈使用線夾夾緊；所述的外下框與中軸之間通過一對圓錐滾子軸承B連接，圓錐滾子軸承B通過軸承壓圈在中軸上固定，軸承壓圈與中軸之間采用螺紋連接，軸承端蓋通過螺紋安裝在外下框上；所述外下框的下端設計有通水孔；所述線夾包括線夾A和線夾B，線夾A和線夾B之間采用內六角螺釘A鎖緊，并配套有平墊片和彈性墊圈；所述的內框通過內六角螺釘B固定在中軸上；所述的接收電纜穿在電纜套中，電纜套穿過中軸中心，并與中軸垂直；所述的多孔電極罩含有塑料外殼、電極座和壓緊螺母，塑料外殼底端設計有過水小孔，塑料外殼通過螺紋安裝在內框上，并通過緊定壓圈鎖緊固定，緊定壓圈與塑料外殼之間也采用螺紋連接；塑料外殼內安裝有電極座，并通過O型密封圈實現(xiàn)密封；所述電極安裝在電極座中。本發(fā)明中所述的塑料外殼底端設計的過水小孔成各周向等角度均勻分布，過水小孔孔徑為0.8 1.3毫米。

本發(fā)明中所述電極的電極棒上端面與電極座的凹面間涂有起密封作用的明膠，電極與電極座裝配后，電極棒上端的引出線由明膠密封隔離；電極通過壓緊螺母與電極座壓緊連接；電極與接收電纜的連接處進行硫化處理。本發(fā)明中所述的電極在雙頻激電法中由接收電極變間距排列所形成的測線處于水平狀態(tài)時，受重力場的作用電極在拖動作業(yè)中始終保持豎直狀態(tài)。本發(fā)明中所述的外框、電纜套、線夾、中軸、軸承壓圈、軸承端蓋、擋圈、定位圈、多孔電極罩的塑料外殼、電極座、壓緊螺母的材料都選用了 ABS樹脂材料制成。所述的ABS樹脂是丙烯腈(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(S)三種單體的共聚物，具有優(yōu)良的綜合性能，如具有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好，以及電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性，成型加工和機械加工都較好。選用了 ABS樹脂材料，可避免金屬材料對電場信號的影響。本發(fā)明中所述的電極采用固態(tài)Ag/AgCl電極，電極的電極棒形狀為直徑10毫米、長度35毫米的圓柱體。固態(tài)Ag/AgCl電極在海水中具有良好的電化學性能，適用于海洋環(huán)境下的低頻、極低頻電場的弱信號的探測。同時由于采用ABS材料制成的塑料外殼將電極圍在其中，對電極起保護作用，并減緩海水與電極的相對運動，維持Ag/AgCl電極周圍參與化學反應的Cl—離子濃度和溫度的相對恒定，提高探測的靈敏度和穩(wěn)定性。本發(fā)明的重力定向型海洋勘探電場探頭的有益效果是:1、本發(fā)明中由外下框、內框和中軸組成了一個重力定向機構，該重力定向機構和多孔電極罩的結構解決了重力場與流場對電場探頭姿態(tài)的影響，確保了探頭的姿態(tài)自動微調，使海洋勘探系統(tǒng)構成的拖曳體系的穩(wěn)態(tài)探測，增加了探頭工作的穩(wěn)定性與可靠性。2、本發(fā)明探頭的結構設計利用了一種雙軸陀螺穩(wěn)定平臺原理，即讓被穩(wěn)定對象相對慣性空間的給定姿態(tài)保持穩(wěn)定，當無外界干擾時，姿態(tài)保持穩(wěn)定；當因干擾力矩作用而偏離原來方位時，本發(fā)明通過重力定向機構產生補償力矩從而恢復穩(wěn)定姿態(tài)，將這種陀螺儀原理應用在海洋勘探上，設計出了一種具有技術先進，結構簡潔，實用性強，定位精確度高，使用方便，可靠性好和成本低廉的重力定向型海洋勘探電場探頭，可用于進行3000米海底熱液硫化礦勘探。


圖1為本發(fā)明重力定向型海洋勘探電場探頭外觀結構主視示意圖。 圖2為圖1俯視示意圖。圖3為圖1右視示意圖。圖4為圖3的A-A向視圖。圖5為圖1的D-D向視圖。圖6為本發(fā)明中多孔電極罩結構示意圖。上述圖中，1-外下框,2-線夾A，3-接收電纜，4-線夾B，5-外上框,6_軸承端蓋，7-定位銷，8-內六角螺釘A, 9-平墊片，10-彈性墊圈，11-內六角螺釘B, 12-圓維滾子軸承A，13-擋圈，14-定位圈，15-內框，16-軸承壓圈，17-中軸，18-圓錐滾子軸承B，19 -電纜套，20-通水孔，21-壓緊螺母，22-電極座，23-0型密封圈，24-塑料外殼，25-明膠，26-電極，27-緊定壓圈，28-過水小孔。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳述:實施例1:本發(fā)明一種重力定向型海洋勘探電場探頭，其外觀結構參見圖1、2、3所示，包括外框、內框15、接收電纜3、多孔電極罩和電極26，所述的外框由外下框I和外上框5組成，外下框I和外上框5之間采用兩個對角定位銷7定位，并用M8內六角螺釘A 8連接。探頭內部結構參見圖4、5，圖4中所述外框兩端突出部分分別對稱安裝一對圓錐滾子軸承A 12，均用定位圈14定位，定位圈14與外框之間采用螺紋連接，圓錐滾子軸承A
12的一側配有擋圈13，圓錐滾子軸承A 12和擋圈13使用線夾夾緊。所述線夾包括線夾A
2和線夾B 4，線夾A 2和線夾B 4之間通過M8內六角螺釘A 8鎖緊，并配套有平墊片9和彈性墊圈10。圖5中，所述的外下框I與中軸17之間通過一對圓錐滾子軸承B 18連接，圓錐滾子軸承B 18通過軸承壓圈16在中軸上固定，軸承壓圈16與中軸之間采用螺紋連接，軸承端蓋6通過螺紋安裝在外下框I上；所述內框15通過M8內六角螺釘B 11固定在中軸17上；所述接收電纜3穿在電纜套19中，電纜套19穿過中軸17中心，并與中軸17垂直。所述的外框、電纜套19、線夾、中軸17、軸承壓圈16、軸承端蓋6、擋圈13、定位圈14、多孔電極罩的塑料外殼24、電極座22、壓緊螺母21的材料選用了 ABS材料制成，以避免金屬材料對電場信號的影響。所述的外下框I的下端設計有通水孔20，塑料外殼24底端設計有眾多的過水小孔28，所有的過水小孔28成各周向等角度均勻分布，過水小孔28孔徑為
0.8暈米。參見圖6，所述的多孔電極罩由塑料外殼24、電極座22、壓緊螺母21組成；多孔電極罩通過塑料外殼24的螺紋安裝在內框15上，并通過緊定壓圈27鎖緊固定，緊定壓圈27與塑料外殼24之間也采用螺紋連接；塑料外殼24內安裝有電極座22，并通過O型密封圈23實現(xiàn)密封。所述電極26安裝在塑料外殼24中的電極座22內，電極26的電極棒上端面與電極座22的凹面間涂有起密封作用的明膠25，電極26與電極座22裝配后，電極棒上端的引出線由明膠25密封隔離；電極26通過壓緊螺母21與電極座22壓緊連接；電極26與接收電纜3的連接處進行硫化處理。
實施例2:應用本發(fā)明的一種重力定向型海洋勘探電場探頭在海洋水下3000米作業(yè)。本實施例中塑料外殼24底端設計的過水小孔28的孔徑為1.0毫米，其他結構同實施例I。當探頭以2節(jié)航速(I節(jié)=I海里/小時=1.852公里/小時)拖動作業(yè)時，需始終保證電場探頭為點狀探測。本發(fā)明中由外下框1、內框15、中軸17組成了一個重力定向機構，該重力定向機構和多孔電極罩的結構解決了重力場與流場對電場探頭姿態(tài)的影響，確保了探頭的姿態(tài)自動微調，使海洋勘探系統(tǒng)構成的拖曳體系的穩(wěn)態(tài)探測。一方面，當電極在雙頻激電法中由接收電極變間距排列所形成的測線處于水平狀態(tài)時，在重力場的作用下，本探頭始終保持豎直姿態(tài)，中軸和外框通過圓錐滾子軸承A 12，使探頭可以利用自身重力進行兩個方向的轉動微調，即使得棒狀Ag/AgCl電極在拖動作業(yè)時保持豎直狀態(tài)，探頭才能靠近礦體。另一方面海水通過外下框I底部的眾多的通水孔20通道進入多孔電極罩，穿過多孔電極罩的過水小孔28與電極接觸，密集的過水小孔28結構保證了電極26與海水的充分接觸，而且多孔電極罩減緩了水流和拖動波速的干擾。本發(fā)明的重力定向型海洋勘探電場探頭結構簡單、操作方便，利用重力場定向，電極位移調整靈敏、實用可靠。本發(fā)明的電場探頭，適用于激電法設計、重力場定向進行深海資源探測，可用于3000米?！さ谉嵋毫蚧V勘探。
權利要求
1.一種重力定向型海洋勘探電場探頭，包括外框、內框、接收電纜、多孔電極罩和電極；其特征在于: 所述的外框由外下框和外上框組成，外下框和外上框之間由兩個對角定位銷定位，并用內六角螺釘A連接；所述的外框兩端突出部分對稱安裝有一對圓錐滾子軸承A，均用定位圈定位，定位圈采用螺紋安裝在外框上，圓錐滾子軸承A —側配有擋圈，圓錐滾子軸承A和擋圈使用線夾夾緊；所述的外下框與中軸之間通過一對圓錐滾子軸承B連接，圓錐滾子軸承B通過軸承壓圈在中軸上固定，軸承壓圈與中軸之間采用螺紋連接，軸承端蓋通過螺紋安裝在外下框上；所述外下框的下端設計有通水孔； 所述線夾包括線夾A和線夾B，線夾A和線夾B之間采用內六角螺釘A鎖緊，并配套有平墊片和彈性墊圈； 所述的內框通過內六角螺釘B固定在中軸上； 所述的接收電纜穿在電纜套中，電纜套穿過中軸中心，并與中軸垂直； 所述的多孔電極罩含有塑料外殼、電極座和壓緊螺母，塑料外殼底端設計有過水小孔，塑料外殼通過螺紋安裝在內框上，并通過緊定壓圈鎖緊固定，緊定壓圈與塑料外殼之間也采用螺紋連接；塑料外殼內安裝有電極座，并通過O型密封圈實現(xiàn)密封； 所述電極安裝在電極座中。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種重力定向型海洋勘探電場探頭，其特征在于:所述的塑料外殼底端設計的過水小孔成各周向等角度均勻分布，過水小孔孔徑為0.8 1.3毫米。
3.根據(jù)權利要求1所述 的一種重力定向型海洋勘探電場探頭，其特征在于:所述電極的電極棒上端面與電極座的凹面間涂有起密封作用的明膠，電極與電極座裝配后，電極棒上端的引出線由明膠密封隔離；電極通過壓緊螺母與電極座壓緊連接；電極與接收電纜的連接處進行硫化處理。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種重力定向型海洋勘探電場探頭，其特征在于:所述的電極在雙頻激電法中由接收電極變間距排列所形成的測線處于水平狀態(tài)時，受重力場的作用電極在拖動作業(yè)中始終保持豎直狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重力定向型海洋勘探電場探頭，包括外框、內框、接收電纜、多孔電極罩和電極；外框兩端突出部分對稱安裝有用定位圈定位的圓錐滾子軸承A，圓錐滾子軸承A和擋圈用線夾夾緊；外下框與中軸通過圓錐滾子軸承B連接，圓錐滾子軸承B通過軸承壓圈固定在中軸上；內框安裝在中軸上；電纜套穿過中軸中心與中軸垂直，接收電纜穿過電纜套；多孔電極罩含有塑料外殼、電極座和壓緊螺母，塑料外殼安裝在內框上，并通過緊定壓圈鎖緊；電極座安裝在塑料外殼內并通過O型密封圈實現(xiàn)密封；電極安裝在電極座中。本探頭適用于激電法設計、重力場定向進行深海資源探測，可用于3000米海底熱液硫化礦勘探。
文檔編號G01V3/165GK103235343SQ201310100259
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權日2013年3月27日
發(fā)明者王院生, 余娟, 路桂英, 李波 申請人:中國地質大學(武漢)