[发明专利]组合式海洋电场传感器

说明书

技术领域

本发明属于地球物理测量领域，具体属于海洋勘测领域，尤其涉及一种组合式海洋电场传感器。

背景技术

海洋电磁技术的快速发展和应用源于探测仪器及传感器组件的发展，其中关键传感器部件之一即为高灵敏度的电场传感器。海洋环境中进行电场测量面临的一个突出问题就是信号太弱。受海水低阻层影响，电磁场信号随水深增加迅速衰减，相比陆地测量，在海底进行电场探测需要将探测灵敏度提高1-2个数量级。理论上，增大电场传感器之间的距离能提高海底电场探测能力，但在实际工作中受到海上作业船只和环境限制，大极距测量往往无法实现且成本很高。在对微弱海洋电场信号进行探测时，降低传感器的本底噪声是迫切需要解决的关键问题。

海底电磁场探测中重点关注低频段(0.0001-10Hz)，电极的1/f噪声直接决定了仪器的电场探测能力。由于1/f噪声与电极的表面积直接相关，因此通过增加电极的表面积可降低该噪声。目前的海洋电场传感器通常采用单体银-氯化银电极，为了达到低的1/f噪声目标，通过提高电极的尺寸面临两个难题。首先由于大尺寸电极的一致性难以保证，导致成品率低；同时，典型的银-氯化银电极需要使用大量的贵金属材料，在使用过程中若出现问题需要整体更换，使用成本较高。因此，如何在降低海洋电场传感器自噪声的同时降低使用成本是一个难题。

发明内容

针对现有技术的不足及问题，本发明提出一种自噪声低、使用成本低的组合式海洋电场传感器。

依据本发明的第一方面，提供一种组合式海洋电场传感器，其包括：

数据采集站1，用于采集和存储电场信号；

数据传输装置2，用于将电极16、26检测的电场信号传输到数据采集站1；

电极舱3、4，用于安装水密接插口5和固定电极16、26；

水密接插口5，用于连接电极16、26；

电极16、26，用于检测电场信号。

其中，所述数据采集站1包括耐压舱、采集器模块、水声通讯模块、电源模块，实现电场信号采集、存储及控制功能；耐压舱是高强度合金材料或者是耐压玻璃舱球，为数据采集站提供耐水压防护。采集器模块包括测量与控制电路、内部时钟以及数据存储卡，对电极组检测的电场信号进行采集、放大、存储。水声通讯模块实现数据采集站1的远程交互与控制。电源模块由电池包组成，提供采集器模块和水声通讯模块的电力供应。

优选地，所述数据传输装置2为高强度无磁性管材支架，内部固定水密电缆。

优选地，数据传输装置2长度可变化，通过水密电缆将电场信号传递到数据采集站1。

优选地，包括至少两个电极舱3、4，每两个电极舱3、4构成一对，测量一个分量的电场，电极舱3、4的位置和距离可变动，电极舱的数量可增加。

进一步地，电极舱3、4舱体由绝缘材料或者是表面经过绝缘处理的材料制成，舱体不封闭，舱体内部能与海水导通。

优选地，电极舱3、4舱体内部包含至少两个水密接插口5。

优选地，所述的电极16、26是适用于海水环境的不极化电极，即银-氯化银电极或者钛材料电极。

优选地，每一个电极舱3、4内部包含有多个电极16A-16B、26A-26B，它们一起不独立地测量相同的电场分量；多个电极16A-16B、26A-26B在长期使用后，通过匹配测试后重新分组使用。

依据本发明的第二方面，提供一种上述组合式海洋电场传感器的匹配测试方法：包括步骤：

第一步，对所有电极进行编号，挑选1个正常电极作为基准电极，通过数据采集站1逐一测量其他电极与基准电极的电位差随时间(12小时)的变化；

第二步，12小时内测试电极与基准电极电位差变化超过0.1mV，则该测试电极视为不稳定，予以排除；

第三步，分别挑选电位差值最接近和电位差随时间变化最小的2个电极构成电极组；

第四步，分别测量电极组之间的电位差，挑选出电位差＜0.1mV的构成一对电极组；

第五步，将挑选出的电极组分别安装在一对电极舱内，用于测量一个分量的电场。

使用本发明的技术方案，可以具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种组合式海洋电场传感器，解决了现有海洋电场传感器低频自噪声高、使用成本高等问题。

2、本发明提供的这种组合式海洋电场传感器，成对的电极舱内含有多个电极，这些电极通过水密接插口连接在一起，形成并联式结构，提高了电极与海水的有效接触面积，降低了低频段的1/f噪声。