[发明专利]一种利用海底电场探测装置探测多金属硫化物的方法

说明书

本发明公开了一种应用于水下机器人的海底电场探测装置及探测多金属硫化物的方法，通过调整电场传感器搭载位置，降低潜器本体对目标电场信号的影响，可以解决由于潜器方位和姿态变化对电场产生的影响；通过三个方向上的三组电场传感器测得海底电场三分量信息，结合水下机器人姿态数据，对测量结果进行旋转校正，构造差分矩阵和预测自然场，利用最小二乘反演方法重构自然电位场，通过自然电位场中的负异常来判断海底是否存在多金属硫化物；本发明实现了电场传感器在水下机器人上的有效应用，使用简单高效，工作安全可靠，在短时间能完成近海底大面积的扫测工作。

技术领域

本发明属于传感器应用领域，尤其涉及一种应用于水下机器人的海底电场探测装置及探测多金属硫化物的方法。

背景技术

海底热液多金属硫化物是富含铁、铜、铅、锌等金属的热液成因之海底自生沉积物，是重要的深海矿产资源。海底多金属硫化物与海水发生氧化还原反应，在硫化物矿体周围形成天然的电流，通过海底电场传感器在近海底探测电磁信号，可以探测到硫化物矿体形成的自然电位异常，通过电场传感器对采集到的自然电位数据进行分析，从而获得多金属硫化物的精确位置和规模等信息。目前海洋自然电位法通常采用拖曳式作业，需要科考船协同作业，耗费船时较长，作业增加成本较高，同时拖曳式只能进行剖面测量，采集沿拖曳方向的一个电场分量，勘探面积和采集数据均有限。随着水下机器人的发展，电场传感器可以搭载在水下机器人上进行作业，无人无缆的水下机器人不仅可以脱离母船独立进行作业，而且在短时间内可以完成大面积的扫面工作，在一个探测区域内可以采集大量立体探测数据。在水下机器人上搭载自然电位在节约船时的同时也会大大提高硫化物勘探的效率。

在自主潜器上搭载自然电位的主要问题是潜器推进器的旋转以及潜器内部的电子器件会对电场传感器产生电磁干扰，进而会影响数据的准确性和可靠性；同时，海洋中的自然电位响应微弱，只有增大电极距才能采集到有效的自然电位信号。如何在自主潜器上采集到准确度高，可靠性强，信息量大的自然电位数据依旧是难题。

发明内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明提出一种应用于水下机器人的海底电场探测装置及探测多金属硫化物的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明提出了一种通过电子仓携带的能源对海底电场进行测量的装置，在海底矿产资源勘查和海洋的地球物理探测方面具有重要的应用价值，电场传感器在无人无缆水下机器人上作业时，前后一组相距N米，左右一组相距N米，上下一组相距N米，通过对不同层位海底大地电场的测量，可以得到水平和垂直分量的海底大地电场数据，通过对该数据的分析可以寻找海底多金属硫化物、刻画海水侵入等水文地质过程。

本发明一方面提供了一种应用于水下机器人的海底电场探测装置，包括六个电场传感器、电子仓、传感器保护端盖、传感器固定管、电子仓支架、浮力材料和水下机器人；所述电子仓固定于水下机器人尾部的电子仓支架上，电子仓内包含有数据采集电路；六个电场传感器通过六个传感器保护端盖分别固定于每根传感器固定管的顶端；传感器固定管两两为一组分别布置在垂直、水平前后、水平左右三个方向上；每个方向上的两个电场传感器均相距N米，传感器固定管固定在水下机器人尾部电子仓支架上；传感器固定管为空心结构，每个电场传感器穿缆连接至电子仓。

进一步地，六个电场传感器和电子仓之间通过水密电缆连接，进行能源和数据的传输。

进一步地，所述电子仓支架与六根传感器固定管实现螺栓螺母紧固连接后，与水下机器人尾部通过螺栓螺母紧固连接，并在电子仓支架外部套上浮力材料。

进一步地，所述电子仓、传感器保护端盖、传感器固定管、电子仓支架及紧固件均采用无机非金属材料的聚碳酸酯材质。

进一步地，水下机器人在海底按照预设的轨迹航行时，六个电场传感器开始工作，并采集近海底的电位值，用电位值除以对应的电极间距计算得到电场；通过电子仓中的数据采集电路处理和保存数据。

本发明另一方面提供了一种利用上述海底电场探测装置探测多金属硫化物的方法，包括：