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一種水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置及方法，該裝置包括水下拖體和甲板控制盒兩部分；水下拖體用于記錄拖體的方位角、橫滾角、俯仰角、艙溫、艙內氣壓、水深壓力等參數(shù)；甲板控制盒通過水密電纜與水下拖體通訊，實現(xiàn)參數(shù)設置、GPS對鐘、數(shù)據(jù)下載、鋰電池充電功能。本發(fā)明能夠通過水深壓力參數(shù)自適應采樣，以及根據(jù)時漂進行時漂校準。適用水下深拖設備、錨系及潛器的高精度姿態(tài)記錄。
【專利說明】一種水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置及方法
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及海洋地球物理勘探領域，具體涉及一種水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其適用于水下潛器、深拖及對錨系的姿態(tài)觀測。
【背景技術】:
[0002]隨著資源環(huán)境領域技術發(fā)展的需求，人們的目光投向海洋，開展海洋條件下資源環(huán)境探測技術研究。科學家們常常將陸地常規(guī)設備搭載潛器、拖體、錨系等載體，以滿足海洋探測需求。在諸如電法、聲納、磁法、地震等海洋地球物理【技術領域】，都需要精確記錄儀器設備在水下的姿態(tài)情況，主要包括方位角、俯仰角、橫滾角、水深、溫度等，這些原始資料在后續(xù)數(shù)據(jù)校正及處理中不可或缺。
[0003]現(xiàn)有的姿態(tài)記錄裝置基本上適用于陸地或空中，適用于海底的探測儀器并不多見，特別是隨著海洋探測的拖纜廣泛使用，隨時隨地探測海洋拖纜的姿態(tài)是必須解決的一個問題。此外，我國一直在海洋拖纜姿態(tài)的探測儀器上受到國外的限制，僅僅憑借公開的一些原理性資料或示意性資料，無法實現(xiàn)自主知識產權的海洋探測儀器的開發(fā)。但是，隨著我國對海洋研究的深入進行，現(xiàn)在急需適用于海洋探測的儀器。

【發(fā)明內容】
:
[0004]為了解決上述問題，經(jīng)過技術人員多次設計和研究，本發(fā)明提供一種水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，該裝置可用于持續(xù)記錄海洋可控源電磁發(fā)射機供電電極及可控源電磁采集站水下姿態(tài)，還可用于深拖、潛器、錨系等其他場合。
[0005]依據(jù)本發(fā)明的技術方案，提供一種水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其主要包括水下拖體和甲板控制盒；水下拖體放置在水體之下且連接在被測試目標體上，水下拖體經(jīng)由水下拖體中的記錄電路來完成對水下綁定的電極的測量；水下拖體包括水密接插件61、鋰電池組62、記錄電路63、水壓傳感器64和承壓艙65 ;承壓艙65在外圍密封包裝，承壓艙65內部裝有鋰電池組62、記錄電路63和水壓傳感器64，其中水壓傳感器64在承壓艙65尾部，在承壓艙65的橢圓形一端簡稱為頭部，下文均用此詞語代替安裝有鋰電池組62，鋰電池組62通過電源輸出端將測量的電壓信號傳給記錄電路63，記錄電路輸入端經(jīng)由模擬信號線連接水壓傳感器64，再由承壓艙65外部連接的水密接插件61與甲板控制盒3連接；甲板控制盒，用于將水下拖體所記錄的相關數(shù)值通過水密電纜傳輸給控制盒，同時可以由控制盒發(fā)出信號，對水下拖體進行相關命令參數(shù)設置的控制；甲板控制盒還可以作為一個中轉樞紐，將水下拖體得出的數(shù)據(jù)，再通過USB傳遞到計算機中給用戶展現(xiàn)；甲板控制盒具有充電、GPS對鐘、數(shù)據(jù)下載功能；甲板控制盒包括GPS天線4、鋁盒31、水密電纜32和控制電路35 ;甲板控制盒外部由鋁盒31包裹，鋁盒31總共有一個外接輸入端口和兩個輸出端口，其中輸入端口接外置GPS天線4，將來自于GPS天線的PPS信號直接輸入到鋁盒里面的控制電路35中，一輸出端接水密電纜32連接水下拖體6，傳遞控制信號和來自水下拖體的上傳數(shù)據(jù)；第二輸出端口接USB通訊纜2，連接便攜式計算機I與計算機進行信息通信。[0006]其中，在水下探測中，被測試目標體通常為水洋可控源電磁發(fā)射機供電電極及可控源電磁采集站。水下拖體經(jīng)由水下拖體中的記錄電路來完成對水下拖體在水下綁定的電極的測量，所述測量主要包括對水下拖體的溫度，姿態(tài)，氣壓信息的測試，同時還記錄時鐘信息。供電電極為金屬電極，或銅板、銅管。
[0007]優(yōu)選地，承壓艙65的設計采用流線設計，目標是將水下走航阻力降至最低；其承壓倉的設計為了有效減小水中重量，采用PVC材質塑料構成，外形長500mm、直徑50mm，水下重量1kg，能都達到實驗時的質量要求；水壓傳感器由傳感器置于承壓倉尾部，有傳感器接受來自測試艙內的氣壓、水深壓力的信息，再將壓力值同過連接線傳遞給記錄電路63記錄下來。
[0008]優(yōu)選地，記錄電路包括控制器631、電源管理632、溫度傳感器633、實時鐘634、存儲器635、姿態(tài)模塊636和氣壓傳感器637,控制器631作為中央控制單兀,控制電源管理632、溫度傳感器633、實時鐘634、存儲器635、姿態(tài)模塊636和氣壓傳感器637 ；電源管理632給溫度傳感器633、實時鐘634、存儲器635、姿態(tài)模塊636、氣壓傳感器637分別提供+5V或+3.3V的電壓；其中，只有中央控制單元的控制器使用3.3V的電壓，其余供電模塊均使用+5V的電壓；溫度傳感器633通過I2C總線與控制器631相連接，實時鐘634通過SPI線傳遞時鐘信號給控制器631，存儲器635通過并口總線連接控制器631、姿態(tài)模塊636通過串口總線連接控制器631，氣壓傳感器637則發(fā)送模擬信號連接控制器631 ;控制器631，主要用于控制記錄電路中各個模塊之間的調節(jié)控制以及與甲板控制盒3之間的聯(lián)系，解讀甲板控制盒3通過水密電纜5發(fā)出的命令，再將解讀后的命令傳遞給各個模塊和控制協(xié)調各個模塊工作；電源管理632，實時監(jiān)測電池電壓，因為電池電壓過低，嚴重影響水下拖體記錄電路的功能，所以，設置電源管理模塊，專門記錄電池電壓，以給用戶提供水下拖體的安全工作狀態(tài)；溫度傳感器633，由傳感器測試承壓艙艙內溫度，再將溫度值記錄下來；實時鐘634，記錄水下拖體6的時鐘信息，將時鐘信息添加到記錄電路中記錄的信息中，以備用戶對數(shù)據(jù)進行進一步的處理提供時間信號；存儲器635，將電壓、溫度、時鐘、姿態(tài)、氣壓、水壓等信息記錄下來，同時可以提供給甲板控制盒3，存儲空間大于64M ;姿態(tài)模塊636，由姿態(tài)測試電路完成姿態(tài)狀態(tài)值的測試，記錄內容包括該水下托體的方位角、橫滾角、俯仰角的數(shù)據(jù)變化；氣壓傳感器637由傳感器測試艙內氣壓、水深壓力，再將壓力值記錄下來；水壓傳感器由傳感器測試艙內氣壓、水深壓力，再將壓力值記錄下來。
[0009]優(yōu)選地，記錄電路63具有低功耗的特點，當采樣間隔為Imin時，可連續(xù)工作10天以上；當采樣間隔為Is時，可連續(xù)工作24小時。
[0010]優(yōu)選地，在數(shù)據(jù)的采樣過程中，根據(jù)用戶需求，采樣間隔可切換，為lmin、20s、ls、自適應4檔可選的采樣頻率，但是總的存儲空間為64MB ;自適應檔是一款智能變檔調試，可以自動選取合適的采樣間隔，即在水下托體的下沉上浮過程中，當水深變化率超過一定閾值時，采樣間隔設置為ls，當載體靜止位于海底水深，且水深變化率緩慢時，采樣間隔設置為lmin，減少了用戶對于采樣率實時監(jiān)測，根據(jù)不同情況實時更改采樣率的繁瑣工作。
[0011]優(yōu)選地，甲板控制盒3 —端水密接插件與水下拖體6相連接，完成對水下拖體6的參數(shù)設置與數(shù)據(jù)下載，并且作為中轉站，將水下拖體的數(shù)據(jù)通過USB傳入便攜式計算機I中。
[0012]進一步地，甲板控制盒3控制電路部分由獨立的電源管理31、USB HUB32、GPS模塊33、水密接插件34組成，其中，在控制電路一個輸出端，是通過USB HUB32完成內部電路與便攜式計算機I的傳輸，計算機端軟件可以實時完成實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理和顯示功能，USB并提+5V為鋰電池充電提供電能；控制電路的輸出端連接電源管理31，給控制電路提供電源的輸入；控制電路的另外一個輸出端通過GPS線連接GPS模塊33，接受GPS模塊33連接的外置的GPS天線4的定位信息，以完成GPS模塊的定位功能。
[0013]本發(fā)明達到了如下技術指標:
[0014]>實現(xiàn)不同采樣率切換ls、20s、lmin、自適應四檔；
[0015]>存儲空間大于64MB;
[0016]>時鐘穩(wěn)定度優(yōu)于5ms/day,時漂校正后時鐘誤差小于lms/day ；
[0017]> USB傳輸控制接口；
[0018]>多參數(shù)包括方位角、橫滾角、俯仰角、溫度、電池電量、艙壓、水深壓力等參數(shù)；
[0019]>最大工作水深:4000m ；
[0020]> Imin采樣間隔持續(xù)工作IOday以上，Is采樣間隔持續(xù)工作Iday以上。
[0021]>
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為總體結構框圖；
[0023]圖2為水下拖體結構圖；
[0024]圖3為甲板控制盒結構圖；
[0025]圖4為數(shù)據(jù)記錄流程圖。
[0026]具體實施方法:
[0027]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0028]下面結合附圖對本發(fā)明給出具體說明，本發(fā)明所提供的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置主要包括水下拖體和甲板控制盒；水下拖體放置在水體之下且連接在被測試目標體上，水下拖體經(jīng)由水下拖體中的記錄電路來完成對水下綁定的電極的測量；水下拖體包括水密接插件61、鋰電池組62、記錄電路63、水壓傳感器64和承壓艙65 ;承壓艙65在外圍密封包裝，承壓艙65內部裝有鋰電池組62、記錄電路63和水壓傳感器64，其中水壓傳感器64在承壓艙65尾部，在承壓艙65的橢圓形一端簡稱為頭部，下文均用此詞語代替安裝有鋰電池組62，鋰電池組62通過電源輸出端將測量的電壓信號傳給記錄電路63，記錄電路輸入端經(jīng)由模擬信號線連接水壓傳感器64，再由承壓艙65外部連接的水密接插件61與甲板控制盒3連接；甲板控制盒，用于將水下拖體所記錄的相關數(shù)值通過水密電纜傳輸給控制盒，同時可以由控制盒發(fā)出信號，對水下拖體進行相關命令參數(shù)設置的控制；甲板控制盒還可以作為一個中轉樞紐，將水下拖體得出的數(shù)據(jù)，再通過USB傳遞到計算機中給用戶展現(xiàn)；甲板控制盒具有充電、GPS對鐘、數(shù)據(jù)下載功能；甲板控制盒包括GPS天線4、鋁盒31、水密電纜32和控制電路35 ;甲板控制盒外部由鋁盒31包裹，鋁盒31總共有一個外接輸入端口和兩個輸出端口，其中輸入端口接外置GPS天線4，將來自于GPS天線的PPS信號直接輸入到鋁盒里面的控制電路35中，一輸出端接水密電纜32連接水下拖體6，傳遞控制信號和來自水下拖體的上傳數(shù)據(jù)；第二輸出端口接USB通訊纜2，連接便攜式計算機I與計算機進行信息通信。
[0029]其中，在水下探測中，被測試目標體通常為水洋可控源電磁發(fā)射機供電電極及可控源電磁采集站。水下拖體經(jīng)由水下拖體中的記錄電路來完成對水下拖體在水下綁定的電極的測量，所述測量主要包括對水下拖體的溫度，姿態(tài)，氣壓信息的測試，同時還記錄時鐘信息。供電電極為金屬電極，或銅板、銅管。
[0030]承壓艙64的設計采用流線設計，目標是將水下走航阻力降至最低；其承壓倉的設計為了有效減小水中重量，采用PVC材質塑料構成，外形長500mm、直徑50mm，水下重量1kg，能都達到實驗時的質量要求；水壓傳感器由傳感器置于承壓倉尾部，有傳感器接受來自測試艙內的氣壓、水深壓力的信息，再將壓力值同過連接線傳遞給記錄電路63記錄下來。
[0031]在具體實施例中，記錄電路包括控制器631、電源管理632、溫度傳感器633、實時鐘634、存儲器635、姿態(tài)模塊636和氣壓傳感器637，控制器631作為中央控制單元，控制電源管理632、溫度傳感器633、實時鐘634、存儲器635、姿態(tài)模塊636和氣壓傳感器637 ;電源管理632給溫度傳感器633、實時鐘634、存儲器635、姿態(tài)模塊636、氣壓傳感器637分別提供+5V或+3.3V的電壓；其中，只有中央控制單元的控制器使用3.3V的電壓，其余供電模塊均使用+5V的電壓；溫度傳感器633通過I2C總線與控制器631相連接，實時鐘634通過SPI線傳遞時鐘信號給控制器631，存儲器635通過并口總線連接控制器631、姿態(tài)模塊636通過串口總線連接控制器631，氣壓傳感器637則發(fā)送模擬信號連接控制器631 ;控制器631，主要用于控制記錄電路中各個模塊之間的調節(jié)控制以及與甲板控制盒3之間的聯(lián)系，解讀甲板控制盒3通過水密電纜5發(fā)出的命令，再將解讀后的命令傳遞給各個模塊和控制協(xié)調各個模塊工作；電源管理632，實時監(jiān)測電池電壓，因為電池電壓過低，嚴重影響水下拖體記錄電路的功能，所以，設置電源管理模塊，專門記錄電池電壓，以給用戶提供水下拖體的安全工作狀態(tài)；溫度傳感器633，由傳感器測試承壓艙艙內溫度，再將溫度值記錄下來；實時鐘634，記錄水下拖體6的時鐘信息，將時鐘信息添加到記錄電路中記錄的信息中，以備用戶對數(shù)據(jù)進行進一步的處理提供時間信號；存儲器635，將電壓、溫度、時鐘、姿態(tài)、氣壓、水壓等信息記錄下來，同時可以提供給甲板控制盒3，存儲空間大于64M ;姿態(tài)模塊636，由姿態(tài)測試電路完成姿態(tài)狀態(tài)值的測試，記錄內容包括該水下托體的方位角、橫滾角、俯仰角的數(shù)據(jù)變化；氣壓傳感器637由傳感器測試艙內氣壓、水深壓力，再將壓力值記錄下來；水壓傳感器由傳感器測試艙內氣壓、水深壓力，再將壓力值記錄下來。
[0032]在另一具體實施例中，記錄電路63具有低功耗的特點，當采樣間隔為Imin時，可連續(xù)工作10天以上；當采樣間隔為Is時，可連續(xù)工作24小時。
[0033]在另一具體實施例中，在數(shù)據(jù)的采樣過程中，根據(jù)用戶需求，采樣間隔可切換，為lmin、20s、ls、自適應4檔可選的采樣頻率，但是總的存儲空間為64MB ；自適應檔是一款智能變檔調試，可以自動選取合適的采樣間隔，即在水下托體的下沉上浮過程中，當水深變化率超過一定閾值時，采樣間隔設置為ls，當載體靜止位于海底水深，且水深變化率緩慢時，采樣間隔設置為lmin，減少了用戶對于采樣率實時監(jiān)測，根據(jù)不同情況實時更改采樣率的繁瑣工作。
[0034]在另一具體實施例中，甲板控制盒3—端水密接插件與水下拖體6相連接，完成對水下拖體6的參數(shù)設置與數(shù)據(jù)下載，并且作為中轉站，將水下拖體的數(shù)據(jù)通過USB傳入便攜式計算機I中。
[0035]進一步地，甲板控制盒3控制電路部分由獨立的電源管理31、USB HUB32、GPS模塊33、水密接插件34組成，其中，在控制電路一個輸出端，是通過USB HUB32完成內部電路與便攜式計算機I的傳輸，計算機端軟件可以實時完成實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理和顯示功能，USB并提+5V為鋰電池充電提供電能；控制電路的輸出端連接電源管理31，給控制電路提供電源的輸入；控制電路的另外一個輸出端通過GPS線連接GPS模塊33，接受GPS模塊33連接的外置的GPS天線4的定位信息，以完成GPS模塊的定位功能。
[0036]在下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理進行概括描述:
[0037]a裝置分為水下拖體及甲板控制盒兩部分；
[0038]b水下拖體采用塑料承壓艙，流線外形設計，并具有較小的水下重量、行進阻力；
[0039]c甲板控制盒實現(xiàn)水下拖體的參數(shù)設置、充電、GPS對鐘、數(shù)據(jù)下載等功能；
[0040]d水下拖體集成水密接插件、鋰電池組、記錄電路、水壓傳感器；
[0041 ] e多參數(shù)包括時間、方位角、橫滾角、俯仰角、艙溫、艙內氣壓、水深壓力、電池電壓。
[0042]本發(fā)明的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其具有如下用途:
[0043]a包括水下拖體和甲板控制盒；
[0044]b水下拖體采用PVC材質塑料承壓艙，水下重量輕，采用流線設計，水下走航阻力小;
[0045]c水下拖體實現(xiàn)方位角、橫滾角、俯仰角、艙溫、艙內氣壓、水深壓力等參數(shù)連續(xù)記錄;
[0046]d甲板控制盒實現(xiàn)參數(shù)設置、充電、GPS對鐘、數(shù)據(jù)下載功能；
[0047]e根據(jù)水深變化，自適應采樣間隔；
[0048]f根據(jù)時漂進行時鐘校準。
[0049]進一步地，水下拖體采用流線設計，將水下走航阻力降至最低；采用PVC材質塑料承壓艙設計，有效減小水下重量；水下拖體用于完成姿態(tài)記錄，包括艙溫、方位角、橫滾角、俯仰角、艙內氣壓、水深壓力、電池電壓參數(shù)。水下拖體具有低功耗特點，采樣間隔為Imin時，可連續(xù)工作10天以上，采樣間隔為Is時，可連續(xù)工作24小時。水下拖體根據(jù)需求采樣間隔可切換，為lmin、20s、ls、自適應4檔可選，存儲空間為64MB;自適應采樣即水下托體下沉上浮過程中水深變化率超過一定閾值時，采樣間隔設置為ls，當載體靜止位于海底水深變化緩慢時，采樣間隔設置為lmin。水下拖體長500mm、直徑50mm,水下重量約1kg。
[0050]本發(fā)明的甲板控制盒通過USB接口與水下拖體連接，完成參數(shù)設置與數(shù)據(jù)下載。此外，甲板控制盒還通過USB與PC端連接，PC端軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、顯示；USB接口完成鋰電池充電。
[0051]在另外的實施例中，參加圖1，本發(fā)明是用于記錄水下及海洋潛器、拖體、錨系等載體的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其具體包括便攜式計算機1，通過USB通訊電纜2與甲板控制盒3連接，完成計算機I與甲板控制盒3的命令與數(shù)據(jù)交互；甲板控制盒3通過GPS天線4接收GPS射頻信號；并通過8芯水密電纜5與水下拖體6連接，完成水下拖體的充電、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)下載。
[0052]參見圖1及圖3，甲板控制盒3包括控制電路31，水密接插件32，以及外圍鋁盒。鋁盒長10cm、寬6cm、高3cm?？刂齐娐?1包括電源管理311、USB HUB312、GPS模塊313。電源管理311實現(xiàn)USB+5V轉換至+3.3V，以及為水下拖體的鋰電池充電所需的+8.4V ；USBHUB312實現(xiàn)計算機端USB總線分別對GPS模塊313USB接口和水下拖體USB接口管理；GPS模塊313通過USB接口受控于計算機I，用于配置GPS模塊，GPS模塊同時通過TXD_GPS輸出GPS消息，以及PPS信號；GPS天線4，通過專用接口連接至甲板控制盒，用于獲取GPS衛(wèi)星信號；水密接插件32用于與水下拖體6的水密接插件水密連接。
[0053]參見圖2，水下拖體包括水密接插件61、鋰電池組62、記錄電路63、水壓傳感器64、前端整流罩65、塑料承壓艙66、尾部保護尾翼67部件。前端整流罩65為水下拖體行進時減小水下阻力；尾部保護尾翼67 —方面保護水密接插件61，一方面還提供流線設計，使其符合流體設計；塑料承壓艙66為記錄電路63提供壓力保護，使其適用于水下4000m水深環(huán)境；鋰電池組62，為記錄電路63提供電源；記錄電路63在甲板控制盒初始控制下，完成方位角、俯仰角、橫滾角、艙壓、溫度、電池電壓、水深、時間等參數(shù)記錄，并存儲于內置存儲器中。
[0054]再參見圖1，水下拖體記錄電路63包括控制器631、電源管理電路632、溫度傳感器633、實時鐘634、存儲器635、姿態(tài)模塊636、氣壓模塊637。鋰電池組62為兩節(jié)3.7V、
2.5Ahr串聯(lián)，電源管理電路632將鋰電池組電壓轉換為+5V、+3.3V，其中+5V為姿態(tài)模塊636供電，+3.3V為其他電路供電；控制器631通過IIC總線讀取溫度傳感器633艙內溫度；通過IIC總線訪問實時鐘634，實現(xiàn)GPS對鐘及時間讀取，其中為實時鐘提供時鐘的晶體頻率穩(wěn)定度為0.05ppm ;控制器638通過并行總線訪問存儲器635，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫，存儲器容量為64MB ;控制器638通過UART訪問姿態(tài)模塊636，并通過IO實現(xiàn)對姿態(tài)模塊啟?？刂疲豢刂破?31通過內部ADC測量氣壓傳感器637電壓值；控制器671通過內部橋式ADC對水壓傳感器64電壓進行量化編碼，得到水深數(shù)據(jù)，水壓傳感器量程4000m，線性度萬分之五?？刂破?31通過水密接插件61中USB總線受控于甲板控制盒，實現(xiàn)參數(shù)設置、數(shù)據(jù)下載，下載速率為200KB/S ;控制器通過水密接插件61中UART接收GPS串口數(shù)據(jù)，并將有效時間信息寫入實時鐘，實現(xiàn)GPS對鐘。
[0055]再參見圖1、圖2，具體作業(yè)流程如下:
[0056]a)連接甲板控制盒3與計算機I之間的USB電纜2，連接甲板控制盒3與水下拖體6的水密接插件5 ；
[0057]b)對水下拖體內部鋰電池組充電，通過用戶軟件查看電池電量；
[0058]c)下水前確保電池電量滿，連接甲板控制GPS天線4 ；
[0059]d)通過用戶軟件啟動水下拖體記錄電路，清除FLASH內部數(shù)據(jù)，完成GPS對鐘，根據(jù)需求設置采樣間隔，啟動采集；
[0060]e)拔掉水S電纜5,后將堵頭堵上8芯水S接插件61 ；
[0061]f)將拖體固定于目標體，進行水下作業(yè)；
[0062]g)水下作業(yè)完成后，打撈水下拖體，并用淡水沖洗表面污物及海水；
[0063]h)拔下堵頭，通過水密電纜接入甲板控制盒，完成GPS對鐘，記錄時鐘漂移，下載數(shù)據(jù)至本地計算機硬盤；
[0064]i)對數(shù)據(jù)成圖，根據(jù)時漂、姿態(tài)信息、水深、溫度對數(shù)據(jù)進行校準，進而得到水下目標體行進軌跡。[0065]所述時漂校正方法，具體流程如下，下水前進行GPS對鐘，將GPS時間信息寫入水下拖體記錄電路的實時鐘中，記為tsyn。、拖體下水后GPS信號丟失，依賴內部RTC計時，開始采集時時間記為tstart，采集過程每個記錄的時間記為tx，由于時鐘誤差將累積，拖體打撈出水后停止采集，時間記為ts_，停止采集同時計算內部實時鐘與GPS時間漂移為At。時鐘校正公式為:
[0066]t’ = At tx-tsync/tstop-tsync+tx
[0067]式中t’校正后時間。
[0068]參見圖4，圖4為本發(fā)明的多參數(shù)記錄步驟。記錄方法分為數(shù)據(jù)采集步驟1、數(shù)據(jù)傳輸步驟2、數(shù)據(jù)處理步驟3。采集步驟I為下水前準備工作，傳輸步驟2為出水后數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理用于后續(xù)數(shù)據(jù)整理成圖輸出。
[0069]采集步驟1，先進行采集前的GPS對鐘、根據(jù)需求設置采集間隔，并設置采集開始時間，等待開始時間到，記錄電路會自動按照預設的采樣間隔進行多參數(shù)記錄；水下作業(yè)結束后，進行傳輸步驟2，停止記錄，GPS對鐘，獲取標準時間信息，并通過USB接口將數(shù)據(jù)文件下載至計算機中；數(shù)據(jù)處理步驟3，根據(jù)第二次對鐘計算時間漂移，進行時鐘校正，并對多參數(shù)進行成圖，按照特定的文件編排格式將數(shù)據(jù)輸出。
[0070]如上述，已經(jīng)清楚詳細地描述了本發(fā)明提出的裝置及方法，但是本領域普通的技術人員可以理解，在不背離所附權利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)中做出多種修改。因此，所有參考本發(fā)明技術方案所做出的各種各樣的修改，均應當歸入本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，主要包括水下拖體和甲板控制盒；其特征在于，水下拖體，其放置在水體之下且連接在被測試目標體上，水下拖體經(jīng)由水下拖體中的記錄電路來完成對水下綁定的電極的測量；水下拖體包括水密接插件(61)、鋰電池組(62)、記錄電路(63)、水壓傳感器(64)和承壓艙(65);承壓艙(65)在外圍密封包裝，承壓艙(65)內部裝有鋰電池組(62)、記錄電路(63)和水壓傳感器(64)，其中水壓傳感器(64)在承壓艙(65)尾部，在承壓艙(65)的橢圓形一端(簡稱為頭部，下文均用此詞語代替)安裝有鋰電池組(62)，鋰電池組(62)通過電源輸出端將測量的電壓信號傳給記錄電路(63)，記錄電路輸入端經(jīng)由模擬信號線連接水壓傳感器(64)，再由承壓艙(65)外部連接的水密接插件(61)與甲板控制盒(3)連接； 甲板控制盒，用于將水下拖體所記錄的相關數(shù)值通過水密電纜傳輸給控制盒，同時可以由控制盒發(fā)出信號，對水下拖體進行相關命令參數(shù)設置的控制；甲板控制盒還可以作為一個中轉樞紐，將水下拖體得出的數(shù)據(jù)，再通過USB傳遞到計算機中給用戶展現(xiàn)；甲板控制盒具有充電、GPS對鐘、數(shù)據(jù)下載功能；甲板控制盒包括GPS天線(4)、鋁盒(31)、水密電纜(32)和控制電路(35);甲板控制盒外部由鋁盒(31)包裹，鋁盒(31)總共有一個外接輸入端口和兩個輸出端口，其中輸入端口接外置GPS天線(4)，將來自于GPS天線的PPS信號直接輸入到鋁盒里面的控制電路(35)中，一輸出端接水密電纜(32)連接水下拖體(6)，傳遞控制信號和來自水下拖體的上傳數(shù)據(jù)；第二輸出端口接USB通訊纜(2)，連接便攜式計算機(I)與計算機進行信息通信。
2.如權利要求1所述的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其特征在于，在水下探測中，被測試目標體通常為水洋可控源電磁發(fā)射機供電電極及可控源電磁采集站。
3.如權利要求1所述的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其特征在于，水下拖體經(jīng)由水下拖體中的記錄電路來完 成對水下拖體在水下綁定的電極的測量，所述測量主要包括對水下拖體的溫度，姿態(tài)，氣壓信息的測試，同時還記錄時鐘信息。
4.如權利要求2所述的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其特征在于，供電電極為金屬電極，或銅板、銅管。
5.如權利要求1所述的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其特征在于，承壓艙(64)的設計采用流線設計，采用PVC材質塑料構成,外形長500mm、直徑50mm、重量1kg。
6.如權利要求1所述的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其特征在于，水壓傳感器由傳感器置于承壓倉尾部，由傳感器接受來自測試艙內的氣壓、水深壓力的信息，再將壓力值同過連接線傳遞給記錄電路(63)記錄下來。
7.如權利要求1所述的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其特征在于，記錄電路包括控制器(631)、電源管理(632)、溫度傳感器(633)、實時鐘(634)、存儲器(635)、姿態(tài)模塊(636)和氣壓傳感器(637)，控制器(631)作為中央控制單元，控制電源管理(632)、溫度傳感器(633)、實時鐘(634)、存儲器(635)、姿態(tài)模塊(636)和氣壓傳感器(637);電源管理(632)給溫度傳感器(633)、實時鐘(634)、存儲器(635)、姿態(tài)模塊(636)、氣壓傳感器(637)分別提供+5V或+3.3V的電壓。
8.如權利要求7所述的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其特征在于，溫度傳感器(633)通過I2C總線與控制器(631)相連接，實時鐘(634)通過SPI線傳遞時鐘信號給控制器(631)，存儲器(635)通過并口總線連接控制器(631)、姿態(tài)模塊(636)通過串口總線連接控制器(631)，氣壓傳感器(637)則發(fā)送模擬信號連接控制器(631)； 控制器(631)，主要用于控制記錄電路中各個模塊之間的調節(jié)控制以及與甲板控制盒(3)之間的聯(lián)系，解讀甲板控制盒(3)通過水密電纜(5)發(fā)出的命令，再將解讀后的命令傳遞給各個模塊和控制協(xié)調各個模塊工作； 電源管理(632)，實時監(jiān)測電池電壓，因為電池電壓過低，嚴重影響水下拖體記錄電路的功能，所以，設置電源管理模塊，專門記錄電池電壓，以給用戶提供水下拖體的安全工作狀態(tài)。
9.如權利要求8所述的水下拖曳式多參數(shù)姿態(tài)記錄裝置，其特征在于，溫度傳感器(633)，由傳感器測試承壓艙艙內溫度，再將溫度值記錄下來； 實時鐘(634)，記錄水下拖體(6)的時鐘信息，將時鐘信息添加到記錄電路中記錄的信息中，以備用戶對數(shù)據(jù)進行進一步的處理提供時間信號； 存儲器(635)，將電壓、溫度、時鐘、姿態(tài)、氣壓、水壓等信息記錄下來，同時可以提供給甲板控制盒(3)，存儲空間大于64M ； 姿態(tài)模塊(636)，由姿態(tài)測試電路完成姿態(tài)狀態(tài)值的測試，記錄內容包括該水下托體的方位角、橫滾角、俯仰角的數(shù)據(jù)變化； 氣壓傳感器(637)由傳感器測試艙內氣壓、水深壓力，再將壓力值記錄下來；水壓傳感器由傳感器測試艙內氣壓、水深壓力，再將壓力值記錄下來。
【文檔編號】G01D9/00GK103759751SQ201410020650
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日:2014年1月17日
【發(fā)明者】陳凱, 王猛, 鄧明, 魏文博, 張啟升, 金勝, 景建恩, 葉高峰 申請人:中國地質大學（北京）