一种海底电磁接收机及其使用方法

1.本发明属于海洋地球物理探测领域的技术领域，更具体地，涉及一种海底电磁接收机及其使用方法。


背景技术：

2.海洋电磁法是一种新兴的海洋地球物理方法，广泛应用于海底油气勘探、水合物调查、多金属硫化物等矿产资源的地球物理勘探领域，洋中脊、俯冲带、海底火山等海底深部岩石圈研究的构造地质领域，水下目标检测、港口防卫等国防领域，海啸预警、海洋电磁环境研究等物理海洋领域。其中以海底油气勘探领域最为热门，海洋电磁法以油气目标体与海底以下围岩介质的电性差异为物性基础，通过海底电磁接收机观测携带地下介质电性信息的电磁场信号，并经数据处理、反演解释获得海底以下电性模型，为油气勘探布钻提供电性依据。该方法是主流海底地震方法的有效补充，在油气勘探任务中得到广泛应用。
3.海底电磁接收机是海洋电磁法的海上装备，用于现场收集数据，其性能决定了海洋电磁方法的探测效果。中国地质大学(北京)于上世纪末在国内率先开展海底大地电磁方法研究，研制了国内第一台海底电磁接收机，在后续的项目持续支持下，完成了可控源电磁接收机、拖曳式电磁接收机等装备的批量研制，已经成功应用于油气勘探、水合物调查、水下目标检测等领域。国内同行中石油东方地球物理公司、中国海洋大学等单位近年来也相继开展了海底电磁接收机的研制工作。
4.现有海底电磁接收机的电磁传感器主要是借助氯化银电场传感器与感应式磁传感器。作业方式如下：下水前依次进行电极安装、电缆连接、水泥块安装、gps授时、采集参数设置、启动采集；然后依靠折臂吊将仪器吊放至水面，脱钩后自由下沉到达海底；回收时借助水声甲板单元发送水声命令，位于海底的仪器收到水声命令后驱动电腐蚀脱钩器，释放水泥块，借助自身浮力上浮，水声甲板单元通过测量斜距判断仪器上浮情况。
5.现有仪器及作业方式存在以下不足：
①
数据质量有待提升，氯化银电极易受海底运动海水干扰导致电场信噪比下降，两个间隔约10m的电极存在空间误差导致正交度误差，感应式磁传感器在低频段噪声较大。
②
体积大、笨重，电极距约10m，感应式磁传感器长度达90cm、水下重量约4kg，功耗大导致电池组体积大，玻璃球和水泥块同比例放大。
③
作业效率低，投放前需要进行电极安装、电缆连接、水泥块安装、gps授时、参数设置、启动采集等多个繁杂步骤，耗时达30分钟；上浮时仅测量斜距，难以获取仪器准确的深度及水平距离，导致回收打捞耗时长，严重影响海上作业效率。
6.综上，海洋电磁方法在油气勘探市场需求强烈，现有海底电磁接收机在布放精度、作业效率、作业成本、环境影响、安全性方面存在不足，有必要开展相关技术研究，促进海洋电磁方法技术装备发展。


技术实现要素：

7.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种海底电磁接收机及其使
用方法，其目的在于消除运动海水噪声，由此解决数据传输质量低下的技术问题。
8.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种海底电磁接收机，包括信号采集组件、释放回收组件、电场传感器、压力和加速度传感器以及水泥块，其中：
9.所述信号采集组件根据所述电场传感器信号以及所述压力和加速度传感器数据判断电磁接收机的位置，在电磁接收机位于海底时，所述释放回收组件释放所述水泥块以便电磁接收机上浮，根据所述压力和加速度传感器数据判断所述电磁接收机是否到达水面，以便于周边作业船舶打捞所述电磁接收机；
10.所述电场传感器具体为在陶瓷衬底表面安装三片镍基氧化物薄膜，所述三片镍基氧化物薄膜相邻分布，所述电场传感器为三轴电场传感器；
11.所述信号采集组件包括磁通门传感器，所述磁通门传感器选用双极性间歇脉冲激励。
12.作为对上述方案进一步的完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
13.优选地，所述信号采集组件还包括前置放大器和采集电路，其中：
14.所述前置放大器放大所述电场传感器及所述磁通门传感器的传感信号，将所述传感信号送至所述采集电路；所述采集电路将所述传感信号进行转化和存储，集成所述压力和/或加速度传感器数据判断电磁接收机是否位于海底。
15.优选地，待测电场ex在方向电场驱动条件下，海水中质子垂直通过所述电场传感器的所述镍基氧化物薄膜时，在所述镍基氧化物薄膜边缘侧施加恒定微弱电流i0，通过测得另一侧的电阻rx间接求取待测电场ex。
16.优选地，所述信号采集组件还包括wifi&gps模块，所述wifi&gps模块提供所述采集电路数据的下载链路和时间服务。
17.优选地，所述电磁接收机还包括电池组和玻璃浮球，所述电池组与所述信号采集组件、所述释放回收组件位于所述玻璃浮球内，所述电池组为所述信号采集组件和所述释放回收组件供电。
18.优选地，所述玻璃浮球的顶部设置换能器和电极，其中：
19.所述换能器通过所述释放回收组件中的水声通讯电路与外界进行通讯，所述换能器进行声电、电声转换，所述水声通讯电路进行水下仪器与船载端通信；
20.所述电极为微小型三轴电场传感器，进行微弱电场信号观测。
21.优选地，所述提醒模块包括高亮led和ais模块。
22.优选地，所述镍基氧化物薄膜选用阵列的方式均匀排布在所述陶瓷衬底表面。
23.第二方面，本发明还提供了一种海底电磁接收机的使用方法，用于使用第一方面所述的海底电磁接收机，所述使用方法包括：
24.电磁接收机的信号采集组件根据电场传感器信号以及压力和加速度传感器数据判断电磁接收机的位置；
25.在电磁接收机位于海底时，释放回收组件释放水泥块以便电磁接收机上浮；
26.电磁接收机上浮时根据所述压力和加速度传感器数据判断所述电磁接收机是否到达水面，以便于周边作业船舶打捞所述电磁接收机。
27.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：
28.1)数据质量高
29.①
三轴电场传感器正交误差小；
30.②
磁通门低频本底噪声低；
31.③
消除运动海水噪声：电极抗底流干扰；
32.2)整机体积小
33.①
单点电场测量，镍基氧化物电场传感器，无需外部的电场测量臂，10cm见方，以往是约10m极距；
34.②
小型正交基模磁通门传感器，2cm见方，以往是d3cm*l20cm；
35.③
直径13寸小玻璃球，以往是直径17寸玻璃球；
36.3)水下重量轻
37.①
磁通门功耗低，整机功耗低，节省电池空间；
38.②
磁通门替代传统的感应式磁传感器，水下重量大幅减少；
39.③
水泥块大幅压缩尺寸；
40.4)作业效率高
41.①
开机快：下水后自动开机，无需设置参数、手动开机；
42.②
投放快：预安装电极，无需维护保养，快速投放；
43.④
回收快：根据温度估算仪器深度和水平距离，及时调整船位，快速发现水面仪器。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1是本发明中一种微小型海底电磁接收机的整机示意图；
46.图2是本发明中电场传感器三轴正交电极原理示意图；
47.图3是本发明中电场传感器的电场测量原理示意图；
48.图4是本发明中三轴电场阵列测量原理示意图；
49.图5是本发明中信号采集模块原理框图；
50.图6是本发明中释放回收模块原理框图；
51.图7是现有技术中连续单极性激励电流波形图；
52.图8是本发明中间歇双极性激励电流波形图。
具体实施方式
53.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
54.在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指
示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
55.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
56.本发明公开一种微小型海底电磁接收机及其使用方法，主要面向地球深部构造(俯冲带、海底火山、扩张脊)研究、海底资源(油气、水合物、多金属硫化物)勘探、水下目标检测、物理海洋等领域应用。传统的海底电磁接收机存在以下不足：1)借助氯化银电极作为电场传感器(以下简称电极)，两个电极安装在间距约为10m测量臂头部，测量两个点位的电势差，从而间接计算电场，且氯化银电极还存在维护难、寿命短、易受水流冲击导致电场信噪比降低，无法刻画局部电场分布等不足；2)通常借助感应式磁传感器作为磁传感器，其存在水下重量大(约为4kg)、体积大(约为l80cm*d6cm)、功耗高(约为100mw)的不足；3)开机配置过程耗时长，下水前需要进行电极安装、电缆安装、借助上位机配置采集参数、gps授时、启动采集等操作，耗时长达30分钟，难以适用某些快速布放、隐蔽测量应用场景。4)借助超短基线定位系统usbl信标实现水下定位导致整机成本大幅上升，而仅借助声学释放器测量斜距又难以判断深度，导致上浮时难以掌握仪器深度变化，从而降低打捞回收效率。综上，当前海底电磁接收机存在数据质量不够、整机体积大、水下重量大、作业效率低的不足，针对以上问题，提出以下解决措施：1)基于稀土镍基氧化物氢致电子相变原理的仿生海洋电场传感器，制备镍酸钐薄膜，通过测量两块薄膜间的电阻间接测量电场分量，在陶瓷衬底上通过微纳加工工艺生长若干个电极，多个电极组成电场观测阵列，将大幅提升局部电场观测能力，压缩电极距，且无需维护保养，抗运动海水扰动进一步提升海洋环境适应性；2)正交基模磁通门传感器替代现有的感应式磁传感器，具有小体积、低噪声、低功耗的优势，大幅降低整机水下重量与功耗；3)借助外部压力传感器与内置加速度传感器，综合压力和加速度数据判断入水且着底，自启动采集，无需人为干预，实现设备快速布放；4)在水声通讯电路中集成有温度传感器，上浮过程中依靠声速剖面，通过温度数据估算仪器深度，从而推算仪器的水平距离，调整船位，加快海上打捞进程。相比传统的海底电磁接收机具有局部电场刻画能力强、数据质量高、小型、轻便、作业效率高的优势。
57.微小型海底电磁接收机主要由玻璃浮球、框架、换能器、电极、磁通门传感器、信号采集模块、释放回收模块、水泥块、钢丝绳、脱钩器等组成。
58.本发明提出的微小型海底电磁接收机及其使用方法相比传统的海底电磁接收机具有电磁信号数据质量高、体积小、水下重量轻、作业效率高的优势，是海洋地球物理装备的发展趋势之一。
59.实施例一：
60.本实施例一提供一种海底电磁接收机，如图1所示，包括信号采集组件、释放回收组件、电场传感器、压力和加速度传感器以及水泥块，其中：
61.所述信号采集组件根据所述电场传感器信号以及所述压力和加速度传感器数据
判断电磁接收机的位置，在电磁接收机位于海底时，所述释放回收组件释放所述水泥块以便电磁接收机上浮，根据所述压力和加速度传感器数据判断所述电磁接收机是否到达水面，以便于周边作业船舶打捞所述电磁接收机；
62.所述电场传感器具体为在陶瓷衬底表面安装三片镍基氧化物薄膜，所述三片镍基氧化物薄膜相邻分布，所述电场传感器为三轴电场传感器；
63.所述信号采集组件包括磁通门传感器，所述磁通门传感器选用双极性间歇脉冲激励。
64.压力传感器从来判断仪器所处深度，加速度测量下沉速度，两者结合判断海底电磁接收机是否着底。
65.电磁接收机着底后海底电磁接收机开始记录数据，海底电磁接收机采集结束后(一般1周后)等待水声通讯命令，待收到电腐蚀命令后熔断钢丝绳，借助浮力上浮。上浮过程根据加速度和压力传感器判断是否到达水面。
66.本实施例一提供一种海底电磁接收机，涉及海洋地球物理探测等领域的技术装备，是一种小型化、高性能、高效、低成本、轻便的海洋电磁勘探的海上作业装备。
67.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图2-图4所示，所述电场传感器具体为在六面体陶瓷衬底对应安装三片镍基氧化物薄膜，镍基氧化物薄膜电阻垂直与薄膜方向的被测电场成线性关系，所述电场传感器为三轴电场传感器。
68.电场传感器为镍基氧化物薄膜传感器，镍基氧化物优选为镍酸钐，是基于稀土镍基氧化物氢致电子相变原理的仿生海洋电场传感器。利用微弱电场诱导海水中质子进入稀土镍基氧化物晶格并触发其发生由电子巡游态向电子局域态的电子相变从而引起电阻剧增的原理，区别于传统测量两个空间位置的电位差计算电场的方法，具有短距高精度、长寿命、快速布放、免维护、小体积的优势。另外，见图2，六面体陶瓷衬底安装三片镍基氧化物薄膜，所述三片镍基氧化物薄膜相邻分布，所述电场传感器为三轴电场传感器。器件结构简单，测量信号解读简单，受湍流等所引起的信号干扰程度小，无需长极距配置而大幅压缩仪器体积，无需维护保养提升仪器海上作业效率，有望对水下电场测量带来革命性的创新变化。
69.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图2和图4所示，所述镍基氧化物薄膜选用阵列的方式均匀排布在所述陶瓷衬底表面。镍基氧化物薄膜选用阵列的方式受湍流引起的信号干扰程度小，无需长极距配置而大幅压缩仪器体积。
70.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图2和图4所示，所述镍基氧化物薄膜选用阵列的方式均匀排布在所述陶瓷衬底表面。镍基氧化物薄膜选用阵列的方式受湍流引起的信号干扰程度小，无需长极距配置而大幅压缩仪器体积。
71.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图7所示，所述磁通门传感器选用双极性间歇脉冲激励。
72.利用正交基模技术设计磁通门传感器，结合磁电仿真结果，基于玻璃包覆技术的近零磁致伸缩系数的钴基非晶丝材，围绕低噪声、宽频带、低功耗、低漂移需求，开展焦耳、脉冲电流热处理研究，优化玻璃包覆钴基非晶丝磁致伸缩系数和环向磁特性。开展低噪声正交激励探头磁电参数匹配、反馈线圈优化设计、三轴探头布局优化与高精度正交设计。结合海底低噪声、宽频带、低功耗、低漂移应用场景，针对当前传感器存在的漂移大、功耗高的
局限性，区别于现有单极性连续激励方案，提出双极性脉冲激磁方案，即间歇性激励，大幅降低传感器功耗，双极性激励方法将抑制直流漂移难题。同时需要研制匹配的自适应闭环测量电路，克服双极性切换时的巴氏噪声，进一步提升噪声与带宽性能，实现传感器探头的低功耗激磁与低直流漂移。为传感器整机提供激磁与测量电路。
73.图7是连续单极性激励，单极性的优势在于无巴克豪斯噪声，但易导致直流漂移，进而线性度差。图8是间歇双极性激励，双极性的优势在于抑制漂移，但是巴氏噪声会增大。间歇激励相对于连续激励，连续激励消耗电流大，本实施例为了降低功耗，采取间歇激励方案。基于已有的正交基模磁通门传感器在低噪声、宽频带方面的优势，重点克服现有传感器功耗大的局限性。功耗主要聚焦在激磁电路模块，本实施例一中首先是采取间歇脉冲激励方式，并解决与之匹配的间歇脉冲测量电路，无需全时持续激励，大幅降低整机功耗。通过仿真与实测确定脉冲激励参数(频率、占空比)；其次优化磁芯参数，兼顾负载阻抗与噪声水平，平衡低噪声与低功耗指标。已有的正交基模磁通门传感器还存在直流漂移大的不足，导致线性度指标下降，例如图7中显示，图7的激励波形为单极性波形，而图8为双极性波形。提出的双极性激励方式，有助于消除直流漂移，测试电路匹配双极性激励方式后，噪声水平降低。利用上述技术手段为高稳定、低功耗探头与电路设计提供理论依据并指引方向。
74.本实施例中的电场传感器区别传统的借助两个相距较远的电极测量电位差，间接测量电场的方案，特点在于微型三轴电场传感器安装亚稳相稀土镍基氧化物薄膜，通过海水环境电场触发renio3氢致电子相变电阻变化直接测量水下电场，区别于传统agcl电极测量空间两点电势差间接计算电场方案，本实施例中的电场传感器具有抗海流扰动能力强、小体积、免维护的优势，满足海底电场静态测量与接收基站紧凑空间设计的要求。
75.如图3所示，待测电场ex在方向电场驱动条件下，海水中质子垂直通过镍基氧化物薄膜时，在薄膜的边缘侧施加恒定微弱电流i0，通过测得另一侧的电阻rx间接求取待测电场ex。由于三片镍基氧化物薄膜相邻分布在六面体陶瓷衬底，因此形成三个正交的电场传感器，进一步组成微型三轴电场传感器。电场传感器主要包括镍酸钐薄膜、陶瓷衬底、激励恒流源、斩波放大器等，在待测电场ex的垂直方向施加微弱激励恒流源i0，垂直电流方向的电阻rx随待测电场ex变化，斩波放大器将rx变化量转换为电压ux输出。
76.基于上述镍酸钐电场敏感材料，借助微纳加工制造工艺，形成多个薄膜阵列，单个薄膜成为独立的电场传感器，薄膜阵列观测将获取到局部电场分布，有效提升电场测量能力，这是传统agcl电场传感器无法实现的。
77.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图5所示，所述信号采集组件包括磁通门传感器、前置放大器和采集电路，其中：
78.所述前置放大器放大所述电场传感器及所述磁通门传感器的传感信号，将所述传感信号送至所述采集电路；所述采集电路将所述传感信号进行转化和存储，集成所述压力和/或加速度传感器数据判断电磁接收机是否位于海底。
79.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图6所示，所述释放回收模块包括水声通讯电路、信标电路、提醒模块和电腐蚀模块；所述水声通讯电路控制所述信标电路输出电流驱动所述电腐蚀模块熔断，释放所述水泥块，电磁接收机上浮，所述电磁接收机到达水面后点亮所述提醒模块，示位周边作业船舶打捞。
80.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图5所示，所述信号采
集组件还包括wifi&gps模块，所述wifi&gps模块提供所述采集电路数据的下载链路和时间服务。
81.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图1所示，所述电磁接收机还包括电池组和玻璃浮球，所述电池组与所述信号采集组件、所述释放回收组件位于所述玻璃浮球内，所述电池组为所述信号采集组件和所述释放回收组件供电。
82.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图1所示，所述玻璃浮球的顶部设置换能器和电极，其中：
83.所述换能器通过所述释放回收组件中的水声通讯电路与外界进行通讯，所述换能器进行声电、电声转换，所述水声通讯电路进行水下仪器与船载端通信；
84.所述电极为微小型三轴电场传感器，进行微弱电场信号观测。
85.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图6所示，所述提醒模块包括高亮led和ais模块。
86.实施例二：
87.一种海底电磁接收机的使用方法，使用实施例一中的电磁接收机，使用方法包括以下步骤：
88.电磁接收机的信号采集组件根据电场传感器信号以及压力和加速度传感器数据判断电磁接收机的位置；
89.在电磁接收机位于海底时，释放回收组件释放水泥块以便电磁接收机上浮；
90.电磁接收机上浮时根据所述压力和加速度传感器数据判断所述电磁接收机是否到达水面，以便于周边作业船舶打捞所述电磁接收机。
91.电磁接收机着底后海底电磁接收机开始记录数据，海底电磁接收机采集结束后(一般1周后)等待水声通讯命令，待收到电腐蚀命令后熔断钢丝绳，借助浮力上浮。上浮过程根据加速度和压力传感器判断是否到达水面。
92.本实施例二提供一种海底电磁接收机的使用方法，涉及海洋地球物理探测等领域的技术装备，是一种小型化、高性能、高效、低成本、轻便的海洋电磁勘探的海上作业方法。
93.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图2-图4所示，所述电场传感器具体为在六面体陶瓷衬底对应安装三片镍基氧化物薄膜，镍基氧化物薄膜电阻垂直与薄膜方向的被测电场成线性关系，所述电场传感器为三轴电场传感器。
94.电场传感器为镍基氧化物薄膜传感器，镍基氧化物优选为镍酸钐，是基于稀土镍基氧化物氢致电子相变原理的仿生海洋电场传感器。利用微弱电场诱导海水中质子进入稀土镍基氧化物晶格并触发其发生由电子巡游态向电子局域态的电子相变从而引起电阻剧增的原理，区别于传统测量两个空间位置的电位差计算电场的方法，具有短距高精度、长寿命、快速布放、免维护、小体积的优势。另外，见图2，六面体陶瓷衬底安装三片镍基氧化物薄膜，所述三片镍基氧化物薄膜相邻分布，所述电场传感器为三轴电场传感器。器件结构简单，测量信号解读简单，受湍流等所引起的信号干扰程度小，无需长极距配置而大幅压缩仪器体积，无需维护保养提升仪器海上作业效率，有望对水下电场测量带来革命性的创新变化。
95.结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，如图7所示，所述磁通门传感器选用双极性间歇脉冲激励。
96.利用正交基模技术设计磁通门传感器，结合磁电仿真结果，基于玻璃包覆技术的近零磁致伸缩系数的钴基非晶丝材，围绕低噪声、宽频带、低功耗、低漂移需求，开展焦耳、脉冲电流热处理研究，优化玻璃包覆钴基非晶丝磁致伸缩系数和环向磁特性。开展低噪声正交激励探头磁电参数匹配、反馈线圈优化设计、三轴探头布局优化与高精度正交设计。结合海底低噪声、宽频带、低功耗、低漂移应用场景，针对当前传感器存在的漂移大、功耗高的局限性，区别于现有单极性连续激励方案，提出双极性脉冲激磁方案，即间歇性激励，大幅降低传感器功耗，双极性激励方法将抑制直流漂移难题。同时需要研制匹配的自适应闭环测量电路，克服双极性切换时的巴氏噪声，进一步提升噪声与带宽性能，实现传感器探头的低功耗激磁与低直流漂移。为传感器整机提供激磁与测量电路。
97.图7是连续单极性激励，单极性的优势在于无巴克豪斯噪声，但易导致直流漂移，进而线性度差。图8是间歇双极性激励，双极性的优势在于抑制漂移，但是巴氏噪声会增大。间歇激励相对于连续激励，连续激励消耗电流大，本实施例为了降低功耗，采取间歇激励方案。基于已有的正交基模磁通门传感器在低噪声、宽频带方面的优势，重点克服现有传感器功耗大的局限性。功耗主要聚焦在激磁电路模块，本实施例一中首先是采取间歇脉冲激励方式，并解决与之匹配的间歇脉冲测量电路，无需全时持续激励，大幅降低整机功耗。通过仿真与实测确定脉冲激励参数(频率、占空比)；其次优化磁芯参数，兼顾负载阻抗与噪声水平，平衡低噪声与低功耗指标。已有的正交基模磁通门传感器还存在直流漂移大的不足，导致线性度指标下降，例如图7中显示，图7的激励波形为单极性波形，而图8为双极性波形。提出的双极性激励方式，有助于消除直流漂移，测试电路匹配双极性激励方式后，噪声水平降低。利用上述技术手段为高稳定、低功耗探头与电路设计提供理论依据并指引方向。
98.本实施例中的电场传感器区别传统的借助两个相距较远的电极测量电位差，间接测量电场的方案，特点在于微型三轴电场传感器安装亚稳相稀土镍基氧化物薄膜，通过海水环境电场触发renio3氢致电子相变电阻变化直接测量水下电场，区别于传统agcl电极测量空间两点电势差间接计算电场方案，本实施例中的电场传感器具有抗海流扰动能力强、小体积、免维护的优势，满足海底电场静态测量与接收基站紧凑空间设计的要求。
99.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种海底电磁接收机，其特征在于，包括信号采集组件、释放回收组件、电场传感器、压力和加速度传感器以及水泥块，其中：所述信号采集组件根据所述电场传感器信号以及所述压力和加速度传感器数据判断电磁接收机的位置，在电磁接收机位于海底时，所述释放回收组件释放所述水泥块以便电磁接收机上浮，根据所述压力和加速度传感器数据判断所述电磁接收机是否到达水面，以便于周边作业船舶打捞所述电磁接收机；所述电场传感器具体为在陶瓷衬底表面安装三片镍基氧化物薄膜，所述三片镍基氧化物薄膜相邻分布，所述电场传感器为三轴电场传感器；所述信号采集组件包括磁通门传感器，所述磁通门传感器选用双极性间歇脉冲激励。2.如权利要求1所述的海底电磁接收机，其特征在于，所述信号采集组件还包括前置放大器和采集电路，其中：所述前置放大器放大所述电场传感器及所述磁通门传感器的传感信号，将所述传感信号送至所述采集电路；所述采集电路将所述传感信号进行转化和存储，集成所述压力和/或加速度传感器数据判断电磁接收机是否位于海底。3.如权利要求1所述的海底电磁接收机，其特征在于，所述释放回收模块包括水声通讯电路、信标电路、提醒模块和电腐蚀模块；所述水声通讯电路控制所述信标电路输出电流驱动所述电腐蚀模块熔断，释放所述水泥块，电磁接收机上浮，所述电磁接收机到达水面后点亮所述提醒模块，示位周边作业船舶打捞。4.如权利要求1所述的海底电磁接收机，其特征在于，待测电场ex在方向电场驱动条件下，海水中质子垂直通过所述电场传感器的所述镍基氧化物薄膜时，在所述镍基氧化物薄膜边缘侧施加恒定微弱电流i0，通过测得另一侧的电阻rx间接求取待测电场ex。5.如权利要求2所述的海底电磁接收机，其特征在于，所述信号采集组件还包括wifi&gps模块，所述wifi&gps模块提供所述采集电路数据的下载链路和时间服务。6.如权利要求1所述的海底电磁接收机，其特征在于，所述电磁接收机还包括电池组和玻璃浮球，所述电池组与所述信号采集组件、所述释放回收组件位于所述玻璃浮球内，所述电池组为所述信号采集组件和所述释放回收组件供电。7.如权利要求6所述的海底电磁接收机，其特征在于，所述玻璃浮球的顶部设置换能器和电极，其中：所述换能器通过所述释放回收组件中的水声通讯电路与外界进行通讯，所述换能器进行声电、电声转换，所述水声通讯电路进行水下仪器与船载端通信；所述电极为微小型三轴电场传感器，进行微弱电场信号观测。8.如权利要求3所述的海底电磁接收机，其特征在于，所述提醒模块包括高亮led和ais模块。9.如权利要求1所述的海底电磁接收机，其特征在于，所述镍基氧化物薄膜选用阵列的方式均匀排布在所述陶瓷衬底表面。10.一种海底电磁接收机的使用方法，其特征在于，使用权利要求1至8所述的电磁接收机，所述方法包括：电磁接收机的信号采集组件根据电场传感器信号以及压力和加速度传感器数据判断电磁接收机的位置；
在电磁接收机位于海底时，释放回收组件释放水泥块以便电磁接收机上浮；电磁接收机上浮时根据所述压力和加速度传感器数据判断所述电磁接收机是否到达水面，以便于周边作业船舶打捞所述电磁接收机。

技术总结
本发明公开了一种海底电磁接收机及其使用方法，海底电磁接收机包括信号采集组件、释放回收组件、电场传感器、压力和加速度传感器以及水泥块，其中：信号采集组件根据电场传感器信号以及压力和加速度传感器数据判断电磁接收机的位置，在电磁接收机位于海底时，释放回收组件释放水泥块以便电磁接收机上浮，根据压力和加速度传感器数据判断电磁接收机是否到达水面，以便于周边作业船舶打捞电磁接收机；电场传感器具体为在陶瓷衬底表面安装三片镍基氧化物薄膜，三片镍基氧化物薄膜相邻分布，电场传感器为三轴电场传感器；信号采集组件包括磁通门传感器，磁通门传感器选用双极性间歇脉冲激励。间歇脉冲激励。间歇脉冲激励。


技术研发人员：陈凯 宋思璇 李晓晨
受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/7