[发明专利]一种海底地球物理勘探用仪器的时钟同步设备及方法

说明书

一种海底地球物理勘探用仪器的时钟同步设备及方法，主要应用于海底探测仪器的时钟同步。其只需一台水声发射装置，即可同步水声通信距离范围内所有的带有水声装置海底探测仪器；通过带有原子钟的发射仪器，再设定一定的时间间隔多次发射水声信号，海底探测仪器在约定时间打开接收装置，并保存接收数据；回收海底仪器后，利用上位机对海底探测仪器采集到的多次水声信号接受时间进行精确计算，得到仪器内部时间的偏差，进而对仪器数据进行校正，达到高精度时钟同步采集的目的。

技术领域

本发明属于海洋探测技术领域，具体涉及一种海底地球物理勘探用仪器的时钟同步设备及方法，其适应于利用水声通信实现时钟同步的方法。

背景技术

在海底地震和电磁探测的海洋作业中，沿海面的测线将多台仪器沉放至不同的点位，每台仪器在海底按所设定的程序独立地工作。对于海底测量而言，时间同步系统是海底探测仪器实施海底数据记录的关键，采集数据的精确性完全依赖于时间同步系统的准确性。而巨厚的海水层对GPS信号起了屏蔽作用，被放置在海底的仪器不能接收到卫星发出的GPS信息。因此，海底探测仪器只能在投放之前以及打捞回收后进行GPS对钟，仪器下海后需依靠自身进行计时。

为确保同步采集在海底的实现，海底探测仪器要为每一台都配备原子钟或者高精度达10^-7秒数量级的时钟电路，以使各台仪器获得与GPS一致的时间基准。由于原子钟价格昂贵，而海底地球物理勘探时一个测线需要上百台仪器，如果每个都配备原子钟，原子钟的费用就高达上百万元。目前，海底探测仪器为了达到时钟精度，设计了恒温高精度时钟电路。高精度时钟电路核心问题是晶振器件的稳定性问题，而稳定性主要受环境温度的影响。振荡晶体在变温条件下，其振荡频率会随之改变，从而造成计时误差。现有的海底探测仪器大多都采用了带温补的晶振技术。带温补的晶振若想实现小型化，就会使石英晶体振子的频率可变幅度变小，温度补偿更加困难，因此温补晶振在实际使用中都存在体积过大的缺点，功耗也因附加电路增大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种海底地球物理勘探用仪器的时钟同步设备及方法，主要应用于海底探测仪器的时钟同步。

依据本发明的第一方面，提供一种海底地球物理勘探用仪器的时钟同步设备，其主要包括GPS模块①、原子钟②、单片机③、功率放大电路④、匹配电路⑤和水声换能器⑥，其中：

GPS模块①，其用于在陆地上给水声发射装置对钟，通过GPS模块的PPS信号得到准确的时钟整秒信号，为水声发射装置设置初始的高精度时间信号；

原子钟②，其用于对钟完成后，在水下或者无GPS信号时，通过自身的原子钟产生高精度的时钟信号；

单片机③是整台水声发射装置的微控制器，其用于接收GPS模块的PPS信号，并通过原子钟产生连续的高精度时钟信号，控制发射装置一定时间发射一次水声同步信号；

功率放大电路④，其用于将单片机产生的12KHZ频率脉冲信号进行功率放大，发射功率要保证发出的水声信号的通讯最远距离能达到14,000米；功率放大电路采用D类功率放大电路。本发明选用IRFP250功放管。

匹配电路⑤，其用于与水声换能器的负载进行阻抗匹配，获得更多的功率。由于水声换能器的阻抗值较大，而一般发射机的电源电压又不是很高，发射电路需用到升压变压器来藕合负载，通过对水声换能器导纳曲线进行分析测量，选用EE65型铁芯，计算等效阻抗和匝数，制作变压器；

水声换能器⑥，其用于把声能和电能进行互相转换，利用晶体压电陶瓷的压电效应或铁镍合金的磁致伸缩效应来进行工作的，利用电致伸缩效应和压电效应来产生和接收超声波。