类金刚石薄膜在地球物理仪器中的应用V1.6

类金刚石薄膜在地球物理仪器中的应用

大直径耐磨轴承的研制是地震勘探中精密可控震源的难点技术之一[1]，若想加大地震勘探深度和精度，需不断提升可控震源的最大出力[2-3]，而这就对精密可控震源中大直径轴承提出了高耐磨、高强度和低摩擦系数的要求，本文所研制的类金刚石薄膜材料为此问题的解决提供了技术支撑。

在地球物理陆上勘探中，勘探仪器往往处于较为恶劣的野外环境，如分布式地震采集系统[4-5]，多功能激电仪[6]等。若在地球物理陆上勘探仪器的外封装中加入较低成本的，耐磨性较强的类金刚石薄膜材料，则一方面可提高仪器的使用寿命，另一方面更能提升地球物理勘探仪器的野外适应性。

海底大地电磁仪对海底大地电磁场和海底环境信息进行自动采集的智能化仪器，其在进行海洋电磁探测时所处的海洋环境较为复杂[7-8]，其进入海下4千米水深时，经受的水压较大，同时易受海水的腐蚀，这就要求仪器中的易腐蚀部件及用于密封电路的压力容器涂上本文所研发的薄膜材料，以利于防腐蚀，抗压抗磨。

投弃式海流电场剖面仪(eXpendable Current Profiler，XCP)是投弃式海洋环境剖面测量仪的一种，可快速获取海流剖面信息[9]。XCP可从舰船、潜艇、飞机等搭载平台上进行探头发射或人工抛投，可在下沉过程中快速测量海流及温度剖面参数，并可由探头下沉速度计算出相应水深参数[9]。测量数据以有线或无线通讯方式传送到搭载平台，经数据处理后可实时获取海流及温度随深度变化的信息。XCP在下沉过程中不断旋转，为了提高其旋转频率，探头表面层与海水的摩擦力需尽量小，故可在其表层中加入类金刚石薄膜，在提升其强度的同时，降低其与海水的摩擦力。另一方面XCP中用于数据传输的双股漆包线直径为0.1mm，其表层薄层漆易于磨损，从而导致XCP探测的成功率较低，仅为70%左右，若在千米长的双股漆包线外层加入2um级别的类金刚石薄膜，则在几乎不增加漆包线质量和体积的情况下，有效提升漆包线的耐磨性，由此可大大提升XCP探测的成功率。

致谢部分：

This work is supported by the National “863” Program of China (No. 2012AA061102), the National Natural Science Foundation of China (No. 41204135), and the Fundamental Research Funds for the Central Universities of China (No. 2011YYL108).

参考文献：

[1] 杨光亮,朱元清. 可控震源在深部地壳探测中的应用[J]. 大地测量与地球动力学, 2007,27(5):72-81.

[2] 倪宇东,王井富,马涛,等. 可控震源地震采集技术的进展[J]. 石油地球物理勘探, 2011,46(3):349-356.

[3] 姚盛. 陆上地震采集技术新进展[J]. 工程地球物理学报, 2011,8(3):289-296.

[4] Qisheng Zhang, Ming Deng, Jinling Cui, Qi Wang. Research and Development of One Novel Distributed Digital Seismic Acquisition Station, Advanced in Information Sciences and Service Sciences, 2012.vol4.issue5:184-190.

[5] 张启升,张启卯,郭建,罗维炳,孙志成. 嵌入式Linux技术在遥测数字地震电源站中的应用. 现代地质,2012,26(6) : 1322-1326.

[6] Qisheng Zhang, Ming Deng, Qi Wang, Yongqiang Feng, Rui Yang. Application of Embedded Technology for Induced Polarization Instrument. 2010 International Conference on Electrical Engineering and Automatic Control (ICEEAC2010). 2010.11,V5:488-491.

[7] 张启升,邓明,陈凯,王猛. 海底环境参数采集电路的硬件实现及其驱动软件设计[J]. 地球科学,2007,(4):499-503.

[8] 张启升,邓明,罗锋,乔德新,陈凯. 海底大地电磁信号采集电路的驱动程序[J]. 地球物理学进展,2004,(4):489-593.

[9] Qisheng Zhang, Ming Deng, Qi Wang, Yongqiang Feng, Rui Yang. Dynamic Data Transmission Technique for Expendable Current Profiler. Advanded Materials Research Vols.219-220(2011) : 436-440.

图1 投弃式海流电场剖面仪工作示意图

XCP投弃式海流剖面仪的难点技术之一是：XCP海面浮筒动态数传技术。探头和浮筒之间采用直径0.1mm，长度为2千米的双股漆包线进行通信，如图2所示。经室内实验测试发现：号称数传距离达10km的CAN总线技术在此种漆包线上进行数据传输测试，漆包线长度取1m且在静态情况下都无法进行数据传输，可见在此种漆包线上进行数传实属不易。

图2 动态数传所用直径为0.1mm且长度为2千米的双股漆包线