CN112763841A

CN112763841A - 深海光缆故障探测装置

Info

Publication number: CN112763841A
Application number: CN202011323481.1A
Authority: CN
Inventors: 左名久
Original assignee: Wuhan Star Ocean Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan Star Ocean Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-05-07

Abstract

本发明提供了一种深海光缆故障探测装置，包括相互串联的第一电极传感器和第二电极传感器，第一电极传感器和第二传感器设置于水中固定设置于同一根电缆上，第一电极传感器和第二电极传感器并通过上述电缆与位于海面上的接收装置电连接，接收装置在待定位的海缆的故障点所在区域的海面上移动并通过电缆拖曳第一电极传感器和第二电极传感器在水下随其移动；岸上的信号输出设备为位于海底的光缆提供恒定电流；第一电极传感器和第二电极传感器实时向接收装置反馈两者的位置和两者之间的电势差，接收装置根据第一电极传感器和第二电极传感器的位置和电势差判断海缆的故障点。本发明能够快速准确的检测出光缆故障点位置。

Description

深海光缆故障探测装置

技术领域

本发明涉及海底光缆技术领域，具体涉及一种深海光缆故障探测装置。

背景技术

在深海光缆中的缆芯中通常至少有一根金属导线，一旦海缆发生中断故障，通常金属导线的绝缘就会损坏，导体自然接地。在岸端通过导体注入直流或低频电流信号，那么在海缆故障处就会有电流流入海水，从而在故障点周围就会有相应的电场，然而现有技术中缺乏一种设备，能够快速准确定位海底光缆故障点。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种深海光缆故障探测装置，能够快速准确的检测出光缆故障点位置。

本发明采用的技术方案是：一种深海光缆故障探测装置，其特征在于包括相互串联的第一电极传感器和第二电极传感器，第一电极传感器和第二传感器设置于水中固定设置于同一根电缆上，第一电极传感器和第二电极传感器并通过上述电缆与位于海面上的接收装置电连接，接收装置在待定位的海缆的故障点所在区域的海面上移动并通过电缆拖曳第一电极传感器和第二电极传感器在水下随其移动；岸上的信号输出设备为位于海底的光缆提供恒定电流；第一电极传感器和第二电极传感器实时向接收装置反馈两者的位置和两者之间的电势差，接收装置根据第一电极传感器和第二电极传感器的位置和电势差判断海缆的故障点。

上述技术方案中，第二电极传感器位于第一电极传感器的下方，第二电极传感器较之第一电极传感器距离接收装置的水平距离更远；当接收装置在待定位的海缆的故障点所在区域的海面上往返移动的过程中，测量到第一电极传感器和第二电极传感器之间电势差为最大值时，接收装置判定海缆的故障点位于第二电极传感器的所处位置的正下方。

上述技术方案中，第一电极传感器和第二电极传感器结构相同，均包括电极、电机座、腔体、信号调理电路、外壳和多芯水密接插件；电极的一端暴露于腔体外部，电极的另一端设置于腔体内；电极座设置于腔体外壁上，电极一端穿过电极座设置于腔体内部，电极和电极座外表面的连接处设置有密封胶；多芯水密接插件设置于腔体壳体上，信号调理电路设置于腔体内部，电极位于腔体内部的一端依次经信号调离电路和多芯水密接插件与电缆电连接；电极和腔体均固定设置于外壳内，外壳为蜂窝状球形多孔罩。

上述技术方案中，外壳和腔体均采用ABS材料。

上述技术方案中，接收装置上设置有电源，所述电源通过电缆分别为第一电极传感器和第二电极传感器供电，第一电极传感器和第二电极传感器的接地点均为电源接地端。

上述技术方案中，第二电极传感器的重量大于第一电极传感器。

上述技术方案中，信号调理电路包括相互串联的仪表放大器和滤波器，其中仪表放大器的的电源接入端串联有滤波电路；滤波器采用无源低通滤波器。

上述技术方案中，电极采用全固态Ag/AgCl电极，其技术参数如下：电极间的极差电位在±1.0mv以内，12小时极差稳定性优于0.05mv，电极自噪声小于1uv/(基于1Hz频率处的噪声水平)，频率范围在0.004Hz-210Hz，耐压强度为3MP。

上述技术方案中，全固态Ag/AgCl电极的制备方法包括以下步骤：采用固相球磨法制备AgCl颗粒，所得的颗粒呈球状，大小均匀，粒径较约为5um；将银粉按照一定的比例均匀混合于 AgCl颗粒后，添加8％的PVA和添加剂以造粒生成混合颗粒，使用磨具压制后形成电极胚体；电极胚体经烧结形成原胚，烧结温度设定为AgCl的熔点附近且进行一段时间的保温；对原胚进行表面处理与活化形成电极。

上述技术方案中，故障点周围三层介质空间的海水中电位分布表达式为：

故障点周围双层介质空间的海水中电位分布表达式为：

其中，海缆故障点处海深为h，故障点附近某点A与故障点水平距离为r，与海平面垂直相距为z，I为海缆的恒定电流值，空气，海水，海床的电导率分别为γ2、γ1、γ3，γ2＝0；

n为整数。

本发明在岸端粗测出故障点位置后，将海缆维修船开到故障海域，进行精确定位。拖动电场传感器检测电场信号，当发现接收到的电场信号幅度，由弱变强，再由强变弱，则信号最强处下方即为海缆故障点。海上测量的过程以船只作为载体，易于操作。本发明的电极传感器使用缆绳连在一起，置于船后，容易实现，传感器间距不受船只大小影响，且不易受船只电场干扰。本发明采用的电极能够满足工程应用的需求，具有高测量灵敏度，低噪声，能高效地将液相环境中的电场信号转化为固体电子测量系统能识别的信号的特点。感器外壳采用高阻性球状体时，对水下电场具有增幅作用，有利于定位海底光缆故障点

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是三层介质空间模型示意图

图3是双层简直空间电位分布图

图4是三层介质空间电位分布图

图5是两种模型中平面z＝0与z＝90m电位分布仿真图

图6是水平探测法示意图

图7是当传感器处于z＝19m的平面时，水平探测法电势差仿真图

图8是不同z处，Uba的变化仿真图

图9是垂直探测法示意图

图10是当两传感器分别位于z＝19m，z＝24m平面时垂直法仿真图

图11是拖曳探测法传感器位置示意图

图12是拖曳探测法示意图

图13是当两传感器坐标点为(r，θ，24)，(r+20，θ，19) 时拖曳法仿真图

图14是当两传感器坐标点为(r，θ，29)，(r+5，θ，19) 时拖曳法仿真图

图15是三种探测方法综合示意图

图16是不同z处，Uca的变化仿真图

图17是AgCl颗粒SEM图

图18是Ag/AgCl固态电极主体制备工艺流程图

图19是AD624原理框图

图20是AD624设定任意增益值电流示意图

图21是信号滤波电路示意图

图22是畸变电位标校示意图

图23是标校系数随电阻率比变化示意图

图24是传感器结构示意图

图25是拖曳探测法测电场信号示意图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明提供了一种深海光缆故障探测装置，其特征在于包括相互串联的第一电极传感器和第二电极传感器，第一电极传感器和第二传感器设置于水中固定设置于同一根电缆上，第一电极传感器和第二电极传感器并通过上述电缆与位于海面上的接收装置电连接，接收装置在待定位的海缆的故障点所在区域的海面上移动并通过电缆拖曳第一电极传感器和第二电极传感器在水下随其移动；岸上的信号输出设备为位于海底的光缆提供恒定电流；第一电极传感器和第二电极传感器实时向接收装置反馈两者的位置和两者之间的电势差，接收装置根据第一电极传感器和第二电极传感器的位置和电势差判断海缆的故障点。

本发明基于电场法的海缆故障点定位技术的基本原理为：在海缆导体中通直流电，在故障点位置该电流泄露与海水和大地相连，形成回路。根据电磁场理论，恒定电流在故障点周围产生恒定电场，该电场在故障点附近海水中以一定的规律分布，与海缆故障点位置密切相关，于是通过对电场的测量，就可以达到对海缆故障点的定位。

本发明构建了海缆故障点附近电位分布的数学模型。

模型中有如下假定：

(1)由岸端注入的电流信号通过故障点流入海水中，将此电流当作为以故障点为起始点，向四周发散的恒定电流，设其大小为I，这是产生电场的源，也是电位的源。

(2)海水电导率不变，认为海水是电导率处处相等的介质。海底没有淤泥等与海床电导率不同的介质，即各介质电导率是均匀的。

(3)海缆故障点是完全暴露于海水中，与地相连，且不考虑海缆本身对周围电场的影响。

(4)忽略地磁场和海浪等对故障点产生电场的影响。

(5)海面与海底面都是平面，且相互平行。

(6)无穷远处为零电位点。

根据以上假设，建立以故障点处电流为场源的电位分布数学模型:

海床与海平面上方空气都会对海水中海缆故障点出散发的电场产生影响。下面对空气、海水、海床三层介质空间建立三层介质空间模型。考虑到电位的对称性，与海平面相平行的任意平面内，以源点在该平面的投影为圆心的任意圆，则该圆周上所有点的电位相等。因此建立柱坐标系，模型示意图如图 2。

图2中，海深为h，模型假设中故障点与海底地相连，因此故障点位于海平面下h处，即稳恒电流源位于海平面下h处。空气，海水，海床的电导率分别为γ2、γ1、γ3，无穷远处为电位零点。以源点在海平面的投影O为坐标原点，连接O 与源点的直线为z轴，且以垂直海平面向下为z轴正方向。海水中任一点A(r，θ，z)处的电位与r，z有关。本发明采用镜像法进行求解。

点电荷处于介质空间1中，其在两个界面间来回反射，透射无穷多次，而每一次的反射，透射都产生一个镜像电荷，无穷多次的反射与透射相当于无穷多个镜像电荷叠加，电位φ将是一个无穷级数的和，两个界面的反射系数分别为：

这样，三层介质空间电位分布表达式：

按类比关系，在上式中分别以I代替q，γ1、γ2、γ3代替 ε1、ε2、ε3，即可得到稳恒电流场在三层介质空间的电位分布表达式：

式中

介质2为空气，其电导率γ2＝0。模型假设中故障点与海底地相连，因此有d＝h。假定某海缆故障点处海深为h，故障点附近某点A与故障点水平距离为r，与海平面垂直相距为z，则计算可得该点电位分布式，即故障点周围电位分布表达式为：

此即为三层介质空间的海水中电位分布模型。

令γ3＝γ1，k13＝0，模型变为双层介质空间模型，代入上式，得

深海区域可等效为空气——海水双层介质空间模型，而浅海区域则可以等效为空气——海水——海床三层介质空间模型。前面分析且得出了这两种介质空间的电位分布模型，现对这两种分布模型进行仿真，探讨电位的具体分布规律。

根据实际情况取定相关参数，空气、海水和海床三种介质的电导率分别为γ2＝0S/m，γ1＝3S/m，γ3＝0.003S/m(海水电导率为 3-5S/m，湿土电导率为0.003-0.03S/m)。在岸端向海缆注入电流 I＝10mA，不妨假设海缆故障点处海区海深h＝100m。

考虑到实际海缆故障点定位时，一般岸端可将海缆故障点区域定位到一定范围，所以可将仿真水平范围r取值在±200m之间。

从图3、图4分别为双层介质空间电位分布仿真图，三层介质空间电位分布仿真图。比较两图可得出：双层介质空间与三层介质空间的海水中电位分布规律相同，即在同一海深平面上，与故障点水平距离相等的各点，电位相同，验证了电位的对称性；越接近故障点，电位越大，变化越快。但在两模型中相同点处的电位幅度不同。图5为两种模型中z＝0和z＝90m平面上电位仿真图。

不管是双层介质空间模型还是三层介质空间模型，在海平面，即z＝0平面上各点的电位远小于z＝90m平面上相应的各点电位，且海水对电场存在衰减作用——传播距离越远，衰减越大，因此使用电场法定位海缆故障点时，要尽量将传感器置于接近海区海深的平面上，而不能将其置于海面上。

由图5可以看出，相同外界条件下，与故障点距离相同的各处，三层介质空间模型中该点的电位比双层介质空间中该点的电位高。这是由于三层介质空间多考虑了海床介质，而各层介质都会对电场产生影响。

电场法定位海缆故障点，在岸端粗测出故障点位置后，将海缆维修船开到故障海域，进行精确定位。拖动电场传感器检测电场信号，当发现接收到的电场信号幅度，由弱变强，再由强变弱，则信号最强处下方即为海缆故障点。

在使用电场法定位海缆故障点的实际操作中，难以找到电位不变的参考点，但若电位的分布已知，相距固定距离的两点的电势差分布可解出。因此可以用两个电场传感器测电势差，通过电势差分布进行故障点定位。由前面理论仿真可知，根据两个传感器的姿态不同，可以采用三种方法进行探测，分别是将两传感器放置于同一水平面、同一垂直面和既不同水平面也不同垂直面，通过对水平姿态、垂直姿态与拖曳姿态下电场传感器检测到的电势差分布规律定位海缆故障点，可分别称为水平探测法、垂直探测法和拖曳探测法。

在水平方向越靠近故障点，电势差的变化越快。水平探测法是将两传感器置于同一个水平面，在水平方向上进行移动，此过程中保持传感器水平间距不变。此法测量同一水平面的两点电势差，根据测量的电势差分布定位故障点。

根据三层介质空间模型中海水电位分布理论，求解应用水平探测法时，传感器测量的电势差在故障点周围的分布情况。假设海深 h＝30m，两传感器A，B之间水平相距l＝20m。为了便于分析，假设探测过程中两传感器投影的轨迹与海缆故障点在同一直线上，令A 坐标为(r+20，θ，z)，B坐标为(r，θ，z)可得两传感器的电势差U_ba为：

将三层介质空间模型和双层介质空间模型带入上式得：

探测时需将传感器置于故障点海区海深附近，取定传感器所处水深z＝19m。仿真参数如下：γ₁＝3S/m，γ₃＝0.003S/m，I＝0.01A， h＝30m，l＝20m，z＝19m。根据上式，则电场传感器B，A间的电势差 U_ba的仿真示意图如图6所示。图7为三层介质空间模型中使用水平探测法时，得到的电势差分布，即传感器水平设置时，传感器间电势差分布和海缆故障点位置的关系图。水平拖动传感器时，根据测量到的电势差及其变化情况，可以寻找到海缆故障点。当探测到的信号绝对值由小变大，再变小至0后又变大，则在信号为0时，海缆故障点处于两传感器在海底投影的中间。由图中可知，此时r＝-10 即传感器B的水平坐标是-10，传感器A的水平坐标是10，故障点在A，B的垂直平分线上，传感器A与B到故障点的距离相同，电势差为0。电极电势差分布以故障点为中心呈奇对称。从图中可看出，使用水平探测法进行检测时，电势差信号变化规律明显，绝对值由小到大，再变小至0后又变大，检测人员依照此规律可准确定位处故障点，探测精度较高。根据上式，在不同的海深z，比较B，A间的电势差Uba的变化，假定海深z的范围为16m-21m，海深间距为1m，则仿真示意图如图8所示，在不同海深平面上，水平探测法检测到的电势差信号变化规律相同，而且当r相同时，z越大，即传感器越接近故障点，电势差越大。

垂直探测法是将两传感器置于同一个垂直线上，在水平移动过程中保持传感器垂直间距不变。在垂直方向越靠近故障点，电势差的变化越快。这种方法测量同一垂直线上的两点电势差，根据测量的电势差分布定位故障点。

根据三层模型理论，求解应用垂直探测法时，电场传感器检测到的电势差在故障点周围的分布情况。假设海深h＝30m，两传感器之间垂直相距l’＝5m，深度分别为z＝19m，z＝24m。为了便于分析，假设探测过程中两传感器投影的轨迹与海缆故障点在同一直线上，使用与水平法相同的坐标体系，则C，B两点的坐标分别为(r，θ，24)，(r，θ，19)，因此两传感器的电势差Ucb为：

将三层介质空间模型和双层介质空间模型带入上式得：

仿真参数如下：γ₁＝3S/m，γ₃＝0.003S/m，I＝0.01A，h＝30m， l’＝5m，电场传感器B，C所处海深分别为z＝19m，z＝24m。根据上式，两传感器间电势差U_cb的仿真示意图10如下。

三层介质空间模型中使用垂直探测法时，得到的电势差分布，即传感器垂直放置时，传感器间电势差大小和海缆故障点位置的关系图。水平拖动传感器时，根据测量到的电势差及其变化情况，可以寻找到海缆故障点。当探测到的信号由小变大，再变小，则在信号最大处的正下方即为海缆故障点，此时，故障点处于传感器B，C 的正下方，传感器与故障点的距离最近，电场变化最剧烈，电势差最大。电极电势差以在海底投影过故障点的各点连线为对称轴，成偶对称。

由图中可知，电势差仅在距离故障点较近时，才有明显变化，而在稍远处，电势差很小，且变化很缓慢。因此采用垂直探测法时，很容易错过故障点，导致误判。

根据上式，在不同的海深z，比较C，B间的电势差Ucb的变化，假定海深z的范围为16m—21m，海深间距为1m。在不同海深平面上，垂直探测法检测到的电势差信号变化规律相同，而且当r相同时，z越大，即传感器越接近故障点，电势差越大。

使用拖曳探测法时，将两传感器置于不同的水平面，不同的垂直面。这种方法同样是测量两个传感器间的电势差，通过电势差分布定位海缆故障点。

使用拖曳法时，两个传感器既不在同一水平面上，也不在同一垂直线上，两个传感器通过缆线拖在探测船后面，位置关系示意图参见图12。传感器A水下深度为z，传感器C水下深度为z+l′，两传感器水平距离为l。船匀速运动且海上风浪、涌浪较小时，z、 l和l′基本可以保持不变。

为了便于分析，假设探测过程中两传感器投影的轨迹与海缆故障点在同一直线上，仍然使用与水平法相同的坐标体系，且假定传感器放入海水中后，在拖动过程中姿态不变。取定l＝20m，l’＝5m，传感器A所处海深z＝19m，则C，A两点的坐标分别为(r，θ，24)，(r+20，θ，19)，因此两传感器的电势差为：

将模型代入上式得：

仿真参数如下：γ₁＝3S/m，γ₃＝0.003S/m，I＝0.01A，h＝30m， l＝20m，l’＝5m，传感器A所处海深z＝19m。根据式(4.3.2.4.2)，则两传感器电势差U_ca的仿真示意图如图13所示。

图14，图15为三层介质空间模型中使用拖曳探测法时，得到的电势差分布，即两个传感器既不在同一水平面，也不在同一垂直线放置时，传感器间电势差大小和海缆故障点位置的关系图。水平移动传感器时，根据测量到的电势差及其变化情况，可以寻找到海缆故障点。从两个图中可以得出，当探测到的电势差信号绝对值由小变大，变小，再变大，达到最大值时，海缆故障点就在此处的正下方。信号的最大值与最小值并不相等，这是由于两传感器既不处于同一平面，也不处于同一垂直面的缘故。当两传感器的电势差最大时，故障点就处于传感器C即与海面距离较大的传感器的正下方。

比较三种方法的拖曳仿真图可知，当传感器A，C水平间距比垂直间距大时，拖曳探测法的仿真图与水平探测法更接近，反之，则与垂直探测法更接近。从三种探测法的理论可知，拖曳姿态的两传感器A，C在同一水平面上的两投影间形成水平姿态，在同一垂直线上的两投影形成垂直姿态，如图16所示。

U_ca＝U_cb+U_ba

其中Uca是拖曳姿态下测得的电势差，Uba是水平投影间的电势差，Ucb是垂直法投影间电势差。

当传感器A，C水平间距比垂直间距大时，Uba起主要作用，此时Uca与Uba较接近，即拖曳探测法的仿真图与水平探测法更接近，反之，则与垂直探测法更接近。

由图14、15可知，电势差的正负值，可以判断故障点与哪个传感器的距离更小，当电势差是负值时，故障点离入水深度小的传感器更近，反之，则与入水深度大的传感器更近。

使用拖曳探测法时，电势差幅度较大，在传感器移动过程中变化明显。因此在实际应用时，检测人员能依据电势差变化规律，准确定位故障点。

根据上式，在不同的海深z，比较电场传感器C，A间的电势差 Uca的变化，假定传感器A所处海深z的变化范围为16m—21m，海深间距为1m，则仿真示意图如图17所示：在不同海深平面上，拖曳探测法检测到的电势差信号变化规律相同，而且当r相同时，z 越大，即传感器越接近故障点，电势差越大。

三种探测方法都是通过分析两传感器间的电势差分布规律进行定位海缆故障点。由仿真图13、14及图16可知电势差的变化情况取决于两传感器与故障点之间的距离，电势差分布规律已知的情况下，反过来通过探测到的电势差信号变化情况，得出故障点位置。

三种探测方法都是基于三层介质空间模型中点电源在海水中的电位分布规律推导而来的，且从三种探测法的理论中可得到它们之间是存在着内在联系的。

三种探测法的核心依据：故障点附近海水电势差的分布规律与故障点空间位置密切相关。接收到的电势差信号取决于传感器之间的姿态及传感器组与故障点之间的距离。因此我们可以通过探测到的电势差变化情况来定位故障点。

(1)使用水平探测法时，当故障点处于两传感器的垂直平分线上时，接收到的信号几乎为零，依此可判定故障点位置，且以此处为中心点，接收信号分布呈奇对称。接收信号绝对值由小变大，再变小变大，再变小，操作人员对这个变化过程比较敏感，可及时定位出海缆故障点位置，探测精度高，但容易漏掉。

垂直探测法接收信号，在故障点处达到最大值，且以r＝0处为对称轴，接收信号呈偶对称。接收信号由小变大，再变小，信号变化较缓慢。但若在小范围内接收信号小幅波动造成信号由小变大再变小，将导致操作人员对故障点做出误判，因此使用此法时操作人员不易对故障点做出快速准确判断，探测精度低，但优点是不易丢失。

使用拖曳探测法时，接收信号变化规律绝对值由小变大，变小，再变大，达到最大值时，故障点在此处正下方。拖曳探测法相当于水平探测法与垂直探测法的叠加，且从图13-16可得，在相同外界条件下，拖曳探测法接收到的有用信号幅度最大。

(2)三种探测方法对传感器位置的要求各不相同。海上电极基本载体为船只，使得传感器之间距离又不可能太大。使用水平探测法时传感器在同一平面上，如果以船只为载体，则两传感器所处深度较小，间距较小，所能接收到的有用信号微弱，且容易受船只的电场干扰，无法提取有用信号，不利于故障点定位；如果不以船只为载体，直接将传感器置于船后，一则无法保证两传感器在同一平面，二则要将两传感器都置于水下较深处在工程上不易实现。垂直探测法同样存在这些问题。拖曳探测法的传感器使用缆绳连在一起，置于船后，容易实现，传感器间距不受船只大小影响，且不易受船只电场干扰。

综合上述，三种探测方法中，拖曳法最适于实际应用，因此将传感系统设计为拖曳式是科学和符合实际的。

上述技术方案中，第一电极传感器和第二电极传感器结构相同，均采用单轴结构，均包括电极3、电机座1、腔体6、信号调理电路7、外壳4和多芯水密接插件5；电极3的一端暴露于腔体6外部，电极3的另一端设置于腔体6内；多芯水密接插件5设置于腔体壳体上，信号调理电路设置于腔体内部，电极位于腔体内部的一端依次经信号调离电路和多芯水密接插件与电缆电连接；电极和腔体均固定设置于外壳内，外壳为蜂窝状球形多孔罩。电极座1设置于腔体外部，电极一端穿过电极座1设置于腔体内部，电极3和电极座1外表面的连接处设置有密封胶2。电场传感器外壳材料为ABS，该材质韧性大，不易被海水腐蚀，不与海水发生反应，外壳做成蜂窝状球形多孔罩，主要作用是减缓Ag/AgCl固态电极与海水间的相互运动，且保护电极在探测过程中不易受损。由于罩体是双层蜂窝状多孔罩，罩外海水进入时速度变缓，罩内海水流速比罩外慢得多，且罩内充满海水，不影响电位信号的检测。在电极座上方涂密封胶，确保后方信号调理电路不出现进水。腔体、外壳也由ABS材料制成。序号7为信号调理电路，其中包括前置放大器与滤波电路，电源通过多芯水密电缆给放大器供电，经过调理后的电场信号沿电缆线传到船上的接受设备。

电极是传感器主要感应元件，需具备高灵敏度，高稳定性，极差小，良好的耐压性能。由理论计算可知有用电场信号较弱，因此要求电极灵敏度要高，稳定性要好；电场信号在海水中传播，要求电极具有高效地将液相环境中的电场信号转化为固体电子测量系统能识别的信号的能力；传感器工作环境为海深数百米处，要求电极具有一定的抗压性能。信号调理模块第一时间对检查到的电场信号进行预处理。由于有用电场信号较小；海水对电磁信号存在衰减；检测到的信号需要经过数百米的缆线传输，电场信号幅度可小至微伏级，容易为背景噪声所淹没，因此需在传感器中加上信号预处理电路，用于滤除背景噪声，放大有用电场信号，准确提取目标信号，精确定位故障点。外壳材质的耐压性能必须较优良，具有一定的形状增益。由于电场传感器的工作环境为海深数百米处的海域，在此深度水的压强达到几十个大气压，为了保证系统测量工作的稳定性，准确性，因此外壳材质必须具备良好的抗压性能。有用电场信号较弱，为了准确定位海缆故障点，要采取各种方法增大有用信号，采用高阻性材质，将外壳设计为球状，产生一定的形状增益。

现有技术中，测量电极按材料可分为惰性电极和化学电极。它们不适用于海底电场测量。惰性电极主要有银，金，钛，碳等，由于在海水中存在极化现象，且电极电位稳定性较差，因此不适合作为电场传感器的感应模块。化学电极主要包括氯化银电极，铜/硫酸铜电极，铅/氯化铅电极等，该类电极也不能满足电场传感器的工程应用。首先，这类电极通常是以某种溶液作为其内参比液，易污染被测体系。其次，上述电极的外壳材质多为玻璃，易破碎，而我们的应用环境是深海，压强达到MP级以上，电极在测量电场信号时将受到很大压力，玻璃外壳必须换成耐压材料，而且也必须给内参比液加上合适的耐压装置，这将导致电极结构极为复杂。

测量电极按用途可分为陆地测量电极和水下测量电极。陆地上电法勘探和测量常用的Cu/CuSO4电极和Pb/PbCl2等电极不适宜海洋环境的测量。因为陆地上电场信号幅值较大，这类电极的极差稳定性较差所带来的影响不致使有用信号产生严重畸变，故对电极性能要求不高，但是使用电场法定位海缆故障点时，故障点周围海水电场信号比较微弱，此时Cu、Pb 类电极的极差幅值至少是与有用信号同数量级、甚至比有用信号幅值还大，致使探测到的数据无法有效反应故障点空间信息。

为了解决这些问题，国外很早就在研制无液接电势的全固态电极，近年来，随着研究的不断深入，全固态电极得到了一定的发展。

电极传感器要能满足实际工程应用的需求，需要解决诸多难题。而很关键的一点是研制一种极差小，稳定性好，测量精度高且耐海底高压的全固态电极。只有测试电极满足工程应用了，电极传感器才可能满足工程应用需求。

通过以上分析可知：全固态电极可用于水下电场信号的测量，但要求电极具有可逆性好，不易极化等特性，即要求电极材料的电流交换密度大。通过综合分析对比以下几项指标，选择全固态Ag/AgCl电极作为传感器的测量电极。

1、电流交换密度大，Ag/AgCl电极去极化能力较强，稳定性较好。

Ag/AgCl电极在海水中存在着两个相界面，即Ag|AgCl|Cl， Ag/AgCl固态电极的阳极过程和阴极过程分别如下所示：

Ag→Ag⁺+e

Ag⁺+e→Ag

由于AgCl是难溶盐，电极还具备以下平衡：

当有电场信号传来时，微弱电流通过电极界面，阴极界面的Ag+沉淀到阴极上，导致阴极附近溶液的Ag+浓度下降，如果本体溶液中的Ag+来不及补充上去，则本体溶液中Ag+浓度将比阴极附近液层中的Ag+浓度要高，上述平衡被破坏。如果电极反应速度跟不上电子运动速度，则造成电荷在界面上的积累，电极极化将越来越严重，最终导致有用信号被淹没。相反，如果速度足够大，极化与去极化趋于平衡，极化过电位较小，探测的信号能较好反应故障点空间信息，利于整个故障点定位过程。

这类电极的反应速度符合Bultler-Volmer方程，表达式为：

其中j为电极的净反应速度；j0为与电极材料有关的电流交换密度；α为传递参数，F为法拉第常数；R为理想气体常数；T为环境温度；△U为电流通过时电极的极化值。

从上式知：当T一定时，在同一个净反应速度下，j0越大则△U越小，即偏离平衡态的趋势较弱，电极易于稳定。当有微弱电流流经电极时，其净反应速度较快，可以较快的建立新的平衡，去极化作用较强。

下表1为一些常用金属电极的电流交换密度，从表中数据可发现Ag的电流交换密度j0最大，而且远远高于其他金属，比Cu，Zn等高出四个数量级以上。当电极出现极化时，Ag 的电极净反应速度较快，能较快地重新建立平衡，去极化能力较强，因此Ag/AgCl电极稳定性较好。

表1一些金属的电流交换密度

金属电极	电流交换密度j<sup>0</sup>
		(a)硫酸盐溶液
Cu/Cu<sup>+2</sup>	4×10<sup>-5</sup>，3×10<sup>-2</sup>
		Fe/Fe<sup>+2</sup>	10<sup>-6</sup>，2×10<sup>-5</sup>
Zn/Zn<sup>+2</sup>	3×10<sup>-4</sup>
		Ni/Ni<sup>+2</sup>	2×10<sup>-5</sup>
Ti/Ti<sup>+</sup>	2×10<sup>-3</sup>
		(b)过氯酸盐溶液
Ag/Ag<sup>+</sup>	1.0
		Pb/Pb<sup>+2</sup>	8×10<sup>-4</sup>
Zn/Zn<sup>+2</sup>	3×10<sup>-8</sup>
		Ti/Ti<sup>+</sup>	10<sup>-3</sup>
Bi/Bi<sup>+3</sup>	1×10<sup>-5</sup>
		(c)氯化物溶液
Zn/Zn<sup>+2</sup>	3×10<sup>-4</sup>，7×10<sup>-4</sup>
		Sb/Sb<sup>+3</sup>	2×10<sup>-5</sup>
Sn/Sn<sup>+2</sup>	3×10<sup>-3</sup>
		Bi/Bi<sup>+3</sup>	3×10<sup>-2</sup>

2、Ag/AgCl电极在海水中电位基本不变，极差稳定性较好。

按照电化学理论，金属Ag在与海水接触后，在其两相介质界面附近会出现极化现象，形成电化学过电位，可用Nernst 方程式描述，其表达式为：

式中φ表示两相介质界面上氧化还原反应达到平衡时电极电位；φ0表示标准状态下银电极与氢电极作参比的电极电位，可查表求得；R为理想气体常数，T为环境绝对温度，F 为法拉第常数，

为阴极附近液层中Cl-浓度。

根据上式知，在海水中，这类电极电位同海水温度，Cl- 浓度有关。而在海底，海水温度和某一区域内海水的含盐度在几个月时间内是近乎不变的，故由上式知Ag/AgCl电极在海水中电位近乎恒定，因此这类电极对间的极差就比较稳定。

3、AgCl为难溶盐。因此在海水中分解为离子的速度比较慢，有利于降低电极氧化过程中物质浓度随时间的变化速度，且海水中参与反应的离子是Cl-，与电极中的Cl-属同一物质，对降低电极还原过程中物质浓度随时间的变化速度也是有利的。

4、银离子具有生物灭杀剂的功能，可以有效减少海洋生物污垢的累积，因此全固态Ag/AgCl电极具有保护自身的能力。

5、探测时电极处于海底，能有效解决AgCl对光敏感的问题。由于在探测过程中电极被置于水下数百米以下的深度，光线无法到达，因此能有效解决AgCl对光敏感的问题。

综上所述，全固态Ag/AgCl电极稳定性高，在海洋环境下极差小，最适合作为水下电场传感器的测量电极，因此本设计选择全固态Ag/AgCl电极作为电场传感器的测量电极。

下面对全固态Ag/AgCl电极性能参数进行分析：

电极作为传感器的感应元件，它的性能优劣直接决定了传感器的性能好坏。上文分析可得：全固态Ag/AgCl电极最适合作为电场传感器的测量电极。为了更好的表征这类电极的性能，结合这类电极自身的特点与探测应用，提出了全固态Ag/AgCl电极性能的主要参数。分析研究影响这些参数的外界条件及随着外界环境的不同，各参数的变化趋势，各参数的变化对电极性能的影响等。

1、极差电位

极差电位定义：在无外界电场条件下，全固态Ag/AgCl电极对之间存在的固有电势差，当全固态Ag/AgCl电极与海水接触后，电极两相介质界面上发生氧化还原反应，而后达至动态平衡时，电极与海水间存在电势差φ，一般称其为电化学过电位。当同时使用两个全固态Ag/AgCl电极进行探测时，每个电极都存在电化学过电位，若两个电极完全一致，且各自所处的外界环境条件如海水温度，盐度等也完全相同，则两电极电位相等，不存在极差。但由于制备工艺的限制，两电极很难做到完全相同，且海水环境的多变与复杂，测量电极之间的环境难以完全一致，所以电极对之间不可避免的会存在极差。因此极差是电极对间存在的固有特性之一。

极差电位的存在会降低电场传感器的分辨率，减弱电场传感器识别微弱电场信号的能力。因此有必要对极差电位进行测试，理论上只要极差电位不变，则可通过一定方式消除。

2、极差稳定性

极差稳定性定义：电极对经过长期使用后，其极差电位不产生变化的性能。它的两个因变量是时间与环境。当外部环境温度不变，极差电位随时间而产生的变化，一般称为时漂；而极差电位随海水温度而产生的变化，一般称为温漂。电场传感器的应用环境是数百米海深，在同一块海域，外界环境条件基本是相同的，因此一般使用一定时间段内的极差漂移指标来衡量极差稳定性。

极差电位漂移会叠加在电场传感器探测的有用信号上，使信号产生扰动现象。因此针对电极对的极差稳定性进行测试，选用极差稳定性好的电极对，减弱极差电位漂移对有用信号产生的干扰，有利于探测定位故障点。

3、自噪声

全固态Ag/AgCl电极自噪声主要是指由电极接触海水后在两相介质界面上发生化学反应引起的电位波动，即电化学噪声。它是全固态Ag/AgCl电极最重要的参数之一，是影响电场信号测量的根源，能从根本上反应全固态Ag/AgCl电极的性能。海水温度的改变，溶液中反应物质浓度的改变，电极局部阴阳极反应活性的改变等都将引起电极电位的变化，引发电化学噪声。

全固态Ag/AgCl电极自噪声主要包括热噪声、随机电化学反应噪声、电极对间海水温度与盐度改变产生的噪声及电极振动产生的噪声。一般采用1Hz带宽均方根这个指标衡量电极自噪声。由于全固态Ag/AgCl电极自噪声受多种因素影像，很难采用理论公式进行计算。因此较为可行的途径是通过实验室测量获取全固态Ag/AgCl 电极自噪声参数。

4、频率响应范围

受界面反应影响，全固态Ag/AgCl电极在进行海洋电场信号探测时对应着一个最佳频率响应范围。超出这个频率范围，电极无法正常工作。

前人在对全固态Ag/AgCl电极的幅频特性进行研究，得出结论：在源信号幅值不变时，随着源信号频率的增加，电极探测信号幅值逐渐变小，衰减不断变大。当源信号频率小于30Hz时，随频率的增加，信号在海水中的衰减速度较快，几乎呈线性衰减，当源信号频率范围处于30Hz到210Hz时，信号衰减速度随频率的增加变得缓慢，全固态Ag/AgCl电极作为传感器感应单元时对应着一个频率范围，超过这个范围，电极探测到的信号失真或是探测不到信号，即电极失效。

应用电场法定位海底光缆故障点时，源信号是直流电，根据上述结论，此时全固态Ag/AgCl电极对信号反应最灵敏，能精确测量有用信号，利于后续定位。

5、耐压性能

耐压性能是衡量全固态Ag/AgCl电极抗海水压力的能力。电场传感器的工作环境是在数百米的海深，海水压强达到MP级，需要全固态Ag/AgCl电极具有较强的耐压能力。因此，为了确保全固态 Ag/AgCl电极在海下能正常工作，需要测试全固态Ag/AgCl电极的耐压性能。

电极是决定电场传感器性能优良、稳定与否的关键。而要提升全固态Ag/AgCl电极的灵敏度与稳定度还必须从电极的成分组成、性状与工艺制备的改进入手。而且不同工艺制备的AgCl粉体对电极的电化学噪声有很大影响，上文分析了电化学噪声是影响电场信号测量的根源，为了使微弱的电场信号不致被噪声所覆盖，需要多途径，尽可能的减小噪声强度。因此总结各种工艺制备的电极性能，从中选取最佳的制备工艺是很有必要的。

Ag/AgCl电极的制备包括两部分：①电极前驱粉体的制备，②电极主体的成型。对于超细AgCl粉体的制备方法有研磨法、固相球磨法、液相沉淀法、微反应器法。电极主体的成型多采用粉末压片法，此法制备工艺简单，重现性好，对于提高电极的稳定性和承压能力有很大好处，利于实际应用。

研磨法是将摩尔比为1:1的AgNO₃与NaCl原料粉体进行混合，在玛瑙研钵中充分研磨使其完全反应，然后用去离子水反复洗涤，烘干后得到前驱体粉末。

固相球磨法是将摩尔比为1∶1.1的AgNO₃和NaCl原料粉体置于球磨机的玛瑙罐中，加助磨剂无水乙醇球磨2小时，完成后将生成物用去离子水进行反复洗涤，得到沉淀物。

液相沉淀法是将AgNO₃溶液与NaCl溶液按照化学计量比混合反应得到AgCl白色沉淀。

微反应器法制备AgCl时，把NaCl溶液、十二烷基磺酸钠与异辛烷进行超声振荡混合得到微乳液A1，再把AgNO₃溶液、SDS 与异辛烷进行超声振荡混合得到微乳液A2，然后将A1和A2超声振荡制得AgCl微乳液，最后用离心机分离出AgCl的固相粒子。

图17分别为使用上述四种方法制备的AgCl粉体的SEM 照片[55]。从这四幅图可看出，采用不同的制备方法，得到的 AgCl颗粒形状、粒径及其分布各不相同。图(a)为研磨法制备的AgCl颗粒的SEM图，从图中可看出研磨法制成的颗粒形状较差，粒径分布较差，经实验测量，其粒径较小约为0.5um。图(b)为固相球磨法制备的AgCl颗粒的SEM图，从图中可看出固相球磨法制成的颗粒呈球状，大小均匀，经实验测量，其粒径较小约为0.5um。图(c)为液相沉淀法制备的AgCl颗粒的SEM图，从图中可看出液相沉淀法制成的颗粒形状很不规则，颗粒粒径较大，经实验测量，约为1um，。图(d)为微反应器法制备的AgCl颗粒的SEM图，从图中可看出微反应器法制成的颗粒粒径最大，经实验测量，约为2um。我们要求 AgCl粉体粒径要小且形状均匀，这样有利于AgCl粉体与Ag 粉充分接触，使电极表面将出现更多的活性中心，能提高电极电位的稳定性并降低电化学噪声。综上比较可知，在四种制备方法中，球磨法制备的AgCl颗粒性能最佳。

电场传感器稳定性是由电极主体的稳定性进行表征的，因此探索不同工艺制备的电极主体的性能并从中筛选出最佳制备工艺是很有必要的。Ag/AgCl固态电极主体的成型多采用粉末压片法，将电极原料按照一定的比例均匀混合后，加入粘结剂，历经造粒、压制、烧结等步骤制成原胚，再进行表面处理与活化，形成电极。Ag/AgCl固态电极主体制备工艺流程图如图19所示。

从流程图中可知，不同制备工艺主要差别在于粘结剂的浓度、添加量，造粒的时间，烧结的稳定等参数上。经过实验研究得出：选用较高浓度的PVA粘结剂和少量的添加剂，可以有效减少电极生胚中的含水量，从而减少在烧结过程中由于水分的蒸发而产生的气孔，增大电极的密度，提高电极的抗压性能。在烧结工艺环节，应当选择合适的温度，温度过低会导致电极内部的气孔和缺陷变多；温度过高会使AgCl熔融，电极被AgCl覆盖，不利于信号的传递。经过反复的实验，电极成型的最佳烧结温度为AgCl的熔点附近，且在制备过程时在此温度点进行一段时间的保温。

综合上文Ag/AgCl电极制备工艺的探讨，基本确定了现阶段较完备的一套制备工艺。采用固相球磨法制备AgCl颗粒，所得的颗粒呈球状，大小均匀，粒径较小，约为5um；在电极主体成型过程中，选用较8％的PVA和少量的添加量，可有效减少气孔，增强电极的抗压性能；烧结温度设定为AgCl的熔点附近，并进行一段时间的保温，可减少内部气孔与表面缺陷，从根本上减少影响电极工作性能的各项因素，提高Ag/AgCl 电极整体性能，提升稳定性，减小自噪声等。采用此制备工艺生产出的Ag/AgCl电极性能较优异，适于检测海底微弱电场信号，通过检测到的信号能有效提取故障点的空间信息，利于海底光缆电场法定位故障点。

根据上文的分析，为了能有效检测故障点处散发的微弱电场信号，本设计中所选全固态Ag/AgCl电极技术参数如下：

①电极间的极差电位：±1.0mv以内

②12小时极差稳定性：优于0.05mv

③电极自噪声：小于

(基于1Hz频率处的噪声水平)

④频率范围：0.004Hz-210Hz

⑤耐压强度：3MP

本发明需要解决的一个重点是海底弱电场信号的传输问题。故障点处散发出来的电场信号比较微弱；海水对电场信号存在衰减作用；电场传感器的工作环境是在数百米海深处，检测到的信号需要经过数百米的缆线才能到船上接收装置，经过这么多因素的影响，有用信号将受到很大的影响，导致无法有效提取故障点的空间信息。

对于这个问题，解决的办法是电极检测到信号后，立即对信号进行预处理，即滤波与放大，尽量降低噪声的影响，放大微弱信号，以增强信号在传输过程中的抗干扰能力。

本具体实施例选用ADI公司生产的AD624作为电场信号放大元件。AD624是美国ADI公司研制的一款适用于高速数据采集系统的机密仪表放大器，具有高精度可调增益，最大可达10000倍；共模抑制比大于80dB(当增益为500倍时，共模抑制比达130dB)，能有效抑制信号中包含的共模部分；单位增益带宽25MHz；非线性度小于0.001％；等效输入噪声小于

当源信号频率低于10Hz时，噪声小于

输入失调电压的温漂小于25uv/。C。它具有较高的增益，低噪声，线性度优良，可靠性高，体积小，且适用于高速数据采集系统等特点，因此完全能满足海缆探测信号的低噪放大需求。

AD624是由典型的三运放进行改进的新型精密仪表放大器，其原理框图如图20所示。

AD624具有较高的共模、差模输入阻抗，共模抑制比较大，对不同的信号，只要增益设定不变，则放大倍数是一致的。第一级的漂移与共模增益失调所产生的误差相互间可抵消，第二级抑制共模信号，改双端输出为单端输出，以满足接地负载的需求。

可通过改变该仪表放大器管脚的外部连线设定电路的增益值，分别为1，100，200，500及1000四种情况，接法见表 2，并且它也可连接一个外部电阻设定增益值，范围是1到 10000，如图21所示。

表2 AD624固定增益的设置

通过电阻R_G来设定增益值，其表达式为：

式中A为放大器增益。

在微弱信号放大时，干扰与噪声的影响不可忽略。因此要采取有效抑制措施。为了减小干扰对电路的影响，在可能的情况下应远离干扰源。但电场传感器是工作于海水中，主要干扰源为复杂的海水电磁环境，无法远离干扰源，只能在其他因素上进行抑制。在电源接入电路之处加滤波环节，通常将一个10～30uF的钽电容与一个0.01～0.1uF的独石电容并联接在电源接入处。

电场传感器检测到的信号既包含有故障点处散发出的电场信号，又有海洋环境噪声与高频干扰信号。为了有效地提取出有用信号，滤除背景噪声，以更快更准确地提取故障点的空间位置信息，且场源为直流电，因此采用无源低通滤波器对信号进行简单滤波抗混叠处理，滤波电路图设计如图22，IN1、 IN2分别为检测信号的差分输入端，AIN1、AIN2为低通滤波后信号的输出端。

传感器外壳一般采用高强度工程塑料。电场传感器在海水中进行测量时，所处海深在数百米以上，海水压强大于几十个大气压，为了使其在海底能正常工作，且不被海水腐蚀，不与海水发生反应，因此采用高强度工程塑料。

传感器外形设计为球状，采用高阻性材质。经过理论分析，传感器如果采用球状外形，选用高阻性材质制作，则具有一定的形状增益，能放大电场信号，因此电场传感器外壳采用球形结构，高阻性材质。

当电场传感器在海水中工作时，由于外壳采用高阻性材质的工程塑料，电场传感器会对外部电流产生排斥，进而导致电场传感器附近电场产生畸变，电场传感器测量值与真实值不一致。为了定量研究球状体对电场的影响，不妨作如下假设：假设球状体的电阻率为ρ₁，半径为r₁，海水为无限均匀介质，电阻率为ρ₂，外部电场为电流密度为j₀的均匀电流场。球状体的存在对水下电场会产生畸变现象，随着距离的增大，畸变程度逐步下降。在球状体与海水分界面上畸变程度最大，当与球状体距离超过四倍半径时，电场畸变程度基本可忽略不计。当球状体材质电阻率比海水高时，电场畸变表现为正向，对外部电场有一定的增益；反之，当球状体材质电阻率比海水低时，电场畸变表现为负向，对外部电场具有一定抵消作用。因此电场传感器外壳形状选择球状，材质选择高阻性时能增大微弱的电场信号，有利于探测。

由于球状体材质电阻率与海水电阻率的差异，球状体的存在将导致水下电场产生畸变。而为了精确定位海缆故障点，需要对实测数据进行修正，令球状体标校系数为u。假设球状体直径为2m，则半径r1＝1m。测量电极位于点A处，沿x方向，即rA＝r1，θA＝0 位于球状体与海水分界面处。无球状体时，A点处的电位为 U₀(r_A,θ_A)，有球状体时，A点处的电位为U₁(r_A,θ_A)。

其中u的表达式为：

根据上式进行数值仿真，从图23中可发现，随着电阻率之比k的增大，标校系数u不断变大。当k小于6，标校系数 u随着电阻率之比k的增大而剧烈增大；当电阻率之比k大于45后，标校系数u增大趋势较小，不断接近1.5。球状体一般采用非金属材质制作，其电阻率较大，根据图24中的结果，此时标校系数u取1.5。因此当传感器外壳采用高阻性球状体时，对水下电场具有1.5倍的增幅作用，有利于定位海底光缆故障点。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种深海光缆故障探测装置，其特征在于包括相互串联的第一电极传感器和第二电极传感器，第一电极传感器和第二传感器设置于水中固定设置于同一根电缆上，第一电极传感器和第二电极传感器并通过上述电缆与位于海面上的接收装置电连接，接收装置在待定位的海缆的故障点所在区域的海面上移动并通过电缆拖曳第一电极传感器和第二电极传感器在水下随其移动；岸上的信号输出设备为位于海底的光缆提供恒定电流；第一电极传感器和第二电极传感器实时向接收装置反馈两者的位置和两者之间的电势差，接收装置根据第一电极传感器和第二电极传感器的位置和电势差判断海缆的故障点。

2.根据权利要求1所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于第二电极传感器位于第一电极传感器的下方，第二电极传感器较之第一电极传感器距离接收装置的水平距离更远；当接收装置在待定位的海缆的故障点所在区域的海面上往返移动的过程中，测量到第一电极传感器和第二电极传感器之间电势差为最大值时，接收装置判定海缆的故障点位于第二电极传感器的所处位置的正下方。

3.根据权利要求1所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于第一电极传感器和第二电极传感器结构相同，均包括电极、电机座、腔体、信号调理电路、外壳和多芯水密接插件；电极的一端暴露于腔体外部，电极的另一端设置于腔体内；电极座设置于腔体外壁上，电极一端穿过电极座设置于腔体内部，电极和电极座外表面的连接处设置有密封胶；多芯水密接插件设置于腔体壳体上，信号调理电路设置于腔体内部，电极位于腔体内部的一端依次经信号调离电路和多芯水密接插件与电缆电连接；电极和腔体均固定设置于外壳内，外壳为蜂窝状球形多孔罩。

4.根据权利要求3所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于外壳和腔体均采用ABS材料。

5.根据权利要求3所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于接收装置上设置有电源，所述电源通过电缆分别为第一电极传感器和第二电极传感器供电，第一电极传感器和第二电极传感器的接地点均为电源接地端。

6.根据权利要求1所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于第二电极传感器的重量大于第一电极传感器。

7.根据权利要求3所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于信号调理电路包括相互串联的仪表放大器和滤波器，其中仪表放大器的的电源接入端串联有滤波电路；滤波器采用无源低通滤波器。

8.根据权利要求3所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于电极采用全固态Ag/AgCl电极，其技术参数如下：电极间的极差电位在±1.0mv以内，12小时极差稳定性优于0.05mv，电极自噪声小于1uv/(基于1Hz频率处的噪声水平)，频率范围在0.004Hz-210Hz，耐压强度为3MP。

9.根据权利要求5所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于全固态Ag/AgCl电极的制备方法包括以下步骤：采用固相球磨法制备AgCl颗粒，所得的颗粒呈球状，大小均匀，粒径较约为5um；将银粉按照一定的比例均匀混合于AgCl颗粒后，添加8％的PVA和添加剂以造粒生成混合颗粒，使用磨具压制后形成电极胚体；电极胚体经烧结形成原胚，烧结温度设定为AgCl的熔点附近且进行一段时间的保温；对原胚进行表面处理与活化形成电极。

10.根据权利要求2所述的深海光缆故障探测装置，其特征在于故障点周围三层介质空间的海水中电位分布表达式为：

故障点周围双层介质空间的海水中电位分布表达式为：

n为整数。