一种移动式海洋地震长期实时探测器的制作方法

本发明涉及海洋地震探测技术领域，具体涉及一种移动式海洋地震长期实时探测器。

背景技术：

随着海洋科学与技术的发展，人们对地球内部物理性质和地震灾害越来越关注，海洋地震学逐渐兴起，成为目前地球科学研究的热点与前沿。由于海洋覆盖了大多数的板块边界，大多数地震发生在洋底，通过大陆地震观测获得的地球内部结构模型不足以表达海洋更深部的结构。而现代数字式宽频地震站为我们研究更精细的更深层的地球结构提供了可能。但是大部分地震站主要分布在陆地上，在占地球表面三分之二的海洋中，尤其是在南半球中，地震台站却还非常少，这不仅大大限制了海洋地震科学的发展，也无法满足地球科学的要求。因此在被海洋覆盖的地域进行地球活动的观测仍然是一个迫切需要解决的问题。

目前，全球海洋地震观测已进入深海海底长期定点实时观测阶段，海底地震仪在地震研究中发挥了很大的贡献，但海底地震仪存在技术要求高、成本高、回收率不高、实时性差等问题，限制了其在短期内在海洋中大规模的布放。美国和法国在低成本的自治式海洋地震记录仪方面开展了卓有成效的工作，研发了Mobile Earthquake Recorder in Marine Areas by Independent Divers(MERMAID)，这种海洋地震传感探测仪可望在大规模应用于海洋地震科学研究中，并正在研制更先进的Sonobuoy Mobile Earthquake Recorder in Marine Areas by Independent Divers(Son-O-MERMAID)。我国在长期海洋地震观测基本处于空白，海洋地震观测是高科技的系统工程，我国海洋地震观测方面又是刚刚起步，需要把中国的海洋地震观测当成有战略意义的长期性科技事业来推动。

公告号为CN102788992A的中国专利文献公开了一种海洋地震探查方法和系统，包括：连续记录的独立海底容器，其特征是它有浅断面箱体。外部缓冲垫用于促进海底耦合并防止鱼网缠绕。各个容器是利用柔软的，非刚性，非导电缆线拴系在一起以控制容器的部署。从船只的甲板上部署和取回容器，该甲板配置成有存放系统和处理系统，可以在运行时使容器固定到缆线上。存放系统是有槽沟的自动电唱机式配置，其中各个容器被随机地存放在槽沟中，在不打开容器的条件下可以进行提取数据，充电，测试和同步的操作。容器可以包含惯性导航系统以确定海底位置和定时的铷钟。该系统包含数学常平架。缆线可以包含剪切耦合，它设计成在缆线张力达到某个水平时自动地切断。该发明的海洋地震探查系统需要借助船只作业，无法实现长期实时的勘测，且不能随时在海水中移动。

公告号为CN1601301A的中国专利文献公开了一种海洋地震检波器，包括振动体和适配器，振动体固定在壳体内，振动体至少由压电体、金属基片构成，压电体固定在基片上，基片被固定在壳体上，壳体内的压电体、金属基片至少形成一个空腔，构成空腔振动体；适配器由导磁材料、适配线圈构成，导磁材料将初、次级线圈组合在一起；初级与压电材料连接，次级与电缆电连接。空腔振动体外层壳体有凸台。外壳是透声材料，这种海洋地震检波器能克服现有的海洋勘测中使用的检波器在低频段信号的接受性能不好、接收效果比较差的问题。

以上现有技术均无法填补我国在低成本长期实时海洋地震观测方面的空白，我国海洋地震科学和地球科学事业的发展还有待进一步的推动。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种移动式海洋地震长期实时探测器，采用北斗卫星定位-通信、太阳能和波浪能混合供电，光纤激光水听器阵列降噪，实现海洋地震低成本长期实时探测。

本发明的技术方案如下：

一种移动式海洋地震长期实时探测器，包括主控水密装置、定位与通信装置、能量供给装置以及传感探测与信号处理装置；

所述的主控水密装置为设有仪器舱的浮体球；所述的浮体球包括浮体球上罩和浮体球下罩，所述的浮体球上罩顶部固定有铁架，所述的铁架中心设有支撑杆，周围设有支架；所述的浮体球下罩底端固定有一圆筒；所述的圆筒底端通过连接杆连接装有锂电池的升沉阻尼板；

所述的定位与通信装置包括北斗天线、一端与北斗天线通过螺纹连接且另一端固定在支撑杆上的雷达反射器、安装在浮体球仪器舱内的定位与通信模块、以及安装在浮体球仪器舱内的主控和数据存储模块；

所述的能量供给装置包括太阳能发电装置、波浪能发电装置、安装在浮体球仪器舱内的太阳能发电模块和波浪能发电模块；

所述的传感探测与信号处理装置包括光纤激光水听器垂直阵和安装在浮体球仪器舱内的水听器阵处理模块；所述的光纤激光水听器垂直阵悬挂在升沉阻尼板下方。

在上述技术方案中，通过将光纤激光水听器垂直阵延伸到海底750米左右深处，当检测到海底的地震波信号之后，光纤激光水听器垂直阵可以将信号通过缆线传输到仪器舱内，再由仪器舱内的水听器阵处理模块对传输来的信号进行处理并最终存储在主控和数据存储模块中，同时，水听器阵处理模块对信号进行一定转换以后，通过导线传到北斗天线，最终将信号实时发出。

作为优选，所述的浮体球上罩设有浮体顶部水密接口；所述的浮体球下罩设有浮体底部水密接口和第一缆线水密接口；所述的浮体球上罩和所述的浮体球下罩之间设置有密封圈，在密封圈的密封作用下形成一个内部密封腔，用以布置各种装有电路部分的舱体。

作为优选，所述的升沉阻尼板的上部设有第二缆线水密接口，下部设有吊环和锂电池组，所述的吊环悬挂有脐带缆。升沉阻尼板的下部通过吊环连接悬挂有光纤激光水听器垂直阵的脐带缆。其中，脐带缆的长度可根据实际水深和海底状况作出相应的调整而确定。

作为优选，所述的第一缆线水密接口和第二缆线水密接口分别连接缆线的两端，所述的缆线封装有电源缆线和水听器阵缆线，目的是简化结构，防止多条缆线发生缠绕。

作为优选，所述的浮体球上罩和所述的浮体球下罩在相贴合的平面四周开有螺纹孔，浮体球上罩和浮体球下罩通过螺栓连接；所述的浮体顶部水密接口、浮体底部水密接口和浮体水听器缆线水密接口在与浮体连接端均攻有外螺纹，三者与浮体球通过螺纹连接。

作为优选，所述的太阳能发电装置为安装在支架上的太阳能板，所述的波浪能发电装置布置在圆筒内，包括放置在圆筒上下两端的弹簧、设置在圆筒四周内壁的线圈、设置在圆筒中心通过中心杆固定的磁体动子以及固定在磁体动子上端的挡板。圆筒上下各放置一个弹簧，起到减震作用。升沉阻尼板随着波浪的起伏而上下运动，通过连接杆带动圆筒内的磁体动子运动，进而切割磁感线产生电流，电流最终通过电源缆线存储在锂电池中。

作为优选，所述的仪器舱内设有内部安装板，用以安装设在仪器舱内的定位与通信模块、主控和数据存储模块、波浪能发电模块、太阳能发电模块和水听器阵处理模块。

作为优选，所述的定位与通信模块、主控和数据存储模块、波浪能发电模块、太阳能发电模块和水听器阵处理模块位置相互独立，通过水密电缆相互连接，并通过水密接线与相应模块的工作元件连接。

作为优选，所述的升沉阻尼板下面安装有回声测深仪，所述的回声测深仪与升沉阻尼板通过螺纹连接。借助回声测深仪可以测量水深，确定位置，避免发生碰撞等危险事故。

作为优选，所述的铁架与浮体球顶部通过螺纹固定。

作为优选，所述的升沉阻尼板采用粘弹性材料，可以起到减少噪声、减少震动的作用。

作为优选，所述的升沉阻尼板与连接杆之间通过法兰连接。

作为优选，所述的铁架上还安装有航标灯。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的移动式海洋地震长期实时探测器，具有布放和回收技术要求低、低成本、实时传输数据等优点，可大规模应用于海洋地震的研究中。

(2)采用绿色、多能互补、高可靠性的供电技术，分别研制太阳能和波浪能发电装置，为海洋地震传感探测器提供长期的能量供给，实现海洋地震长期探测。采用北斗卫星定位和通信技术，解决海洋地震传感探测器的导航定位和远程通信的问题，实现海洋地震实时探测。

(3)通过安装升沉阻尼板、缆绳包覆、采用光纤激光水听器垂直阵列等方法进行降噪，可以有效提高海洋地震传感探测器的灵敏度，探测震级小的远程海洋地震波。光纤激光水听器阵列作为海洋地震检波器来探测海洋地震信号，分别在硬件和在软件上进行降低噪声，能提高海洋地震传感探测器的灵敏度，实现快速对震级数小的远程地震波进行精确探测。

(4)采用系统集成及实现技术，把北斗定位和通信天线、航标灯、浮体球、仪器舱、太阳能和波浪能发电装置、锂电池组、回声测深仪、光纤激光水听器垂直阵以及电缆连接系统等有机集成在一起。

附图说明

图1为本发明的整体外部结构示意图；

图2为本发明的浮体球结构示意图；

图3为本发明的仪器舱结构示意图；

图4为本发明的太阳能发电装置示意图；

图5为本发明的波浪能发电装置示意图；

图6为本发明的波浪能发电装置内部结构示意图。

其中：1、北斗天线；2、雷达反射器；3、航标灯；4、太阳能板；5、铁架；6、第一缆线水密接口；61、第二缆线水密接口；7、缆线；8、升沉阻尼板；9、锂电池组；10、光纤激光水听器阵；11、脐带缆；12、吊环；13、回声测深仪；14、连接杆；15、圆筒；16、浮体球下罩；17、浮体球上罩；18、浮体顶部水密接口；19、浮体底部水密接口；20、主控和数据存储模块；21、定位与通信模块；22、波浪能发电模块；23、内部安装板；24、太阳能发电模块；25、水听器阵处理模块；26、支架；27、线圈；28、挡板；29、磁体动子；30、弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明一种移动式海洋地震长期实时探测器作进一步详细说明。

如图1所示，一种移动式海洋地震长期实时探测器，包括从上到下依次设置的北斗天线1、与北斗天线1通过螺纹连接的雷达反射器2、用于支撑太阳能板4的铁架5、内部设有仪器舱的浮体球、装有波浪能发生装置的圆筒15、升沉阻尼板8、放在升沉阻尼板8内的锂电池组9、以及光纤激光水听器阵10。

雷达反射器2固定于支撑杆上，所述的支撑杆设置在铁架5的中心位置。铁架5固定在浮体球顶部；铁架5与浮体球顶部通过螺纹固定。铁架5上还安装有航标灯3。

圆筒15与浮体球之间通过法兰连接，圆筒15与升沉阻尼板8之间设有连接杆14，连接杆14与升沉阻尼板8通过法兰连接。光纤激光水听器阵10与升沉阻尼板8通过脐带缆11连接。

升沉阻尼板8上设有第二缆线水密接口，下面安装有回声测深仪13，回声测深仪13与升沉阻尼板8通过螺纹连接。升沉阻尼板的下部设有用于悬挂脐带缆11的吊环12，脐带缆11的长度可根据实际水深和海底状况作出相应的调整而确定。升沉阻尼板8采用粘弹性材料。

第一缆线水密接口6和第二缆线水密接口分别连接缆线7的两端，所述的缆线7封装有电源缆线和水听器阵缆线，目的是简化结构，防止多条缆线发生缠绕。

如图2所示，浮体球分为浮体球上罩17和浮体球下罩16，浮体球上罩17设有浮体顶部水密接口18；浮体球下罩16设有浮体底部水密接口19和第一缆线水密接口6。

如图3所示，仪器舱内设有内部安装板23以及安装在内部安装板23上的定位与通信模块21、主控和数据存储模块20、波浪能发电模块22、太阳能发电模块24和水听器阵处理模块25；各个模块位置相互独立，通过水密电缆相互连接，并通过水密接线与相应模块的工作元件连接。

如图4所示，太阳能板4通过支架26安装在铁架5上。

如图5、图6所示，圆筒15内部的波浪能发电装置包括放置在圆筒15上下两端的弹簧30、设置在圆筒15四周内壁的线圈27、设置在圆筒15中心通过中心杆固定的磁体动子29以及固定在磁体动子29上端的挡板28。圆筒15上下各放置一个弹簧30，起到减震作用。

本发明的工作过程如下：

将光纤激光水听器垂直阵10通过脐带缆11延伸到海底某一处，当检测到海底的地震波信号之后，光纤激光水听器垂直阵10就将信号通过水听器阵缆线传输到仪器舱内，再由仪器舱内的水听器阵处理模块25对传输来的信号进行处理并最终存储在主控和数据存储模块20中，同时，水听器阵处理模块25对信号进行一定转换以后，通过导线，经由浮体顶部水密接口18传到北斗天线1，最终将信号发出。

为了实现海洋地震的长期探测，本发明设计采用太阳能发电装置和波浪能发电装置两种发电方式同时对锂电池组9进行供电。太阳能发电装置的工作原理是通过太阳能电池板搜集太阳能，转化为电能，通过导线传输到仪器舱内，通过充电控制模块控制太阳能发电装置的充电，同时，通过电源缆线7将电能存储到锂电池组9中。波浪能发电装置的工作原理是通过升沉阻尼板8随着波浪的起伏而上下运动，继而升沉阻尼板8上的连接杆14带动圆筒15内的磁体动子29运动，进而切割磁感线产生电流，电流最终通过电源缆线存储在锂电池中。

需说明以下几点：

首先由于该设备整体结构复杂，其涉及水声通讯技术、传感器技术等复杂技术层面。而该发明则着重介绍其采样机构部分的机械结构和技术实现方式，因此该设备上通讯部分、控制部分及传感部分采用本领域常规技术制造，因此在实施例中未多做说明或图纸示意。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。