一种大口径高压天然气管道爆破地震波传感器的布设装置的制作方法

本实用新型属于地震波测量技术领域，涉及一种用于戈壁区域特殊松软土质地震波传感器的布设装置。

背景技术：

高压输气管道在运行过程中，但由于近域施工行为、环境腐蚀、机械或材料失效、自然灾害及其他未知因素的影响，天然气管道爆裂事故时有发生，爆炸产生的爆破地震波、地震波不仅会造成严重经济损失和环境污染，还将形成地面人员伤亡、建筑物及设施破坏受损等灾难性事故。

为尽量减小损失、加快事故发生后的抢修进程，国内外广泛开展了大口径高压金属管道的裂缝形成及扩展的力学行为研究。目前的研究方法是对天然气管道爆破地震波、地震波的产生机理、传播规律进行理论分析研究，但其与实际的爆炸试验还有较大的差异，很有必要对所使用的金属管进行全尺寸爆破试验，测量获得爆炸冲击波、地震波等参数，用于其防护研究。

在戈壁等表层松软的土质上进行高压输气管道爆破试验中，需要近距离测量地震波参数，由于土质表层松软，如果将传感器直接埋在土壤表面，将会受到介质传播常数的影响而给测量结果带来较大的误差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种用于特种土质的地震波传感器的布设装置，布置在天然气管道附近地域，获得管道布设区域的爆炸地震波参数。

本实用新型的技术方案如下：

一种大口径高压天然气管道爆破地震波传感器的布设装置，包括底板和锚杆，地震波传感器为三轴加速度传感器和三轴速度传感器的组合；所述的地震波传感器设置在底板上，底板通过锚杆固定在土壤里；所述的加速度传感器和速度传感器的X轴或Y轴正对管道的爆破起始裂缝点。

上述大口径高压天然气管道爆破地震波传感器的布设装置中，加速度传感器和速度传感器粘接在底板上。

上述大口径高压天然气管道爆破地震波传感器的布设装置中，地震波传感器设置在固定板上，所述的固定板上设置有弧形通孔，螺钉穿过弧形通孔与下部的底板联接。

上述大口径高压天然气管道爆破地震波传感器的布设装置中，大口径高压天然气管道为充高压气体密封管道。

上述大口径高压天然气管道爆破地震波传感器的布设装置中，爆破起始裂缝点设置在天然气管道的中间位置。

本实用新型具有的有益技术效果如下：

一、本实用新型将加速度传感器和速度传感器通过钢板和锚杆固定地面，克服了土质松软或软硬不均匀造成的介质传播特性不一对测量结果的影响。

二、本实用新型将加速度传感器和速度传感器设置在固定板上，通过螺钉和弧形板进行安装角度微调，使得传感器的X方向与地震波方向保持一致，确保了地震测量中三个方向加速度和速度测量的准确性。

附图说明

图1为本实用新型爆破地震波测量系统中传感器布放位置示意图；

图2为本实用新型地震波传感器与土壤布置示意图；

图3为本实用新型地震波传感器角度微调原理示意图；

附图标记为：1—管道；2—爆破起始裂缝点；3—传感器布点；4—通道阵列；5—土壤；6—底板；7—螺钉；8—固定板；9—速度传感器；10—加速度传感器；11—锚杆；12—弧形通孔；13—地震波传播方向。

具体实施方式

管道爆破产生的地震波是可能导致邻近结构物和管道破坏的重要因素。如果爆破产生的地震波的幅值达到一定阈值且主振频率与附近结构物自振频率接近一致时，将可能引起邻近结构物或其它设施受损破坏。爆破地震波测试的主要目的是研究管道爆破振动作用的介质质点运动规律。通过测试数据的分析，研究爆破地震动介质质点振动位移、速度和加速度的时间历程曲线，通过对波形图的分析、计算得到表征爆破地震波特性的幅值、持续时间和振动频率等基本参量，以及地震波的频谱特性。

爆破地震波对建(构)筑物的破坏程度与地震波质点运动速度幅值和地震波频率有关。地震波的质点运动加速度可反映作用在建筑物上荷载的大小，研究该物理量的变化规律可为揭示结构物受力状态和破坏机理奠定基础。为此，试验方案确定对地震波的质点运动速度和加速度同时进行测试。即在天然气管道附近区域内的测点处同时安放速度与加速度传感器。

根据试验方案，在爆破地震波传播范围的一定区域内布置测点，安装选定成对的速度传感器和加速度传感器组合，配接后续放大器以及记录仪器，然后进行后续的分析处理。

如图1所示，为了实现整个爆炸区域内的地震波参数测量，在天然气管道1的附近布置了若干只地震波传感器，传感器分为若干通道阵列4，每个通道阵列以天然气管道上的爆破起始裂缝点2为起始点，并与管道方向呈不同夹角。图1中通道阵列4与天然气管道1方向的夹角分别是0°、30°、60°和90°。

此种布局的原因在于：

其一，经前期模型试验研究得到，管道爆破地震波不同于普通集团炸药爆炸地震波的一点是，管道爆破地震波的强度分布具有方向性，即与管道轴线夹角不同的方向上，地震波质点运动速度的峰值和衰减规律有所不同。因此，采用四条走向不同的测线，以研究管道爆破地震波强度空间分布的方向性。

其二，经前期模型试验研究得到，管道爆炸地震波衰减服从幂率分布，即近区衰减快，远区衰减慢。因此传感器采用近密远疏的方式排布。

天然气管道采用充有10MPa以上的压力且两端封闭的管道，直径大于1m，长径比大于100，爆破起始裂缝点2设置在天然气管道的中间位置。

速度传感器采用磁电式速度传感器，利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号，它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧尼等部分组成。在传感器壳体中刚性地固定有磁铁，惯性质量，用弹簧元件悬挂于壳上。工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。与二次仪表相配接即可显示振动速度或位移量的大小，也可以输送到其它二次仪表或交流电压表进行测量。其中速度传感器的频率范围为5-500Hz，量程数十cm/s，测量分辨率0.01cm/s，单只传感器可实现XYZ轴三个方向的测量。

加速度传感器采用压电式加速度传感器，其基于压电晶体的压电效应工作的。主要包括弹簧、质量块、基座、压电元件和夹持环，压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。基座有变形则将直接影响拾振器输出。其中加速度传感器的频率范围为5-300Hz，量程数十cm²/s，测量分辨率0.01cm²/s，，单只传感器可实现XYZ轴三个方向的测量。

由于试验场内为戈壁土壤，硬度大难以开挖，且表面覆盖有5cm左右的浮土和碎石，无法将传感器与地面紧密粘合。如果将传感器直接埋在土壤表面，将会因为松软结构影响到测量结果。

为了解决这个问题，实验者设计了专用的传感器固定装置。该装置为一块尺寸为15cm×20cm×0.5cm的钢板，钢板的四个角落开设4个直径为1cm的圆孔，用4根20cm长的锚杆将钢板固定在地面。使用专用的704乳胶将加速度传感器和速度传感器固定到钢板上。设置传感器时，要确保传感器X轴方向对准起爆中心，以确保X轴通道测得水平径向振动数据，Y轴通道测得水平切向振动数据，Z轴通道测得铅垂方向振动数据。

如图2和图3所示，作为一种优选的实施方式，地震波传感器设置在固定板8上，固定板8上设置有弧形通孔12，螺钉7穿过弧形通孔12与下部的底板6联接。而加速度传感器10和速度传感器9粘接在固定板8上，底板6则通过锚杆11固定在土壤5的表面。

固定板8也为钢板，其两侧开有两只弧形通孔12，与弧形通孔12相对应的底板6上加工有外径相匹配的2只或4只螺纹孔，当锚杆11将底板6固定后，为了实现传感器Y轴方向与起爆中心的准直，可以通过转动固定板8的方式，使其围绕中心进行转动，在确保螺纹孔与弧形通孔12对齐的同时，实现了传感器对准方向的调节，确保了XYZ轴三个方向的地震参数同时精确测量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。