七通道多功能海底地震仪的制作方法

专利名称：七通道多功能海底地震仪的制作方法
技术领域：
本发明七通道多功能海底地震仪涉及海洋地震观测技术领域。
背景技术：
2000年开始，在863高技术计划支持下，中国科学院地质与地球物理 研究所自主研制了高频海底数字地震仪并在南海成功试验，记录到大容量 气枪震源信号，反演出深达莫霍面的研究区地壳结构，成为863 "深水油 气勘探技术"项目中的一个亮点。随着油气勘探向深水和海洋残留盆地 发展的进程以及对天然气水合物的勘探研究需求，对海底数字地震仪性能 指标的要求也越来越高(比如要适应大于3000m的水深、提高分辨率和连 续工作时间等)。
海底地震仪特别是宽带海底地震仪引进问题上一直受到国外的限制， 使我国多家地球科学研究单位的引进计划被搁置。

发明内容
本发明的目的是公开一种七通道多功能海底地震仪，是在己有高频海 底地震仪的基础上，通过对国外产品技术的消化吸收改进而成，其提高了 性能指标，可以满足海洋科学研究与海洋油气探测的需要。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是
一种七通道多功能海底地震仪，包括塑料仪器舱、玻璃仪器舱球、 脱钩机构、沉耦架；玻璃仪器舱球固装于塑料仪器舱内，脱钩机构位于塑 料仪器舱顶端，沉耦架位于金属仪器舱底端；在脱钩机构与沉耦架之间以 拉紧钢丝固接，将塑料仪器舱固定于沉耦架中；其中
电池组通过O型圈放置在玻璃舱球下半圆；三分量姿控宽带地震计、
三分量高频检波器通过螺钉组合在一起成为一个地震计组合体与玻璃舱 球内部的常平装置支架通过轴承连接，可以自由旋转，工作角度可达30声通讯模块固定在以三分量姿控宽带地震 计、三分量高频检波器为一体的地震计组合体上方，使玻璃舱球内部成为
一个整体；在玻璃仪器舱球外进行组装、调试，然后将测试完成的仪器放
进玻璃舱球内，通过玻璃舱球挤压O型圈来固定内部装置；
姿控宽带地震计、高频检波器、水声压力传感器，这三种不同工作频
带的仪器由7通道数字采集器，对三种仪器记录的七组数据进行采集，使
仪器能够记录天然地震信号和人工震源信号。
所述的海底地震仪，其所述脱钩机构为双层结构，包括不锈钢镙柱、 镙杆支撑板、绕丝固定板，其中，片状环绕丝固定板和片状环镙杆支撑板 上下平行设置，以多数个不锈钢镙柱将两者固接，其中两个位于直径上的
镙柱上端伸出固定板的上表面相互连接，构成吊钩；镙杆支撑板内孔直径 与塑料仪器舱顶部外圆直径相适配；
片状环绕丝固定板上表面设有正极、脱钩滑块、绕丝钉、负极，正极、 负极位于固定板内孔直径方向的相对两侧，正极上套接压丝垫片后螺接锁 紧螺母，负极上套接负极保护套；在与正极、负极构成的直径方向相垂直 的直径方向上两端，于固定板周缘上设有向圆心的凹槽，两凹槽内各设有 一脱钩滑块，L状脱钩滑块与凹槽相适配，其向上突起的固定壁中间有一 固接口，固接口供拉紧钢丝缠绕连接，其底座上设有多个绕丝钉和一禁锢 镙栓；在固定板上表面还设有多个绕丝钉，绕丝钉均匀分布，分布的位置 与正极、负极的位置构成圆环形；
一熔断钢丝经正极和顺序经所有的绕丝钉绕成环，并以锁紧螺母和绕 丝钉固紧定位，将脱钩滑块固于固定板上，熔断钢丝与两负极触接；
将塑料仪器舱置于沉耦架中，脱钩机构置于塑料仪器舱顶端，镙杆支 撑板内孔与塑料仪器舱顶端相接，以多根拉紧钢丝缠绕于脱钩滑块的固接 口后，用多个锁紧螺栓拉紧多根拉紧钢丝，以固定塑料仪器舱；
在固定塑料仪器舱后，卸掉脱钩滑块上的禁锢镙栓，再利用锁紧螺栓 来拉紧钢丝调整仪器舱的紧固程度；在仪器回收时利用海水特性进行电腐 蚀熔断钢丝，脱钩滑块被拉紧钢丝拉脱开，仪器舱即利用海水浮力上浮， 以便回收。
所述的海底地震仪，其所述沉耦架，采用表面附着防锈漆的钢铁材料制成，在井字形上表面中部固设一固定圆盘，固定圆盘中心部有一圆环状 突起，该圆环状突起的直径与塑料仪器舱底部外圆相适配，固定圆盘周缘 处均匀分布着固接的多数个向上正交的支撑杆，支撑杆上端固接有顶环， 顶环上均匀分布有多个锁紧螺栓，顶环的内孔直径大于塑料仪器舱的球直 径；
每个锁紧螺栓与每根拉紧钢丝下端可拆卸的固接，通过耐腐蚀拉紧钢 丝与脱钩机构紧密相连，其重量和体积适合于在下沉过程中控制下沉速度 和下沉姿态，并为地震仪在海底工作提供稳定的基座，仪器上浮后，沉耦 架丢弃在海水中。
所述的海底地震仪，其所述姿控宽带地震计为60秒-40Hz;高频检波 器为4. 5-200Hz。
所述的海底地震仪，其海底流动地震观测有两种方式
(1) 海底地震仪接收人工震源信号进行主动观测，用高频率的检波 器，获得的数据能够反演海底较为精细的地质结构，但观测的地质结构深 度浅，做二维观测；
(2) 海底地震仪接收天然地震信号进行被动观测，用宽频地震计， 以获得的数据对地质结构进行分辨，观测成本低、观测的地质结构深度深， 做三维观测。
本发明的七通道多功能海底地震仪，内部结构一体化，在制造时间和 工作量上有了大幅度的縮减，操作简单、方便，且减少了附加振颤。并且 以7个通道采集地震数据，数字记录海底地震信息，采用无线蓝牙技术进 行现场检测，能够在海上连续多次进行地震观测作业，打破了国外对宽带 海底地震仪的垄断。


图1为本发明的七通道多功能海底地震仪常平架装置的结构图； 图2为本发明的七通道多功能海底地震仪脱钩机构示意图； 图3为本发明的七通道多功能海底地震仪脱钩机构的熔断钢丝绕线 示意图4为本发明的七通道多功能海底地震仪外观立体结构图；图5为本发明的七通道多功能海底地震仪总结构示意图。
具体实施例方式
请参阅图1 图5所示，为本发明的七通道多功能海底地震仪结构示 意图。其中，直流电机l、常平环2、姿态调整电机3、三分量姿控宽带地 震计4、电机套5、凸型底座(常平装置支架1) 6、姿态传感器7、半圆 压板8 、三分量高频检波器9、轴承座(常平装置支架2) 10、电池圈底 座11、轴承12、正极13、锁紧螺母14、压丝垫片15、不锈钢镙柱16、 镙杆支撑板17、脱钩滑块18、绕丝钉19、不锈钢吊钩20、绕丝固定板21、 负极22、负极保护套23、熔断钢丝24、脱钩机构25、塑料仪器舱26、拉 紧钢27、沉耦架28、安全圈29、锁紧镙栓30、水声压力传感器31、真空 气嘴32、 GPS天线33、电子电路板34、玻璃仪器舱球35、 0型圈36、电 池组37、常平装置38、耦合圈39、熔断钢丝熔断点(两处)40。
还有凹槽211、固定壁181、固接口182，、底座183、禁锢镙栓184、 固定圆盘281、圆环状突起282、支撑杆283、顶环284。
本发明的七通道多功能海底地震仪由塑料仪器舱26、脱钩机构25、 沉耦架28三部分组成。
一、塑料仪器舱
塑料仪器舱26是 海底地震仪可回收部分，它是内部玻璃仪器舱球的 保护罩，玻璃仪器舱球内部采用单球一体化结构，主要包括
(1)水声通讯模块
釆用8位元FSK数字编码。FSK编码的解调电路包括了振幅检测、相 位检测、压控振荡器、比较输出器等几个部分。其基本原理是根据输入 信号和本振信号的相位差，控制压控振荡器在一个相对较窄带宽内
( 400Hz)调节本振频率，如果输入信号频率和本振频率一致，相位差为 零，本振频率锁定，则编码解调电路输出为低电平，反之为高电平。两个 编码解调电路本振频率分别为10KHz和12.5KHz，用以检测信号中是否含 有对应的频率信号。水声传输的交混回响问题，采用首波提取的方式加以解决。原理是甲 板机每100毫秒发送一个编码频率，持续时间约10毫秒。在接收端水声 通讯模块在接收到的第一个编码频率信号后10毫秒内关闭信号通道。以
后每隔100毫秒打开信号通道进行信号解调，持续时间为IO毫秒，然后
在关闭信号通道，直至该码字节结束。
为了防止放大器饱和，设计了带通频率10-12. 5KHz的单T网络选频
放大器，使信号频带之外的信号能被有效的压制。
水声发射与换能器的匹配设计，主要是从阻抗匹配和调谐匹配两个环
节考虑，并采取措施对推挽功放管进行保护。 (2)常平装置
设计了利用姿态传感器7和姿态调整电机3对三分量姿控宽带地震计 4以及三分量高频检波器9 (地震计组合体)进行姿态调整的改进方案， 通过改进常平装置的结构原理，使得内部地震计组合体的常平动作的保持 不需要灌注硅油，不需要呈密封结构，且体积重量均能大大地降低，更为 重要的改善是，姿控调整的范围能有较大的提高，扩展为30度左右。将 使海底地震仪在更为复杂的海底地形下正常的工作。最大工作倾斜角度达 到了国外同类宽带海底地震仪的水平。
姿态传感器7采用固态merns器件无机械结构工作稳定可靠。 其工作方式如下地震计4放置于常平环2上，再整体通过轴承固定 于常平装置的支架上，玻璃舱球35至地震计4为刚性连接，由此保证地 动信号的低失真传递。当海底地震仪在海底着地后，姿态传感器7，感知 到海底姿态调平时，常平面由位于常平环2顶部的垂直向步进电机1上拉 脱离开玻璃舱球35根据姿态传感器7的信号由步进电机1调至水平并重 新放回玻璃舱球35底部并加压固定。
常平装置38将电池组37、三分量姿控宽带地震计4、电子电路34 和高频检波器9联结成了一个整体，形成了内部结构的一体化。仪器组装、 调试工作都可以在耐压玻璃舱球35外完成。玻璃舱球35可看成仅是个机 壳，将测试好的海底地震仪放入玻璃舱球35中，由0型圈36压縮固定，完成组装。这种结构也降低了仪器的附加振颤。
(3) 采用姿控宽带地震计 海底地震仪中我们集成了姿控宽带地震仪4，姿控宽带地震仪4是近
年来新兴的技术，它是一种电化学换能的地震计，没有机械零点和锁摆的 问题使海底地震仪的工作可靠性大大提高。
(4) 采集器系统
a) 前放电路采用厂家推荐的放大电路形式，在信号输入端加配一阶无 源AC低通抗混叠滤波器，采用极低噪音精密双运算放大器构成仪器放大 电路，增益为30dB，放大电路噪音折合到输入端为0.4uV (峰一峰值)。 具有很高的抗干扰能力。
b) 仪器采用温补晶振构成的振荡电路作为内部时钟，在0°C至4°C温度 范围内其精度优于5x10-8 。影响石英晶体振荡频率精度的主要是温度因 素，而海底的温度相对恒定，在2000米深的海底，温度的年变化仅在0.5 度，所以时钟精度能有效地保证。为减小线路板的噪音，系统所需的所有 不同频率的时钟(主要是模数转换时钟和单片机时钟)采用对同一时钟分 频获得。
c) 数据存储采用数码相机和播放机上广泛采用的SD (Secure Digital)卡，具有统一接口，容量可从16G扩展到32G或更高。
d) 在电路设计中坚持微功耗设计原则；为了系统功耗微功耗的目的，数 据采集器的硬件电路设计遵从了以下的原则(1)采用CMOS型器件，(2) 采用1.8V、 3V和5V单电源低电压供电；(3)数字电路尽量采用较低频率 的工作时钟；(4)尽量降低系统的无功功耗,整体功耗〈0.3W。
f)采集器的A/D转换采用4阶2-A型ADS1251增量调制器，AD时钟 由单片机LPC2103分频输出，数字滤波的功能采用软件编程完成。AD每完 成一次转换，触发单片机产生一次中断，单片机的中断程序将AD数据读 入内存。这种方式不仅可以在降低功耗和缩小体积的基础上得到足够的动 态范围(〉120dB)，还能根据实际的不同需要，动态调整其频率-相位特性。 控制模块采用ARM7内核高性能单片机(NXP公司LPC2103)。工作电压3.3/1.8V， 60M主频，在完成A/D转换数字滤波的同时控制存储、通讯等 其它模块工作。单片机工作在空闲模式(idle mode),中断驱动模式。
g)控制器连接了 7通道完全相同的AD模块(第卜3通道连接宽带地 震计，第4-6通道连接高频检波器、第7通道连接水听计通道)，通过多 路开关(MAX4052)进行切换，利用单片机的GPIO脚作为地址线选通读入 l-7通道的AD数据。
(5) 地震仪电源
海底地震仪电池采用IOAH锂电池，每套仪器安装10枚。每个锂电池 单独带保护器，的电池按环状固定在玻璃舱球的下部，地震仪通过单片机 对每个电池的充放电状态和电压进行检测，并能通过交互界面显示。充电 通过舱球上的插座进行，用户可以了解每个电池的充电电量、充电时间等 信息。通过专用的充电器用户可以在数十小时内完成对海底地震仪的充电 工作。每次充电操作用户都能掌握充电前后电池电压状态，充电电量等信 息，能及时发现电池失效或性能降低的情况。从而对失效电池及时进行更 换，或根据电池性能降低的情况縮短仪器在海底工作的时间。 内置的电源管理模块能实时地监督电池的电能储量，当能量低于某一预定 值，地震仪会关闭除了水声通信之外的所有耗电设备，使地震仪在海底滞 留一年以上的时间仍能正常回收。
(6) 数据提取方式
为了保证海上的多次作业顺利进行，数据提取模块必须操作方便并且 需要较快的传输速度。0BS中内嵌了 USB接口模块与PC机进行高速数据交 换，能在不打开舱球的前提下，以较高的速度(2M字节/秒)实现0BS的数据 提取。
(7) 无线数传模块
无线数传模块采用0EM产品。其发射功率为广5W，有效距离约5-10Km 左右。定位精度可达数十米以内。考虑到无线数传模块内置于玻璃舱球内 空间的限制采用50欧450MHz鞭装胶套天线与发射机配套，接收系统几乎不受空间的限制所以采用50欧12dB高增益天线与接收机配套。无线数传 模块调制方式采用FSK (频移键控)方式，抗干扰能力强。为进一步提高 抗设备干扰能力，通讯速度采用较低的1200bps。通讯协议为RS232格式 l位起始位，8位数据位，偶校验，l位停止位。
传输距离对发射机的天线高度非常敏感。由于发射机天线内置于球 内，安装高度受到极大限制。为此采取以下措施(a)减轻回收重量(b) 天线贴近球壁安装(c)通过配重使回收时天线位于球的顶部。
采用交织编码技术能够有效减少突发性干扰引起的误码，其原理为将 待发数码按列排成矩阵，再按行的顺序发送，如信道中因突发性干扰发生 连续误码，解交织的误码被分散到不同码字能被BCH有效纠错。
采用同步机制减少前导同步码，有效的减少发射的时间，提高发射效 率；避免电池连续大电流放电引起"极化现象"。具体地说，每次发送和 接收的起始时间都由GPS输出PPS的沿确定。
(8)频闪灯
当仪器上浮时，频闪灯在黑夜里能有效的指示仪器所在方位方便回收。
频闪灯被置于高压舱球的上部利用水压开关进行控制，当仪器上浮， 水压减小，频闪灯工作，光源采用发光效率高，穿透性较好的高亮度发光 二极管。可以连续工作12小时以上。
二、脱钩机构
脱钩机构25为双层结构，包括不锈钢镙柱16、镙杆支撑板17、绕丝 固定板21，其中，片状环绕丝固定板21和片状环镙杆支撑板17山下平行 设置，以多数个不锈钢镙柱16将两者固接，其中两个位于直径上的镙柱 16上端伸出固定板21的上表面相互连接，构成吊钩20;镙杆支撑板17 内孔直径与塑料仪器舱26顶部外圆直径相适配。
片状环绕丝固定板21上表面设有正极13、脱钩滑块18、绕丝钉19、 负极22，正极13、负极22位于固定板21内孔直径方向的相对两侧，正 极13上套接压丝垫片15后螺接锁紧螺母14，负极22上套接负极保护套23;在与正极13、负极22构成的直径方向相垂直的直径方向上两端，于 固定板21周缘上设有向圆心的凹槽211，两凹槽211内各设有一脱钩滑块 18， L状脱钩滑块18与凹槽211相适配，其向上突起的固定壁181中间有 一固接口 182，固接口 182供拉紧钢丝27缠绕连接，其底座183上设有多 个绕丝钉19和一禁锢镙栓184;在固定板21上表面还设有多个绕丝钉19， 绕丝钉19均匀分布，分布的位置与正极13、负极22的位置构成圆环形。
一熔断钢丝24经正极13和顺序经所有的绕丝钉19绕成环，并以锁 紧螺母14和绕丝钉19固紧定位，将脱钩滑块18固于固定板21上，熔断 钢丝24与两负极22触接；两负极22即是两熔断点40。
将塑料仪器舱26置于沉耦架28中，脱钩机构25置于塑料仪器舱26 顶端，镙杆支撑板17内孔与塑料仪器舱26顶端相接，以多根拉紧钢丝27 缠绕于脱钩滑块18的固接口 182后，用多个锁紧螺栓30拉紧多根拉紧钢 丝27，以固定塑料仪器舱26。
在固定塑料仪器舱26后，卸掉脱钩滑块18上的禁锢镙栓184，再利 用锁紧螺栓30来拉紧钢丝27调整仪器舱26的紧固程度；在仪器回收时 利用海水特性，在两熔断点40处进行电腐蚀熔断钢丝24，脱钩滑块18 被拉紧钢丝27拉脱开，仪器舱26即利用海水浮力上浮，以便回收。
(1) 绕丝固定板21采用具有高机械强度、高刚性、韧性强的工程塑 料尼龙加工而成，在水中不易变形，不易被腐蚀。
(2) 绕丝钉19是脱钩机构中较为关键的部分，所以我们采用316L 特殊不锈钢制成，这种材料对于海水及各种腐蚀介质的抗腐蚀性能均优于 普通不锈钢。
(3) 熔断钢丝24是整个脱钩机构的核心部件，我们选用的316耐腐 蚀钢丝，由7束49股细钢丝经过特殊工艺加工而成，易曲而柔软。在弯 曲时不象单股钢丝那样显得太硬，拉紧时会紧贴绕丝钉。
脱钩机构25作为仪器回收过程的重要组成部件，机构的组装、调试 工作都可在室内进行试验通过，才可安装使用。测试好的脱钩机构通过8 组不锈钢镙钉固定在仪器舱26的上部，能够很方便地完成组装。机构中 的零件加工工艺和选材均可以保证长时间工作在海水里，同时能够实现在接到指令后，钢丝在5分钟内即被熔断。直到仪器回收整个过程不超过10 分钟。
三、沉耦架
沉耦架28，采用表面附着防锈漆的钢铁材料制成，在井字形上表面
中部固设一固定圆盘281，固定圆盘281中心部有一圆环状突起282，该 圆环状突起282的直径与塑料仪器舱26底部外圆相适配，固定圆盘281 周缘处均匀分布着固接的多数个向上正交的支撑杆283，支撑杆283上端 固接有顶环284，顶环284上均匀分布有锁紧螺栓30，顶环284的内孔直 径大于塑料仪器舱26的球直径；
锁紧螺栓30与拉紧钢丝27下端可拆卸的固接，通过耐腐蚀拉紧钢丝 27与脱钩机构25紧密相连，其重量和体积适合于在下沉过程中控制下沉 速度和下沉姿态，以及当仪器沉入海底时能够保持正确姿态并进入工作状 态，并为地震仪在海底工作提供稳定可靠的基座，提高仪器记录数据的真 实性。仪器上浮后，沉耦架丢弃在海水中。
通过耐腐蚀拉紧钢丝27把仪器紧固在沉耦架28上，用锁紧螺栓30 将带塑料保护皮的耐腐蚀拉紧钢丝27拉紧，由8股紧固，分两组，每组 4股拉紧一脱钩机构25的脱钩滑块18，降低了单股钢丝的受力程度，可 以使仪器很稳定的固定在基座上。
沉耦架28属于不回收部分，考虑到它的工作性质，我们选择标准角 铁作为主要的加工原料，不但满足了其作为工作基座的刚性和硬度，且大 大降低了加工成本。
使用动态过程
选择好投放地点和方位，把海底地震仪投放到海底，仪器着地后，立 即用声纳系统进行准确定位。当内部姿态传感器7，感知到海底姿态调平 时，由位于常平架顶部的垂直向步进电机1上拉三分量姿控宽带地震计4 和三分量高频检波器9，使之脱离开玻璃舱球35，根据姿态传感器7的信 号由步进电机1调至水平并重新放回玻璃舱球35底部并加压固定，此后内部地震计和数字采集器同时进入工作状态，连续记录海底干扰和地震信 号，并存储在内部存储器中。
当需要回收仪器时，在该仪器所在的位置附近海域通过声纳系统发出
回收信号，仪器接到信号后，开始熔断钢丝，约5分钟仪器舱与沉耦架28 脱离，自动上浮至水面，浮出海面后通过无线33发送其所在的位置信息，
根据该信息或目测方式确定仪器方位，进行打捞上船。然后提取所记录的 数据供分析和研究。
(1) 内部一体化
仪器内部采用电池组37、电子电路34、三分量高频检波器9和 三分量姿控宽带地震计4 一体化的结构设计，将电池组通过0型圈放置在 玻璃舱球上，电路板安装在地震计组合体上面，使之成为一个整体，可以 在玻璃仪器舱球外进行组装、调试，然后将测试完成的海底地震仪放进玻 璃舱球内，通过玻璃舱球挤压O型圈来固定内部装置。比起以往的海底地
震仪需要在球内组装和调试，内部结构一体化的设计在时间和工作量上有 了大幅度的缩减，操作简单、方便且减少了附加振颤。
以往的海底地震仪(比如我们前期研制的三分量高频海底地震仪)通 常将电池、地震计、记录器、水声模块等部件都是零散的通过环氧树脂粘 接的方式固定在上下两半舱球，极易造成耐压玻璃舱球的损坏，同时电路 布线复杂，难以组装和调试，容易产生附加振颤噪声影响仪器对地动信号 的记录。
该项一体化结构是我们创新性发明，这使海底地震仪实现批量生产的 复杂程度大大降低，同时该项工艺也可运用到采用此类舱球的其它设备 中。
(2) 7通道(三分量姿控宽频带地震计、三分量高频检波器、水听计) 玻璃舱球内集成了姿控宽带地震计(60秒-40Hz) 4、高频检波器
(4. 5-200Hz) 9，外部装有水声压力传感器31。并装有7通道数字采集器， 对三种仪器记录的7组数据进行采集，使仪器能够记录天然地震信号和人 工震源信号；具有用途多，记录范围广的优点。要做到这一点，需要解决仪器功耗、传感器姿态控制、耦合、设备体 积等诸多难点。目前申请人尚未在国内外文献中发现同时集成了宽带三分 量、高频三分量和水声压力传感器31的七通道海底地震仪器。因此该特 点是最为主要的发明点。
海底流动地震观测主要有两种方式
(1) 海底地震仪接收气枪等人工震源信号进行主动观测，气枪等信号源 的频率上限较高〉100Hz，地震仪需要较高频率的检波器。该方式获得的数 据能够反演海底较为精细的地质结构，观测周期短，但观测成本高、观测 的地质结构深度浅。 一般只能做二维观测。
(2) 海底地震仪接收天然地震信号进行被动观测，天然地震源的主频率
为60秒-40Hz，地震仪需要宽频地震计。该方式获得的数据对地质结构分
辨不如人工震源信号进行主动观测。观测周期较长，但观测成本较低、观 测的地质结构深度深。通常做三维观测。
两种观测方式各有所长，各有利弊。国内外现有的海底地震仪只配备 了高频检波器进行接收气枪等人工震源信号进行主动观测，或只配备接收 天然地震信号进行被动观测。而本申请的七通道海底地震仪实用性在于针 对两种观测方式都能胜任。
(3) 脱钩装置
脱钩机构25采用顶部脱钩滑块18钢缆系固连接，利用锁紧螺栓30 拉紧钢丝调整仪器舱的紧固程度，整个过程便于安装操作；仪器回收时，
水声压力传感器接收到水面发出的释放指令，海底地震仪的脱钩机构上的 正极开始加电利用海水特性进行电腐蚀熔断钢丝24，脱钩滑块18被拉紧 钢丝27拉脱开，仪器舱26利用海水浮力上浮。海底地震仪的回收过程时 间短且可靠性强。
权利要求
1、一种七通道多功能海底地震仪，包括塑料仪器舱、玻璃仪器舱球、脱钩机构、沉耦架；玻璃仪器舱球固装于塑料仪器舱内，脱钩机构位于塑料仪器舱顶端，沉耦架位于塑料仪器舱底端；在脱钩机构与沉耦架之间以拉紧钢丝固接，将塑料仪器舱固定于沉耦架中；其特征在于电池组通过O型圈放置在玻璃舱球内，三分量姿控宽带地震计、三分量高频检波器通过螺钉组合在一起成为一个地震计组合体与玻璃舱球内部的常平装置支架通过轴承连接，可以自由旋转，工作角度可达30度，电子电路、采集器系统、水声通讯模块固定在以三分量姿控宽带地震计、三分量高频检波器为一体的地震计组合体上方，使玻璃舱球内部成为一个整体，在玻璃仪器舱球外进行组装、调试，然后将测试完成的仪器放进玻璃舱球内，通过玻璃舱球挤压O型圈来固定内部装置；姿控宽带地震计、高频检波器、水声压力传感器，这三种不同工作频带的仪器由7通道数字采集器，对三种仪器记录的七组数据进行采集，使仪器能够记录天然地震信号和人工震源信号。
2、 如权利要求1所述的海底地震仪，其特征在于所述脱钩机构为 双层结构，包括不锈钢漯柱、镙杆支撑板、绕丝固定板，其中，片状环绕 丝固定板和片状环镙杆支撑板上下平行设置，以多数个不锈钢镙柱将两者 固接，其中两个位于直径上的镙柱上端伸出固定板的上表面相互连接，构 成吊钩；镙杆支撑板内孔直径与塑料仪器舱顶部外圆直径相适配；片状环绕丝固定板上表面设有正极、脱钩滑块、绕丝钉、负极，正极、 负极位于固定板内孔直径方向的相对两侧，正极上套接压丝垫片后螺接锁紧螺母，负极上套接负极保护套；在与正极、负极构成的直径方向相垂直 的直径方向上两端，于固定板周缘上设有向圆心的凹槽，两凹槽内各设有 一脱钩滑块，L状脱钩滑块与凹槽相适配，其向上突起的固定壁中间有一 固接口，固接口供拉紧钢丝缠绕连接，其底座上设有多个绕丝钉和一禁锢 镙栓；在固定板上表面还设有多个绕丝钉，绕丝钉均匀分布，分布的位置 与正极、负极的位置构成圆环形；一熔断钢丝经正极和顺序经所有的绕丝钉绕成环，并以锁紧螺母和绕丝钉固紧定位，将脱钩滑块固于固定板上，熔断钢丝与两负极触接；将塑料仪器舱置于沉耦架中，脱钩机构置于塑料仪器舱顶端，镙杆支 撑板内孔与塑料仪器舱顶端相接，以多根拉紧钢丝缠绕于脱钩滑块的固接 口后，用多个锁紧螺栓拉紧多根拉紧钢丝，以固定塑料仪器舱；在固定塑料仪器舱后，卸掉脱钩滑块上的禁锢镙栓，再利用锁紧螺栓 来拉紧钢丝调整仪器舱的紧固程度；在仪器回收时利用海水特性进行电腐 蚀熔断钢丝，脱钩滑块被拉紧钢丝拉脱开，仪器舱即利用海水浮力上浮， 以便回收。
3、 如权利要求1所述的海底地震仪，其特征在于所述沉耦架，采 用表面附着防锈漆的钢铁材料制成，在井字形上表面中部固设一固定圆 盘，固定圆盘中心部有一圆环状突起，该圆环状突起的直径与塑料仪器舱 底部外圆相适配，固定圆盘周缘处均匀分布着固接的多数个向上正交的支 撑杆，支撑杆上端固接有顶环，顶环上均匀分布有多个锁紧螺栓，顶环的 内孔直径大于塑料仪器舱的球直径；每个锁紧螺栓与每根拉紧钢丝下端可拆卸的固接，通过耐腐蚀拉紧钢 丝与脱钩机构紧密相连，其重量和体积适合于在下沉过程中控制下沉速度 和下沉姿态，并为地震仪在海底工作提供稳定的基座，仪器上浮后，沉耦 架丢弃在海水中。
4、 如权利要求1所述的海底地震仪，其特征在于所述姿控宽带地 震计为60秒-40Hz;高频检波器为4. 5-200Hz。
5、 如权利要求1所述的海底地震仪，其特征在于海底流动地震观测有两种方式(1) 海底地震仪接收人工震源信号进行主动观测，用高频率的检波 器，获得的数据能够反演海底较为精细的地质结构，但观测的地质结构深度浅，做二维观测；(2) 海底地震仪接收天然地震信号进行被动观测，用宽频地震计， 以获得的数据对地质结构进行分辨，观测成本低、观测的地质结构深度深，
全文摘要
本发明一种七通道多功能海底地震仪，涉及地震技术，用于海底地震观测、油气勘探和地质调查。包括塑料仪器舱、脱钩机构和沉耦架，塑料仪器舱内的玻璃舱球顶部装有水声压力传感器，内部装有7通道数字采集器、姿控宽带地震计、高频检波器、水声通讯模块、无线信标机、GPS、电子罗盘和组合电源。脱钩机构固定在塑料仪器舱球的上部与沉耦架通过耐腐蚀拉紧钢丝连接，仪器回收时，通过电腐蚀原理熔断钢丝后，塑料仪器舱自然上浮回收。沉耦架为海底地震仪工作时提供稳定的基座。本发明集成了用于天然地震观测的三分量姿控宽带地震计、用于人工气枪震源观测的三分量高频检波器和水声压力传感器，可实现多用途的海底地震探测。
文档编号G01V1/18GK101639538SQ20081011738
公开日2010年2月3日 申请日期2008年7月30日 优先权日2008年7月30日
发明者游庆瑜, 赵春蕾, 郝天珧 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所