专利名称：一种用于地震临震监测的地应力传感单元结构的制作方法
一种用于地震临震监测的地应力传感单元结构
技术领域：
本发明涉及地震监测仪器仪表和传感器及电路设计领域，具体涉及一种低成本、 可以密集布局监测点，从而覆盖任意大面积区域的地震临震监测的方法。
背景技术：
地震预报的基础是地震前兆，地震前兆的基础是实时监测的精度和实时监测点的分布密度。分析地震前兆、提炼地震前兆和确定一个地震前兆异常需要有正常背景，连续、 稳定的监测，并且监测点要足够多。李四光先生创立了利用地应力来预测地震的方法。所谓地应力，就是指存在于地壳中的应力，它包括由地热、重力、地球自转速度变化及其他因素产生的应力。由于地震是地球的内力冲破岩石圈造成的，所以在岩石圈遭受内力挤压的时候，原来的地应力平衡就被打破了，产生了地应力的变化。地震学家从地应力变化的曲线上就可以预测出地震。如果地应力实时监测点分布足够多，中国大地上的地应力变化就能被充分感知，就有望预测出地震的时间、地点、震级和烈度。临震预测是通过扑捉前兆现象给出预测。而通常的前兆现象如地应变加速或地面隆升、重力场变化、磁场变化、电场变化、地下电阻率变化、地下水位变化、地下流体流动、地下水化学成分变化、大气化学成分变化以及其他一些可能对应力、对岩石中的裂纹或岩石的摩擦特性的变化敏感的参数的变化。在地应力、地温、地磁、水位、地声即岩土应变之声发射等多种地震前兆中，地应力异常变化已经经过中国多次预报证实，得到普遍接受。地声的监测仪器目前还没有问世。地震本质是地层中积累的弹性应变能释放。根据弹性力学中圣维南局部影响原理 (圣维南，法国科学院院士，弹性力学家)，震源体处引发地震的构造应力是一个平衡力系， 只会使震源区近处产生显著的应力应变，而远处的应力应变随距离增加迅速衰减。不论何种类型的地震，只要是应力积累引发的地震，岩层必然经历从线弹性变形向破裂前的非线弹性变形迫近的一系列应变变化。在震源及临近地区布设应变仪，就能监测到地层介质在构造应力作用下的应变变化过程。然而，基于当前的地震前兆监测方法建立的地震前兆观测台站，需要投资数百万元建设费，需要几十到几百平米的建筑面积、几百到几千平米的土地面积，设备等，同时需要运行人员和较多的运行费。如果密集建立，资源消耗巨大，难以实现。今天，以辽宁省为例，前兆观测台站约34个，其中测量地应力的约10个，根本不可能覆盖整个辽宁省的地震前兆监测。因此，无法取得震源区的地应力变化，以及其随时间的演化状态，更无法取得大区域的地区应力变化图像，尤其是获得不到发生地震前和震后应力变化、调整、重新分配的过程与状态。解决问题的关键在于实现低成本、广覆盖的地应力变化和地声的实时监测。
发明内容本发明的主要目的就是解决现有地震临震监测技术中难以实现的监测点的密集建设的问题，提供一种用于地震临震监测地应力的传感单元结构，具有低成本、可以密集布局监测点、耐高压、耐腐蚀、防水，能够实时监测大面积区域的地应力变化的异常情况，数据用于地震临震监测和预报。为实现上述目的，本发明提供一种特定的地应力传感单元结构，其特征在于包括至少一个地应力传感器和对应前置电路；包括至少一个振动传感器和对应前置电路，包括至少一个温度传感器和对应前置电路；包括至少一个湿度传感器和对应前置电路。地应力传感器能够获得0. OlkPa到IOOOkI3a地应力的变化，振动传感器能够获得0. OOlHz到IOOHz 的地层振动信号，温度传感器能够获得_20°C到80°C的地层温度信号，湿度传感器能够获得5%到97%的地层湿度信号。地应力传感单元结构具有耐腐蚀、耐高压、防水性好和导热的特点。各种传感器具有三个以上备份。地应力传感单元结构能够埋入200米以下的底层深处。地应力传感单元结构具有低成本、高可靠性的优点，能够大规模布局本发明的有益效果是低成本实时监测地应力变化，能够在包括城市的区域密集布局，从而掌握整个监测区域地声和地应力的实时变化。解决长期以来没有实现的低成本、高密集度、大面积覆盖的地震监测点的建立问题，为地震前兆分析和地震临震预报建立详细、精确、可信的监测设备基石出。
具体实施方式
和
本申请的特征及优点将通过实施例，结合附图进行说明。以地震临震监测中心为核心的系统结构如图1所示，包含、地应力传感单元和处理单元的监测单元将本地监测点的数据传送到监测中心，监测中心对数据进行分析和处理。一种地应力传感单元示意图如图2所示，316型不锈钢圆柱体中充满了填充材料， 该材料用于保护传感器和内部结构，传导热和湿，传导振动。填充材料侧面用压电振动传感器包裹，较大面积的传感器能提高振动监测的灵敏度，填充材料顶部和底部分别安装地应力传感器，传感前置电路和温湿度传感器分别靠近不锈钢圆柱体的两端，可以防止电路工作对温湿度的影响。整个不锈钢圆柱体有一个透气孔和一条信号电源线。本发明一种实施例的特定应用如图3所示，在城市中每隔IKm的地点布局1个监测单元(SP)，每100个监测单元通过GPRS或3G模块无线发布数据到至少一个监测中心 (SC)，城市内部监测中心通过3G无线模块和有线互联，使每个监测中心能够获得全部区域监测单元的数据，从而实时监测地震前兆。这样的配置能够保证1平方千米一个监测点，一个1万平方千米的城市仅需要1万个监测点。以上内容是结合一种实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于地震临震监测的地应力传感单元结构，其特征在于包括至少一个地应力传感器和对应前置电路；包括至少一个振动传感器和对应前置电路，包括至少一个温度传感器和对应前置电路；包括至少一个湿度传感器和对应前置电路。
2.如权利要求1所述的特定地应力传感单元结构，其特征在于所述地应力传感器能够获得0. OlkPa到IOOOkPa地应力的变化。
3.如权利要求1所述的特定地应力传感单元结构，其特征在于所述振动传感器能够获得0. OOlHz到IOOHz的地层振动信号。
4.如权利要求1所述的特定地应力传感单元结构，其特征在于所述温度传感器能够获得-20°C到80°C的地层温度信号。
5.如权利要求1所述的特定地应力传感单元结构，其特征在于所述湿度传感器能够获得5 %到97 %的地层湿度信号。
6.如权利要求1所述的特定地应力传感单元结构，其特征在于所述的地应力传感单元结构具有耐腐蚀、耐高压、防水性好和导热的特点。各种传感器具有三个以上备份。
7.如权利要求1所述的特定地应力传感单元结构，其特征在于所述的地应力传感单元结构能够埋入200米以下的底层深处。
8.如权利要求1所述的特定地应力传感单元结构，其特征在于地应力传感单元结构具有低成本、高可靠性的优点，能够大规模布局。
全文摘要
本发明公开了一种用于地震临震监测的地应力传感单元结构，该传感单元结构能够安装在地下综合监测地应力、振动、温度和湿度。传感单元结构包括采用一个或多个感知地应力的传感器、感知振动的传感器和感知温度和湿度的传感器，以及配套的前置放大电路。前置放大电路对接收的传感器信号进行预处理之后，发送到后续处理电路。该传感单元结构采用特殊不锈钢外壳和特殊填充材料，能够耐腐蚀、耐高压、防水。
文档编号G01V1/00GK102288985SQ20111011599
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者冯晓星, 王新安, 王金泊, 葛彬杰 申请人:深圳思量微系统有限公司