一种卫星传输海底地震探测装置的制作方法

本发明涉及地震探测领域，特别是涉及一种卫星传输海底地震探测装置。

背景技术：

海底地震仪是近五十年来发展起来的高新海底探测技术，在海底构造科学研究、海底地震监测，以及海洋油气资源勘查领域等领域得到广泛应用。目前的海底地震仪采用自容式自沉浮结构，设备布放到海底采集数据，采集的数据自容式存储于设备内部，只能待设备回收后才能将数据读取出来。这种海底地震仪只能用于海底结构探测，无法用于地震灾害及海啸等灾害预防领域。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种卫星传输海底地震探测装置，用于地震信号的实时检测和传输，从而实现地震灾害和海啸等灾害的预警。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种卫星传输海底地震探测装置，包括：海底设备和海面设备，所述海底设备布放于海底；所述海面设备漂浮于海面；所述海底设备与所述海面设备通过锚系连接；

所述海面设备包括海面卫星收发装置和海面数传装置；所述锚系包括铠装缆、水中浮体、海面连接件和海底连接件；所述海底设备包括海底地震仪、海底数传装置、底锚重块和声学释放器；

所述海面卫星收发装置与所述海面数传装置通信连接，所述海面数传装置与所述铠装缆连接；所述海面卫星收发装置用于通过卫星与岸基实验室通信；所述海面数传装置用于将海面卫星收发装置发送过来的数据进行编码并发送给所述海底设备和将由所述海底设备传送过来的数据进行解码并发送给所述海面卫星收发装置；

所述海底地震仪与所述海底数传装置通信连接，所述海底数传装置与所述铠装缆连接，所述声学释放器将所述锚系与所述底锚重块机械连接；所述底锚重块沉于海底，所述海底地震仪用于探测海底振动信号和海水振动信号；

所述海面连接件和所述海底连接件分别连接到所述铠装缆的两端，所述水中浮体位于所述铠装缆的靠近所述海底连接件的一侧；所述海面连接件将所述铠装缆与所述海面设备机械连接，所述海底连接件将所述声学释放器与所述铠装缆机械连接。

可选的，所述海面设备还包括光伏供能装置、浮体和塔架；

所述海面数传装置和所述塔架均设置在所述浮体上，所述光伏供能装置和所述海面卫星收发装置均设置在所述塔架上；

所述光伏供能装置与所述海面数传装置连接；所述海面数传装置还用于对所述光伏供能装置提供的电能进行升压，所述海底数传装置还用于对所述铠装缆传输的电能进行降压。

可选的，所述海面数传装置包括海面电压转换器、海面数据转换装置、海面卫星授时秒脉冲转换装置和海面数传密封舱；

所述海面电压转换器、所述海面数据转换装置和所述海面卫星授时秒脉冲转换装置均设置在所述海面数传密封舱内；

所述海面电压转换器用于将光伏供能装置产生的低电压电源通过dc/dc升压器升压；

所述海面数据转换装置用于将海面卫星收发装置发送过来的数据进行编码并通过所述铠装缆发送给所述海底设备和将由所述海底设备通过铠装缆传送过来的数据进行解码并发送给所述海面卫星收发装置；

所述海面卫星授时秒脉冲转换装置用于将所述海面卫星收发装置接收的卫星授时秒脉冲经过放大和变换后通过所述铠装缆传输至所述海底设备。

可选的，所述海底数传装置包括海底电压转换器、海底数据转换装置、海底卫星授时秒脉冲转换装置和海底数传密封舱；

所述海底电压转换器、所述海底数据转换装置和所述海底卫星授时秒脉冲转换装置均设置在所述海底数传密封舱内；

所述海底电压转换器用于将由所述铠装缆输送到海底的直流电源通过dc/dc降压器降压；

所述海底数据转换装置用于将所述海底地震仪发送过来的数据进行编码并通过所述铠装缆发送给所述海面设备和将由所述海面设备通过铠装缆传送过来的数据进行解码并发送给所述海底地震仪；

所述海底卫星授时秒脉冲转换装置用于将由所述铠装缆传输至海底的卫星授时秒脉冲经过变换后发送给所述海底地震仪。

可选的，所述海底地震仪包括耐压舱体、三分量地震传感器、水听器、四分量地震数据采集存储装置、可充电电池组和沉耦架；

所述三分量地震传感器、所述水听器、所述四分量地震数据采集存储装置和所述可充电电池组均设置在所述耐压舱体内；所述沉耦架用于支撑所述耐压舱体；

所述三分量地震传感器和所述水听器的输出端均与所述四分量地震数据采集存储装置连接，所述三分量地震传感器用于接收因地震导致的海底振动信号，所述水听器用于接收因地震导致的海水振动信号，所述四分量地震数据采集存储装置用于将所述海底振动信号和所述海水振动信号进行模数转换、存储并实时传输到所述海底数传装置；

所述可充电电池组通过所述铠装缆与所述光伏供能装置连接，用于接收所述光伏供能装置提供的电能；所述可充电电池组用于为三分量地震传感器、所述水听器和所述四分量地震数据采集存储装置供电。

可选的，所述海面连接件包括海面万向节、承重电滑环和海面承重加强件；

所述海面万向节、所述承重电滑环和所述海面承重加强件从上至下依次设置；所述海面万向节将所述浮体与所述承重电滑环机械连接；所述承重电滑环用于保证所述海面数传装置与所述铠装缆在相对旋转状态时电能和信号的传输；所述海面承重加强件用于对所述铠装缆进行加强。

可选的，所述海底连接件包括海底万向节和海底承重加强件；所述海底万向节将所述铠装缆与所述声学释放器机械连接，所述海底承重加强件用于对所述铠装缆进行加强。

可选的，所述铠装缆包括缆芯、内护层、铠装层和外护层；

所述内护层包覆于所述缆芯外；所述铠装层包覆于所述内护层外；所述外护层包覆于所述铠装层外；所述铠装层为钢丝，所述外护层为防水结构层。

可选的，所述光伏供能装置包括太阳能电池板、蓄电池、电源管理装置和电池密封舱；

所述太阳能电池板、所述蓄电池和所述电源管理装置均设置在所述电池密封舱内；

所述太阳能电池板在白天将太阳能转换为电能并存储到所述蓄电池内；所述电源管理装置与所述蓄电池连接，用于对所述蓄电池的充电和放电进行控制。

可选的，所述浮体的表面喷涂有抗生物附着材料。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的卫星传输海底地震探测装置，通过海底地震仪实时采集海底振动信号，并将海底振动信号依次通过海底数传装置、铠装缆、海面数传装置和海面卫星收发装置发送到岸基实验室实现海底振动信号的实时探测。因此本发明的卫星传输海底地震探测装置，能够用于地震信号的实时检测和传输，从而实现地震灾害和海啸等灾害的预警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的整体结构框图；

图2为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的海面卫星收发装置、光伏供能装置、浮体和塔架的结构框图；

图3为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的海面数传装置和海底数传装置的结构与连接框图；

图4为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的海面连接件的结构图；

图5为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的海底地震仪的结构框图；

图6为卫星传输海底地震探测装置实施例中海底地震仪位于底锚重块内部时的分布结构图；

图7为卫星传输海底地震探测装置实施例中海底地震仪与底锚重块相对独立时时的分布结构图；

图8为卫星传输海底地震探测装置实施例中多个海底地震仪与底锚重块相对独立时时的分布结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种卫星传输海底地震探测装置，使得海底地震仪既可以用于海底结构探测，也可以用于地震灾害及海啸预警；而且探测装置可以自主供能、长时序、无值守工作；而且海底地震仪可以接收海面卫星授时秒脉冲，解决时钟漂移问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的整体结构框图。

图2为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的海面卫星收发装置、光伏供能装置、浮体和塔架的结构框图。

图3为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的海面数传装置和海底数传装置的结构与连接框图。

图4为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的海面连接件的结构图。

图5为本发明卫星传输海底地震探测装置实施例的海底地震仪的结构框图。

参见图1至图5，该卫星传输海底地震探测装置，包括：海底设备2和海面设备1，所述海底设备2布放于海底；所述海面设备1漂浮于海面；所述海底设备2与所述海面设备1通过锚系3连接。

所述海面设备1包括海面卫星收发装置101和海面数传装置102；所述锚系3包括铠装缆301、水中浮体304、海面连接件302和海底连接件303；所述海底设备2包括海底地震仪201、海底数传装置202、底锚重块203和声学释放器204。

海面设备1：

所述海面卫星收发装置101与所述海面数传装置102通信连接，所述海面数传装置102与所述铠装缆301连接；所述海面卫星收发装置101用于通过卫星与岸基实验室通信；所述海面卫星收发装置101，可以将海底地震仪201采集的地震数据、海底地震仪201状态数据通过卫星发送至岸基实验室。所述海面数传装置102用于将海面卫星收发装置101发送过来的数据进行编码并发送给所述海底设备2和将由所述海底设备2传送过来的数据进行解码并发送给所述海面卫星收发装置101。

所述海面卫星收发装置101，包括卫星天线1011、卫星数据收发器1012、收发器密封舱1013。

所述卫星天线1011、卫星数据收发器1012，可以是铱星、北斗卫星、丝路卫星等目前通用卫星数据收发设备中的一种或者多种组合。

本发明所述收发器密封舱1013，用于承载卫星收发器，免受海水侵蚀。

作为一种可选的实施方式，所述海面设备1还包括光伏供能装置103、浮体104和塔架105。

所述海面数传装置102和所述塔架105均设置在所述浮体104上，所述光伏供能装置103和所述海面卫星收发装置101均设置在所述塔架105上。

所述光伏供能装置103与所述海面数传装置102连接；所述海面数传装置102还用于对所述光伏供能装置103提供的电能进行升压，所述海底数传装置202还用于对所述铠装缆301传输的电能进行降压。

作为一种可选的实施方式，所述海面数传装置102包括海面电压转换器1021、海面数据转换装置1022、海面卫星授时秒脉冲转换装置1023和海面数传密封舱1024。

所述海面电压转换器1021、所述海面数据转换装置1022和所述海面卫星授时秒脉冲转换装置1023均设置在所述海面数传密封舱1024内。所述海面数传密封舱1024可以使所述海面电压转换器1021、所述海面数据转换装置1022和所述海面卫星授时秒脉冲转换装置1023免受海水侵蚀。

所述海面电压转换器1021用于将光伏供能装置103产生的低电压电源或低电压直流电源通过dc/dc升压器升压。经过升压可以降低电缆长距离传输损耗。光伏供能装置103提供的低电压直流电源的电压为12vdc，经过海面电压转换器1021后，电压提升至48vdc或者更高。

所述海面数据转换装置1022用于将海面卫星收发装置101发送过来的数据进行编码并通过所述铠装缆301发送给所述海底设备2和将由所述海底设备2通过铠装缆301传送过来的数据进行解码并发送给所述海面卫星收发装置101。

所述海面卫星授时秒脉冲转换装置1023用于将所述海面卫星收发装置101接收的卫星授时秒脉冲经过放大和变换后通过所述铠装缆301传输至所述海底设备2。

作为一种可选的实施方式，所述光伏供能装置103包括太阳能电池板1031、蓄电池1032、电源管理装置1033和电池密封舱1034。

所述太阳能电池板1031、所述蓄电池1032和所述电源管理装置1033均设置在所述电池密封舱1034内。所述电池密封舱1034用于使所述太阳能电池板1031、所述蓄电池1032和所述电源管理装置1033免受海水的侵蚀。

太阳能电池板1031可以是一块或者多块组合。所述太阳能电池板1031在白天将太阳能转换为电能并存储到所述蓄电池1032内。所述蓄电池1032可以是一块或者多块组合，蓄电池1032为海面设备1和海底设备2供电。所述电源管理装置1033与所述蓄电池1032连接，用于对所述蓄电池1032的充电和放电进行控制，避免蓄电池1032过冲和过放，提高电池寿命。

作为一种可选的实施方式，所述浮体104的表面喷涂有抗生物附着材料。所述浮体104总排水量大于或等于4吨。

锚系3：

所述海面连接件302和所述海底连接件303分别连接到所述铠装缆301的两端，所述水中浮体304位于所述铠装缆301的靠近所述海底连接件303的一侧；所述水中浮体304在水中可以为所述铠装缆301抵消部分重量，从而防止过长的铠装缆301着地。所述水中浮体304由高分子泡沫材料制成，比重小，吸水率低，耐腐蚀，耐碰撞。所述海面连接件302将所述铠装缆301与所述海面设备1机械连接，所述海底连接件303将所述声学释放器204与所述铠装缆301机械连接。

作为一种可选的实施方式，所述海面连接件302包括海面万向节3021、承重电滑环3022和海面承重加强件3023。

所述海面万向节3021、所述承重电滑环3022和所述海面承重加强件3023从上至下依次设置；所述海面万向节3021将所述浮体104与所述承重电滑环3022机械连接；所述承重电滑环3022用于保证所述海面数传装置102与所述铠装缆301在相对旋转状态时电能和信号的传输；所述海面承重加强件3023用于对所述铠装缆301进行加强，避免由于反复折弯、过度弯曲导致的铠装缆301损坏。

作为一种可选的实施方式，所述海底连接件303包括海底万向节和海底承重加强件；所述海底万向节将所述铠装缆301与所述声学释放器204机械连接，所述海底承重加强件用于对所述铠装缆301进行加强。

作为一种可选的实施方式，所述铠装缆301包括缆芯、内护层、铠装层和外护层。所述缆芯为多芯电缆或多芯电缆与多芯光缆组成的光电复合缆。

所述内护层包覆于所述缆芯外；所述铠装层包覆于所述内护层外；所述外护层包覆于所述铠装层外；所述铠装层为钢丝，钢丝铠装可以提高抗拉和抗磨性能。所述外护层为防水结构层，从而能够保护铠装层免受海水侵蚀。

作为一种可选的实施方式，所述铠装缆301安全工作负荷大于或等于2吨，最大工作负荷大于或等于4吨，破断力大于或等于8吨重物所产生的拉力。

海底设备2：

所述海底地震仪201与所述海底数传装置202通信连接，所述海底数传装置202与所述铠装缆301连接，所述声学释放器204将所述锚系3与所述底锚重块203机械连接；所述底锚重块203沉于海底，所述海底地震仪201用于探测海底振动信号和海水振动信号。所述底锚重块203用于将所述海底地震仪201固着于海底，底锚重块203在水中重量应不小于海面浮体104最大排水量。

当海底设备2回收时，海面调查船发送声学释放命令，声学释放器204释放，铠装缆301与底锚重块203分离。

作为一种可选的实施方式，所述声学释放器204为法国ixsea公司的oceano5000型声学释放器204，工作载荷5吨，测试载荷10吨。

作为一种可选的实施方式，所述底锚重块203为中空圆台结构，所述海底数传装置202位于所述底锚重块203的内部，海底地震仪201可以位于底锚重块203的内部，还可以位于外部。所述底锚重块203的重量不小于4吨。

作为一种可选的实施方式，所述海底数传装置202包括海底电压转换器2021、海底数据转换装置2022、海底卫星授时秒脉冲转换装置2023和海底数传密封舱2024。

所述海底电压转换器2021、所述海底数据转换装置2022和所述海底卫星授时秒脉冲转换装置2023均设置在所述海底数传密封舱2024内。

所述海底电压转换器2021用于将由所述铠装缆301输送到海底的直流电源通过dc/dc降压器降压。铠装缆301输送的直流电源电压为48vdc或者更高，经过海底电压转换器2021转换后，电压降至12vdc。

所述海底数据转换装置2022用于将所述海底地震仪201发送过来的数据进行编码并通过所述铠装缆301发送给所述海面设备1和将由所述海面设备1通过铠装缆301传送过来的数据进行解码并发送给所述海底地震仪201。

所述海底卫星授时秒脉冲转换装置2023用于将由所述铠装缆301传输至海底的卫星授时秒脉冲经过变换后发送给所述海底地震仪201。

作为一种可选的实施方式，所述海底地震仪201包括耐压舱体2015、三分量地震传感器2011、水听器2012、四分量地震数据采集存储装置2013、可充电电池组2014和沉耦架2016；

所述三分量地震传感器2011、所述水听器2012、所述四分量地震数据采集存储装置2013和所述可充电电池组2014均设置在所述耐压舱体2015内；所述沉耦架2016用于支撑所述耐压舱体2015；所述耐压舱体2015为耐压玻璃舱球，耐压不小于60mpa。所述沉耦架2016可以与海底表面进行良好的耦合，保证海底地震仪201可以接收到地震信号。

所述三分量地震传感器2011和所述水听器2012的输出端均与所述四分量地震数据采集存储装置2013连接，所述三分量地震传感器2011用于接收天然地震或人工地震导致的海底振动信号，所述水听器2012用于接收天然地震或人工地震导致的海水振动信号，所述四分量地震数据采集存储装置2013用于将所述海底振动信号和所述海水振动信号进行模数转换、存储并实时传输到所述海底数传装置202；

所述可充电电池组2014通过所述铠装缆301与所述光伏供能装置103连接，用于在白天接收所述光伏供能装置103提供的电能；所述可充电电池组2014用于为三分量地震传感器2011、所述水听器2012和所述四分量地震数据采集存储装置2013供电。

本发明的卫星传输海底地震探测装置工作方式如下：

海面设备1用于实时接收海底地震仪201的数据，并将接收到海底地震仪201数据通过卫星传输的方式发送给岸基卫星接收终端；光伏供能装置103通过太阳能板为海面卫星收发装置101和海面数传装置102提供电源，并通过铠装缆301向海底数传装置202、海底地震仪201传输电能。

岸基卫星接收终端接收卫星发送的海底地震仪201数据，将海底地震仪201数据以文件方式存储、以图形方式显示。

本发明的海底地震仪201具有阈值触发功能，在监测到海底活动产生的地震波动达到预设阀值时，海底地震仪201自动启动数据传输。海底地震仪201数据经过海底数传装置202到达铠装缆301，铠装缆301将数据传输至海底数传装置202，海底数传装置202将数据发送给海面卫星收发装置101，海面卫星收发装置101接收到海底地震仪201数据后自动启动卫星数据传输，岸基实验室可以准实时收到地震数据。

图6为卫星传输海底地震探测装置实施例中海底地震仪201位于底锚重块203内部时的分布结构图。

参见图6，底锚重块203作为一个保护罩，保护罩为中空结构，将海底地震仪201置于保护罩之内。海底设备2进行海底布放时，将底锚重块203、海底地震仪201作为一个整体同时布放于海底。

设备开始正常、无值守工作。

设备回收时，声学释放器204动作(脱钩)，底锚重块203与海底数传装置202机械脱离，将海底数传短接、海底地震仪201回收，将底锚遗留海底不回收。

海底地震仪201与底锚重块203之间是通过高强度金属丝(例如铍铜丝)连接的，金属丝可以承载几十公斤的拉力。海底地震仪201只有20kg左右重量，而底锚重块203重达4吨。布放时，金属丝可以完全承受海底地震仪201的重量；回收时，由于需要承载数吨的重量，金属丝超过拉力极限而崩断，海底地震仪201与底锚重块203分离。

图7为卫星传输海底地震探测装置实施例中海底地震仪201与底锚重块203相对独立时时的分布结构图。

参见图7，底锚重块203与海底地震仪201相对独立，底锚重块203与海底地震仪201之间有10m-100m左右的距离，两者之间使用缆线连接。

布放时，底锚重块203与海底地震仪201各自分别下放到海底，两者均着底后，使用遥控无人潜水器(remoteoperatedvehicle，rov)将底锚重块203与海底地震仪201用缆线连接起来。

设备开始正常、无值守工作。

回收时，可以不需要使用rov，声学释放器204动作(脱钩)，底锚重块203与海底数传短接机械脱离，将海底数传短接、海底地震仪201回收，将底锚遗留海底不回收。

海底地震仪201与底锚重块203之间是通过高强度金属丝(例如铍铜丝)连接的，金属丝可以承载几十公斤的拉力。海底地震仪201只有20kg左右重量，而底锚重块203重达4吨。布放时，金属丝可以完全承受海底地震仪201的重量；回收时，由于需要承载数吨的重量，金属丝超过拉力极限而崩断，海底地震仪201与底锚重块203分离。

图8为卫星传输海底地震探测装置实施例中多个海底地震仪201与底锚重块203相对独立时时的分布结构图。

参见图8，底锚重块203与海底地震仪201相对独立，海底地震仪201有多台，各台地震仪的频率响应、灵敏度不同，例如可以分别是宽频地震仪、高频地震仪、强震仪。底锚重块203与海底地震仪201之间有10m-100m左右的距离，底锚重块203与各海底地震仪201之间使用缆线连接。

布放时，底锚重块203与海底地震仪201各自分别下放到海底，两者均着底后，使用rov将底锚重块203与海底地震仪201用缆线连接起来。

设备开始正常、无值守工作。各台地震仪的频率响应、灵敏度不同，对不同地震的响应不同，可以互为补充、互为备份。例如，宽频地震仪频带宽、灵敏度高，用于对远震产生的低频信号进行采集；高频地震仪频带窄、灵敏度稍低，用于对近震产生的高频信号进行采集，但难以采集到远震低频信号；强震仪的灵敏度低，主要对较大震级的近震信号进行采集，较大震级的近震可能会高于高灵敏度的宽频地震仪和高频地震仪的限幅电平，导致高灵敏度的宽频地震仪和高频地震仪信号失真甚至故障。

回收时，声学释放器204动作(脱钩)，底锚重块203与海底数传短接机械脱离。使用rov，将海底数传短接、多台海底地震仪201分别回收，将底锚遗留海底不回收。

海底地震仪201与底锚重块203之间是通过高强度金属丝(例如铍铜丝)连接的，金属丝可以承载几十公斤的拉力。海底地震仪201只有20kg左右重量，而底锚重块203重达4吨。布放时，金属丝可以完全承受海底地震仪201的重量；回收时，由于需要承载数吨的重量，金属丝超过拉力极限而崩断，海底地震仪201与底锚重块203分离。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明的卫星传输海底地震探测装置，通过海底地震仪201实时采集海底振动信号，并将海底振动信号依次通过海底数传装置202、铠装缆301、海面数传装置102和海面卫星收发装置101发送到岸基实验室实现海底振动信号的实时探测。因此本发明的卫星传输海底地震探测装置，能够用于地震信号的实时检测和传输，从而实现地震灾害和海啸等灾害的预警。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。