伞降式地震仪及地震台阵布设方法与流程

本发明属于地震探测技术领域，涉及一种地震探测装置，特别是涉及一种伞降式地震仪，以及一种采用该伞降式地震仪的地震台阵布设方法。

背景技术：

近年来，基于地震台阵的地震类方法发展迅速，已广泛应用于全球和区域地球内部结构研究、地震地质灾害预测及油气田勘探开发等领域。传统的地震台阵布设方式通常为在待探测区域人工逐一布设地震仪，然而在荒漠戈壁、雪域高原等环境复杂恶劣地区，受人类生存条件和道路交通限制，地震台阵布设难度相当大，常常危及相关人员生命健康和安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种环境适应能力强、布设安全快捷高效、测量准确度高的的伞降式地震仪，以及采用该伞降式地震仪的地震台阵布设方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种伞降式地震仪，包括内部设有地震数据测量与记录装置、通信装置和供电装置的本体1；所述本体1的顶部设有降落伞2，底部设有位置调节装置3。

进一步，所述伞降式地震仪还包括脱离机构4，所述降落伞2通过脱离机构4实现与本体1的连接与脱离。

进一步，所述脱离机构4包括电控锁扣41和分离弹簧42；所述电控锁扣41设置于本体1的顶部，所述降落伞2的伞基22通过锁定状态的电控锁扣41实现与本体1的连接固定；所述伞基22与电控锁扣41之间设有压缩蓄力的弹簧42；所述电控锁扣41由锁定状态转换为解锁状态时，电控锁扣41释放伞基22，伞基22在弹簧42的弹力作用下脱离本体1。

进一步，所述脱离机构4还包括运动状态感应器43，所述运动状态感应器43检测到所述伞降式地震仪降落至地面后，向电控锁扣41发出控制信号，控制电控锁扣41由锁定状态转换为解锁状态。

进一步，所述位置调节装置3包括方位角调节装置31和水平调节装置32；所述方位角调节装置31包括圆盘形的底座311和设置于底座311上部的圆柱形的旋转座312，所述底座311和旋转座312通过轴承313同轴连接；所述旋转座312的底部设有与旋转座312同轴且固定连接的齿轮盘314，所述底座311上设有电机315，所述电机315的输出端设有与齿轮盘314啮合的小齿轮；在电机315的驱动下，小齿轮与齿轮盘314啮合传动，从而带动所述旋转座312相对于底座311同轴转动；所述水平调节装置32为设置在所述底座311底部的伸缩支架321，所述伸缩支架321的数量为3个以上。

进一步，所述伸缩支架321为多段式液压结构。

进一步，所述位置调节装置3还包括水平仪、gps和控制系统，用于检测本体1的倾斜状态和方位角，并驱动电机315和伸缩支架321动作，以实现对所述伞降式地震仪本体1的倾斜状态和方位角进行调节。

本发明还采用了如下技术方案：

一种地震台阵布设方法，采用权利要求1至7中任一权利要求所述的伞降式地震仪，包括以下步骤：（1）通过飞行平台6搭载所述伞降式地震仪7，飞抵勘探区域5上空；（2）根据地震台阵布设形状要求，投放所述伞降式地震仪7；（3）所述伞降式地震仪7落地后，伞降式地震仪的降落伞2与本体1分离；（4）自动调节伞降式地震仪7本体1的倾斜状态和方位角。

进一步，所述步骤（2）中确保投放的伞降式地震仪满足地震台阵布设形状要求的方法为：所述投放的多个伞降式地震仪7之间采用支撑结构8进行连接。

进一步，所述支撑结构8为非刚性支撑结构。

本发明一种伞降式地震仪及地震台阵布设方法，通过航空抛撒式布设取代传统的人工地面布设，突破了道路交通限制和施工环境限制，能够在荒漠戈壁、高山雪原等无人区开展地震台阵布设工作，降低了野外施工风险，工作效率高。采用了伞降式地震仪，具有伞降和自动脱伞功能，在对地震仪提供缓冲降落功能的同时，还可防止降落伞覆盖在地震仪本体或在风力的作用下造成地震仪姿态不稳定；具有倾斜状态和方位角自动调节功能，从而提高地震测量的准确性。

附图说明

图1是本发明一种伞降式地震仪的整体结构示意图;

图2是本发明一种伞降式地震仪的脱离机构的局部剖视图；

图3是本发明一种伞降式地震仪的方位角调节装置的主视图；

图4是本发明一种伞降式地震仪的方位角调节装置的俯视图；

图5是本发明一种伞降式地震仪的水平调节装置的主视图；

图6是本发明一种伞降式地震仪的水平调节装置的俯视图；

图7是本发明一种地震台阵布设方法的整体流程示意图；

图8是本发明一种地震台阵布设方法的工作效果图；

图9是本发明一种地震台阵布设方法的多个伞降式地震仪组合结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1至9，进一步说明本发明一种伞降式地震仪及地震台阵布设方法的具体实施方式。本发明一种伞降式地震仪及地震台阵布设方法不限于以下实施例的描述。

实施例1：

本实施例给出一种伞降式地震仪的具体结构，如图1所示，包括整体为圆柱形的本体1，本体1内部设有用于地震测量的核心部件，包括地震数据测量与记录装置、通信装置和供电装置（优选太阳能电池与锂电池的组合供电装置），这些装置均采用地震测量领域已有的成熟技术。优选的，所述本体1采用具有防水风尘功能的金属或塑料壳体结构，对内部设备进行保护，以满足在野外自然环境中使用的需求。为了满足空投伞降需求，所述地震仪本体1的顶部设有降落伞2，底部设有位置调节装置3。采用降落伞2的目的在于确保地震仪平缓的降落在地面上，减小着陆时地面对地震仪造成的冲击；采用位置调节装置的目的，是自动调节本体1的倾斜角度和水平方向，从而适应高低不同的地面环境，提高地震仪测量精度。

如图2所示，所述降落伞2包括伞体21和伞基22；所述伞降式地震仪还包括脱离机构4。所述降落伞2通过脱离机构4实现与本体1的连接与脱离，其目的一方面在于避免降落伞覆盖在本体1上方，导致太阳能电池板失效；另一方面还在于若不将降落伞与本体1分离，在风力的作用下，将导致降落伞2的伞体21鼓风并牵动本体1移动，从而导致地震仪功能失效。

如图3和图4所示，作为一种具体的实施方式，所述脱离机构4包括电控锁扣41、分离弹簧42和运动状态感应器43。所述电控锁扣41设置于本体1的顶部，所述伞基22向下设有延伸端，延伸端底部的挂钩深入电控锁扣41内部，在锁定状态时可以勾住电控锁扣41的锁舌，从而，所述降落伞2的伞基22通过锁定状态的电控锁扣41实现与本体1的连接固定。所述伞基22与电控锁扣41之间设有压缩蓄力的弹簧42；所述电控锁扣41由锁定状态转换为解锁状态时，电控锁扣41的锁舌通过电磁装置驱动收回，以释放伞基22延伸端底部的挂钩，从而释放伞基22，伞基22在弹簧42的弹力作用下带动降落伞2同时脱离本体1。所述运动状态感应器43的主要作用在于，当检测到所述伞降式地震仪降落至地面后，向电控锁扣41发出控制信号，控制电控锁扣41由锁定状态转换为解锁状态。所述运动状态感应器4可采用多种结构，例如，采用基于加速度检测装置的结构，当检测到地震仪由失重状态转变为静止状态时，即认为地震仪已经落地；或者，也可采用更为简洁的机电式结构，具体例如空中失重状态时通过弹簧使两个电极分离，落地后电极在重力作用下压缩弹簧并闭合，从而形成控制信号；也可以采用基于定时模式的结构，即从空中投放地震仪之后进行计时，当延时一定时长之后（需确保地震仪已经落到地面），控制电控锁扣41动作。

如图5和图6所示，作为一种具体的实施方式，所述位置调节装置3包括方位角调节装置31和水平调节装置32；所述方位角调节装置31包括圆盘形的底座311和设置于底座311上部的圆柱形的旋转座312，所述底座311和旋转座312通过轴承313同轴连接；所述旋转座312的底部设有与旋转座312同轴且固定连接的齿轮盘314，所述底座311上设有电机315，所述电机315的输出端设有与齿轮盘314啮合的小齿轮；在电机315的驱动下，小齿轮与齿轮盘314啮合传动，从而带动所述旋转座312相对于底座311同轴转动；所述水平调节装置32为设置在所述底座311底部的伸缩支架321，所述伸缩支架321的数量为3个。作为一种优选的实施方式，所述伸缩支架321为多段式液压结构。所述位置调节装置3还包括水平仪、gps和控制系统，用于检测本体1的倾斜状态和方位角，并驱动电机315和伸缩支架321动作，以实现对所述伞降式地震仪本体1的倾斜状态和方位角进行调节，从而确保地震仪处于最佳工作状态。水平调节装置32的工作过程如下：地震仪落地完成自检以后，水平仪开机工作，控制系统根据水平仪反馈的数据计算水平偏差；然后，水平偏差再换算成三个支架的伸缩调节量；液压油泵根据伸缩量进行伸缩调节；调节完毕后，水平仪进行复检，如果未达到水平误差则进行下一次水平调节，达到水平误差要求则完成水平调节。地震仪完成水平调节以后，gps开机工作，控制系统根据gps反馈的方位角数据计算方位角偏差；然后，方位角偏差再换算成调节转盘的旋转量；转向电机根据旋转量进行方位角调节；调节完毕后，gps进行复检，如果未达到方位角误差则进行下一次方位角调节，达到方位角误差要求则完成方位角调节。

实施例2：

本实施例给出一种采用实施例1所述伞降式地震仪的地震台阵布设方法，如图7至图8所示，包括以下步骤：

（1）根据勘探目标预先设定勘探区域；通过飞行平台6搭载所述伞降式地震仪7，飞抵勘探区域5上空；

（2）根据地震台阵布设形状要求，投放所述伞降式地震仪7；通过伞降的方式，可以充分利用降落伞的阻力保证地震台阵落地方向，从而减小地震台阵下落时的速度，降低地震台阵接触地面时的冲击力；

（3）所述伞降式地震仪7落地后，伞降式地震仪的降落伞2在脱离机构4的作用下与本体1分离；防止降落伞覆盖在地震仪上；

（4）地震仪开机自检后，自动调节伞降式地震仪7本体1的倾斜状态和方位角；水平仪开机工作，处理模块计算水平偏差量，换算成支撑架伸缩量，通过液压油泵调节支架伸缩进行水平调节，调节完毕水平仪再次复检，达到误差要求结束水平调节；水平调节完成后进入方位角调节，gps系统开机工作，处理模块计算方位角偏差，再换算成转盘角度调节量，控制调节电机进行调节，达到误差要求结束方位角调节；

（5）倾斜状态和方位角调节完成后，地震检波器开始工作，通信系统开始工作，实时记录并传输地震数据。

在地面基于地震台阵的被动源的地震数据采集中，为了减少单台地震仪采集数据带来的误差或错误，往往在单点采用多台地震仪进行组合测量仪保证结果的准确性。如图9所示，为确保所述步骤（2）中投放的伞降式地震仪满足地震台阵布设形状要求，所述投放的多个伞降式地震仪7之间采用非刚性支撑结构8进行连接。所述非刚性支撑结构8可以是具备一定弹性和支撑性的结构，例如在外力作用下可弯曲钢丝条或塑料杆等。组合的地震仪从飞行器平台释放后，在空中借助支撑结构的支撑力逐渐散开，形成一定的组合形态，落地后即实现了多台地震仪特定形状的组合。这种形状组合不局限于图9所示的三角形，也可以是其他必要的形状。

以上内容是结合具体的优选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。