專利名稱：單艙球組合式寬頻帶海底地震儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明單艙球組合式海底地震儀涉及海底天然地震觀測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所是我國研制海底地震儀的主要單位，承擔(dān)了國內(nèi)絕大多數(shù)的海底地震儀研制任務(wù)。十一五”期間在財(cái)政部支持的國家重大科研裝備研制專項(xiàng)中，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所自主研制的七通道多功能寬帶海底地震儀打破了國外對我國海底寬頻帶地震儀的壟斷，并在南海、黃海、渤海進(jìn)行了成功地應(yīng)用，取得了大量的寶貴的科學(xué)數(shù)據(jù)。2009年4月，利用我們自主研制的寬帶海底地震儀，我國首次在深水海區(qū)(4300米)記錄到天然地震數(shù)據(jù)。目前以美國為代表的發(fā)達(dá)國家已經(jīng)普遍在進(jìn)行海底天然地震觀測，對海底數(shù)字地震儀性能指標(biāo)的要求也越來越高。經(jīng)國外的長期研究發(fā)現(xiàn)，工作在海水環(huán)境中的海底地震儀與在地面上工作時(shí)存在較大的差異。天然地震信號的頻率在0. Ol-IOHz之間，海底地震儀與海床的耦合情況對地震觀測的數(shù)據(jù)質(zhì)量有非常明顯的影響，同時(shí)海水的涌動對儀器工作時(shí)記錄的水平信號產(chǎn)生很大影響。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面(1)海底地震儀對海床的壓強(qiáng)越小，耦合的情況越好，換言之，儀器的密度與海水密度越接近，記錄效果越好。(2)由于海床的振動與海水的運(yùn)動不一致，海底地震儀在記錄信號時(shí)會受到由此產(chǎn)生的附加力矩的影響，儀器的高度越高等效的附加力臂越長，影響越顯著。我們前期發(fā)明的海底地震儀將地震計(jì)置于玻璃艙球內(nèi)部，玻璃艙球通過塑料外罩與沉耦架耦合，沉耦架與地面耦合。通過層層耦合，海水的影響被艙殼、沉耦架等相關(guān)部件放大。很難保證足夠的耦合強(qiáng)度，會對天然地震記錄帶來很大的不利影響。實(shí)際應(yīng)用證實(shí)該結(jié)構(gòu)具有顯著的缺陷。美國的 Woods Hole Oceanogaphic Institution(WHOI)禾口 Scripps Institution of Oceanography (SIO)(對大陸禁運(yùn))其姿控寬帶地震計(jì)設(shè)計(jì)采用懸臂梁外掛地震計(jì)的方式，使得地震計(jì)直接工作在海床上(見圖6)。為了遠(yuǎn)離錨體和浮球，懸臂梁需要一定的長度，避免外在條件對其產(chǎn)生扭矩影響，地震計(jì)放在一個(gè)獨(dú)立的艙球中。為了提供足夠的浮力必須采用多球結(jié)構(gòu)G至8個(gè)艙球)，使得其重量達(dá)到了數(shù)百公斤以上，制作成本也大大增加，單臺的價(jià)格接近100萬元。同時(shí)其海上投放回收的施工的難度也有所增加。綜上所述，目前國內(nèi)我們前期研制的海底地震儀采用地震計(jì)安裝在玻璃艙球內(nèi)的一體化結(jié)構(gòu)，不能很好的抵御海水流動對其的沖擊，記錄信號失真嚴(yán)重。而國外的寬帶海底地震儀的結(jié)構(gòu)由于重量與成本的原因，并不適合于我國目前的經(jīng)濟(jì)條件與觀測條件。本發(fā)明針對目前國內(nèi)所使用的海底地震儀的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新，設(shè)計(jì)了地震計(jì)密封艙掛接于海底地震儀底部的連接方式，在完善儀器的性能指標(biāo)方面有很大提高。我國領(lǐng)海中四大海區(qū)中除南海以外，渤海、黃海、東海的平均水深都小于100米，在這種淺海海底環(huán)境下進(jìn)行天然地震觀測盡量消除海水流動帶來的不利影響是觀測的最為關(guān)鍵的關(guān)鍵技術(shù)。本申請就是針對此項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研制的海底地震觀測裝備，在我國的廣闊領(lǐng)海具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，是在前期研制的寬帶海底地震儀的基礎(chǔ)上，對地震計(jì)的安裝方式進(jìn)行了創(chuàng)新與改進(jìn)，地震計(jì)可以獨(dú)立地與海底耦合，在完善儀器的性能指標(biāo)方面有很大的提高。并且擴(kuò)展了儀器的通用性和組裝的互配性。工作量上有了大幅度的縮減，測試和應(yīng)用的操作更加簡單方便，可以滿足海洋科學(xué)研究與深水油氣探測的需要。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，包括功能艙、地震計(jì)艙、脫鉤機(jī)構(gòu)、沉耦架； 其沉耦架為框狀，中心設(shè)有剛性圓環(huán)，圓環(huán)以四根鋼梁呈十字狀與邊框固接，鋼梁和邊框固接處設(shè)有導(dǎo)流筒；導(dǎo)流筒為兩端開口的通筒，固接于邊框上；邊框上表面設(shè)有多個(gè)鋼爪，每個(gè)鋼爪有一拉緊螺栓；地震計(jì)艙包括保護(hù)罩、地震計(jì)密封艙，地震計(jì)密封艙內(nèi)有常平機(jī)構(gòu)和地震計(jì)，鐘狀保護(hù)罩，開口向下，開口邊緣與剛性圓環(huán)上表面連接；功能艙下端與保護(hù)罩頂端外表面固接；地震計(jì)密封艙上端以多根線纜懸吊于保護(hù)罩頂端內(nèi)表面，地震計(jì)密封艙下端掉出保護(hù)罩開口，與導(dǎo)流筒底端平齊；保護(hù)罩開口直徑與沉耦架中心剛性圓環(huán)直徑相適配；脫鉤機(jī)構(gòu)位于功能艙上端，以可熔斷拉緊鋼絲與沉耦架邊框固接，將功能艙、保護(hù)罩定位于沉耦架中心剛性圓環(huán)上表面；功能艙與地震計(jì)之間，以水密電纜電連接，水密電纜分別穿過功能艙、保護(hù)罩、地震計(jì)密封艙側(cè)壁。所述的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，其所述功能艙和保護(hù)罩之間，是由多根螺栓固接。所述的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，其所述沉耦架的導(dǎo)流筒，直徑120mm，高度150mm，在儀器下沉過程中對海水進(jìn)行導(dǎo)流，使得儀器在下沉?xí)r盡量保持垂直姿態(tài)，控制下沉速度，確保儀器可以平穩(wěn)著地；若海底地面為硬質(zhì)地面，剛性的沉耦架可與地面很好的耦合，若海底為軟質(zhì)沙地，則導(dǎo)流筒部位因壓強(qiáng)大，陷入到軟底中，成為儀器在海底工作中很好的抗底流基座，抵御橫向海水流動的沖擊，而接近儀器底部的時(shí)候沉耦架的面積變大， 避免了儀器整體繼續(xù)下陷的可能性。所述的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，其所述功能艙和地震計(jì)艙為獨(dú)立單元， 功能艙記錄地震信號、監(jiān)測地震計(jì)的工作狀態(tài)，為海底地震儀提供釋放信號，完成儀器自動上浮指令的發(fā)送和接收；地震計(jì)密封艙內(nèi)部裝有寬頻帶地震計(jì)或高頻檢波器等不同頻帶的地震計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同需求的海底地震觀測；兩者分開組裝的方式，可實(shí)現(xiàn)交換式組裝，縮短裝配時(shí)間，減少封球次數(shù)，為大規(guī)模生產(chǎn)海底地震儀縮短了生產(chǎn)周期，減少了工作量。本發(fā)明采用地震計(jì)與海底直接接觸的耦合方式，優(yōu)化耦合性能，減少了由于海水涌動引起的水平信號失真；可實(shí)現(xiàn)多用途海底地震探測。與國外多艙球的同類產(chǎn)品相比，結(jié)構(gòu)有顯著不同，在重量、體積、成本方面有顯著優(yōu)勢。


圖1為本發(fā)明的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀剖視圖；圖2為本發(fā)明的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀脫鉤機(jī)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀脫鉤機(jī)構(gòu)的熔斷鋼絲繞線示意圖；圖4為本發(fā)明的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀總結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀沉耦架示意圖；圖6為國外海底地震儀結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，包括功能艙、地震計(jì)艙、脫鉤機(jī)構(gòu)和沉耦架，功能艙的玻璃艙球頂部裝有水聲壓力傳感器，內(nèi)部裝有組合電源、水聲通訊模塊、無線信標(biāo)機(jī)、GPS、電子羅盤等。功能艙的玻璃艙球頂部裝有水聲壓力傳感器，內(nèi)部裝有組合電源、水聲通訊模塊、無線信標(biāo)機(jī)、GPS、電子羅盤等，均可在外部調(diào)試完畢，組裝一體放入玻璃艙球內(nèi)，塑料艙殼分為上下半艙，通過螺栓壓緊內(nèi)部的玻璃艙球，玻璃艙球也分為上下半球，接縫處通過膠泥密封，外部纏有3M膠帶保護(hù)膠泥，以達(dá)到密封效果，確保海底地震儀在海底長時(shí)間工作。脫鉤機(jī)構(gòu)固定在功能艙外部的塑料艙殼的上部與沉耦架通過耐腐蝕拉緊鋼絲連接，儀器回收時(shí)，通過海水電腐蝕原理熔斷鋼絲后，功能艙和地震計(jì)艙自然上浮回收。其中所述的海底地震儀，其所述的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一體化是功能艙內(nèi)部的電池組通過電池組上蓋的0型圈和電池組托盤的0型圈被壓緊在玻璃艙球內(nèi)來固定，在上下玻璃半球壓緊的過程中0型圈產(chǎn)生一定的壓縮量，并與玻璃內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦力，達(dá)到固定電池組的目的，使得電池組不易側(cè)歪和松動。這種安裝固定方式，避免了以往在固定內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)使用與玻璃球內(nèi)壁用粘合劑粘接的方式，造成的玻璃球內(nèi)壁破損的現(xiàn)象發(fā)生。電池組上蓋留有螺紋孔，用于固定控制板，控制板完成對電池組的充電功能，控制板上面焊接有姿態(tài)傳感器、無線信標(biāo)機(jī)、羅盤等檢測模塊，用于監(jiān)測儀器艙內(nèi)地震計(jì)的工作狀態(tài)。水聲電路控制板固定在玻璃艙球內(nèi)部頂端的螺栓下面，螺栓屬原裝玻璃艙球自帶，用于固定水聲壓力傳感器。電池組合和控制板均可在玻璃儀器艙球外進(jìn)行組裝、調(diào)試，然后將測試完成的整體器放進(jìn)玻璃艙球下半球內(nèi)，然后蓋上玻璃艙球上半球通過玻璃艙球擠壓0型圈來固定內(nèi)部裝置。寬頻帶地震計(jì)與常平機(jī)構(gòu)在艙殼外組裝在一起，通過螺栓固裝在地震計(jì)密封艙艙內(nèi)，地震計(jì)密封艙通過三根線纜掛接在保護(hù)罩端面，這種軟連接的方式使得地震計(jì)密封艙可以在海底工作時(shí)，脫離周圍部件的震顫帶來的不利影響。保護(hù)罩通過四根螺栓與功能艙的塑料艙殼下殼連接，電路部分通過水密電纜相連，使儀器能夠記錄天然地震信號和人工震源信號，并通過功能艙進(jìn)行釋放回收等控制功能。所述的海底地震儀，其所述的組合式安裝方式是功能艙和地震計(jì)艙作為獨(dú)立單元，而不是集地震計(jì)和控制部分于一體都組裝在一個(gè)玻璃球內(nèi)，那樣不能實(shí)現(xiàn)不同地震計(jì)的互換，且裝配時(shí)間長，互配性差。這種組合式裝配方式，其電路部分通過水密電纜相連，功能艙主要功能是記錄地震信號、監(jiān)測地震計(jì)的工作狀態(tài)，為海底地震儀提供釋放信號，完成儀器自動上浮指令的發(fā)送和接收。作為獨(dú)立的功能艙，下部可以配有全姿態(tài)寬帶地震計(jì)或全姿態(tài)高頻檢波器等不同頻帶的地震計(jì)，均可以實(shí)現(xiàn)不同需求的海底地震觀測。地震計(jì)艙的保護(hù)罩通過螺栓固定在功能艙下面，組合成單艙球組合式海底地震儀，實(shí)現(xiàn)交換式組裝， 可以縮短裝配時(shí)間，減少封球次數(shù)，為大規(guī)模生產(chǎn)海底地震儀縮短了生產(chǎn)周期，減少了工作量。所述的海底地震儀，其所述沉耦架(見圖幻，采用表面附著防銹漆的鋼鐵材料焊接制成，在沉耦架中心焊接一圓環(huán)，用于放置海底地震儀，中心鏤空，使得地震計(jì)可以直接坐落在海底，與地面直接接觸。儀器在海底工作過程中，沉耦架為其提供穩(wěn)定的基座，減少被海底的污泥陷住的可能性。在沉耦架的四周焊接有四個(gè)直徑120mm，高度150mm的導(dǎo)流筒，在儀器下沉過程中對海水進(jìn)行導(dǎo)流，使得儀器在下沉?xí)r盡量保持垂直姿態(tài)，控制下沉速度，確保儀器可以平穩(wěn)著地。并為地震儀在海底工作提供穩(wěn)定的基座，儀器上浮后，沉耦架丟棄在海水中。請參閱圖1 圖5所示，為本發(fā)明的單艙球組合式海底地震儀結(jié)構(gòu)示意圖。其中， 塑料上殼1、塑料下殼2、螺栓3、地震計(jì)艙上蓋4、托盤5、弧形底座6、地震計(jì)7、水聲壓力傳感器8、真空氣嘴9、水聲電路控制板10、頻閃燈11、GPS天線12、正極13、鎖緊螺母14、壓絲墊片15、不銹鋼鏍柱16、鏍桿支撐板17、脫鉤滑塊18、繞絲釘19、不銹鋼吊鉤20、繞絲固定板21、負(fù)極22、負(fù)極保護(hù)套23、熔斷鋼絲24、電路控制板25、0型圈沈、電池組托板27、水密電纜28、電池組29、電池組上蓋30、拉緊鋼纜31、鋼爪32、碟形母33、導(dǎo)流筒34、拉緊螺栓 35、功能艙36、玻璃艙球37、膠泥38、常平機(jī)構(gòu)39、熔斷鋼絲熔斷點(diǎn)(兩處)40、塑料板41、 彈簧筒42、銷釘43、支撐柱44、地震計(jì)艙底45、配重環(huán)46、加固板47、地震計(jì)密封艙48、保護(hù)罩49、線纜50。本發(fā)明的單艙球組合式海底地震儀由功能艙36、地震計(jì)密封艙48、脫鉤機(jī)構(gòu)(見圖2)和沉耦架(見圖5)四部分組成。一、功能艙功能艙4是海底地震儀可回收部分，它是由外部的塑料艙殼和玻璃艙球組成，我們選用VITR0VEX公司生產(chǎn)的耐壓6000米水深的17英寸玻璃艙球，在水中可以提供25KG 的浮力。內(nèi)部固裝有組合電源、水聲通訊模塊、數(shù)據(jù)采集、無線信標(biāo)機(jī)、GPS、電子羅盤等，內(nèi)部裝置總重量不超過8KG。塑料艙殼分為上下半艙，通過螺栓壓緊內(nèi)部的玻璃艙球；玻璃艙球也分為上下半球，接縫處通過膠泥密封，外部纏有3M膠帶保護(hù)膠泥，以達(dá)到密封效果，確保海底地震儀在海底長時(shí)間工作，玻璃儀器艙球內(nèi)部主要包括(1)水聲通訊模塊(請參閱專利申請“七通道多功能海底地震儀”，申請?zhí)枮?200810117385. 4)接收甲板上發(fā)送的釋放指令碼，反饋給控制板，完成儀器上浮的控制指令發(fā)送。(2)采集器系統(tǒng)(請參閱專利申請“七通道多功能海底地震儀”，申請?zhí)枮?200810117385. 4)對地震計(jì)三個(gè)通道和水聲壓力傳感器進(jìn)行信號采集與存儲。其功耗僅有0. 2W，可以滿足長期海底觀測的需要。(3)組合電源海底地震儀電池采用鋰電池，每套儀器安裝12枚。內(nèi)置的電源管理模塊能實(shí)時(shí)地監(jiān)督電池的電能儲量，當(dāng)能量低于某一預(yù)定值，地震儀會關(guān)閉除了水聲通信之外的所有耗電設(shè)備，使地震儀在海底滯留一年以上的時(shí)間仍能正?；厥铡?4)數(shù)據(jù)提取(請參閱專利申請“七通道多功能海底地震儀”，申請?zhí)枮?200810117385. 4)OBS中內(nèi)嵌了 USB接口模塊與PC機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換，能在不打開艙球的前提下， 以較高的速度(2M字節(jié)/秒)實(shí)現(xiàn)OBS的數(shù)據(jù)提取。(5)無線數(shù)傳模塊(請參閱專利申請“七通道多功能海底地震儀”，申請?zhí)枮?200810117385. 4)無線數(shù)傳模塊其發(fā)射功率為1 5W，有效距離約5-10Km左右。定位精度可達(dá)數(shù)十米以內(nèi)。(6)頻閃燈(請參閱專利申請“七通道多功能海底地震儀”，申請?zhí)枮?200810117385. 4)當(dāng)儀器上浮時(shí)，頻閃燈在黑夜里能有效的指示儀器所在方位方便回收。光源采用發(fā)光效率高，穿透性較好的高亮度發(fā)光二極管。可以連續(xù)工作12小時(shí)以上。二、脫鉤機(jī)構(gòu)(請參閱專利申請“七通道多功能海底地震儀”，申請?zhí)枮?200810117385. 4)脫鉤機(jī)構(gòu)(見圖2)為雙層結(jié)構(gòu)，包括不銹鋼鏍柱16、鏍桿支撐板17、繞絲固定板 21，其中，片狀環(huán)繞絲固定板21和片狀環(huán)鏍桿支撐板17上下平行設(shè)置，以多數(shù)個(gè)不銹鋼鏍柱16將兩者固接，其中兩個(gè)位于直徑上的鏍柱16上端伸出固定板21的上表面相互連接， 構(gòu)成吊鉤20 ；鏍桿支撐板17內(nèi)孔直徑與塑料儀器艙沈頂部外圓直徑相適配。一熔斷鋼絲M經(jīng)正極13和順序經(jīng)所有的繞絲釘19繞成環(huán)，并以鎖緊螺母14和繞絲釘19固緊定位，將脫鉤滑塊18固于固定板21上，熔斷鋼絲M與兩負(fù)極22觸接；兩負(fù)極22即是兩熔斷點(diǎn)40 (見圖3)。將海底地震儀置于沉耦架上，以4根拉緊鋼纜31纏繞于脫鉤滑塊18的固接口后， 用蝶形母33拉緊拉緊鋼絲31，以固定海底地震儀。在固定海底地震儀后，卸掉脫鉤滑塊18上的禁錮鏍栓，再利用蝶形母33來拉緊鋼纜31調(diào)整儀器的緊固程度；在儀器回收時(shí)利用海水特性，在兩熔斷點(diǎn)40處進(jìn)行電腐蝕熔斷鋼絲M，脫鉤滑塊18被拉緊鋼纜31拉脫開，儀器艙和地震計(jì)艙的組合體即利用海水浮力上浮，以便回收。三、地震計(jì)密封艙(1)常平機(jī)構(gòu)(請參閱專利申請“七通道多功能海底地震儀”，申請?zhí)枮?200810117385. 4)設(shè)計(jì)了利用姿態(tài)傳感器7和姿態(tài)調(diào)整電機(jī)3對地震計(jì)7進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整的改進(jìn)方案，通過改進(jìn)常平裝置的結(jié)構(gòu)原理，使得內(nèi)部地震計(jì)的常平動作的保持不需要灌注硅油，不需要呈密封結(jié)構(gòu)，且體積重量均能大大地降低，姿控調(diào)整的范圍擴(kuò)展為30度左右。將使海底地震儀在更為復(fù)雜的海底地形下正常的工作。最大工作傾斜角度達(dá)到了國外同類寬帶海底地震儀的水平。(2)地震計(jì)地震計(jì)選用Trillium compact公司生產(chǎn)的寬頻帶地震計(jì)。地震計(jì)7與常平機(jī)構(gòu)組裝在一起通過螺栓安裝于地震計(jì)艙殼48內(nèi)部，通過常平機(jī)構(gòu)調(diào)整工作角度，地震計(jì)筒壁外環(huán)粘接有配重環(huán)，配重環(huán)上均勻分布著螺紋孔，用于裝配螺釘，配置地震計(jì)的物理重心。地震計(jì)密封艙通過線纜50軟連接掛接在保護(hù)罩頂面，保護(hù)罩安裝在功能艙下面， 這種組合式安裝為海底地震儀在海底工作提供了很好的耦合方式，較之以往安裝在玻璃球內(nèi)部的地震計(jì)，由于受海底地震儀高度、密度、重量等因素的影響，水平信號失真嚴(yán)重，本設(shè)計(jì)所采用的地震計(jì)密度與海水差異較小，且與地面耦合好，不易受塑料艙殼等外在條件影響。四、沉耦架所述沉耦架(見圖5)，采用表面附著防銹漆的鋼鐵材料焊接制成，在沉耦架中心焊接圓環(huán)，用于放置海底地震儀，中心是鏤空的，使得地震計(jì)可以直接坐落在海底。在投放前，通過四根拉緊鋼纜31連接脫鉤滑塊18與沉耦架上的四個(gè)鋼爪32，通過拉緊螺栓35調(diào)緊，從而調(diào)節(jié)海底地震儀坐落在沉耦架上的禁錮程度。在沉耦架的四周焊接有四個(gè)直徑120mm，高度150mm的導(dǎo)流筒，在儀器下沉過程中對海水進(jìn)行導(dǎo)流，使得儀器在下沉?xí)r盡量保持垂直姿態(tài)，控制下沉速度，確保儀器可以平穩(wěn)著地。并為地震儀在海底工作提供穩(wěn)定的基座，儀器上浮后，沉耦架丟棄在海水中。其作用還在于，若海底地面為硬質(zhì)地面，那么鋼鐵材料制成的沉耦架可以與地面進(jìn)行很好的耦合，若海底為軟質(zhì)沙地，則四個(gè)導(dǎo)流筒部位因壓強(qiáng)較大，陷入到軟底中，可以成為儀器在海底工作中很好的抗底流基座，抵御橫向海水流動的沖擊，而接近儀器底部的時(shí)候沉耦架的面積變大，避免了儀器整體繼續(xù)下陷的可能性。沉耦架屬于不回收部分，考慮到它的工作性質(zhì)，我們選擇標(biāo)準(zhǔn)角鐵作為主要的加工原料，不但滿足了其作為工作基座的剛性和硬度，且大大降低了加工成本。使用動態(tài)過程選擇好投放地點(diǎn)和方位，把海底地震儀投放到海底，儀器著地后，可用甲板機(jī)進(jìn)行聲學(xué)定位準(zhǔn)確定位。此后內(nèi)部地震計(jì)和數(shù)字采集器同時(shí)進(jìn)入工作狀態(tài)，連續(xù)記錄海底地震信號，并存儲在內(nèi)部存儲器中。當(dāng)需要回收儀器時(shí)，在該儀器所在的位置附近海域通過聲學(xué)甲板機(jī)發(fā)出回收信號，儀器接到信號后，開始熔斷鋼絲，約5分鐘海底地震儀與沉耦架脫離，自動上浮至水面， 浮出海面后通過無線發(fā)送其所在的位置信息，根據(jù)該信息或目測方式確定儀器方位，進(jìn)行打撈上船。然后提取所記錄的數(shù)據(jù)供分析和研究。(1)地震計(jì)密封艙的掛接結(jié)構(gòu)與以往設(shè)計(jì)的海底地震儀不同的是地震計(jì)掛接在海底地震儀下部，而不是集控制部分統(tǒng)一裝在玻璃艙球內(nèi)部。地震計(jì)數(shù)據(jù)記錄不受功能艙和沉耦架等周圍部件的影響，減少了由于海水涌動引起的水平信號的嚴(yán)重失真。(2)組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能艙和地震計(jì)密封艙作為獨(dú)立單元組裝在一起，其電路部分通過水密電纜相連，功能艙主要功能是記錄地震數(shù)據(jù)、監(jiān)測地震計(jì)的工作狀態(tài)，為海底地震儀提供釋放信號，完成儀器自動上浮指令的發(fā)送和接收。作為獨(dú)立的功能艙，其塑料下殼底部通過軟連接的方式掛接地震計(jì)密封艙，地震計(jì)密封艙如果改裝高頻檢波器，則可以實(shí)現(xiàn)主動源的海底地震觀測。
這種組合式安裝方式，可快速實(shí)現(xiàn)地震傳感器的切換，縮短裝配時(shí)間，減少封球次數(shù)。同時(shí)可縮短海底地震儀生產(chǎn)周期，減少了工作量。(3)沉耦架的設(shè)計(jì)用表面附著防銹漆的鋼鐵材料焊接制成，在沉耦架中心焊接圓環(huán)，用于放置海底地震儀，中心是鏤空的，使得地震計(jì)可以直接坐落在海底。在沉耦架的四周焊接有四個(gè)直徑120mm，高度150mm的導(dǎo)流筒，在儀器下沉過程中對海水進(jìn)行導(dǎo)流，使得儀器在下沉?xí)r盡量保持垂直姿態(tài)，控制下沉速度，確保儀器可以平穩(wěn)著地。并為其在軟質(zhì)海底環(huán)境中，抵御海流的橫向沖擊，起到了穩(wěn)定作用。
權(quán)利要求
1.一種單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，包括功能艙、地震計(jì)艙、脫鉤機(jī)構(gòu)、沉耦架； 其特征在于，沉耦架為框狀，中心設(shè)有剛性圓環(huán)，圓環(huán)以四根鋼梁呈十字狀與邊框固接，鋼梁和邊框固接處設(shè)有導(dǎo)流筒；導(dǎo)流筒為兩端開口的通筒，固接于邊框上；邊框上表面設(shè)有多個(gè)鋼爪，每個(gè)鋼爪有一拉緊螺栓；地震計(jì)艙包括保護(hù)罩、地震計(jì)密封艙，地震計(jì)密封艙內(nèi)有常平機(jī)構(gòu)和地震計(jì)，鐘狀保護(hù)罩開口向下，開口邊緣與剛性圓環(huán)上表面連接；功能艙下端與保護(hù)罩頂端外表面固接；地震計(jì)密封艙上端以多根線纜懸吊于保護(hù)罩頂端內(nèi)表面，地震計(jì)密封艙下端掉出保護(hù)罩開口，與導(dǎo)流筒底端平齊；保護(hù)罩開口直徑與沉耦架中心剛性圓環(huán)直徑相適配；脫鉤機(jī)構(gòu)位于功能艙上端，以可熔斷拉緊鋼絲與沉耦架邊框固接，將功能艙、保護(hù)罩定位于沉耦架中心剛性圓環(huán)上表面；功能艙與地震計(jì)之間，以水密電纜電連接，水密電纜分別穿過功能艙、保護(hù)罩、地震計(jì)密封艙側(cè)壁。
2.如權(quán)利要求1所述的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，其特征在于，所述功能艙和保護(hù)罩之間，是由多根螺栓固接。
3.如權(quán)利要求1所述的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，其特征在于，所述沉耦架的導(dǎo)流筒，直徑120mm，高度150mm，在儀器下沉過程中對海水進(jìn)行導(dǎo)流，使得儀器在下沉?xí)r盡量保持垂直姿態(tài)，控制下沉速度，確保儀器可以平穩(wěn)著地；若海底地面為硬質(zhì)地面，剛性的沉耦架可與地面很好的耦合，若海底為軟質(zhì)沙地，則導(dǎo)流筒部位因壓強(qiáng)大，陷入到軟底中， 成為儀器在海底工作中很好的抗底流基座，抵御橫向海水流動的沖擊，而接近儀器底部的時(shí)候沉耦架的面積變大，避免了儀器整體繼續(xù)下陷的可能性。
4.如權(quán)利要求1所述的單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，其特征在于，所述功能艙和地震計(jì)艙為獨(dú)立單元，功能艙記錄地震信號、監(jiān)測地震計(jì)的工作狀態(tài)，為海底地震儀提供釋放信號，完成儀器自動上浮指令的發(fā)送和接收；地震計(jì)密封艙內(nèi)部裝有寬頻帶地震計(jì)或高頻檢波器等不同頻帶的地震計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同需求的海底地震觀測；兩者分開組裝的方式，可實(shí)現(xiàn)交換式組裝，縮短裝配時(shí)間，減少封球次數(shù)，為大規(guī)模生產(chǎn)海底地震儀縮短了生產(chǎn)周期， 減少了工作量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單艙球組合式寬頻帶海底地震儀，涉及地震技術(shù)，用于海底天然地震觀測。包括功能艙、地震計(jì)艙、脫鉤機(jī)構(gòu)和沉耦架。脫鉤機(jī)構(gòu)固定在功能艙的塑料上殼頂部與沉耦架通過耐腐蝕拉緊鋼絲連接，儀器回收時(shí)，通過電腐蝕原理熔斷鋼絲后，功能艙和地震計(jì)艙自然上浮回收。本發(fā)明采用地震計(jì)與海底直接接觸的耦合方式，優(yōu)化耦合性能，減少了由于海水涌動引起的水平信號失真；可實(shí)現(xiàn)多用途海底地震探測。與國外多艙球的同類產(chǎn)品相比，結(jié)構(gòu)有顯著不同，在重量、體積、成本方面有顯著優(yōu)勢。
文檔編號G01V1/18GK102288989SQ20111012684
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者游慶瑜, 趙春蕾, 郝天珧 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所