CN101377550A - 一种智能型地震信息探测器 - Google Patents
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Abstract
一种智能型地震信息探测器由导引头1、地震信息传感器2、万向连接器3、连接电缆4、地震信息处理器5组成，其中地震信息传感器2、万向连接器3、连接电缆4的数量可以根据需要有若干个单元组成，以满足探测深度或距离的要求。导引头1由硬质材料制成，并在万向连接器3的配合下，以便于将探测器放入钻孔、裂罅中的适当位置。连接电缆4用来将各个地震信息传感器2采集到的地震信息传输至地震信息处理器5，由地震信息处理器5作出分析判断后发出地震预报，或通过网络接口将地震信息发送给其他设备。在地震多发地区，可将本发明的智能型地震信息探测器与地桩一起埋入地基，随时监测并及时预报地震的发生，最大限度地减少人民生命财产的损失。
Description
技术领域：
本发明涉及地震信息采集和处理，地震预报，网络通信及信号传输技术领域，特别是一种智能型地震信息探测器。
背景技术：
地球由于不断运动和变化，逐渐积累起巨大的能量，造成地壳某些脆弱地带的岩层突然断裂，或者引起原有断层产生错动，引发了地震。地震是一种突发性很强的自然灾害，虽然，绝大部分地震发生在地壳内，但是，一次强烈地震，往往会摧毁大批地表的建筑物和造成大量人员伤亡。地震前兆呈现复杂性和多样性。常见的宏观前兆有地下水异常、动物习性异常、地声、地光、火球等等；常见的微观前兆有小地震活动及地磁地电、重力、地应力、地形变异常等等。目前，用于地震监测的装置主要着重于对振动和位移的检测。如2005年12月28日公开的申请号为20051001255.2的中国专利申请“一种单光栅位移传感器”，它包括光源、光栅，其特征是在光源与光栅之间设置光学透镜，光源的扩展光通过光学透镜聚焦在光栅上，投射或反射在光屏上，然后进行光电计数。该位移传感器能用来测量线位移和角位移量，可用于地震监测。又如，2007年1月17日公开的申请号为20061010302.9的中国专利申请“纤维光学地震传感器”，该发明提供了一种具有测试体的纤维光学传感器，该测试体包括几个独立的盘，围绕着传感器的量测轴方向分布，和两个星形元件，其设置于盘的两侧，与该盘机械地连接。该传感器属于一种振动传感器(或加速度计)，其特点是对于副振荡模式(spurious vibration modes)不灵敏。再如，2004年8月18日公开的申请号为031397.3的中国专利申请“监测山体滑移和矿震地质灾害的检测方法”公开了一种监测山体滑移和矿震地质灾害的检测方法。解决了现有矿震、微地震和山体滑移的监测、判断方法中信号迟滞且信息数据不准确的问题。其特征在于：在监测区钻一定数量的内置钢套管的检查井，将连有地面控制测量仪和推靠器的控制器置于检查井内，控制器控制推靠器将若干个磁敏传感器吻合贴于钢套管的内壁，地面测量仪即可连续测量磁敏传感器处的应力变化信息，由此可监测到矿震、微地震和山体滑移前内应力变化的信息数据，超前、准确获取监测预报资料。
但是，地壳的位移和振动是伴随着应力的释放而产生的。而在应力集聚的过程中往往并不产生明显的位移或振动。然而，应力的聚集与位移、振动的产生之间并无明确的分界线，而一旦地壳聚集的能量发生遽然释放，就会伴随着地震的发生。本发明的一种智能型地震信息探测器能对地应力、位移、振动等地震信息进行检测并作出预报。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种智能型地震信息探测器。
本发明采用的技术方案是本智能型地震信息探测器由导引头、地震信息传感器、万向连接器、连接电缆、地震信息处理器组成，其中地震信息传感器、万向连接器、连接电缆的数量可以根据需要由若干个单元组成，以满足探测深度或距离的要求。连接电缆用来将各个地震信息传感器采集到的地震信息传输至地震信息处理器，由地震信息处理器作出分析判断后发出地震预报，或通过网络接口将地震信息发送给其他设备。
所说的导引头由硬质材料，如钢铁、混凝土等制作，并在万向连接器的配合下，以便于将智能型地震信息探测器放入钻孔、裂隙中的适当位置。
所说的地震信息传感器由底座、套管、声发射信号生成介质、传导杆、声发射传感器、上盖、电缆、电缆插座组成。
所说的地震信息传感器的底座和上盖，当地震信息传感器位于整个探测器的最下端时，其底座与导引头相连接，而其上盖与万向连接器相连接；而当地震信息传感器位于整个探测器的最上端时，其底座与万向连接器相连接，而其上盖与地震信息处理器相连接；当地震信息传感器位于其他位置时，则其底座和上盖均与万向连接器相连接。
所说的地震信息传感器的套管可由柔性材料如塑料管、尼龙布、玻璃纤维等制作，也可由硬质材料如刚铁、铜、铝等制成，用来传递地层的应力、位移或振动，选用不同质地和品种的材料做成不同厚度壁厚的套管可改变地震信息传感器对地震信息的检测灵敏度和动态范围。
所说的地震信息传感器的声发射信号生成介质既可采用颗粒状的石英砂、玻璃颗粒等材料，也可采用用水泥、环氧树脂等粘结剂固化后的石英砂、玻璃颗粒等物质制作，颗粒和粘结剂的质地和品种，以及粘结剂的多寡可改变地震信息传感器对地震信息的检测灵敏度、动态范围和频率特性。
所说的地震信息传感器的传导杆既可用钢铁、铜、铝等金属材料制作，用来传导宽频带的声发射信号，也可用玻璃、炭棒等非金属材料制作，用来传导具有某一频率特性的声发射信号。当同时采用平行放置的两根或多根不同材质的传导杆来传递声发射信号时，可根据同一声发射信号在各根传导杆之间的传导时间差来计算出发生声发射信号的位置。
当地震信息传感器的套管受到地应力挤压后发生变形，将力传递给声发射信号生成介质，声发射信号生成介质将根据所受到的力的大小产生一定频率和幅度的声发射信号，由传导杆传导到声发射传感器，再由声发射传感器提取出在设定的门槛之上声发射信号的上升时间、持续时间、幅度、能量、振铃计数等特性参数，并通过声发射传感器接收到同一信号之间的时间差计算出声发射信号发生的位置，然后通过电缆、电缆插座、连接电缆传输到地震信息处理器，由地震信息处理器作出分析判断后发出地震预报，或通过网络接口将地震信息发送给其他设备。
本发明有如下有益效果：
1.声发射信号生成介质、套管、传导杆的材质多样性，使得地震信息探测器能在大范围内检测地震信号的幅度、能量、频率的变化。
2.由万向连接器相连接的各节地震信息传感器能适应对各种地质结构的监测，既可应用于人工钻孔形成的安置通道，又可放入自然形成的缝隙、地裂。
3.能用来探测地层深处岩石的细微变化而产生的压力变化，为提前预报地震的发生赢得宝贵的时间。
4.在地震多发地区，可将本发明的智能型地震信息探测器与地桩一起埋入地基，随时监测地震信息，并及时预报地震的发生，从而最大限度地减少人民生命财产的损失。
附图说明：
图1为本发明一种智能型地震信息探测器的示意图。
图2为本发明中的地震信息传感器的结构示意图。
图3为突发型声发射信号特性参数示意图。
图4为本发明的一个实施例子的示意图。
图5为本发明的一个实施例子的声发射信号及其频谱图(加载20～30千牛)。
图6为本发明的一个实施例子的声发射信号及其频谱图(加载30～40千牛)。
图7为本发明的一个实施例子的声发射信号及其频谱图(加载50～60千牛)。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明具体实施方式作详细说明。
请参阅图1、图2和图3，本发明一种智能型地震信息探测器由导引头1、地震信息传感器2、万向连接器3、连接电缆4、地震信息处理器5组成，其中地震信息传感器2、万向连接器3、连接电缆4的数量可以根据需要由若干个单元组成，以满足探测深度或距离的要求。连接电缆4用来将各个地震信息传感器2采集到的地震信息传输至地震信息处理器5，由地震信息处理器5作出分析判断后发出地震预报，或通过网络接口将地震信息发送给其他设备。
所说的导引头1由硬质材料，如钢铁、混凝土等制作，并在万向连接器3的配合下，以便于将智能型地震信息探测器放入钻孔、裂隙中的适当位置。
所说的地震信息传感器2由底座201、套管202、声发射信号生成介质203、传导杆204、声发射传感器205和206、上盖207、电缆208、电缆插座209和210组成。
所说的地震信息传感器2的底座201和上盖207，当地震信息传感器2位于整个探测器的最下端时，其底座201与导引头1相连接，而其上盖207与万向连接器3相连接；而当地震信息传感器2位于整个探测器的最上端时，其底座201与万向连接器3相连接，而其上盖207与地震信息处理器5相连接；当地震信息传感器2位于其他位置时，则其底座201和上盖207均与万向连接器3相连接。
所说的地震信息传感器2的套管202可由柔性材料如塑料管、尼龙布、玻璃纤维等制作，也可由硬质材料如刚铁、铜、铝等制成，用来传递地层的应力、位移或振动，选用不同质地和品种的材料做成不同厚度壁厚的套管可改变地震信息传感器2对地震信息的检测灵敏度和动态范围。
所说的地震信息传感器2的声发射信号生成介质203既可采用颗粒状的石英砂、玻璃颗粒等材料，也可采用用水泥、环氧树脂等粘结剂固化后的石英砂、玻璃颗粒等物质制作，颗粒和粘结剂的质地和品种，以及粘结剂的多寡可改变地震信息传感器2对地震信息的检测灵敏度、动态范围和频率特性。
所说的地震信息传感器2的传导杆204既可用钢铁、铜、铝等金属材料制作，用来传导宽频带的声发射信号，也可用玻璃、炭棒等非金属材料制作，用来传导具有某一频率特性的声发射信号。当同时采用平行放置的两根或多根不同材质的传导杆来传递声发射信号时，可根据同一声发射信号在各根传导杆之间的传导时间差来计算出发生声发射信号的位置。
当地震信息传感器2的套管202受到地应力挤压后发生变形，将力传递给声发射信号生成介质203，声发射信号生成介质203将根据所受到的力的大小产生一定频率和幅度的声发射信号，由传导杆204传导到声发射传感器205和206，再由声发射传感器205和206提取出在设定的门槛之上声发射信号的上升时间、持续时间、幅度、能量、振铃计数等特性参数，并通过声发射传感器205和206接收到同一信号之间的时间差计算出声发射信号发生的位置，然后通过电缆208、电缆插座209和210、连接电缆4传输到地震信息处理器5，由地震信息处理器5作出分析判断后发出地震预报，或通过网络接口将地震信息发送给其他设备。
请参阅图4、图5、图6和图7。
请先参阅图4，是本发明的一种智能型地震信息探测器的一个实施例子。该智能型地震信息探测器由混凝土或钢制的导引头11、底座12、声发射传感器13和16、混凝土14、钢筋15、电缆17、上盖18和地震信息处理器19等组成。可以在打地基时随同地桩一起埋入地下，以随时监测地震信息，及时发出地震预报。
图5、图6和图7表明当混凝土14在不同强度的应力作用下声发射传感器13和16采集到的声发射信号。随着应力的不断增加，声发射信号的幅度、持续时间、能量均不断增加，其相应的频谱图显示声发射信号的能量分布亦向高频端转移。
Claims (9)
1.一种智能型地震信息探测器，包括导引头(1)、地震信息传感器(2)、万向连接器(3)、连接电缆(4)、地震信息处理器(5)组成，其中地震信息传感器(2)、万向连接器(3)、连接电缆(4)的数量可以根据需要由若干个单元组成，以满足探测深度或距离的要求；连接电缆(4)用来将各个地震信息传感器(2)采集到的地震信息传输至地震信息处理器(5)，由地震信息处理器(5)作出分析判断后发出地震预报，或通过网络接口将地震信息发送给其他设备。
2.如权利要求1所述的一种智能型地震信息探测器，其特征在于，所说的导引头(1)由硬质材料，如钢铁、混凝土制作，并在万向连接器(3)的配合下，以便于将智能型地震信息探测器放入钻孔、裂隙中的适当位置。
3.如权利要求1所述的一种智能型地震信息探测器，其特征在于，所说的地震信息传感器(2)由底座(201)、套管(202)、声发射信号生成介质(203)、传导杆(204)、声发射传感器(205)和(206)、上盖(207)、电缆(208)、电缆插座(209)和(210)组成。
4.如权利要求1所述的一种智能型地震信息探测器，其特征在于，所说的地震信息传感器(2)的底座(201)和上盖(207)，当地震信息传感器(2)位于整个探测器的最下端时，其底座(201)与导引头(1)相连接，而其上盖(207)与万向连接器(3)相连接；而当地震信息传感器(2)位于整个探测器的最上端时，其底座(201)与万向连接器(3)相连接，而其上盖(207)与地震信息处理器(5)相连接；当地震信息传感器(2)位于其他位置时，则其底座(201)和上盖(207)均与万向连接器(3)相连接。
5.如权利要求1所述的一种智能型地震信息探测器，其特征在于，所说的地震信息传感器(2)的套管(202)可由柔性材料如塑料管、尼龙布、玻璃纤维制作，也可由硬质材料如刚铁、铜、铝制成，用来传递地层的应力、位移或振动，选用不同质地和品种的材料做成不同厚度壁厚的套管可改变地震信息传感器(2)对地震信息的检测灵敏度和动态范围。
6.如权利要求1所述的一种智能型地震信息探测器，其特征在于，所说的地震信息传感器(2)的声发射信号生成介质(203)既可采用颗粒状的材料，如石英砂、玻璃颗粒，也可采用用粘结剂，如水泥、环氧树脂固化后的石英砂、玻璃颗粒制作，颗粒和粘结剂的质地和品种，以及粘结剂的多寡可改变地震信息传感器(2)对地震信息的检测灵敏度、动态范围和频率特性。
7.如权利要求1所述的一种智能型地震信息探测器，其特征在于，所说的地震信息传感器(2)的传导杆(204)既可用金属材料，如钢铁、铜、铝制作，用来传导宽频带的声发射信号，也可用非金属材料，如玻璃、炭棒制作，用来传导具有某一频率特性的声发射信号；当同时采用平行放置的两根或多根不同材质的传导杆来传递声发射信号时，可根据同一声发射信号在各根传导杆之间的传导时间差来计算出发生声发射信号的位置。
8.如权利要求1所述的一种智能型地震信息探测器，其特征在于，所说的地震信息传感器(2)的套管(202)受到地应力挤压后发生变形，将力传递给声发射信号生成介质(203)，声发射信号生成介质(203)将根据所受到的力的大小产生一定频率和幅度的声发射信号，由传导杆(204)传导到声发射传感器(205)和(206)，再由声发射传感器(205)和(206)提取出在设定的门槛之上声发射信号的数特性参数，如上升时间、持续时间、幅度、能量、振铃计，并通过声发射传感器(205)和(206)接收到同一信号之间的时间差计算出声发射信号发生的位置，然后通过电缆(208)、电缆插座(209)和(210)、连接电缆(4)传输到地震信息处理器(5)，由地震信息处理器(5)作出分析判断后发出地震预报，或通过网络接口将地震信息发送给其他设备。
9.如权利要求1所述的一种智能型地震信息探测器，其特征在于，所说的智能型地震信息探测器由混凝土或钢制的导引头(11)、底座(12)、声发射传感器(13)和(16)、混凝土(14)、钢筋(15)、电缆(17)、上盖(18)和地震信息处理器(19)组成，可以在打地基时随同地桩一起埋入地下，以随时监测地震信息，及时发出地震预报。
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