CN101556335A

CN101556335A - 一种三分量海洋地震波检测传感器

Info

Publication number: CN101556335A
Application number: CNA2007101873382A
Authority: CN
Inventors: 付继伟; 陈川; 朱宝春
Original assignee: 710th Research Institute of CSIC
Current assignee: 710th Research Institute of CSIC
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-10-14

Abstract

本发明公开了一种可用于测量海洋地震波纵波三维分量的传感器，主要由信号输出电缆、硫化橡胶密封头、密闭球壳、支撑体、测振传感器、球壳密封圈、护套、紧固螺杆、轻质弹簧、刚性支架等组成。密闭球壳通过轻质弹簧悬挂于大质量刚性支架上，密封球壳内部通过螺纹与支撑体及护套连接，支撑体上三维正交方向安装六个测振传感器，紧固螺杆及护套将支撑体与密封球壳紧固连接。其特点为：实现了对海洋中传播的地震波纵波场中水质点振动信号的直接感知；输出阻抗较低，降低信号调理电路设计调试的难度，传感器在低频段有较好的频率响应；实现了对海洋中传播的海底地震波纵波信号中矢量信息的获取。

Description

一种三分量海洋地震波检测传感器

技术领域

本发明涉及一种地震波检测传感器，特别涉及一种三分量海洋中地震波检测传感器，属于测试领域。

背景技术

目前有两种应用于检测海洋中地震的方法：第一种是将陆地上使用的地震仪通过改进应用于海底环境；另一种方法是利用压电陶瓷传感器来检测。

对于第一种方法，因为海底地震往往伴随强烈的海底活动，如地面的大规模塌陷、开裂等，若将陆地上使用的地震仪应用在海底环境下，则在布放、回收过程中操作复杂，而且该工作环境对传感器本身及其传输设备的安全性、稳定性要求极高。

对于第二种方法，是利用压电效应将地震波信号的机械能转变为电能，得到电信号输出。而在低频段，压电陶瓷传感器输出阻抗高达数百兆欧姆，带来信号能量损失、噪声与零点漂移等问题，加大了系统设计难度。同时，压电陶瓷传感器并非直接测量地震波场中水质点的振动参数，其测量的是作用在受力表面的压力变化值，单个压电陶瓷传感器得到的是标量信息不足用于震源方位的探测，而地震波纵波场水中质点振动的振速是矢量，除了振动幅度以外，其中还包含传播方向、相位变化等向量信息。

发明内容

本发明的目的为发明一种适用于检测海洋中地震波的可靠、便捷的检测手段，即一种三分量海洋地震波传感器。

本发明三分量海洋地震波传感器敏感部件由六个传感器、支撑体、密封球壳以及信号输出电缆构成。

其各零、部件连接关系为：密封球壳由上下两个带有护套的半球组成，上半球护套与上半球为一体，上半球顶端开有一出线孔，下半球护套底端通过紧固螺杆固定于下半球壳体上，两个密闭球壳的连接处加工有密封圈槽，通过球壳密封圈合成一个密封球体，支撑体的侧面加工成四面体，将四周分布的四个传感器两两相对安装其上，支撑体上下端面呈圆台形，通过螺纹连接安装上下两个传感器，支撑体通过外螺纹分别与上、下半球护套连接；六个传感器信号输出多芯信号电缆通过上半球壳体的上端出线孔伸出，并用硫化工艺固接于孔中，此外紧固螺杆下端为环状机构，以便应用时悬挂于刚性支架上。

本发明三分量海洋地震波传感器通过3条轻质弹簧悬挂于大质量的刚性支架上，其多芯信号电缆通过刚性支架上端出线孔伸出，形成地震波检测装置。

本发明工作方式为：将三分量地震波传感器用轻质弹簧悬挂于质量较大的刚性支架上，传感器在海水中地震波的作用下，与水质点共同振动。在球壳外径远小于水中地震波长的条件下，在海水中地震波纵波的作用下，球型装置的振动将能反映水质点的振动情况，安装在球壳内传感器通过对传感器刚性球体的振动测量，六个传感器两两相对呈三维正交安装，可以感知地震波中水质点的振动，就可以测得地震波纵波振动信号的三维正交分量。

由振动学理论可知，根据无约束硬球在非粘无界流体介质中对波的响应理论，当刚性小球的平均密度与水介质密度接近，并且质量分布均匀，重心与球心重合时，在外径远小于波长的条件下，刚性小球的振动速度与水质点的振动速度幅值相同，相位差趋于零。当地震波传感器的尺寸远小于水中地震波的波长时，当被测波的工作频率远大于结构安装二阶系统的谐振频率时，传感器可以近似跟随水中质点振动，振幅相近、相位相同。

本发明三分量地震波传感器为刚性空心金属球型装置，其中按三维正交方式对称安装六个低频传感器，同时保证了质量分布均匀，在球壳厚度满足抗深水静压的要求条件下，根据各器件质量来调整密封球壳的内径与外径，使整个球体平均密度与海水密度相近。

当海底地震爆发时，巨大的能量释放出来，海底活动引起水体的振动，机械能就以波的形式在海水中传播(海洋中的地震波)，其中海水质点振动方向与传播方向相一致的地震波的纵波能从海底透过水层到达海面。

本发明的有益效果：

1、本发明实现了对海洋中传播的地震波纵波场中水质点振动信号的直接感知；

2、本发明三分量传感器具有较低的输出阻抗，降低信号调理电路设计调试的难度，使得传感器在低频段有较好的频率响应；

3、本发明实现对海洋中传播的海底地震波纵波信号中矢量信息的获取。

因此，本发明三分量海洋地震波传感器克服目前海底深处地震波检测存在的不足可以直接感知海洋中传播的地震波纵波场中水质点振动信号；输出阻抗较低降低了信号调理电路的设计调试难度；实现对海洋中传播的海底地震波纵波信号中矢量信息的感知。

附图说明

附图1-三分量海洋地震波传感器内部结构示意图；

附图2-三分量海洋地震波传感器安装示意图；

图中：1-信号输出电缆；2-硫化橡胶密封头；3-密闭球壳；4-支撑体；5-传感器；6-球壳密封圈；7-护套；8-紧固螺杆；9-轻质弹簧；10-刚性支架。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

如附图1、2所示，本发明主要由信号输出电缆1、硫化橡胶密封头2、密闭球壳3、支撑体4、传感器5、球壳密封圈6、护套7、紧固螺杆8、轻质弹簧9、刚性支架10等组成。

支撑体4的侧面加工成四面体，根据传感器5的安装要求，加工安装螺纹孔，将四周分布的四个传感器5两两相对安装其上，支撑体4上下端面加工成圆台，通过螺纹连接安装上下两传感器5，支撑体4通过外螺纹分别与密闭球壳3及护套7连接；护套7另一端与紧固螺杆8通过螺纹连接，密闭球壳3的两部分连接处加工有密封圈槽，通过密封圈6合成一个密封球体，护套7通过紧固螺杆8固定在密闭球壳3内，构成三分量海洋地震波传感器的敏感部件。

在应用时，将三分量海洋地震波传感器敏感部件通过3根轻质弹簧9安装于刚性支架10内部，并用多芯信号输出电缆1将六个传感器5的输出信号线引出，构成三分量海洋地震波传感器。

三分量海洋地震波传感器零部件组装过程为：

第一步，依次在支撑体4上安装传感器5；

第二步，将支撑体4一端与密闭球壳3的通过螺纹连接，将支撑体4另一端面与护套7连接通过螺纹连接；

第三步，将传感器5的信号输出端口与信号输出电缆1连接；

第四步，在上、下密闭球壳3扣合时，把密封圈6放置于其中的密封圈槽，紧固螺杆8与下密闭球壳3以螺纹连接并用密封圈密封，用橡胶硫化工艺将信号输出电缆1固定于上密闭球壳3上端的孔中，构成密闭腔体，形成三分量海洋地震波传感器的敏感部件；

第五步，用轻质弹簧9将三分量海洋地震波传感器的敏感部件安装于刚性支架10上，最后形成三分量海洋地震波传感器。

本发明一个具体实施例是利用某型传感器，实现了对海洋中传播的地震波纵波场中水质点振动信号的直接感知；对海洋中传播的海底地震波纵波信号中矢量信息的获取；每路测量通道输出阻抗低于2k欧姆；灵敏度大于10mV/mm/s(100Hz)，工作频率带宽4.5Hz～100Hz，耐静水压力：2MPa。

Claims

1、一种三分量海洋中地震波检测传感器，由六个传感器、支撑体、密封球壳以及信号输出电缆构成，其特征在于：其各零、部件连接关系为：密封球壳由上下两个带有护套的半球组成，上半球护套与上半球为一体，上半球顶端开有一出线孔，下半球护套底端通过紧固螺杆固定于下半球壳体上，两个密闭球壳的连接处加工有密封圈槽，通过球壳密封圈合成一个密封球体，支撑体的侧面加工成四面体，将四周分布的四个传感器两两相对安装其上，支撑体上下端面呈圆台形，通过螺纹连接安装上下两个传感器，支撑体通过外螺纹分别与上、下半球护套连接；六个传感器信号输出多芯信号电缆通过上半球壳体的上端出线孔伸出，并用硫化工艺固接于孔中，此外紧固螺杆下端为环状机构，以便应用时悬挂于刚性支架上。