CN102288984A - 一种用于地震临震监测的地声传感单元结构 - Google Patents

一种用于地震临震监测的地声传感单元结构 Download PDF

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冯晓星
王新安
葛彬杰
王金泊
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Abstract

本发明公开了一种用于地震临震监测的地声传感单元结构，该传感单元结构能够安装在地下，综合监测地声和振动、温度和湿度。传感单元结构包括采用一个或多个感知地声的传感器、感知振动的传感器，以及配套的前置放大电路。前置放大电路对接收的传感器信号进行预处理之后，发送到后续处理电路。该传感单元结构采用特殊不锈钢外壳和特殊填充材料，能够耐腐蚀、耐高压、防水。

Description

一种用于地震临震监测的地声传感单元结构
【技术领域】
本发明涉及地震监测仪器仪表和传感器及电路设计领域，具体涉及一种低成本、可以密集布局监测点，从而覆盖任意大面积区域的地震临震监测的方法。 
【背景技术】
地震预报的基础是地震前兆，地震前兆的基础是实时监测的精度和实时监测点的分布密度。分析地震前兆、提炼地震前兆和确定一个地震前兆异常需要有正常背景，连续、稳定的监测，并且监测点要足够多。 
在地声、地温、地磁、水位、地声即岩土应变之声发射等多种地震前兆中，地声异常变化已经经过中国多次预报证实，得到普遍接受。地声的监测仪器目前还没有问世。 
地震本质是地层中积累的弹性应变能释放。根据弹性力学中圣维南局部影响原理(圣维南，法国科学院院士，弹性力学家)，震源体处引发地震的构造应力是一个平衡力系，只会使震源区近处产生显著的应力应变，而远处的应力应变随距离增加迅速衰减。不论何种类型的地震，只要是应力积累引发的地震，岩层必然经历从线弹性变形向破裂前的非线弹性变形迫近的一系列应变变化。 
在地层岩石由于地应力的累计而引发地震之前，局部岩层或由于本身材料强度原因或由于应力过大原因，首先发生断裂，形成应力快速释放形成明显地声。高强度、频发的地声是地下岩层能力聚集是表现，也是地震的最直接前兆。 
在震源及临近地区布设地声监测仪，就能监测到地层介质在构造应力作用下的应变变化过程。 
然而，基于当前的地震前兆监测方法建立的地震前兆观测台站，需要投资数百万元建设费，需要几十到几百平米的建筑面积、几百到几千平米的土地面积，设备等，同时需要运行人员和较多的运行费。如果密集建立，资源消耗巨大，难以实现。今天，以辽宁省为例，前兆观测台站约34个，其中测量地声的约10个，根本不可能覆盖整个辽宁省的地震前兆监测。因此，无法取得震源区的地声变化，以及其随时间的演化状态，更无法取得 大区域的地区地声变化图像。解决问题的关键在于实现低成本、广覆盖的地声变化实时监测。 
【发明内容】
本发明的主要目的就是解决现有地震临震监测技术中难以实现的监测点的密集建设的问题，提供一种用于地震临震监测地声的传感单元结构，具有低成本、可以密集布局监测点、耐高压、耐腐蚀、防水，能够实时监测大面积区域的地声变化的异常情况，数据用于地震临震监测和预报。
为实现上述目的，本发明提供一种特定的地声传感单元结构，其特征在于：包括至少一个地声传感器和对应前置电路；包括至少一个振动传感器和对应前置电路，包括至少一个温度传感器和对应前置电路；包括至少一个湿度传感器和对应前置电路。地声传感器能够获得1kHz到200kHz地声的变化，振动传感器能够获得0.001Hz到100Hz的地层振动信号，温度传感器能够获得-20℃到80℃的地层温度信号，湿度传感器能够获得5％到97％的地层湿度信号。地声传感单元结构具有耐腐蚀、耐高压、防水性好和导热的特点。各种传感器具有三个以上备份。地声传感单元结构能够埋入200米以下的底层深处。地声传感单元结构具有低成本、高可靠性的优点，能够大规模布局 
本发明的有益效果是： 
低成本实时监测地声变化，能够在包括城市的区域密集布局，从而掌握整个监测区域地声和地声的实时变化。解决长期以来没有实现的低成本、高密集度、大面积覆盖的地震监测点的建立问题，为地震前兆分析和地震临震预报建立详细、精确、可信的监测设备基础。 
【具体实施方式和附图说明】 
本申请的特征及优点将通过实施例，结合附图进行说明。 
以地震临震监测中心为核心的系统结构如图1所示，包含、地声传感单元和处理单元的监测单元将本地监测点的数据传送到监测中心，监测中心对数据进行分析和处理。 
一种地声传感单元示意图如图2所示，316型不锈钢圆柱体中充满了填充材料，该材料用于保护传感器和内部结构，传导热和湿，传导振动。填充材料侧面用压电振动传感器包裹，较大面积的传感器能提高振动监测的灵敏度，填充材料顶部和底部分别安装地声传感器，传感前置电路和温湿度传感器分别靠近不锈钢圆柱体的两端，可以防止电路工作对温湿度的影响。整个不锈钢圆柱体有一个透气孔和一条信号电源线。 
本发明一种实施例的特定应用如图3所示，在城市中每隔1Km的地点布局1个监测单元(SP)，每100个监测单元通过GPRS或3G模块无线发布数据到至少一个监测中心(SC)，城市内部监测中心通过3G无线模块和有线互联，使每个监测中心能够获得全部区域监测单元的数据，从而实时监测地震前兆。这样的配置能够保证1平方千米一个监测点，一个1万平方千米的城市仅需要1万个监测点。 
以上内容是结合一种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。 

Claims (8)

1.一种用于地震临震监测的地声传感单元结构，其特征在于：包括至少一个地声传感器和对应前置电路；包括至少一个振动传感器和对应前置电路，包括至少一个温度传感器和对应前置电路；包括至少一个湿度传感器和对应前置电路。
2.如权利要求1所述的特定地声传感单元结构，其特征在于：所述地声传感器能够获得1kHz到200kHz地声的变化。
3.如权利要求1所述的特定地声传感单元结构，其特征在于：所述振动传感器能够获得0.001Hz到100Hz的地层振动信号。
4.如权利要求1所述的特定地声传感单元结构，其特征在于：所述温度传感器能够获得-20℃到80℃的地层温度信号。
5.如权利要求1所述的特定地声传感单元结构，其特征在于：所述湿度传感器能够获得5％到97％的地层湿度信号。
6.如权利要求1所述的特定地声传感单元结构，其特征在于：所述的地声传感单元结构具有耐腐蚀、耐高压、防水性好和导热的特点。各种传感器具有三个以上备份。
7.如权利要求1所述的特定地声传感单元结构，其特征在于：所述的地声传感单元结构能够埋入200米以下的底层深处。
8.如权利要求1所述的特定地声传感单元结构，其特征在于：地声传感单元结构具有低成本、高可靠性的优点，能够大规模布局。
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