CN105137109B - 一种井下三分向加速度计的保护和定位装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种井下三分向加速度计的保护和定位装置及其安装方法，包括护井壁圆管、定位圆桶和三分向加速度计，其中，护井壁圆管外壁形成有方向标记，定位圆桶垂直设置在护井壁圆管底壁上，其一侧壁构造有沿着上端部向下的凹口，三分向加速度计置于定位圆桶内，且具有与所述凹口卡合的定位指针，该定位指针和方向标记位于护井壁圆管同一中心纵截面上。本发明装置能精确的定位，装置结构简单，操作方便，且价格低廉、耐腐蚀，并可以自动调整测量方向，还可以定期把加速度计提出井上进行定期检测和维护，本发明装置安装方法简单实用，便于用于推广批量地震预警观测台阵的井下三分向加速度计方位定位。

Description

一种井下三分向加速度计的保护和定位装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及一种地震观测仪器的保护和定位装置及其安装方法，尤其涉及一种用于井下地震观测的三分向加速度计的保护和定位装置及其安装方法。

背景技术

众所周知，地震的破坏力是巨大，而且由于地震的难以预测性，地震给人们的生命财产安全带来了巨大隐患。我国处在环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是世界上地震灾害最严重的国家之一。根据国家地震局公布的测量结果，我国在20世纪共发生5级以上破坏性地震3000多次，平均每年达到30余次。

为了监测大城市地震活动性和减轻地震给人类带来的灾害，如京津地区、上海、广州等超大城市需要采用防震减灾预警措施来减轻地震给人类带来巨大的灾害，而建立地震预警台网是当前减少人员伤亡可行方法之一。为了避免对城市环境的干扰，架设地震观测台网采用在地下20米的深井中建立三分向加速度计地震预警观测台的方法。

当前国际上采用井下强震观测三分向加速度计井下安装定位装置，采用的是三分向加速度计和井下方位确定的陀螺仪是一体结构的，但是只能确定方位不能调整方向，而且陀螺仪价格昂贵，或者三分向加速度计只是在安装过程中借助陀螺仪来确定方位，例如中国实用新型专利CN204479605 U公开了一种井下加速度计方位自动调整定位装置，该井下加速度计方位自动调整定位装置存在以下问题：1、装置不稳定，安装时方向易改变；2、装置方向不可连续调整，且每次调整费时费力；3、装置内的井下加速度计的方向不能够实时掌握。因此，急需发明一种价格低、耐腐蚀、施工费用低的实用井下方位定位装置，以便大批量建设地震预警台。这种实用的井下三分向加速度计的保护和方位定位装置是地震预警观测台网建设的关键设备，成为本领域科技人员急待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实用的、施工费用低、操作简单，既能确定方向，又能调整方位，还能把井下三分向加速度计拉出井上进行定期测试和维护的井下三分向加速度计的保护和定位装置及其安装方法。

本发明是这样实现的：

本发明的井下三分向加速度计的保护和定位装置，包括底部密封的护井壁圆管、定位圆桶和三分向加速度计，其中，护井壁圆管外壁形成有方向标记，定位圆桶垂直设置在护井壁圆管底壁上，其一侧壁构造有沿着上端部向下的凹口，该凹口设置在靠近方向标记一侧，三分向加速度计置于定位圆桶内，且具有与所述凹口卡合的定位指针，定位指针用于指示三分向加速度计的测试方位，该定位指针和方向标记位于护井壁圆管同一中心纵截面上。

工作人员可以直接在地方上通过护井壁圆管外壁上的方向标记来定向定位，因为定位指针和所述方向标记位于护井壁圆管同一中心纵截面上，在地面上通过方向标记调节护井壁圆管的方位，即调节了定位圆桶凹口的方位，即调节了定位指针的方向，从而达到确定三分向加速度计测试方位的目的。

作为本发明的进一步改进，护井壁圆管底壁设置有传动装置，传动装置包括传动连接的蜗轮和蜗杆，定位圆桶通过蜗轮的中心轴安装在护井壁圆管底壁上。

作为本发明的进一步改进，护井壁圆管顶部设置有船舵型的旋转件和用于固定旋转件的支撑架，旋转件周缘处形成有和蜗轮转动角度对应的刻度，旋转件轴线上固装有相对的第一支臂和第二支臂，第一支臂设置有带动蜗杆转动的第一拉伸件；第二支臂设置有带动蜗杆转动的第二拉伸件。

作为本发明的进一步的优选结构，第一拉伸件和第二拉伸件为尼龙绳或其他可以起到拉伸作用的物件，第一拉伸件和第二拉伸件分别以相反的方向缠绕在第一支臂和第二支臂上。

现有技术中，采用的是直接或间接利用陀螺仪以及其他旋转设备来调整三分向加速度计的测量方位的，但是这样就造成了装置很是复杂，而且操作和安装很不简便，花费还多。而通过在定位圆桶和护井壁圆管之间安装蜗轮蜗杆传动的传动装置，在井上安装旋转件，就可以通过这些简单的部件达到在井上就可以调节调整三分向加速度计测量方位的目的，而且通过选择合适的传动比和旋转件上同蜗轮转动角度对应的刻度，可以简便准确地调整调整三分向加速度计测量方位。

作为本发明的进一步改进，蜗轮的中心轴上设置有第二蜗轮，定位圆桶底部设有与第二蜗轮的涡齿配合连接的涡槽。

作为本发明的进一步的优选结构，定位圆桶上端面呈椭圆形，该椭圆长轴方向和定位圆桶轴向方向的夹角为20°～45°，优选为30°，凹口设置在椭圆形下顶点处。

凹口设置在椭圆形下顶点处，夹角为20°～45°都可以方便安装，优选30°是因为这样可以满足定位圆桶上端面满足一定倾斜高度，并正好和有一定高度的三分向加速度计配合，同时又不会使高度过大反而不利安装，且不会浪费过多的材料。

作为本发明的进一步的优选结构，方向标记沿着护井壁圆管的轴向方向形成于护井壁圆管外壁上。

进一步地，上述护井壁圆管为UPVC硬聚氯乙稀管。

护井壁圆管为UPVC硬聚氯乙稀管，可以增强对三分向加速度计的保护。

作为本发明的进一步改进，三分向加速度计顶部固装有支架，支架固定有拉绳。

本发明井下三分向加速度计的保护和定位装置的安装方法，该安装方法包括以下步骤：

步骤P1，预备步骤，用钻机在预定地点钻成一个直径和护井壁圆管直径匹配的、深21米的深井；

步骤P2，选取7节每节长度均为3米且外壁形成有方向标记的护井壁圆管，将其中1节护井壁圆管的底部密封上，其底部通过传动装置将定位圆桶固定，并使定位圆桶上凹口的方向和护井壁圆管外壁的方向标记的方向一致，然后在蜗杆上固定好第一拉伸件和第二拉伸件；

步骤P3，在井口上根据罗盘指示和地震观测所需要的方位调整护井壁圆管，使方向标记对正方向；

步骤P4，把圆管上的方向标记都保持方向一致，然后用热融器连接成21米并下到深井里；

步骤P5，将井下三分向加速度计用绳子放下去，沿着定位圆桶上端部滑下，使其上的定位指针和定位圆桶上的凹口卡合，完成了三分向加速度方位定位安装；

步骤P6，如果需要调整测量方位，则需在井口上将第一拉伸件和第二拉伸件固定在旋转件的第一支臂、第二支臂上。

本发明的有益效果在于，本发明的井下三分向加速度计的保护和定位装置，可用于地震预警观测台阵的井下三分向加速度计的方位定位，定位精度完全满足地震预警观测台网的要求，该装置结构简单，操作方便，安装方法也简单且方位定位简便易行，而且施工费用低，并可以自动调整测量方向，便于观测台网大量架台，还可以定期把加速度计提出井上进行定期检测和维护。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步说明：

图1是本发明实施例1井下三分向加速度计的保护和定位装置的结构示意图

图2是本发明实施例1井下三分向加速度计的保护和定位装置的右视图。

图3是本发明实施例2井下三分向加速度计的保护和定位装置的调整测量方位结构的示意图。

图4是本发明实施例3井下三分向加速度计的保护和定位装置的调整测量方位结构的示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1至2所示，井下三分向加速度计的保护和定位装置包括底部密封的护井壁圆管1、定位圆桶2和三分向加速度计3，其中，护井壁圆管1外壁形成有方向标记11，定位圆桶2垂直设置在护井壁圆管1底壁上，其一侧壁构造有沿着上端部向下的凹口21，该凹口21设置在靠近方向标记11一侧，三分向加速度计3置于定位圆桶2内，且具有与所述凹口21卡合的定位指针31，定位指针31用于指示三分向加速度计3的测试方位，该定位指针31和所述方向标记11位于护井壁圆管1同一中心纵截面上。

其中，定位圆桶2通过螺栓安装在护井壁圆管1底壁上，定位圆桶2可以通过调节螺栓来调节定位圆桶2的凹口21的方向。显然，只要其他能将定位圆桶2垂直固定在护井壁圆管1底壁上的手段都是可以采用的，例如在定位圆桶2的外壁和护井壁圆管1内壁之间安装连接件。定位圆桶2的垂直固定可以方便三分向加速度计3的置入和脱离，同时，有利于三分向加速度计3的置入时定位指针31凹口21卡合，而且，使三分向加速度计3也处在垂直安装状态，满足测量的准确性。其中，护井壁圆管1为了安装方便采用多节连接而成。

并且为了方便三分向加速度计3的下放到定位圆桶2内，定位圆桶2上端面呈椭圆形，凹口21设置在椭圆形下端顶点处，该椭圆长轴方向和定位圆桶2轴向方向的夹角为20°～45°。如图2所示，椭圆长轴方向和定位圆桶轴向方向的夹角为30°，优选30°是因为这样可以满足定位圆桶2上端面满足一定倾斜高度，并正好和有较高高度的三分向加速度计3配合，同时又不会使高度过大反而不利安装，且不会浪费过多的材料。

其中，方向标记11沿着护井壁圆管1的轴向方向形成于护井壁圆管1外壁上，方向标记11可以沿着护井壁圆管1的轴向方向连续分别在护井壁圆管1整个外壁上，也可以是间断分布，也可以是除了箭头以外的其他方位标记。

工作人员可以直接在地方上通过护井壁圆管1外壁上的方向标记11来定向定位，因为定位指针31和所述方向标记11位于护井壁圆管1同一中心纵截面上，在地面上通过方向标记11调节护井壁圆管1的方位，即调节了定位圆桶2凹口21的方位，即调节了定位指针31的方向，从而达到确定三分向加速度计3测试方位的目的。

三分向加速度计3顶部固装有支架32，支架32固定有拉绳33。这样方便了三分向加速度计3的安装，也可以定期把三分向加速度计3提出井上进行定期检测和维护。

为了加强对三分向加速度计3的保护，定位圆桶2由不锈钢材料制成，护井壁圆管1采用防腐蚀材料制成，优选UPVC硬聚氯乙稀管，这样就加强了装置的防腐蚀性和防水性。

本实施例井下三分向加速度计的保护和定位装置的安装方法，该安装方法包括以下步骤：

步骤P1，预备步骤，用钻机在预定地点钻成一个直径和护井壁圆管直径匹配的、深21米的深井；

步骤P2，选取7节每节长度均为3米且外壁形成有方向标记的护井壁圆管，将其中1节护井壁圆管的底部密封上，其底部用螺栓将定位圆桶固定在一起，并使定位圆桶上凹口的方向和护井壁圆管外壁的方向标记的方向一致；

步骤P3，把圆管上的方向标记都保持方向一致，然后用热融器连接成21米并下到深井里；

步骤P4，在井口上根据罗盘指示和地震观测所需要的方位调整护井壁圆管，使方向标记对正方向；

步骤P5，将井下三分向加速度计用绳子放下去，沿着定位圆桶上端部滑下，使其上的定位指针和定位圆桶上的凹口卡合，完成了三分向加速度方位定位安装。

实施例2

本发明提供一种井下三分向加速度计的保护和定位装置，该井下三分向加速度计的保护和定位装置与实施例1不同的是，其中在实施例1的基础上增加了调整三分向加速度计的测量方位的功能，该功能通过如下结构实现：

护井壁圆管1底壁设置有传动装置4，传动装置4包括传动连接的蜗轮41和蜗杆42，定位圆桶2通过蜗轮41的中心轴安装在护井壁圆管1底壁上。蜗轮41的中心轴上设置有第二蜗轮，定位圆桶2底部设有与第二蜗轮的涡齿配合连接的涡槽。护井壁圆管1顶部设置有船舵型的旋转件5和用于固定旋转件5的支撑架，旋转件5周缘处形成有和蜗轮41转动角度对应的刻度，旋转件5轴线上固装有相对的第一支臂51和第二支臂52，第一支臂51设置有带动蜗杆42转动的第一拉伸件61；第二支臂(52)设置有带动蜗杆42转动的第二拉伸件62。

其中，旋转件5周缘处形成有和蜗轮41转动角度对应的刻度，该刻度是根据传动装置4的传动比来确定的，当三分向加速度计的测量方位需调整时，可按照刻度作为指示来调整旋转件5从而使三分向加速度计满足要求。

第一拉伸件61和第二拉伸件62为尼龙绳，当然也可以是其他可以起到拉伸作用的物件。第一拉伸件71和第二拉伸件62分别以相反的方向缠绕在第一支臂51和第二支臂52上。其中，通过往不同方向旋转旋转件5可实现第一拉伸件61或第二拉伸件62来带动蜗杆42转动，从而使三分向加速度计往不同方向转动。而且，第一拉伸件61和第二拉伸件62分别负责三分向加速度计在水平面上180°。

本实施例井下三分向加速度计的保护和定位装置的安装方法，该安装方法与实施例1不同的是，其中在实施例1的基础上，在井下要将定位圆桶2通过传动装置4的蜗轮41的中心轴安装在护井壁圆管1底壁上，在井口上则需将第一拉伸件61和第二拉伸件62固定在旋转件5的第一支臂51、第二支臂52上。

实施例3

本发明提供一种井下三分向加速度计的保护和定位装置，该井下三分向加速度计的保护和定位装置与实施例1不同的是，其中在实施例1的基础上增加了三分向加速度计的自我测量方位调整功能，该功能通过如下结构实现：

定位指针31通过紧固环套装在三分向加速度计3外壳上，紧固环内部环设有磁铁，三分向加速度计3和磁铁位置相应处设置有吸环。其中，紧固环通过内部的卡槽和三分向加速度计3吸环卡合，并在不通电情况下，定位指针31和三分向加速度计3外壳上的吸环相吸引不可相对移动，吸环连接有控制器，控制器可以控制吸环在通电情况下吸环和紧固环的磁铁相斥，从而控制器可以控制磁铁和吸环的离合状态。

控制器连接有识别模块和显示模块，识别模块用于识别井下三分向加速度计测试方向和定位指针的方向是否一致并在显示模块上显示出来。这样方便工作人员确认井下三分向加速度计测试方向在不测量或者重新测量时加速度计测试方向回归到初始状态。

三分向加速度计3下部设置有相互连接的旋转平台和电位器，旋转平台和控制器相连，电位器和显示模块相连，电位器用来计算旋转平台的旋转角度，显示模块用来显示旋转平台的旋转角度。

当装工作人员要确定新的调整测量方位时，可在通过控制器控制旋转平台来调整三分向加速度计的测量方位。

本实施例井下三分向加速度计的保护和定位装置的安装方法，该安装方法与实施例1不同的是，其中在实施例1的基础上要将上述实现三分向加速度计的自我测量方位调整功能的装置安装在三分向加速度计上，如将三分向加速度计设置在旋转平台上。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种井下三分向加速度计的保护和定位装置，其特征在于：

包括底部密封的护井壁圆管(1)、定位圆桶(2)和三分向加速度计(3)，所述护井壁圆管(1)外壁形成有方向标记(11)，所述定位圆桶(2)垂直设置在护井壁圆管(1)底壁上，所述定位圆桶(2)一侧壁构造有沿着上端部向下的凹口(21)，该凹口(21)设置在靠近方向标记(11)一侧，所述三分向加速度计(3)置于定位圆桶(2)内，且具有与所述凹口(21)卡合的定位指针(31)，所述定位指针(31)用于指示三分向加速度计(3)的测试方位，所述定位指针(31)和所述方向标记(11)位于护井壁圆管(1)同一中心纵截面上；所述护井壁圆管(1)底壁设置有传动装置(4)，所述传动装置(4)包括传动连接的蜗轮(41)和蜗杆(42)，所述定位圆桶(2)通过蜗轮(41)的中心轴安装在护井壁圆管(1)底壁上；所述护井壁圆管(1)顶部设置有船舵型的旋转件(5)和用于固定旋转件(5)的支撑架，所述旋转件(5)周缘处形成有和蜗轮(41)转动角度对应的刻度，所述旋转件(5)轴线上固装有相对的第一支臂(51)和第二支臂(52)，所述第一支臂(51)设置有带动蜗杆(42)转动的第一拉伸件(61)；所述第二支臂(52)设置有带动蜗杆(42)转动的第二拉伸件(62)；

所述第一拉伸件(61)和第二拉伸件(62)为尼龙绳，所述第一拉伸件(61)和第二拉伸件(62)分别以相反的方向缠绕在第一支臂(51)和第二支臂(52)上；

所述蜗轮(41)的中心轴上设置有第二蜗轮，所述定位圆桶(2)底部设有与第二蜗轮的蜗齿配合连接的蜗槽。

2.根据权利要求1所述的井下三分向加速度计的保护和定位装置，其特征在于：所述定位圆桶(2)上端面呈椭圆形，该椭圆长轴方向和定位圆桶(2)轴向方向的夹角为20°～45°，所述凹口(21)设置在椭圆形下端顶点处。

3.根据权利要求2所述的井下三分向加速度计的保护和定位装置，其特征在于：所述夹角为30°。

4.根据权利要求1所述的井下三分向加速度计的保护和定位装置，其特征在于：所述方向标记(11)沿着护井壁圆管(1)的轴向方向形成于护井壁圆管(1)外壁上。

5.根据权利要求1所述的井下三分向加速度计的保护和定位装置，其特征在于：所述护井壁圆管(1)为UPVC硬聚氯乙烯管。

6.根据权利要求1所述的井下三分向加速度计的保护和定位装置，其特征在于：所述三分向加速度计(3)顶部固装有支架(32)，所述支架(32)固定有拉绳(33)。

7.一种根据权利要求1至6任意一项所述井下三分向加速度计的保护和定位装置的安装方法，其特征在于：该安装方法包括以下步骤：

步骤P1，预备步骤，用钻机在预定地点钻成一个直径和护井壁圆管直径匹配的、深21米的深井；

步骤P2，选取7节每节长度均为3米且外壁形成有方向标记的护井壁圆管，将其中1节护井壁圆管的底部密封上，其底部通过传动装置将定位圆桶固定，并使定位圆桶上凹口的方向和护井壁圆管外壁的方向标记的方向一致，然后在蜗杆上固定好第一拉伸件和第二拉伸件；

步骤P3，在井口上根据罗盘指示和地震观测所需要的方位调整护井壁圆管，使方向标记对正方向；

步骤P4，把圆管上的方向标记都保持方向一致，然后用热融器连接成21米并下到深井里；

步骤P5，将井下三分向加速度计用绳子放下去，沿着定位圆桶上端部滑下，使其上的定位指针和定位圆桶上的凹口卡合，完成了三分向加速度方位定位安装；

步骤P6，如果需要调整测量方位，则需在井口上将第一拉伸件和第二拉伸件固定在旋转件的第一支臂、第二支臂上。