CN107064996A - 一种分体组合式宽带海底地震仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体组合式宽带海底地震仪，包括上下垂直安装的两个独立仪器舱球、自沉浮机构和配重弹起架。两个独立仪器舱球通过一个中间连接件进行垂直安装。自沉浮机构安装在上仪器舱球的塑料舱体顶端，与配重弹起架通过多股拉紧钢丝连接。上下两个仪器舱球之间相互独立，没有中间连线，安装简单。上仪器舱球能提供额外的浮力，使得下仪器舱球可以配置很多的锂电池，显著提高仪器留海工作时间。同时由于下仪器舱球比较重，使得这种海底地震仪整机重心降低，回收时漂浮姿态稳定，降低了回收难度，提高海底地震仪的回收率。

Description

一种分体组合式宽带海底地震仪

技术领域

本发明涉及海洋勘探领域，具体为海洋地震观测技术领域和水下声学传播技术，特别涉及一种分体组合式宽带海底地震仪。

背景技术

随着海底观测技术的发展，基于沉浮式OBS的观测在海洋科学中也得到了长足的进展。沉浮式OBS采用海面自由投放，声学指令控制回收的工作模式。其可以在海底任意区域布放，依据考察船航次安排，进行数月或者更长周期的海底地震数据采集。

例如中国专利CN102426389A公开了一种便携式小型海底地震仪，包括塑料仪器舱、电腐蚀释放机构和沉耦架，塑料仪器舱内的玻璃仪器舱球顶部有水声压力传感器，内部有全姿态高频检波器、水声通讯模块、无线信标机、GPS、电子罗盘和电源，沉耦架为基座；其具有很高的谐振频率，工作频率300Hz，适用海底精细地质结构探测，其三分量高频检波器和水声压力传感器，可与各种人工震源配合进行高效高密度海底地震探测、地质调查。但随着海底观测的发展需要，其工作频带不足以胜任，已经不能满足长期天然地震观测的需要。

因此，需要一种工作频带足够宽、工作稳定、能满足复杂的海洋盆地状况，更要求其结构紧凑、自重轻；并且满足留海时间足够长、回收率高、记录数据质量高的要求的地震仪实属当务之急。因此在现有技术基础上，如何对海底地震仪的性能进行进一步的提升，是各位科学家为之努力的目标。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人经过多次设计和研究，提出了一种分体组合式宽带海底地震仪，其是在已有单仪器舱球海底地震仪的基础上，通过适应现场需要改进而成，其提高了性能指标，延长了观测时间，可以更好地满足海洋科学研究与海洋油气探测的需要。

依据本发明的第一方面，提供一种分体组合式海底地震仪，其包含两个独立的仪器舱球、自沉浮机构和配重弹起架；所述仪器舱球均包括一个内置的玻璃仪器舱球和一个外置的塑料舱球，两个仪器舱球的核心部件都安装在玻璃舱球内，玻璃舱球外部安装有塑料舱球作为保护；两个独立的仪器舱球上下垂直放置，中间通过连接件进行固定连接，自沉浮机构安装在上仪器舱的塑料舱体顶端，与配重弹起架通过多股拉紧钢丝连接，将两个分体组合式的仪器舱球固定于配重架中；上仪器舱为释放仪器舱，用于独立完成海底地震仪的水声通讯、释放、回收定位及回收指示灯的功能；下仪器舱为采集仪器舱，用于完成地动速度信号的数据采集、存储、通讯功能。

其中，两个独立的仪器舱球之间没有连线，彼此独立工作。上仪器舱的外置塑料保护舱底端和下仪器舱的外置塑料保护舱顶端分别安装一块连接板；储存和运输过程中，上、下仪器舱可以分开放置，实现分体式的功能；仪器投放前，按照采集仪器舱在下面、释放仪器舱在上面的顺序将两个仪器舱上下垂直放置，用固定螺丝把两块连接板进行连接，实现组合式的功能。

进一步地，上仪器舱球顶部安装一个水声换能模块，实现与声纳系统的通讯功能；内部集成了水声通讯模块、GPS接收模块、无线数传、回收频闪灯、一次性电池组，对外有一个四芯水密插头，负责输出释放电压信号；上仪器舱球内部剩余空间大，可以将GPS天线和无线数传天线安装在靠近仪器舱球顶端的位置，能提高仪器回收时GPS信号锁定的速度和无线数传发送位置信息的准确率，进一步提高仪器回收效率。

进一步地，下仪器舱球配置有对外负责完成充电电压输入、采集数据提取、仪器程序升级功能的一个十芯水密插头；舱球内部集成了采集系统、宽带地震计、GPS模块、无线网络通讯模块，能独立完成地动速度信号的数据采集、存储、通讯功能；上仪器舱球能提供浮力，下仪器舱球设计为负浮力状态，安装多块可充电锂电池。

优选地，内部传感器采用经过电子反馈实现的宽带地震计；该宽带地震计采用动圈换能的摆体结构且有独立的反馈线圈和标定线圈，将主线圈的输出经过滤波放大后输入到反馈线圈，通过增大检波器的阻尼系数和降低整机灵敏度的方法对宽带地震计频带进行了有效扩展。

更进一步地，分体组合式海底地震仪具有了进行标定自检的功能。

依据本发明的第二方面，提供使用上述分体组合式海底地震仪的方法，包括以下步骤：

(一)选择好投放地点和方位，在船上将分体组合式海底地震仪进行上下仪器舱的组合安装，然后进入采集模式；

(二)将分体组合式海底地震仪投放到海底，分体组合式海底地震仪着地后，立即用声纳系统进行准确定位；

(三)每隔一定的时间，内部姿态传感器会对分体组合式海底地震仪姿态进行测试，当其感知到分体组合式海底地震仪姿态不平时自动启动调零流程，位于常平架顶部的垂直向步进电机上拉宽频带地震计，使之脱离开玻璃仪器舱球27。在自重的作用下，地震计在自由状态下会恢复到水平的位置，此时根据姿态传感器返回的信号判断地震计是否已经恢复水平。如果已经恢复水平，则由垂直向步进电机反方向运转，将地震计重新放回玻璃仪器舱球底部并加压固定，此后内部宽频带地震计进入正常工作状态，数字采集器连续记录海底干扰和地震信号，并存储在内部SD中；

(四)当需要回收分体组合式海底地震仪时，在投放位置附近海域通过声纳系统发出回收信号，分体组合式海底地震仪接到信号后，开始熔断钢丝，约5分钟双球仪器舱与配重弹起架脱离，自动上浮至水面，点亮回收频闪灯，浮出海面后释放仪器舱球的GPS接收模块开始进行定位操作；

(五)定位完成后，通过上仪器舱球的无线发送模块发送其所在的位置信息，根据该信息或目测方式确定分体组合式海底地震仪方位，进行打捞上船；然后提取所记录的数据供分析和研究。

相比于现有技术，本发明的分体组合式海底地震仪，双仪器舱球各自独立工作，功能划分明确，使用灵活性强，留海工作时间长，能够实现海底自然地震的长期观测作业，在海底工作时间长达4年以上，为地壳和上地幔结构的研究提供有力的研究手段。采用了自研制的宽带地震计，降低了生产成本，提高了工作稳定性，并且由于标定线圈的采用，在球外可以判断地震计的工作是否正常，提高了采集数据的质量。

附图说明

图1为本发明的分体组合式宽带海底地震仪下仪器舱球常平架装置的结构图；

图2为本发明的分体组合式宽带海底地震仪下仪器舱球电池组安装示意图；

图3为本发明的分体组合式宽带海底地震仪自沉浮机构示意图；

图4为本发明的分体组合式宽带海底地震仪自沉浮机构的熔断钢丝绕线示意图；

图5为本发明的分体组合式宽带海底地震仪外观立体结构图；

图6为本发明的分体组合式宽带海底地震仪总结构示意图；

图7为本发明的分体组合式宽带海底地震仪配重弹起架示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种分体组合式宽带海底地震仪，包括上下垂直安装的两个独立仪器舱球、自沉浮机构和配重弹起架。两个独立仪器舱球通过连接件进行固定安装。自沉浮机构安装在上仪器舱的塑料舱体顶端，与配重弹起架通过多股拉紧钢丝连接。其中，上仪器舱球安装有水声通讯模块、GPS模块、无线数传模块和一次性电池供电组，承担水声通讯、释放和回收工作，并提供额外的浮力。下仪器舱球安装有低功耗宽带地震计、数据采集装置和可充电锂电池组，承担地动速度采集、存储、通讯工作。由于上下两个仪器舱球之间相互独立，没有中间连线，安装简单。上仪器舱球能提供额外的浮力，使得下仪器舱球可以配置多节锂电池，显著提高仪器留海工作时间。同时由于下仪器舱球设计为负浮力状态，使得这种海底地震仪整机重心降低，回收时漂浮姿态稳定，可以降低回收难度，提高海底地震仪的回收率。

详细地，本发明所提供的分体组合式海底地震仪包含两个独立的仪器舱球、自沉浮机构和配重弹起架。两个仪器舱球的核心部件都安装在玻璃仪器舱球内，玻璃仪器舱球固装于塑料保护舱内，呈上下布置，垂直固定在连接件上，自沉浮机构安装在上仪器舱球的塑料舱体顶端，与配重弹起架通过多股拉紧钢丝连接，将两个分体组合式的仪器舱固定于配重架中。上仪器舱顶部有水声换能模块，对外有一个四芯水密插头负责输出释放电压信号，内部集成了水声通讯模块、GPS全向接收模块、无线数传、回收频闪灯、一次性电池组。上半球水声换能模块下方安装一个固定电路板，其中水声通讯模块布置在中间位置，GPS全向接收模块、无线数传布置在电路板周围，靠近玻璃仪器舱球内壁位置，其目的是为了仪器回收时能接收到良好的GPS位置信息，实现回收定位功能，提高回收效率。上仪器舱还包括频闪灯，当仪器舱上浮时，频闪灯在黑夜里能有效的指示仪器舱所在方位且方便回收。上仪器舱球使用一次性电池独立供电，电池组整体重量较轻，所以上仪器舱球能提供较大的浮力，实现释放、回收、提供浮力三大功能。下仪器舱包含常平装置、三分量宽带地震计、采集器系统和海底地震仪电源，常平装置利用姿态传感器(7)和姿态调整电机(3)对三分量姿控宽带地震计(4)进行姿态调整；采集器系统采用温补晶振构成的振荡电路作为内部时钟；海底地震仪电源采用多组3.2AH可充电锂电池。

进一步地，三分量宽带地震计与常平装置支架通过轴承连接，三分量宽带地震计可自由旋转，工作角度≤30度；三分量宽带地震计与常平装置连接好后，放入下半球，常平架的固定托圈上通过不同的弧形电池盒，布置大量的可充电锂电组。采集电路系统在玻璃仪器舱球外进行组装、调试后，固定在三分量宽带地震计上方的固定安装板上，然后经过上半球的压紧使得玻璃仪器舱球内部成为一个整体。优选地，三分量宽带地震计采用经过电子反馈实现的宽带地震计，该地震计采用动圈换能的摆体结构，有独立的反馈线圈和标定线圈，将主线圈的输出经过滤波放大后输入到反馈线圈，通过增大检波器的阻尼系数和降低整机灵敏度的方法对其频带进行了有效扩展，得到了结构紧凑、体积小巧、低功耗的宽带地震计，而且由于标定线圈的存在，使得仪器具有了进行标定自检的功能，突破了目前所有版本的海底地震计无法对传感器进行标定的局限性，可以随时查看地震计的工作状态，有效提高海底地震计生产效率以及数据记录质量。对于该宽频带地震计来说，不需要调节零点、不需要锁摆、功耗低、体积小，应用于海底地震仪有很大的优势。

下仪器舱球内的电池可以按照空间尺寸和实际需求进行尽量多的布放，最多可以增加52组电池组的布放，预期留海时间可以增加3.2Ah*3.7V*8*52/0.17W＝1200天，即分体组合式海底地震仪的留海时间可以延长到四年。同时，对于这种分体组合式宽带海底地震仪来说，所有的电池重量都在下半球，使得双球连体后的重心很低，回收时仪器漂浮状态的姿态稳定，便于接收回收位置信息和频闪指示灯信息。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1～图7所示，为本发明的分体组合式海底地震仪结构示意图。其中，直流电机1、常平环2、扩频电路板3、宽频带地震计4、姿态传感器5、轴承座6、固定托圈7、轴承8、地震计外壳9、可充电锂电池组10、电池安装盒11、正极13、锁紧螺母14、压丝垫片15、不锈钢镙柱16、镙杆支撑板17、脱钩滑块18、绕丝钉19、不锈钢吊钩20、绕丝固定板21、负极22、负极保护套23、熔断钢丝24、自沉浮机构25、上仪器舱球26、下仪器舱球27、拉紧钢缆28、配重弹起架29、锁紧镙栓30、水声换能器31、水声通讯模块32、GPS天线33、无线数传天线34、上仪器舱球一次性电池组35、弹簧36、塑料柱37、常平装置38、耦合圈39、熔断钢丝熔断点(两处)40、定位立柱41、缓冲槽42。

本发明的分体组合式海底地震仪，包含两个独立的仪器舱球、自沉浮机构和配重弹起架三部分组成。

一、上、下仪器舱球

仪器舱分为上、下两个独立的玻璃仪器舱球，玻璃仪器舱球外部有塑料外壳作为保护舱。塑料保护舱作为玻璃舱的保护装置，在海底地震仪的使用中有非常重要的作用：一是为了保护玻璃球体，运输过程中免于遭到损坏，并便于搬运；二是为了固定玻璃球和安装释放机构。

上下仪器舱球各自采用独立的供电系统、完成独立的功能任务。

上仪器舱球主要包括：

(1)水声通讯模块

采用8位元FSK数字编码。FSK编码的解调电路包括了振幅检测、相位检测、压控振荡器、比较输出器等几个部分。其基本原理是：根据输入信号和本振信号的相位差，控制压控振荡器在一个相对较窄带宽内(～400Hz)调节本振频率，如果输入信号频率和本振频率一致，相位差为零，本振频率锁定，则编码解调电路输出为低电平，反之为高电平。两个编码解调电路本振频率分别为10KHz和12.5KHz，用以检测信号中是否含有对应的频率信号。

水声传输的交混回响问题，采用首波提取的方式加以解决。原理是甲板机每100毫秒发送一个编码频率，持续时间约10毫秒。在接收端水声通讯模块在接收到的第一个编码频率信号后10毫秒内关闭信号通道。以后每隔100毫秒打开信号通道进行信号解调，持续时间为10毫秒，然后在关闭信号通道，直至该码字节结束。

为了防止放大器饱和，设计了带通频率10-12.5KHz的单T网络选频放大器，使信号频带之外的信号能被有效的压制。

水声发射与换能器的匹配设计，主要是从阻抗匹配和调谐匹配两个环节考虑，并采取措施对推挽功放管进行保护。

水声通讯模块收到岸上发出的释放指令时，对外输出的释放电压有效，释放电压加到熔断丝和释放电极上，经海水腐蚀熔断后，海底地震仪脱离沉耦架，向上浮出水面。

(2)GPS接收模块和无线数传模块

水声通讯模块收到船上发出的释放指令时，打开释放电压的同时，打开内部GPS模块和无线数传模块电源。等到仪器浮出水面后，GPS模块开始进行搜索卫星对钟的过程，等到GPS定位有效后，位置信息通过无线数传模块向外发射，船上有对应的无线数传接收装置，接收到仪器发送过来的位置信息，可以按照仪器位置进行打捞回收操作。

GPS接收模块由GPS模块和全向天线两部分组成，能进行快速定位，全向天线的安装位置对提高仪器回收效率的有很大的影响。

无线数传模块输出功率为30dBm,可靠传输距离达到4.5km，其具有抗干扰能力强、传输距离远、功耗低等特点，满足海底地震仪的使用。接口波特率设置成与GPS相同的速度9600bps，无线数传的接收端与GPS的发送端直连，将GPS的相关位置信息和时间信息经过无线天线进行发送。无线数传模块配套的天线为可旋转的螺旋天线，其增益为3.0DB，天线的安装位置对可靠传输距离有很大的影响。

本发明的双球装置，GPS模块和无线传输模块均位于上仪器舱球，靠近顶部位置，由于上仪器舱球内部空间大，两根天线可以按照最优位置设计进行布置，并且保证相互之间的间隔距离，提高回收效率。

(3)回收频闪灯

当仪器上浮时，频闪灯露出水面，使回收人员可以通过目测看到仪器所在位置，是保证夜晚仪器回收效率的另一重要手段。

频闪灯采用光源采用发光效率高，穿透性较好的高亮度发光二极管。频闪灯的电源也是在水声通讯模块执行完释放指令后打开。频闪灯安装在上仪器舱球靠近顶端处，并尽量靠近玻璃仪器舱球内壁。

下仪器舱球主要包括：

(1)常平装置

对于宽带地震计来说，机械零位的要求要远远高于短周期的地震计。本发明设计了利用姿态传感器5和姿态调整电机1对三分量宽带地震计4进行姿态调整的改进方案，通过改进常平装置的结构原理，使得地震计部分体积重量均大大地降低，关键是有效提高了姿控调整的范围，扩展为30度左右。最大工作倾斜角度达到了国外同类宽带海底地震仪的水平。这将使海底地震仪能适应更为复杂的海底地形。

姿态传感器5采用固态MEMS器件，无机械结构，工作稳定可靠。

其工作方式如下：宽带地震计4放置于常平环2上，再整体通过轴承6固定于常平装置的支架上，下玻璃仪器舱球27至地震计4为刚性连接，由此保证地动信号的低失真传递。当海底地震仪在海底着地后，姿态传感器5感知到海底姿态调平时，常平面由位于常平环2顶部的直流电机1上拉脱离开玻璃仪器舱球27，在自重的作用下，宽带地震计4在自由状态下会恢复到水平的位置，此时又根据姿态传感器5返回的信号判断地震计是否已经恢复水平，如果已经恢复水平则由垂直向步进电机1反方向运转将地震计重新放回玻璃仪器舱球27底部并加压固定，

常平装置2将电池组11、三分量宽带地震计4、电子电路43联结成了一个整体，形成了内部结构的一体化。仪器组装、调试工作都可以在耐压玻璃仪器舱球27外完成。玻璃仪器舱球27可看成仅是个机壳，将测试好的海底地震仪放入玻璃仪器舱球27中，由O型圈压缩固定，完成组装。这种结构也降低了仪器的附加振颤。

(2)宽带地震计

海底地震仪中我们采用了自研制的了宽带地震仪4。该地震计采用动圈换能的摆体结构，有独立的反馈线圈和标定线圈，将主线圈的输出经过滤波放大后输入到反馈线圈，通过增大检波器的阻尼系数和降低整机灵敏度的方法对其频带进行了有效扩展，得到了结构紧凑、体积小巧、低功耗的宽带地震计。

由于标定线圈的存在，使得仪器具有了进行标定自检的功能，突破了目前所有版本的海底地震计无法对传感器进行标定的局限性，可以随时查看地震计的工作状态，有效提高海底地震计生产效率以及数据记录质量。对于该宽频带地震计来说，不需要调节零点、不需要锁摆、功耗低、体积小，应用于海底地震仪有很大的优势。

(3)采集器系统

仪器采用温补晶振构成的振荡电路作为内部时钟，在0℃至4℃温度范围内其精度优于5×10^-8。影响石英晶体振荡频率精度的主要是温度因素,而海底的温度相对恒定，在2000米深的海底，温度的年变化仅在0.5度，所以时钟精度能有效地保证。为减小线路板的噪音，系统所需的所有不同频率的时钟(主要是模数转换时钟和单片机时钟)采用对同一时钟分频获得。

数据存储采用数码相机和播放机上广泛采用的SD(SecureDigital)卡，具有统一接口，容量可从32G扩展到更高。

在电路设计中坚持微功耗设计原则；为了系统功耗微功耗的目的,数据采集器的硬件电路设计遵从了以下的原则：(1)采用CMOS型器件，(2)采用1.8V、3V和5V单电源低电压供电；(3)数字电路尽量采用较低频率的工作时钟；(4)尽量降低系统的无功功耗,整体功耗<0.17W；(5)进入采集状态后，关闭不必要的模块，譬如WIFI模块、GPS模块等。

采集器的A/D转换采用4阶Σ-Δ型ADS1251增量调制器，AD时钟由单片机LPC11U68分频输出，数字滤波的功能采用软件编程完成。AD每完成一次转换，触发单片机产生一次中断，单片机的中断程序将AD数据读入内存。这种方式不仅可以在降低功耗和缩小体积的基础上得到足够的动态范围(>120dB)，还能根据实际的不同需要，动态调整其频率-相位特性。

核心处理器采用Cortex-M0的ARM处理器(NXP公司LPC11U68)。工作电压3.3/1.8V，60M主频，在完成A/D转换数字滤波的同时控制存储、通讯等其它模块工作。单片机工作在空闲模式(idlemode),中断驱动模式。

控制器连接了4通道完全相同的AD模块(第1-3通道连接宽带地震计、第4通道连接水听计通道)，通过多路开关(MAX4052)进行切换，利用单片机的GPIO脚作为地址线选通读入1-7通道的AD数据。

(4)地震仪电源

海底地震仪电池采用3.2AH锂电池，每组8个，每套仪器最多安装68组。每个锂电池单独带保护器，的电池按环状固定在玻璃仪器舱球的下部，地震仪通过单片机对每个电池的充放电状态和电压进行检测，并能通过交互界面显示。充电通过仪器舱球上的插座进行，用户可以了解每个电池的充电电量、充电时间等信息。通过专用的充电器用户可以在数十小时内完成对海底地震仪的充电工作。每次充电操作用户都能掌握充电前后电池电压状态，充电电量等信息，能及时发现电池失效或性能降低的情况。从而对失效电池及时进行更换，或根据电池性能降低的情况缩短仪器在海底工作的时间。

内置的电源管理模块能实时地监督电池的电能储量，当能量低于某一预定值，地震仪会关闭

除了水声通信之外的所有耗电设备，使地震仪在海底滞留一年以上的时间仍能正常回收。

(5)数据提取方式

为了保证海上的多次作业顺利进行，数据提取模块必须操作方便并且需要较快的传输速度。OBS中内嵌了USB接口模块与PC机进行高速数据交换,能在不打开仪器舱球的前提下,以较高的速度(2M字节/秒)实现OBS的数据提取。

二、自沉浮机构：

自沉浮机构25为双层结构，包括不锈钢镙柱16、镙杆支撑板17、绕丝固定板21，其中，片状环绕丝固定板21和片状环镙杆支撑板17山下平行设置，以多数个不锈钢镙柱16将两者固接，其中两个位于直径上的镙柱16上端伸出固定板21的上表面相互连接，构成吊钩20；镙杆支撑板17内孔直径与上仪器舱球塑料保护舱26顶部外圆直径相适配。

片状环绕丝固定板21上表面设有正极13、脱钩滑块18、绕丝钉19、负极22，正极13、负极22位于固定板21内孔直径方向的相对两侧，正极13上套接压丝垫片15后螺接锁紧螺母14，负极22上套接负极保护套23；在与正极13、负极22构成的直径方向相垂直的直径方向上两端，于固定板21周缘上设有向圆心的凹槽211，两凹槽211内各设有一脱钩滑块18，L状脱钩滑块18与凹槽211相适配，其向上突起的固定壁181中间有一固接口182，固接口182供拉紧钢丝27缠绕连接，其底座183上设有多个绕丝钉19和一紧锢镙栓184；在固定板21上表面还设有多个绕丝钉19，绕丝钉19均匀分布，分布的位置与正极13、负极22的位置构成圆环形。

一熔断钢丝24经正极13和顺序经所有的绕丝钉19绕成环，并以锁紧螺母14和绕丝钉19固紧定位，将脱钩滑块18固于固定板21上，熔断钢丝24与两负极22触接；两负极22即是两熔断点40。

将上仪器舱球26与下仪器舱球27经过中间一个连接件进行固定，置于配重弹起架29中，自沉浮机构25置于上仪器舱球26塑料保护舱顶端，镙杆支撑板17内孔与塑料仪器舱26顶端相接，以多根拉紧钢丝27缠绕于脱钩滑块18的固接口182后，用多个锁紧螺栓30拉紧多根拉紧钢丝27，以固定塑料外壳26。

在固定塑料外壳26后，卸掉脱钩滑块18上的紧锢镙栓184，再利用锁紧螺栓30来拉紧钢丝27调整仪器舱26的紧固程度；在仪器回收时利用海水特性，在两熔断点40处进行电腐蚀熔断钢丝24，脱钩滑块18被拉紧钢丝27拉脱开，仪器舱26即利用海水浮力上浮，以便回收。

(1)绕丝固定板21采用具有高机械强度、高刚性、韧性强的工程塑料尼龙加工而成，在水中不易变形，不易被腐蚀。

(2)绕丝钉19是自沉浮机构中较为关键的部分，所以我们采用316L特殊不锈钢制成，这种材料对于海水及各种腐蚀介质的抗腐蚀性能均优于普通不锈钢。

(3)熔断钢丝24是整个自沉浮机构的核心部件，我们选用的316耐腐蚀钢丝，由7束49股细钢丝经过特殊工艺加工而成，易曲而柔软。在弯曲时不象单股钢丝那样显得太硬，拉紧时会紧贴绕丝钉。

自沉浮机构25作为仪器回收过程的重要组成部件，机构的组装、调试工作都可在室内进行试验通过，才可安装使用。测试好的自沉浮机构通过8组不锈钢镙钉固定在仪器舱26的上部，能够很方便地完成组装。机构中的零件加工工艺和选材均可以保证长时间工作在海水里，同时能够实现在接到指令后，钢丝在5分钟内即被熔断。直到仪器回收整个过程不超过10分钟。

三、配重弹起架：

配重弹起架29，采用表面附着防锈漆的钢铁材料制成，在支架中间的圆盘上装有四根塑料柱37，每根塑料柱上面安装四个弹簧36，当仪器上浮瞬间，提供必要的弹力以便仪器可以顺利上浮，不被周围的淤泥陷住，保证仪器顺利回收。

配重弹起架通过耐腐蚀拉紧钢丝与自沉浮机构紧密相连，其重量和体积适合于在下沉过程中控制下沉速度和下沉姿态，并为地震仪在海底工作提供稳定的基座，仪器上浮后，配重弹起架丢弃在海水中。

使用本发明的分体组合式海底地震仪的工作流程如下(使用方法)：

(一)选择好投放地点和方位，在船上将分体组合式海底地震仪进行上下仪器舱的组合安装，然后进入采集模式；

(二)将分体组合式海底地震仪投放到海底，分体组合式海底地震仪着地后，立即用声纳系统进行准确定位。

(三)每隔一定的时间，内部姿态传感器5会对分体组合式海底地震仪姿态进行测试，当其感知到分体组合式海底地震仪姿态不平时自动启动调零流程，由位于常平架顶部的垂直向步进电机1上拉宽频带地震计4，使之脱离开玻璃仪器舱球27，在自重的作用下，地震计在自由状态下会恢复到水平的位置，此时有根据姿态传感器7返回的信号判断地震计是否已经恢复水平，如果已经恢复水平则由垂直向步进电机1反方向运转将地震计重新放回玻璃仪器舱球27底部并加压固定，此后内部宽频带地震计进入正常工作状态，数字采集器连续记录海底干扰和地震信号，并存储在内部SD中。

(四)当需要回收分体组合式海底地震仪时，在该分体组合式海底地震仪所在的位置附近海域通过声纳系统发出回收信号，分体组合式海底地震仪接到信号后，开始熔断钢丝，约5分钟双球仪器舱与配重弹起架29脱离，自动上浮至水面，点亮回收频闪灯，浮出海面后上仪器舱球的GPS接收模块33开始进行定位操作；

(五)定位完成后，通过上仪器舱球的无线发送模块34发送其所在的位置信息，根据该信息或目测方式确定分体组合式海底地震仪方位，进行打捞上船。然后提取所记录的数据供分析和研究。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。

Claims (8)

1.一种分体组合式海底地震仪，其特征在于，其包含两个独立的仪器舱球、自沉浮机构和配重弹起架；所述仪器舱球均包括一个内置的玻璃仪器舱球和一个外置的塑料保护舱球，两个仪器舱球的核心部件都安装在玻璃舱球内，玻璃舱球外部安装有塑料舱球作为保护；两个独立的仪器舱球上下垂直放置，中间通过连接件进行固定，自沉浮机构安装在上仪器舱球的塑料舱体顶端，与配重弹起架通过多股拉紧钢丝连接，将两个分体组合式的仪器舱球固定于配重架中；上仪器舱为释放仪器舱，用于独立完成海底地震仪的水声通讯、释放、回收定位及回收指示灯的功能；下仪器舱为采集仪器舱，用于完成地动速度信号的数据采集、存储、通讯功能。

2.如权利要求1所述的分体组合式海底地震仪，其特征在于：两个独立的仪器舱球之间没有连线，彼此独立工作。

3.如权利要求1所述的分体组合式海底地震仪，其特征在于：上仪器舱球的外置塑料保护舱底端和下仪器舱的外置塑料保护舱顶端分别安装一块连接板；储存和运输过程中，上、下仪器舱球可以分开放置，实现分体式的功能；仪器投放前，按照采集仪器舱在下面、释放仪器舱在上面的顺序将两个仪器舱上下垂直放置，用固定螺丝把两块连接板进行连接，实现组合式的功能。

4.如权利要求1所述的分体组合式海底地震仪，其特征在于：上仪器舱球顶部安装一个水声换能模块，实现与声纳系统的通讯功能；内部集成了水声通讯模块、GPS接收模块、无线数传、回收频闪灯、一次性电池组，对外有一个四芯水密插头，负责输出释放电压信号；上仪器舱球内部剩余空间大，可以将GPS天线和无线数传天线安装在靠近仪器舱球顶端的位置，能提高仪器回收时GPS信号锁定的速度和无线数传发送位置信息的准确率，进一步提高仪器回收效率。

5.如权利要求1所述的分体组合式海底地震仪，其特征在于：下仪器舱球配置有对外负责完成充电电压输入、采集数据提取、仪器程序升级功能的一个十芯水密插头；舱球内部集成了采集系统、宽带地震计、GPS模块、无线网络通讯模块，能独立完成地动速度信号的数据采集、存储、通讯功能；上仪器舱球能提供浮力，下仪器舱球设计为负浮力状态，安装多块可充电锂电池。

6.如权利要求2或3所述的分体组合式海底地震仪，其特征在于：内部传感器采用经过电子反馈实现的宽带地震计；该宽带地震计采用动圈换能的摆体结构且有独立的反馈线圈和标定线圈，将主线圈的输出经过滤波放大后输入到反馈线圈，通过增大检波器的阻尼系数和降低整机灵敏度的方法对宽带地震计频带进行了有效扩展。

7.如权利要求1-6之任一所述的分体组合式海底地震仪，其特征在于：分体组合式海底地震仪具有了进行标定自检的功能。

8.使用上述权利要求之任一的分体组合式海底地震仪的方法，包括以下步骤：

(一)选择好投放地点和方位，在船上将分体组合式海底地震仪进行上下仪器舱的组合安装，然后进入采集模式；

(二)将分体组合式海底地震仪投放到海底，分体组合式海底地震仪着地后，立即用声纳系统进行准确定位；

(三)每隔一定的时间，内部姿态传感器会对分体组合式海底地震仪姿态进行测试，当其感知到分体组合式海底地震仪姿态不平时自动启动调零流程，位于常平架顶部的垂直向步进电机上拉宽频带地震计，使之脱离开玻璃仪器舱球27；在自重的作用下，地震计在自由状态下会恢复到水平的位置，此时根据姿态传感器返回的信号判断地震计是否已经恢复水平；如果已经恢复水平，则由垂直向步进电机反方向运转，将地震计重新放回玻璃仪器舱球底部并加压固定，此后内部宽频带地震计进入正常工作状态，数字采集器连续记录海底干扰和地震信号，并存储在内部SD中；

(四)当需要回收分体组合式海底地震仪时，在投放位置附近海域通过声纳系统发出回收信号，分体组合式海底地震仪接到信号后，开始熔断钢丝，约5分钟双球仪器舱与配重弹起架脱离，自动上浮至水面，点亮回收频闪灯，浮出海面后释放仪器舱球的GPS接收模块开始进行定位操作；

(五)定位完成后，通过上仪器舱球的无线发送模块发送其所在的位置信息，根据该信息或目测方式确定分体组合式海底地震仪方位，进行打捞上船；然后提取所记录的数据供分析和研究。