CN107300716B - 用于三维sh波或多波地震勘探的智能检波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，包括密封连接为一体的上壳体和下壳体；所述下壳体内的底部向上设置有步进电机，所述步进电机的机壳上垂直向下设置有连接轴，所述连接轴的下端密封延伸出下壳体之外并与尾椎相连接；位于下壳体的上部设置有支撑架，所述支撑架的中部设置有定位轴承，步进电机的电机轴端部穿过所述定位轴承与电子罗盘固定连接，步进电机的电机轴外周面上固定有至少一个MEMS加速度计；所述上壳体内设置有控制单元模块，所述控制单元模块上设置有电气接口。本发明优点在于实现对于三维SH波震源放置在勘探区域任意位置的情况，都能智能地根据检波器自身所处的位置调整检波器的内部接收机芯方向。

Description

用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器

技术领域

本发明涉及应用于工程勘探以及石油、地质、煤田等勘探领域的检波器，具体地说是涉及用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器。

背景技术

地震勘探是利用仪器在地表观测地震波信号，并对其进行处理分析，从而获得地下构造和岩石物性以及资源信息的技术。地震波遇到不同波阻抗的地层时将发生反射、折射等现象，此时通过地面上所安装的检波器接收、记录地震波的数据，随后用计算机进行分析处理，从而推断出地下构造和岩石物性，以及油、气、煤和其他矿产资源的赋存状况，也可用于工程勘查及地质灾害预测等。

地震勘探目前主要有：纵波勘探、横波勘探、多波勘探等。横波与纵波相比，具有速度低、频率低、波长短，且不受地下水影响的优点。因此，横波地震勘探可以达到纵波地震勘探所无法达到的分辨率和精确度，能更好的探测第四纪覆盖层厚度及其下伏基岩小构造。

横波有两种类型，一种是SV波，是指质点在包括射线在内的铅垂面内振动的横波，即质点的振动和波的传播射线都在测线的铅垂面内，水平检波器沿X方向布置；另一种是SH波，是质点在水平面内振动的横波，波在射线平面内传播时，质点的振动在垂直于射线平面的水平面内振动，水平检波器沿Y方向布置。

当入射波为SH波时，只产生同类的反射和透射波，而不发生波形的转换，也就是所谓的自生波，主要是因为SH波的振动方向决定了它没有法向分量，只有水平分量。SH波经过界面的时候不产生转换波，在工程勘察中具有很大的优势。

用SH波作为震源的横波勘探，由于SH波自身传播的特点，具有一定的方向性，对震源的激发和检波器的接收方向有要求。因此，目前常用的SH 波勘探主要是二维的勘探方法，水平敲击震源使其左右震动，激发出向前传播的SH波，布置在前方的检波器用水平检波器或三分量检波器接收。

目前，地震检波器主要包括纵波检波器、横波检波器、三分量检波器等，将接收到的波动信号转换为电信号，然后再进行数字化传输存储。将机械运动转换为电信号的方法，不外乎应用电磁检波器、电容检波器、压电检波器和光纤应变检波器等。数据传输方式包括有线传输方式（有缆系统）、有线和无线混合的数据传输方式（少缆系统）和无线传输方式（无缆系统）。传统的检波器可以满足当前不同的地震勘探的生产需要，接收纵波、横波、多波等信号，满足一定条件下的数据采集工作，完成地震勘探任务。可以说，接收地震波的传感器，是勘探过程不可或缺的重要组成部分，其接收能力直接决定了地震波数据的质量。

当前主流的水平检波器或三分量，插入到某一位置，其能接收到的SH波方向便已固定且不可改变，在三维的横波（SH波）勘探中，每个检波器与震源的相对位置都不相同，这就要求每个检波器的接收方向不同。每改变一次震源位置，要想接收到完整的SH波，所有检波器的方向也都需做相应调整，这在实际工作中很不现实。中国专利ZL201410283669.6 、一种地震SH波三维勘探震源装置（李广超，朱培民等，2014年），ZL201410283668.1、地震SH波三维勘探采集和处理的方法（李广超，朱培民等，2014年）两个专利实现了三维SH波地震勘探。这个方法是用旋转剪切的力激发出向四周传播的SH波，检波器固定一种排列方式，在数据接收后进行角度旋转变换处理。是一种后期处理技术。

利用ZL201410283669.6 、一种地震SH波三维勘探震源装置，在任一个位置激发时，如果采用的检波器可以智能化的旋转接收角度，就能接收到完全的横波信号。因此，研发一种可以智能化控制方位接收地震波的检波器，对于开展SH波三维勘探有着很重要的作用，但目前还未见诸有关报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，达到满足定向接收来自任意方位震源激发出来的地震波。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，包括密封连接为一体的上壳体和下壳体；所述下壳体内的底部向上设置有步进电机，所述步进电机的机壳上垂直向下设置有连接轴，所述连接轴的下端密封延伸出下壳体之外并与尾椎相连接；位于下壳体的上部设置有支撑架，所述支撑架的中部设置有定位轴承，步进电机的电机轴端部穿过所述定位轴承与电子罗盘固定连接，步进电机的电机轴外周面上固定有至少一个MEMS加速度计；所述上壳体内设置有控制单元模块，所述控制单元模块上设置有电气接口。

所述控制单元模块包括单片机或可编程控制器、无线通讯模块、模数转换模块、步进电机控制器、存储模块和供电管理模块，所述单片机或可编程控制器数据信号输入端与所述模数转换模块的数据信号输出端连接，单片机或可编程控制器数据信号输出端与所述存储模块的数据信号输入端连接，单片机或可编程控制器控制信号输出端与所述步进电机控制器的控制信号输入端连接，所述无线通讯模块与单片机或可编程控制器通信连接；步进电机控制器的控制输出端与所述步进电机连接，模数转换模块的数据信号输入端与MEMS加速度计的数据信号输出端连接，所述电子罗盘的数据信号输出端与单片机或可编程控制器的数据信号输入端连接；所述供电管理模块由大容量智能电池和稳压模块组成，用于向单片机或可编程控制器、无线通讯模块、模数转换模块、步进电机控制器、存储模块、步进电机、MEMS加速度计和电子罗盘供电。

所述MEMS加速度计初始位置相对于所述上、下壳体是固定的，所述电子罗盘将测量检波器初始的角度指向传输给所述单片机或可编程控制器；无线传输模块将接收震源中心的位置信息传输给单片机或可编程控制器，由单片机或可编程控制器根据计算检波器和震源连线的角度，并把这个角度信息与电子罗盘测量的初始角度对比计算出差值，指令所述步进电机旋转使代表Y分量的MEMS加速度计垂直于检波器与震源连线方向，使代表X分量的MEMS加速度计指向检波器与震源连线方向。

所述上壳体的顶壁外表面封装有水准气泡，所述顶壁上设有初始指向箭头。

所述尾椎为金属材质制成，尾椎的形状为圆锥形或棱锥形。

本发明优点在于实现对于三维SH波震源放置在勘探区域任意位置的情况，都能智能地根据检波器自身所处的位置调整检波器的内部接收机芯方向，确保机芯中的Y方向MEMS加速度计能够准确的接收到SH波，以使三维SH波地震勘探的接收技术变得简单，达到使该项勘探技术能够得到大范围推广应用目的。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明所述控制单元模块及控制电路的原理框图。

图3是本发明所述电气接口的结构示意图。

图4是本发明所述三个MEMS加速度计的接收方向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1-4所示，本发明所述用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，包括密封连接为一体的上壳体1和下壳体2，上壳体1和下壳体2的内表面均设置有柔软垫层3，以达到防震减震、保护内部器件目的。下壳体2内的底部向上设置有步进电机4，步进电机4的机壳上垂直向下设置有连接轴5，连接轴5的下端密封延伸出下壳体2之外并与尾椎6相螺接，尾椎6为金属材质制成便于传播震动波，尾椎6的形状为圆锥形或棱锥形；位于下壳体2的上部设置有支撑架7，支撑架7的中部设置有定位轴承8，步进电机4的电机轴9端部穿过定位轴承8与电子罗盘10固定连接，步进电机4的电机轴9外周面上固定有三个MEMS加速度计11.1、11.2、11.3；如图4所示，MEMS加速度计11.1定义为指向X方向，MEMS加速度计11.2定义为指向Y方向，MEMS加速度计11.3定义为指向Z方向，按照笛卡尔坐标系互相垂直。上壳体1内设置有控制单元模块12，控制单元模块12上设置有电气接口13，上壳体1的顶壁外表面封装有水准气泡14。

如图2所示，控制单元模块12包括单片机、无线通讯模块、模数转换模块、步进电机控制器、存储模块和供电管理模块，单片机数据信号输入端与模数转换模块的数据信号输出端连接，单片机数据信号输出端与存储模块的数据信号输入端连接，单片机控制信号输出端与步进电机控制器的控制信号输入端连接，无线通讯模块与单片机通信连接；步进电机控制器的控制输出端与步进电机4连接，模数转换模块的数据信号输入端分别与三个MEMS加速度计11.1、11.2、11.3的数据信号输出端连接，电子罗盘10的数据信号输出端与单片机的数据信号输入端连接；供电管理模块由大容量智能电池和稳压模块组成，用于向单片机、无线通讯模块、模数转换模块、步进电机控制器、存储模块、步进电机4、三个MEMS加速度计11.1、11.2、11.3和电子罗盘10供电。

控制单元模块12主要为检波器的智能控制中心，其主要功能是：控制供电管理模块给其他需要电源的各部件供电，判断电源的多少，提示充电或更换电池；根据接收到震源所在位置和检波器所在位置信息，计算MEMS加速度计11.2 （Y方向）和电子罗盘10初始角度的夹角、需要转动的角度，控制步进电机4旋转一定的角度，使MEMS加速度计11.2垂直于震源中心和尾椎6连线；同时将采集的信号进行模数转换并存储起来。

电子罗盘10指示检波器指向的初始位置，并数字化提供给控制单元模块12。电子罗盘10分辨率的大小是指电子罗盘10最小能分辨出多少度的角的误差。目前的电子罗盘4当每秒响应速度为4次时一般是±0.1°，每秒响应速度为20次时则大致为±0.2°。

控制单元模块12通过接收到震源的位置信息，计算当前MEMS加速度计11.2 （Y方向）指向和尾椎6和震源连线的角度，控制步进电机4旋转一定的角度，使Y分量所指方向同尾椎6和震源连线方向垂直，并发出指令锁死步进电机4。

模数转换模块和对三个MEMS加速度计11.1、11.2、11.3接收到的震动信号变为电信号，并进行数字化转换，便于传输和存储。

存储模块主要用于检波器作为无缆式存储时需要的数据存贮功能。

无线通讯模块，在检波器作为有缆式地震仪的检波器工作时，主要功能是接收三维震源的位置信息及发射器发射的位置信息；在作为无线存储地震仪的一部分时，其功能要加上数据传输，将采集的地震数据传送到显控中心或者存储起来。

尾椎也可以由能够与硬化地层很好耦合的金属板或塑料板代替。

Claims (5)

1.一种用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，包括密封连接为一体的上壳体和下壳体；其特征在于：所述下壳体内的底部向上设置有步进电机，所述步进电机的机壳上垂直向下设置有连接轴，所述连接轴的下端密封延伸出下壳体之外并与尾椎相连接；位于下壳体的上部设置有支撑架，所述支撑架的中部设置有定位轴承，步进电机的电机轴端部穿过所述定位轴承与电子罗盘固定连接，步进电机的电机轴外周面上固定有至少一个MEMS加速度计；所述上壳体内设置有控制单元模块，所述控制单元模块上设置有电气接口。

2.根据权利要求1所述用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，其特征在于：所述控制单元模块包括单片机或可编程控制器、无线通讯模块、模数转换模块、步进电机控制器、存储模块和供电管理模块，所述单片机或可编程控制器数据信号输入端与所述模数转换模块的数据信号输出端连接，单片机或可编程控制器数据信号输出端与所述存储模块的数据信号输入端连接，单片机或可编程控制器控制信号输出端与所述步进电机控制器的控制信号输入端连接，所述无线通讯模块与单片机或可编程控制器通信连接；步进电机控制器的控制输出端与所述步进电机连接，模数转换模块的数据信号输入端与MEMS加速度计的数据信号输出端连接，所述电子罗盘的数据信号输出端与单片机或可编程控制器的数据信号输入端连接；所述供电管理模块由大容量智能电池和稳压模块组成，用于向单片机或可编程控制器、无线通讯模块、模数转换模块、步进电机控制器、存储模块、步进电机、MEMS加速度计和电子罗盘供电。

3.根据权利要求2所述用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，其特征在于：所述MEMS加速度计初始位置相对于所述上、下壳体是固定的，所述电子罗盘将测量检波器初始的角度指向传输给所述单片机或可编程控制器；无线传输模块将接收震源中心的位置信息传输给单片机或可编程控制器，由单片机或可编程控制器根据计算检波器和震源连线的角度，并把这个角度信息与电子罗盘测量的初始角度对比计算出差值，指令所述步进电机旋转使代表Y分量的MEMS加速度计垂直于检波器与震源连线方向，使代表X分量的MEMS加速度计指向检波器与震源连线方向。

4.根据权利要求1或2所述用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，其特征在于：所述上壳体的顶壁外表面封装有水准气泡，所述顶壁上设有初始指向箭头。

5.根据权利要求1或2所述用于三维SH波或多波地震勘探的智能检波器，其特征在于：所述尾椎为金属材质制成，尾椎的形状为圆锥形或棱锥形。