CN109343106A - 浅层地震勘探设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浅层地震勘探设备及方法，属于浅层地震勘探领域，其包括锤击震源设备、标定柱、中心定位模块和位置定位模块，锤击震源设备包括中心盘、支腿、万向轮、卷扬机、牵拉绳和落锤，在落锤上设置有用于连接地震信号采集仪的触发器，在每个支腿底部均连接有能够将万向轮锁紧的锁紧组件，中心定位模块在铁饼放置于落锤正下方时控制锁紧组件锁紧支腿，位置定位模块将中心盘到标定柱之间的距离显示给用户，本发明具有快速对地震勘探装置进行定位的效果。

Description

浅层地震勘探设备及方法

技术领域

本发明涉及浅层地震勘探领域的技术领域，尤其是涉及浅层地震勘探设备及方法。

背景技术

浅层地震勘探是利用地震波在不同岩、土中传播的特征,以探测浅部地质构造、测定岩土物理力学参数等的工程地质地球物理勘探。常用的方法有反射波法、折射波法,以及一些特殊技术,如瑞利波勘探、反射波测桩技术、常时微动观测技术等。具有精确度高,勘探对象广,施工周期短,成本低等优点。主要用于工程建筑的地基勘察,判断建筑物基础的稳定性,探测地下洞穴、地裂缝、滑坡体等,以及用于海底工程的勘测等。勘探通常都会使用地震信号采集仪来采集地震信号，来对浅层地震信息进行检测。

现有技术可参考授权公告号为CN204314477U的中国实用新型专利，其公开了一种浅层地震勘探用半自动化锤击震源装置，包括支架、落锤、铁板、升降装置，所述升降装置包括定滑轮、滑轮绳索、卷扬装置、自动抓手，所述定滑轮悬挂在支架顶部底面中心，滑轮绳索绕过定滑轮后两端分别连接自动抓手和卷扬装置，所述自动抓手用来抓住落锤，落锤下方地面放置铁板。所述支架上设置有挡板，挡板开设圆锥形孔，该孔一方面用以穿过滑轮绳索，一方面用内圆锥面压缩自动抓手，使自动抓手脱离开落锤。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：上述浅层地震勘探装置在进行勘探时由于没有定位装置，所以移动和安装无法快速进行，由于浅层地震勘探需要对多个地点进行勘探，使用上述浅层地震勘探装置进行勘探时效率会比较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种浅层地震勘探设备，能够快速对地震勘探装置进行定位，提高浅层地震勘探的效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种浅层地震勘探设备，包括锤击震源设备、标定柱、中心定位模块和位置定位模块，锤击震源设备包括中心盘，在中心盘四周固定连接有四根支腿，每根支腿底部均固定连接有万向轮；

在中心盘底部中间位置处设置有卷扬机，卷扬机上固定连接有牵拉绳，牵拉绳缠绕于卷扬机上；在牵拉绳远离卷扬机一端固定连接有落锤，在落锤上设置有用于连接地震信号采集仪的触发器，在落锤正下方设有铁饼，铁饼的上表面呈圆形；

在每个支腿底部均连接有能够将万向轮锁紧的锁紧组件；

中心定位模块包括固定连接于每根支腿底部的第一距离传感器，每个第一距离传感器均检测对应支腿底部到铁饼的距离，当所有支腿底部到铁饼的距离均等于预设距离值则控制锁紧组件锁紧支腿；

位置定位模块包括固定连接于中心盘顶部的第二距离传感器和设置于用户手机内的用户APP，第二距离传感器能够检测中心盘顶部到标定柱之间的距离并传输给用户APP，用户APP将距离值显示给用户。

通过采用上述方案，标定柱可以确定地震勘探区域，位置定位模块显示给用户锤击震源设备距离标定柱的距离，由于标定柱的位置是一定的，所以可以快速对锤击震源设备进行准确的定位，保证检测结果准确；为了勘探的准确性，铁饼不能够与锤击震源设备有接触，通过中心定位模块来对铁饼进行定位，当铁饼位于落锤的正下方时，锁紧组件会锁紧支腿，固定锤击震源设备的相对位置，保证在锤击震源设备在进行锤击检测时不会因为移动而影响勘探结果。

本发明进一步设置为：锁紧组件包括固定连接于支腿底部的气缸，每个气缸的活塞杆上均固定连接有插接板，气缸能够推动插接板埋入地下；中心定位模块能够控制气缸的活塞杆的伸缩。

通过采用上述方案，气缸推动插接板埋入地下来锁紧支腿，固定锤击震源设备的相对位置，结构简单，容易控制，稳定性较好。

本发明进一步设置为：中心定位模块包括：

距离比较单元，所述距离比较单元连接第一距离传感器并且实时接收每个第一距离传感器输出的支腿底部到铁饼之间的距离值，距离比较单元将每个距离值分别与预设距离值进行比较，当所有距离值均等于预设距离值时输出高电平信号；

下降控制单元，所述下降控制单元连接距离比较单元并且响应于距离比较单元输出的高电平信号，当下降控制单元接收到高电平信号后控制气缸的活塞杆伸出并输出停止信号；

上升控制单元，所述上升控制单元连接下降控制单元并且响应于下降控制单元输出的停止信号，上升控制单元在通电时控制气缸的活塞杆回收，当上升控制单元接收到停止信号以后停止控制气缸的活塞杆回收。

通过采用上述方案，当铁饼位于落锤正下方时，下降控制单元控制气缸推动插接板插入地面以下；当铁饼不位于落锤正下方时，上升控制单元控制气缸带动插接板从地面拔出。

本发明进一步设置为：在每个插接板的底部均开设有斜面，斜面由插接板底部的一侧向另一侧向上倾斜设置。

通过采用上述方案，斜面使插接板更容易插入地面以下。

本发明进一步设置为：在中心盘下方设有承压板，承压板固定连接于四根支腿之间，牵拉绳穿过承压板设置，在承压板远离中心盘一面固定连接有弹簧，弹簧另一端固定连接于牵拉绳上，弹簧套设于牵拉绳上。

通过采用上述方案，弹簧能够增大落锤下落时的冲击力，使勘探数据更准确，更容易读取。

本发明进一步设置为：在中心盘和标定柱上共同固定连接有主动红外入侵探测器。

通过采用上述方案，当主动红外入侵探测器不在中心盘与标定柱的连线内时会发出警报，利用这一特点可以确定锤击震源设备与标定柱的冲向，确保锤击震源设备在移动时，第二距离传感器能够一直检测中心盘到标定柱的距离。

本发明进一步设置为：位置定位模块还包括设置于标定柱上的GPS追踪器，GPS追踪器实时发送标定柱的位置信息给用户APP，用户APP在用户手机上显示标定柱的位置信息。

通过采用上述方案，用户通过GPS追踪器了解标定柱的位置信息，根据GPS显示的地图确定探勘范围和标定柱的位置是否准确。

本发明进一步设置为：在标定柱底部固定连接有连接环，在连接环上螺纹连接有固定螺栓，固定螺栓穿过连接环设置。

通过采用上述方案，固定螺栓能够埋入地面以下来固定标定柱的相对位置，保证标定柱的稳定性。

本发明的目的是提供一种浅层地震勘探方法，能够快速对地震勘探装置进行定位，提高浅层地震勘探的效率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种浅层地震勘探设备，包括以下步骤：

一、确定勘探区域；

二、固定标定柱；

三、根据标定柱位置安装锤击震源设备；

四、调整铁饼位置直至锤击震源设备的万向轮自动锁紧；

五、驱动卷扬机进行锤击检测；

六、沿锤击震源设备与标定柱的连线移动锤击震源设备；

七、重复二到六步，直至整个区域勘探完毕。

通过采用上述方案，在确定好勘探区域以后，固定标定柱，然后即可根据标定柱安装锤击震源设备来进行勘探检测，定位速度快，勘探效率高，定位准确，勘探数据准确。

本发明进一步设置为：所述步骤五进一步设置为：驱动卷扬机收卷牵拉绳直至弹簧压缩至极限状态，然后卷扬机放松牵拉绳。

通过采用上述方案，弹簧在压缩以后，在卷扬机放松牵拉绳时会带动落锤迅速下降，增大落锤对铁饼的冲击力，使勘探数据更准确，更容易读取。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1. 标定柱可以确定地震勘探区域，位置定位模块显示给用户锤击震源设备距离标定柱的距离，由于标定柱的位置是一定的，所以可以快速对锤击震源设备进行准确的定位，保证检测结果准确；为了勘探的准确性，铁饼不能够与锤击震源设备有接触，通过中心定位模块来对铁饼进行定位，当铁饼位于落锤的正下方时，锁紧组件会锁紧支腿，固定锤击震源设备的相对位置，保证在锤击震源设备在进行锤击检测时不会因为移动而影响勘探结果；

2. 弹簧在压缩以后，在卷扬机放松牵拉绳时会带动落锤迅速下降，增大落锤对铁饼的冲击力，使勘探数据更准确，更容易读取；

3. 用户通过GPS追踪器了解标定柱的位置信息，根据GPS显示的地图确定探勘范围和标定柱的位置是否准确。

附图说明

图1是实施例一的整体系统结构示意图；

图2是实施例一中突出整体流程的模块框图；

图3是实施例一中突出锤击震源设备的示意图；

图4是实施例一中突出标定柱的示意图；

图5是实施例一中突出距离比较单元的电路示意图；

图6是实施例一中突出下降控制单元的电路示意图；

图7是实施例一中突出上升控制单元的电路示意图。

图中，1、锤击震源设备；11、中心盘；12、支腿；121、万向轮；13、承压板；131、中心孔；14、锁紧组件；141、支架；142、气缸；143、插接板；1431、斜面；15、铁饼；16、落锤；161、卷扬机；162、牵拉绳；163、弹簧；1631；固定环；164、触发器；2、标定柱；21、连接环；211、固定螺栓；22、主动红外入侵探测器；221、接收端；222、发射端；3、中心定位模块；31、第一距离传感器；32、距离比较单元；321、与门；33、下降控制单元；34、上升控制单元；4、位置定位模块；41、第二距离传感器；42、GPS追踪器；43、用户APP；VCC、电源；T、比较器；Q、三极管；YA1、第一电磁铁；YA2、第二电磁铁；KA1、第一继电器的电磁线圈；KA2、第二继电器的电磁线圈；KA1-1、第一继电器的常开触点；KA2-1、第二继电器的常闭触点；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻。

具体实施方式

实施例一：一种浅层地震勘探设备，如图1和图2所示，包括锤击震源设备1、标定柱2、中心定位模块3和位置定位模块4。锤击震源设备1能够采集探勘地点的地震信号。标定柱2用于确定勘探范围，方便对锤击震源设备1进行定位。位置定位模块4包括设置于用户手机内的用户APP43，用户可以通过用户APP43来接收位置定位模块4发送的信息。

如图3所示，锤击震源设备1包括中心盘11，在中心盘11四周固定连接有四根支腿12，四根支腿12沿中心盘11边缘圆周阵列设置。在每根支腿12底部均固定连接有万向轮121。用户可以通过万向轮121来推动锤击震源设备1向任意方向移动。

如图3所示，在中心盘11下方设有承压板13，承压板13固定连接于四根支腿12之间。在承接板上固定连接有卷扬机161，在卷扬机161上固定连接有牵拉绳162，牵拉绳162缠绕于卷扬机161上，卷扬机161能够收卷或放松牵拉绳162。在承接板中间开设有中心孔131，牵拉绳162穿过中心孔131设置。在牵拉绳162穿过中心孔131一端固定连接有落锤16。在落锤16上设置有用于连接地震信号采集仪的触发器164。在落锤16正下方设有铁饼15。卷扬机161能够通过收卷牵拉绳162来拉动落锤16上升，然后放松牵拉绳162，通过落锤16的自动下落锤16击铁饼15来获取地震信号，地震信号由触发器164传送到地震信号采集仪，最终得到勘探数据。

如图3所示，在承压板13远离中心盘11一面固定连接有弹簧163，弹簧163另一端固定连接有固定环1631，固定环1631固定连接于牵拉绳162上，固定环1631位于承压板13下方，弹簧163套设于牵拉绳162上。弹簧163在收卷牵拉绳162时会压紧弹簧163，在卷扬机161放松牵拉绳162时会带动落锤16迅速下降，增大落锤16对铁饼15的冲击力，使勘探数据更准确，更容易读取。

如图3和图4所示，标定柱2的底部固定连接有连接环21，在连接环21上螺纹连接有固定螺栓211，固定螺栓211穿过连接环21设置。固定螺栓211能够埋入地面以下来固定标定柱2的相对位置，保证标定柱2的稳定性。位置定位模块4包括固定连接于中心盘11顶部的第二距离传感器41，第二距离传感器41能够检测中心盘11顶部到标定柱2之间的距离并传输给用户APP43(参见图2)，用户APP43将距离值显示给用户。由于标定柱2的位置是一定的，所以可以快速对锤击震源设备1进行准确的定位，可以实时读取锤击震源设备1与标定柱2的直线距离。

如图3和图4所示，在中心盘11和标定柱2上共同固定连接有主动红外入侵探测器22。主动红外入侵探测器22可以选用卓航生产的ABT-100型红外报警探测器。主动红外入侵探测器22包括固定连接于中心盘11上的发射端222和固定连接于标定柱2上的接收端221，当锤击震源设备1和标定柱2放置于同一高度的地面上时，主动红外入侵探测器22的接收端221和发射端222位于同一水平面上。当主动红外入侵探测器22不在中心盘11与标定柱2的连线内时会发出警报，利用这一特点可以确定锤击震源设备1与标定柱2的冲向，确保锤击震源设备1在移动时，第二距离传感器41能够一直检测中心盘11到标定柱2的距离。

如图2和图4所示，位置定位模块4还包括设置于标定柱2上的GPS追踪器42，GPS追踪器42可以选用深圳市捷翱科技有限公司生产的GT01型GPS定位器。GPS追踪器42实时发送标定柱2的位置信息给用户APP43，用户APP43在用户手机上显示标定柱2的位置信息。用户能够实时了解标定柱2的位置信息，方便用户确定探勘范围和标定柱2的位置是否准确。

如图3所示，在每根支腿12底部均连接有锁紧组件14，锁紧组件14包括固定连接有每根支腿12上的支架141，在每个支架141上均固定连接有气缸142的缸体，每个气缸142的活塞杆均竖直设置，每个气缸142的活塞杆上均固定连接有插接板143，气缸142能够推动插接板143向下运动至深入地面以下。在每个插接板143的底部均开设有斜面1431，斜面1431由插接板143底部的一侧向另一侧向上倾斜设置。气缸142能够通过控制插接板143埋入地面以下来固定锤击震源设备1。

如图5和图6所示，气缸142连接有控制气缸142的活塞杆伸出的第一电磁铁YA1和控制气缸142的活塞杆回收的第二电磁铁YA2。中心定位模块3包括距离比较单元32、下降控制单元33和上升控制单元34(参见图7)，距离比较单元32包括每根支腿12底部的第一距离传感器31，每个第一距离传感器31均检测对应支腿12底部到铁饼15的距离。每个第一距离传感器31一端均电连接有电源VCC，每个第一距离传感器31另一端均电连接有比较器T，每个第一距离传感器31均电连接于比较器T的正向输入端，每个比较器T的负向输入端均输入预设距离值Vref1。所有比较器T的输出端共同电连接有与门321，与门321的输出端电力连接有三极管Q，与门321的输出端电连接于三极管Q的基极，三极管Q的集电极电连接有电源VCC，三极管Q的发射极电连接有第一继电器的电磁线圈KA1，第一继电器的电磁线圈KA1另一端电连接有第一电阻R1，第一电阻R1另一端接地。

如图6所示，下降控制单元33包括电连接于第一电磁铁YA1一端的第一继电器的常开触点KA1-1，第一继电器的常开触点KA1-1另一端电连接有电源VCC。第一电磁铁YA1另一端电连接有第二继电器的电磁线圈KA2，第二继电器的电磁线圈KA2另一端电连接有第二电阻R2，第二电阻R2另一端接地。

如图7所示，上升控制单元34包括电连接于第二电磁铁YA2一端的第二继电器的常闭触点KA2-1，第二继电器的常闭触点KA2-1另一端电连接有电源VCC。第二电磁铁YA2另一端电连接有第三电阻R3，第三电阻R3另一端接地。

当铁饼15位于落锤16的正下方时，每个第一距离传感器31输出的距离值均等于预设距离值时，每个比较器T均输出高电平信号，此时与门321输出高电平信号，使三极管Q的集电极和发射极导通，控制第一继电器的电磁线圈KA1得电，第一继电器的常开触点KA1-1闭合，使所有第一电磁铁YA1得电，控制气缸142的活塞杆伸出，推动插接板143插入地面以下，固定锤击震源设备1的相对位置。同时第二继电器的电磁线圈KA2得电，控制第二继电器的常闭触点KA2-1断开，使第二电磁铁YA2失电，防止第二电磁铁YA2影响气缸142运动。如果铁饼15位置有偏移，那么部分比较器T或全部比较不输出高电平信号，此时与门321也不输出高电平信号，第一继电器的电磁线圈KA1失电，控制第一继电器的常开触点KA1-1断开，第一电磁铁YA1和第二继电器的电磁线圈KA2失电，控制第二继电器的常闭触点KA2-1闭合，第二电磁铁YA2得电，控制气缸142的活塞杆回收，将插接板143从图中拔出。通过锁紧组件14的状态可判断铁饼15的位置是否准确。

实施例二：一种浅层地震勘探设备，包括以下步骤：

第一步、事先确定好勘探区域，在地图上确定勘探区域的位置信息。

第二步、根据勘探区域的位置信息和GPS追踪器42发出的标定柱2的位置信息来将标定柱2放置于勘探区域的角上，拧紧固定螺栓211，将固定螺栓211埋入地面以下，固定标定柱2的相对位置。

第三步、根据用户APP43上显示的锤击震源设备1与标定柱2的直线距离来安装锤击震源设备1。

第四步、移动铁饼15，直至所有气缸142推动插接板143插入地面以下，固定锤击震源设备1。

第五步、控制卷扬机161收卷牵拉绳162，直至弹簧163压缩至极限，然后控制卷扬机161放松牵拉绳162，落锤16在自身重力与弹簧163的压力之下锤击铁饼15，通过落锤16上的触发器164向地震信号采集仪输出勘探数据。

第六步、移动铁饼15，使气缸142带动插接板143从地面以下拔出，然后推动锤击震源设备1，根据用户APP43上显示的距离值来调节锤击震源设备1的相对位置，直至进入下一个勘探节点。

第七步，重复第二步到第六步，直至整个区域勘探完毕。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种浅层地震勘探设备，其特征在于：包括锤击震源设备(1)、标定柱(2)、中心定位模块(3)和位置定位模块(4)，锤击震源设备(1)包括中心盘(11)，在中心盘(11)四周固定连接有四根支腿(12)，每根支腿(12)底部均固定连接有万向轮(121)；

在中心盘(11)底部中间位置处设置有卷扬机(161)，卷扬机(161)上固定连接有牵拉绳(162)，牵拉绳(162)缠绕于卷扬机(161)上；在牵拉绳(162)远离卷扬机(161)一端固定连接有落锤(16)，在落锤(16)上设置有用于连接地震信号采集仪的触发器(164)，在落锤(16)正下方设有铁饼(15)，铁饼(15)的上表面呈圆形；

在每个支腿(12)底部均连接有能够将万向轮(121)锁紧的锁紧组件(14)；

中心定位模块(3)包括固定连接于每根支腿(12)底部的第一距离传感器(31)，每个第一距离传感器(31)均检测对应支腿(12)底部到铁饼(15)的距离，当所有支腿(12)底部到铁饼(15)的距离均等于预设距离值则控制锁紧组件(14)锁紧支腿(12)；

位置定位模块(4)包括固定连接于中心盘(11)顶部的第二距离传感器(41)和设置于用户手机内的用户APP(43)，第二距离传感器(41)能够检测中心盘(11)顶部到标定柱(2)之间的距离并传输给用户APP(43)，用户APP(43)将距离值显示给用户。

2.根据权利要求1所述的浅层地震勘探设备，其特征在于：锁紧组件(14)包括固定连接于支腿(12)底部的气缸(142)，每个气缸(142)的活塞杆上均固定连接有插接板(143)，气缸(142)能够推动插接板(143)埋入地下；中心定位模块(3)能够控制气缸(142)的活塞杆的伸缩。

3.根据权利要求2所述的浅层地震勘探设备，其特征在于，中心定位模块(3)包括：

距离比较单元(32)，所述距离比较单元(32)连接第一距离传感器(31)并且实时接收每个第一距离传感器(31)输出的支腿(12)底部到铁饼(15)之间的距离值，距离比较单元(32)将每个距离值分别与预设距离值进行比较，当所有距离值均等于预设距离值时输出高电平信号；

下降控制单元(33)，所述下降控制单元(33)连接距离比较单元(32)并且响应于距离比较单元(32)输出的高电平信号，当下降控制单元(33)接收到高电平信号后控制气缸(142)的活塞杆伸出并输出停止信号；

上升控制单元(34)，所述上升控制单元(34)连接下降控制单元(33)并且响应于下降控制单元(33)输出的停止信号，上升控制单元(34)在通电时控制气缸(142)的活塞杆回收，当上升控制单元(34)接收到停止信号以后停止控制气缸(142)的活塞杆回收。

4.根据权利要求2所述的浅层地震勘探设备，其特征在于：在每个插接板(143)的底部均开设有斜面(1431)，斜面(1431)由插接板(143)底部的一侧向另一侧向上倾斜设置。

5.根据权利要求1所述的浅层地震勘探设备，其特征在于：在中心盘(11)下方设有承压板(13)，承压板(13)固定连接于四根支腿(12)之间，牵拉绳(162)穿过承压板(13)设置，在承压板(13)远离中心盘(11)一面固定连接有弹簧(163)，弹簧(163)另一端固定连接于牵拉绳(162)上，弹簧(163)套设于牵拉绳(162)上。

6.根据权利要求1所述的浅层地震勘探设备，其特征在于：在中心盘(11)和标定柱(2)上共同固定连接有主动红外入侵探测器(22)。

7.根据权利要求1所述的浅层地震勘探设备，其特征在于：位置定位模块(4)还包括设置于标定柱(2)上的GPS追踪器(42)，GPS追踪器(42)实时发送标定柱(2)的位置信息给用户APP(43)，用户APP(43)在用户手机上显示标定柱(2)的位置信息。

8.根据权利要求1所述的浅层地震勘探设备，其特征在于：在标定柱(2)底部固定连接有连接环(21)，在连接环(21)上螺纹连接有固定螺栓(211)，固定螺栓(211)穿过连接环(21)设置。

9.一种浅层地震勘探方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、确定勘探区域；

二、固定标定柱(2)；

三、根据标定柱(2)位置安装锤击震源设备(1)；

四、调整铁饼(15)位置直至锤击震源设备(1)的万向轮(121)自动锁紧；

五、驱动卷扬机(161)进行锤击检测；

六、沿锤击震源设备(1)与标定柱(2)的连线移动锤击震源设备(1)；

七、重复二到六步，直至整个区域勘探完毕。

10.根据权利要求9所述的浅层地震勘探方法，其特征在于，所述步骤五进一步设置为：驱动卷扬机(161)收卷牵拉绳(162)直至弹簧(163)压缩至极限状态，然后卷扬机(161)放松牵拉绳(162)。