CN109765610B - 一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感‑采集‑无线发射综合集成微震监测系统，包括传感单元，还包括采集‑无线发射单元，采集‑无线发射单元包括防爆保护装置、采集仪、电源、无线发射器和柔性天线。防爆保护装置的开口端设置有推行螺母，防爆保护装置外壁套设有支撑台，连接环活动套设在防爆保护装置的开口端，推行螺母与连接环连接，连接环周向设置有多个内翼弹片，内翼弹片分别与对应的胀片外翼连接。本发明还公开了一种传感‑采集‑无线发射综合集成微震监测方法，本发明将微震信号的有线传输变为无线传输，使微震传感器的布置位置更加灵活。通过推行螺母实现胀片的张开与收缩。并在胀片外翼增加了摩擦齿纹，增大了孔内的承重，增强了与孔壁耦合效果。

Description

一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统及方法
技术领域
本发明涉及微震监测领域，具体涉及一种包含传感-采集-无线发射功能的综合集成微震系统，还涉及一种包含传感-采集-无线发射功能的综合集成微震方法，适用现场微震监测及实验等领域。
背景技术
微震监测技术是岩石工程灾害监测与防控的重要手段之一，目前微震监测技术信号感知、采集和传输设备基本上都是分离的，传感器和采集仪之间为电缆传输，采集仪和信号接收服务器之间也主要通过有线（光缆和电缆）进行传输。
岩石工程岩爆等灾害多发生在开挖（开采）面附近或其扰动范围内，比如深埋隧洞岩爆灾害主要发生在掌子面后方30米的范围内，该区域既是开挖、支护密集施工区，又在爆破开挖碎石飞射的范围内，传统的有线微震监测技术难以在该区域开展监测，传感器只能布置在爆破开挖（开采）碎石飞射的范围之外。因此，掌子面前后岩爆孕育过程的岩石破裂微震信息，尤其是小尺寸的微弱信息丢失严重，将会对岩爆等灾害孕育规律认知与预警产生很大的影响。
另外，在TBM施工隧洞中，由于TBM自身结构限制，采用传统的有线微震监测技术，传感器布置只能在隧洞上半部分进行传感器安装，这导致传感器阵列的几何形态接近平面，进而影响微震源的定位效果；在钻爆法开挖的隧洞中，采用传统的有线微震监测技术，传感器一般需要布置在隧洞两侧，而采集仪固定在一侧，另一侧的传感器的数据传输线需要过拱顶才能到达采集仪，过拱顶需要使用吊车度线、凿岩台车在洞壁打孔固定数据传输线，由此大大增加了工作量，并且信号传输线过拱顶大大增加了被现场机车等设备损坏的概率，影响微震信号采集的连续性，进而影响灾害的监测与预警。
采用无线发射技术虽能良好解决上述问题。但又带来了新的技术难题，如，传统有线方式是将传感器固定在钻孔底部，通过数据传输线传输至外部的采集仪中，采集仪使用日常的220V交流电供电；而采用无线技术后，需将传感器、采集仪和无线发射器固定在一个装置内，并由携带的电池供电，如果采用持续接收与传输（无线发射）的方法，采集仪工作周期将大大缩短，需频繁拆卸设备对电源充电，这会影响监测效果和施工效率。此外，由于对传感器、采集仪、无线发射器和电源进行集成，使得其直径和重量都要比传感器大，安装位置位于洞口而不同于传感器的洞底，也对设备固定在洞壁的方式和能力提出了新的要求。现有技术无法解决上述问题，因此，设计了一套一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统，具有重要的意义和良好的市场前景。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统。还提供了一种包含传感-采集-无线发射功能的综合集成微震方法。
本发明的主要内容如下：
一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统，包括传感单元，还包括采集-无线发射单元，
传感单元包括微震传感器，微震传感器设置在钻孔的孔底，钻孔开设在隧洞的内壁，
采集-无线发射单元包括防爆保护装置、采集仪、电源、无线发射器和柔性天线，电源分别与采集仪和无线发射器连接，
采集仪、电源、以及无线发射器均设置在防爆保护装置内，
防爆保护装置为设置在钻孔的孔口处的圆柱筒体，防爆保护装置朝向钻孔孔底的一端为封闭端且设置有防爆格兰头，防爆保护装置朝向隧洞的一端为开口端，开口端密封设置有密封盖，密封盖上设置有防爆格兰头，采集仪通过防爆保护装置的封闭端设置的防爆格兰头与数据传输线一端连接，数据传输线另一端与微震传感器连接，无线发射器通过密封盖上设置的防爆格兰头与柔性天线连接，
防爆保护装置的开口端设置有开口端外螺纹，推行螺母通过螺纹套设在开口端外螺纹上，防爆保护装置外壁位于开口端外螺纹与封闭端之间的部分套设有支撑台，连接环活动套设在防爆保护装置的开口端，推行螺母与连接环连接，连接环周向设置有多个内翼弹片，内翼弹片分别与对应的胀片外翼连接，胀片外翼外侧设置有摩擦齿纹，各个内翼弹片与连接环连接处所在的圆环的直径小于支撑台的外径。
如上所述的防爆保护装置的开口端设置有开口端内螺纹，密封盖上设置有与防爆保护装置的开口端内螺纹适配的外螺纹。
如上所述的支撑台整体呈环状，支撑台的剖面为三角状。
如上所述的防爆保护装置的内壁设置有凸起条，凸起条的延伸方向与防爆保护装置的中心轴线平行，同时采集仪外壁、电源外壁和无线发射器外壁均设置有与凸起条适配的轨道卡槽。
一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测方法，包括以下步骤：
步骤1、根据已知的不同类型的微震信号，建立不同类型的微震信号数据库，微震信号包括岩石破裂信号；
步骤2、根据已建立的微震信号数据库，确定STA/LTA阈值，使得通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行处理后保留的微震信号中的岩石破裂信号是95%以上的微震信号数据库中的岩石破裂信号，
本步骤中通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行处理包括以下步骤：通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行计算，若计算结果大于等于STA/LTA阈值，则保留对应的微震信号；
步骤3、计算各类型微震信号的持续时间、上升时间、P-S波到时差、最大振幅、主频、和最大频谱值，并根据各类型微震信号的持续时间、上升时间、P-S波到时差、最大振幅、主频、和最大频谱值训练BP神经网络，建立用于识别各类型微震信号的BP神经网络微震信号识别模型；
步骤4、将STA/LTA算法、STA/LTA阈值和训练好的BP神经网络微震信号识别模型嵌入至采集仪中；
步骤5、采集仪现场实时采集微震信号，对微震传感器实时传输的采集信号使用STA/LTA算法进行计算，并将计算结果与STA/LTA阈值进行比较：
若小于STA/LTA阈值，则舍弃采集信号；否则，对该采集信号使用BP神经网络微震信号识别模型进行识别：
如果识别为岩石破裂信号，则将岩石破裂信号写入存储卡，当存储量达到事先设定的无线发射器开启阈值，开启无线发射器将岩石破裂信号进行发送到外部接收设备，发送结束后，关闭无线发射器；
如果识别不是岩石破裂信号，则放弃采集信号。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、通过采集仪、无线发射器和电源的集成，将微震信号的有线传输变为无线传输，使传感器的布置位置更加灵活。
2、本发明设计的固定装置，通过推行螺母实现胀片的张开与收缩，解决了装置在孔口的安装与回收问题。
3、本发明设计了全新的折翼式固定装置，并在外翼增加了摩擦齿纹，增大了装置在孔内的承重，增强了设备在孔内与孔壁耦合效果。
4、本发明提出的优化采集与发射系统的流程，实现了微震信号的持续接收与间断发射，大大降低了设备的用电量，延长了设备的单次工作周期。
附图说明
图1 为本发明的现场钻孔安装示意图；
图2为本发明的外部结构主视图；
图3为本发明的外部结构俯视图；
图4为本发明的胀片外翼摩擦齿纹结构放大图；
图5为本发明的内部结构剖面主视图；
图6为本发明的内部结构剖面俯视图；
图7为本发明的回收套筒俯视图；
图8为本发明的回收套筒主视图；
图9为本发明的采集仪算法流程图。
图中：1-围岩；2-隧洞；3-钻孔；4-传感器固定回收装置；5-微震传感器；6-数据传输线；7-采集仪；8-电源；9-无线发射器；10-柔性天线；11-固定装置；12-防爆保护装置；13-防爆格兰头；14-密封盖；15-旋转手柄；16-支撑台；17-胀片；1701-胀片内翼；1702-胀片外翼；17011-连接环；17012-内翼弹片；18-推行螺母；19-轨道卡槽；20-电源线；21-套筒；22-手操转杆；23-咬合齿纹；D1-胀片内翼外径；D2-胀片外翼外径。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统，包括传感单元和采集-无线发射单元，传感单元通过数据传输线6连接至采集-无线发射单元。
传感单元包括微震传感器5和传感器固定回收装置4。微震传感器5设置在钻孔3的孔底，钻孔3开设在隧洞2的内壁，微震传感器5通过传感器固定回收装置4固定在钻孔3的孔底。采集-无线发射单元包括防爆保护装置12、采集仪7、电源8、无线发射器9和柔性天线10，电源8分别与采集仪7和无线发射器9连接，采集-无线发射单元的保护固定部分包括固定装置11和防爆保护装置12，固定装置11包括胀片17和推行螺母18，胀片17包括胀片内翼1701和胀片外翼1702，胀片外翼1702表面有摩擦齿纹；胀片17由防爆保护装置12连接的支撑台16提供支撑，防爆保护装置12由密封盖14进行密封，密封盖14可由旋转手柄15进行旋转。
本发明还包括，接入和接出线材且具有防水功能的防爆格兰头13，对采集仪7、电源8以及无线发射器9进行固定的轨道卡槽19；还有与推行螺母18配套的回收套筒，回收套筒包括套筒21、手操转杆22和咬合齿纹23。
在本发明中，微震传感器5与传感器固定回收装置4相耦合，固定在上倾或者下倾的钻孔3底部，可通过与传感器固定回收装置4配套的安装回收杆实现微震传感器5的安装与回收；微震传感器5能接受外界振动信号并通过数据传输线6传输至采集-无线发射单元的采集仪7。
防爆保护装置12为圆柱筒体，钻孔3开设在隧洞2的内壁，微震传感器5设置在钻孔3的孔底并通过传感器固定回收装置4固定，防爆保护装置12设置在钻孔3的孔口处，防爆保护装置12朝向钻孔3底部的一端为封闭端且设置有防爆格兰头13，防爆保护装置12朝向隧洞2的一端为开口端，开口端密封设置有密封盖14，密封盖14上设置有防爆格兰头13，防爆保护装置12的封闭端设置的防爆格兰头13通过数据传输线6与微震传感器5连接，密封盖14上设置的防爆格兰头13与柔性天线10连接。防爆保护装置12的开口端设置有开口端内螺纹，密封盖14上设置有与防爆保护装置12的开口端内螺纹适配的外螺纹，密封盖14和防爆保护装置12的开口端通过适配的内外螺纹实现密封，密封盖14上设置有旋转手柄15，使得在进行密封时能够传递足够的力。
在防爆保护装置12的开口端还设置有开口端外螺纹，推行螺母18通过螺纹套设在开口端外螺纹上，防爆保护装置12外壁位于开口端外螺纹与封闭端之间的部分套设有支撑台16，支撑台16整体呈环状，支撑台16的剖面为三角状。该支撑台16对固定装置胀片17的起支撑作用，胀片17包括胀片内翼1701和胀片外翼1702，胀片内翼1701包括套设在防爆保护装置12的开口端的连接环17011，连接环17011略大于开口端外螺纹的外径，连接环17011周向设置有多个内翼弹片17012，各个内翼弹片17012与连接环17011连接处所在的圆环的直径小于支撑台16的外径，内翼弹片17012均分别与支撑台16相抵，内翼弹片17012分别与向外张开的对应的胀片外翼1702连接，内翼弹片17012与对应的胀片外翼1702呈夹角设置，胀片外翼1702的外侧设置有摩擦齿纹，如图4所示，摩擦齿纹可方便向钻孔内推进并增大与孔壁的摩擦力。
在初始状态下内翼弹片17012向外张开角度较小，胀片外翼1702的外径D2稍小于钻孔3的孔径，当使用推行螺母18将连接环17011向钻孔3内旋进推行时，带动内翼弹片17012沿防爆保护装置12的外壁向防爆保护装置12的封闭端运动，在支撑台16对内翼弹片17012的支撑下，内翼弹片17012将张开，从而带动胀片外翼1702的外径增大，胀片外翼1702外侧与外界钻孔3的孔壁相贴合。推行螺母18表面有预制的凹槽，与推行螺母18配套的装置有图7与图8所示的回收套筒，回收套筒内有与凹槽相吻合的咬合齿纹23，当不宜手动旋转推行螺母18时，可将回收套筒与推行螺母咬合，并通过手操转杆来实现推行螺母18的旋转推进。
在防爆保护装置12的内壁设置有凸起条，凸起条的延伸方向与防爆保护装置12的中心轴线平行，同时采集仪7外壁、电源8外壁和无线发射器9外壁均设置有与凸起条适配的轨道卡槽19，采集仪7、电源8和无线发射器9在凸起条和轨道卡槽19的周向旋转限位作用下，可在防爆保护装置12内沿防爆保护装置12的中心轴线运动。
在采集-无线发射单元内部，电源8通过电源线20同时对采集仪7和无线发射器9进行供电；数据传输线6通过防爆格兰头13接入采集仪7，采集仪7对接收的信号进行处理后通过数据传输线传输至无线发射器9，无线发射器9外接柔性天线10对发射信号进行增益，最终信号传输至外部接收处理设备。
本发明的采集仪7中预置STA/LTA算法与训练好BP神经网络模型，实现了微震信号的实时采集、识别与传输，步骤如下，流程如图9所示。
步骤1、根据已知的不同类型的微震信号，建立不同类型的微震信号数据库，微震信号包括岩石破裂信号、爆破信号、电气噪音信号和机车信号等，其中岩石破裂信号为有效微震信号。
步骤2、根据已建立的微震信号数据库，确定STA/LTA阈值，使得通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行处理后保留的微震信号中的岩石破裂信号是95%以上的微震信号数据库中的岩石破裂信号。
本步骤中通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行处理包括以下步骤：通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行计算，若计算结果大于等于STA/LTA阈值，则保留对应的微震信号。
步骤3、再计算各类型微震信号的持续时间、上升时间、P-S波到时差、最大振幅、主频、最大频谱值等特征参数，并根据各类型微震信号的持续时间、上升时间、P-S波到时差、最大振幅、主频、最大频谱值训练BP神经网络，建立用于识别各类型微震信号的BP神经网络微震信号识别模型。
步骤4、将STA/LTA算法、STA/LTA阈值和训练好的BP神经网络微震信号识别模型嵌入至采集仪7中，STA/LTA阈值和BP神经网络微震信号识别模型的相关参数可后期修改，设置无线发射器开启阈值。
步骤5、采集仪7现场实时采集微震信号，对微震传感器5实时传输的采集信号使用STA/LTA算法进行计算，并将计算结果与STA/LTA阈值进行比较：
若小于STA/LTA阈值，则舍弃采集信号；否则，对该采集信号使用BP神经网络微震信号识别模型进行识别：
如果识别为岩石破裂信号，则将岩石破裂信号写入存储卡，当存储量达到事先设定的无线发射器开启阈值，开启无线发射器将岩石破裂信号进行发送到外部接收设备，发送结束后，关闭无线发射器；
如果识别不是岩石破裂信号，则放弃采集信号。
本发明装置的安装与回收使用过程如下：
步骤1、将微震传感器5与传感器固定回收装置4连接，通过安装回收杆固定在钻孔3的底部；
步骤2、微震传感器5的输出端与数据传输线6一端连接，将数据传输线6另一端通过防爆格兰头13接入采集仪7中，然后依次将电源8分别与采集仪7、无线发射器9连接，将采集仪7与无线发射器9连接，将无线发射器9通过防爆格兰头13与柔性天线10连接；
步骤3、把采集仪7、电源8、无线发射器9的轨道卡槽19与防爆保护装置12的内壁的凸起条对准，将采集仪7、电源8、无线发射器9推入并设置在防爆保护装置12内；
步骤4、将防爆保护装置12的封闭端的防爆格兰头13拧紧，将密封盖14上的防爆格兰头13拧紧，再使用旋转手柄15把密封盖14在防爆保护装置12的开口端拧紧实现密封；
步骤5、将防爆保护装置12设置在钻孔3的孔口处；
步骤6、旋进推行螺母18（旋进过程可使用回收套筒旋进推行螺母18），使内翼弹片17012向外张开，带动胀片外翼1702向外张开，使得胀片外翼1702外侧的摩擦齿纹与钻孔3内壁紧密相抵；此时完成系统的安装；
步骤7、在监测完毕后，将图7和图8所示有一定长度的回收套筒插入钻孔内，经尝试后使得回收套筒与推行螺母18完全咬合，通过回收套筒上的手操转杆22反向旋拧推行螺母18，此时内翼弹片17012会收缩，带动胀片外翼1702收缩，带动胀片外翼1702的外侧与钻孔3的内壁之间的摩擦减少，当摩擦力足够小或者胀片外翼1702的外径小于钻孔3的内径时，稍加外力即可将防爆保护装置12从钻孔3内取出；
步骤8、将防爆保护装置12的封闭端的防爆格兰头13与数据传输线6分离；
步骤9、使用安装回收杆将微震传感器5回收，回收完成。
本文中所描述的具体实施方式仅仅是对本发明精神作说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统，包括传感单元，其特征在于，还包括采集-无线发射单元，
传感单元包括微震传感器(5)，微震传感器(5)设置在钻孔(3)的孔底，钻孔(3)开设在隧洞(2)的内壁，
采集-无线发射单元包括防爆保护装置(12)、采集仪(7)、电源(8)、无线发射器(9)和柔性天线(10)，电源(8)分别与采集仪(7)和无线发射器(9)连接，
采集仪(7)、电源(8)以及无线发射器(9)均设置在防爆保护装置(12)内，
防爆保护装置(12)为设置在钻孔(3)的孔口处的圆柱筒体，防爆保护装置(12)朝向钻孔(3)孔底的一端为封闭端且设置有防爆格兰头(13)，防爆保护装置(12)朝向隧洞(2)的一端为开口端，开口端密封设置有密封盖(14)，密封盖(14)上设置有防爆格兰头(13)，采集仪(7)通过防爆保护装置(12)的封闭端设置的防爆格兰头(13)与数据传输线(6)一端连接，数据传输线(6)另一端与微震传感器(5)连接，无线发射器(9)通过密封盖(14)上设置的防爆格兰头(13)与柔性天线(10)连接，
防爆保护装置(12)的开口端设置有开口端外螺纹，推行螺母(18)通过螺纹套设在开口端外螺纹上，防爆保护装置(12)外壁位于开口端外螺纹与封闭端之间的部分套设有支撑台(16)，连接环(17011)活动套设在防爆保护装置(12)的开口端，推行螺母(18)与连接环(17011)连接，连接环(17011)周向设置有多个内翼弹片(17012)，内翼弹片(17012)分别与对应的胀片外翼(1702)连接，胀片外翼(1702)外侧设置有摩擦齿纹，各个内翼弹片(17012)与连接环(17011)连接处所在的圆环的直径小于支撑台(16)的外径。
2.根据权利要求1所述的一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统，其特征在于，所述的防爆保护装置(12)的开口端设置有开口端内螺纹，密封盖(14)上设置有与防爆保护装置(12)的开口端内螺纹适配的外螺纹。
3.根据权利要求1所述的一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统，其特征在于，所述的支撑台(16)整体呈环状，支撑台(16)的剖面为三角状。
4.根据权利要求1所述的一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统，其特征在于，所述的防爆保护装置(12)的内壁设置有凸起条，凸起条的延伸方向与防爆保护装置(12)的中心轴线平行，同时采集仪(7)外壁、电源(8)外壁和无线发射器(9)外壁均设置有与凸起条适配的轨道卡槽(19)。
5.一种利用权利要求1-4的任意一种传感-采集-无线发射综合集成微震监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据已知的不同类型的微震信号，建立不同类型的微震信号数据库，微震信号包括岩石破裂信号；
步骤2、根据已建立的微震信号数据库，确定STA/LTA阈值，使得通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行处理后保留的微震信号中的岩石破裂信号是95％以上的微震信号数据库中的岩石破裂信号，
本步骤中通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行处理包括以下步骤：通过STA/LTA算法对微震信号数据库中的各个微震信号进行计算，若计算结果大于等于STA/LTA阈值，则保留对应的微震信号；
步骤3、计算各类型微震信号的持续时间、上升时间、P-S波到时差、最大振幅、主频和最大频谱值，并根据各类型微震信号的持续时间、上升时间、P-S波到时差、最大振幅、主频和最大频谱值训练BP神经网络，建立用于识别各类型微震信号的BP神经网络微震信号识别模型；
步骤4、将STA/LTA算法、STA/LTA阈值和训练好的BP神经网络微震信号识别模型嵌入至采集仪(7)中；
步骤5、采集仪(7)现场实时采集微震信号，对微震传感器(5)实时传输的采集信号使用STA/LTA算法进行计算，并将计算结果与STA/LTA阈值进行比较：
若小于STA/LTA阈值，则舍弃采集信号；否则，对该采集信号使用BP神经网络微震信号识别模型进行识别：
如果识别为岩石破裂信号，则将岩石破裂信号写入存储卡，当存储量达到事先设定的无线发射器开启阈值，开启无线发射器将岩石破裂信号进行发送到外部接收设备，发送结束后，关闭无线发射器；
如果识别不是岩石破裂信号，则放弃采集信号。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111594127B (zh) * 2020-06-09 2022-02-11 成都理工大学 一种采用高效解码方式的滑套压力波通信方法
CN112731518B (zh) 2020-12-09 2022-06-07 中国科学院地质与地球物理研究所 一种人工智能实时微地震监测节点
CN112504440B (zh) * 2020-12-10 2023-05-16 河南工学院 一种旋转机械振动在线监测试验装置
CN113009558B (zh) * 2021-02-23 2022-06-14 武汉理工大学 一种用于防地表矿体盗采的微震监测系统
CN113139681B (zh) * 2021-04-13 2023-10-17 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 一种基于时间序列数据的神经网络冲击地压预测方法
CN113514878B (zh) * 2021-07-09 2022-06-24 长沙矿山研究院有限责任公司 一种矿山微震波形类型自动识别方法
CN113703038B (zh) * 2021-08-31 2024-05-07 中煤科工集团重庆研究院有限公司 一种微震信号自动采集识别方法及系统
CN114325824B (zh) * 2021-12-30 2024-07-09 广西大学 一种用于岩体灾变监测的微震信号边缘计算系统与方法
CN114812312B (zh) * 2022-04-29 2023-02-07 东北大学 一种监测岩体内部爆破振动波传播规律的装置及方法
CN116575854B (zh) * 2023-05-16 2024-09-17 东北大学 工程岩体钻孔破裂-变形-波速综合智能感知装置及方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2687693Y (zh) * 2004-03-22 2005-03-23 姜福兴 煤矿井下微震检测仪
US8024980B2 (en) * 2008-01-24 2011-09-27 Microstrain, Inc. Independently calibrated wireless structural load sensor
US8384583B2 (en) * 2010-06-07 2013-02-26 Ellegi S.R.L. Synthetic-aperture radar system and operating method for monitoring ground and structure displacements suitable for emergency conditions
US10209381B2 (en) * 2014-02-19 2019-02-19 Cgg Services Sas Systems and methods for wireless data acquisition in seismic monitoring systems
WO2015153537A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 Schlumberger Canada Limited Systems, methods and apparatus for downhole monitoring
CN104062677B (zh) * 2014-07-03 2017-02-15 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种多功能综合集成高精度智能微震监测系统
CN205404828U (zh) * 2016-03-04 2016-07-27 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种复杂环境下微震采集系统保护装置
CN105717537B (zh) * 2016-03-25 2017-11-24 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种任意方向全孔段三向刚性耦合传感器安装及回收装置
CN106125129A (zh) * 2016-09-28 2016-11-16 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种低功耗无线微地震信息传输装置及其使用方法
CN109254319A (zh) * 2017-07-14 2019-01-22 威海双丰物探设备股份有限公司 一种结点型矿用无缆检波器

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