CN110297268A - 自动升沉的深海地震信号采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动升沉的深海地震信号采集装置。包括耐压舱、天线、电位计、内皮囊、外皮囊、电池组和水听器；耐压舱外固装有水听器；耐压舱内装有上中下支撑板；天线置于耐压舱外，电位计固定于上支撑板上，上支撑板上安装有内皮囊组件，内皮囊上下端均设有限位开关；下支撑板底面通过外皮囊接插件安装有外皮囊，下支撑板上安装有浮力调节系统，浮力调节系统包括齿轮泵、柱塞泵、单向阀、内皮囊、外皮囊、电磁阀、电机；外皮囊和内皮囊内部及其之间的管道中均充满小于水密度的油液。本发明构成了长周期、低成本海上地震观测台站，记录不同地点接收到的地震信号，形成覆盖较大海洋面积的地震观测网，解决海洋没有地震台网的难题。

Description

自动升沉的深海地震信号采集装置
技术领域
本发明涉及一种深海地震信号采集装置，具体的说是一种自动升沉的深海地震信号采集装置，可按照设定自动潜入预定深度进行地震信号采集，自动浮出海面进行信息双向传输的地震信号采集装置。
背景技术
地震学是研究固体地球的重要地球物理学科，目前对于地球内部圈层结构(地壳、地幔、地核)的认识主要源于地震产生经地球内部传播到达地表并被观测到的地震波的认识。目前全球陆地已经布设了大量的地震台站，海上却极其稀少。以我国为例，目前海上地震台站只有两个，其中一个还处于瘫痪状态。地震台站的分布不均给全球规模的地球构造和结构研究带来了很大的困难。目前对于海洋区域的地震观测主要是使用海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,简称OBS)，既可以用于海洋的人工地震剖面探测也可以用于天然地震的观测。但由于海底地震仪本身的价格，以及与OBS投放、震源激发和回收等相关的地球物理航次，使得其成本很高，而且相对于广袤的海域，虽然近几十年来获得了很大进展，但对于覆盖率的提高依然杯水车薪。
因此，亟需研制一种新型的海洋地震信号采集装置，能够自动升沉到水下一定深度，长周期获得地震信号数据，同时在洋流的作用下移动，形成海上大范围、高分辨的移动地震监测网，解决全球规模的地球构造和结构研究海上数据缺乏的难题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种自动升沉的深海地震信号采集装置，通过改变自身浮力，改变悬停在海洋中的深度，采集海洋地震信号，并近实时回传至监控中心。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明包括耐压舱、天线、电位计、内皮囊、外皮囊、电池组和水听器；耐压舱的外部固定装有水听器；耐压舱内部固定安装有分别位于上中下位置的上支撑板、中间支撑板和下支撑板；天线置于耐压舱外，天线通过天线支撑杆固接到耐压舱外顶部；电位计通过电位计转接件固定于上支撑板上，电位计连接内皮囊组件用于测量内皮囊中的油量；上支撑板的中部上安装有内皮囊组件，内皮囊组件包括内皮囊、密封夹紧圈、固定端盖，内皮囊呈波纹式弹性筒体结构，内皮囊上下两端均固接装有固定端盖，使得内部形成密封腔体；内皮囊上端的固定端盖中央开设有注油口；内皮囊上端的固定端盖上方设有限位开关B，限位开关B通过限位开关转接件B固定于耐压舱内壁；内皮囊下端的固定端盖侧方设有限位开关B，限位开关A通过限位开关转接件A固定于上支撑板上；中间支撑板上安装有电池组；下支撑板底面通过外皮囊接插件安装有外皮囊，下支撑板上安装有浮力调节系统，浮力调节系统包括齿轮泵、柱塞泵、单向阀、内皮囊、外皮囊、电磁阀、电机；电机输出轴经减速器和柱塞泵的输入控制端连接，柱塞泵的出油口经钢管A和单向阀的输入端连接相通，单向阀的输出端和四通件的四通第四油口连接相通，四通件的四通第三油口和深度计连接相通；四通件的四通第二油口和电磁阀的一端连接相通，电磁阀另一端经钢管B和齿轮泵的齿轮泵入口连接相通，齿轮泵的齿轮泵出口经软管和三通件的三通第一油口连接相通，三通件的三通第三油口和柱塞泵的吸油口连接相通，三通件的三通第二油口经软管A和内皮囊底端入口连接相通；四通件的四通第一油口经卡套接头和外皮囊连接相通，外皮囊和内皮囊内部及其之间的管道中均充满油液，所述油液密度小于水密度。
所述的电位计包括有连接在导向杆的滑块，内皮囊下端的固定端盖固定于上支撑板上，内皮囊上端的固定端盖和滑块固接，内皮囊伸缩体积变化导致滑块沿导向杆的上下移动，进而检测滑块的移动获得内皮囊的体积变化，从而获得油量。
所述的电机旋转驱动柱塞泵工作，带动油液向外皮囊内单向流动。
还包括控制板和通信定位模块，通信定位模块通过直角转接件固定于上支撑板上，控制板通过控制板转接件固定于上支撑板上，天线经通信定位模块与控制板电连接，控制板和电池组电连接，水听器和控制板连接。
所述的外皮囊密封伸出耐压舱底端外部，且在耐压舱底端安装有外皮囊保护壳，外皮囊保护壳周围侧壁开设通孔槽。
本发明的优点与有益效果为：
(1)本发明的浮力调节系统采用齿轮泵与柱塞泵双泵系统，提高了工作效率，降低了功耗，可实现长周期观测。
(2)本发明可实现精确的深度控制，使设备悬停于海洋声通道，采集到更远的地震信号。
综合来说，本发明提供了一种长周期、低成本海上地震观测台站，记录不同地点接收到的地震信号，形成覆盖较大海洋面积的地震台网，解决海洋(除岛屿外)没有地震台网的难题。
附图说明
图1为本发明的内部结构图。
图2为本发明浮力调节系统图。
图3为本发明外形图。
图中，1为天线，2为天线支撑杆，3为软管A，4为内皮囊，5为密封夹紧圈，6为固定端盖，7为控制板，8为控制板转接件，9为中间支撑板，10为钢管A，11为固定法兰，12为四通第一油口，13为外皮囊接插件，14为卡套接头，15为联轴器，16为外皮囊，17为电机控制器，18为下支撑板，19为电池组，20为上支撑板，21为直角转接件，22为通信定位模块，23为电位计转接件，24为电位计，25为限位开关转接件A，26为限位开关A，27为注油口，28为限位开关转接件B，29为限位开关B，30为齿轮泵入口，31为齿轮泵出口，32为单向阀，33为软管B，34为三通第一油口，35为三通第二油口，36为三通第三油口，37为柱塞泵，38为减速器，39为电机，40为四通第二油口，41为电磁阀，42为钢管B，43为四通第三油口，44为深度计，45为四通第四油口，46为齿轮泵，47为耐压舱，48为外皮囊保护壳，49为水听器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体内容及功能实现过程进行详细阐明。
如图1所示，本发明具体实施包括耐压舱47、天线1、电位计24、内皮囊4、外皮囊16、电池组19和水听器49；其中，主要由天线1、通信定位模块22组成通信系统，齿轮泵46、柱塞泵12、单向阀13、内皮囊4、外皮囊16、电磁阀42、电机39组成浮力调节系统，主要由控制板7、深度计14、电位计24组成控制系统，主要由控制板7、水听器49组成地震数据采集系统，以实现对海底地震长期观测。
如图3所示，耐压舱47的外部固定装有水听器49，水听器49用于监测水下振动；耐压舱47内部固定安装有分别位于上中下位置的上支撑板20、中间支撑板9和下支撑板18，即上支撑板20、中间支撑板9和下支撑板18从上到下依次布置。
如图3所示，天线1置于耐压舱47外，天线1密封伸出耐压舱47外，天线1通过天线支撑杆2固接到耐压舱47外顶部，组成通信与定位系统。电位计24通过电位计转接件23固定于上支撑板20上，电位计24连接内皮囊组件用于测量内皮囊4中的油量。
如图1所示，上支撑板20的中部上安装有内皮囊组件，内皮囊组件包括内皮囊4、密封夹紧圈5、固定端盖6，内皮囊4呈波纹式弹性筒体结构，内皮囊4上下两端均固接装有固定端盖6，使得内部形成密封腔体，固定端盖6通过密封夹紧圈5密封安装在内皮囊4端口，用于液压系统抽负压、注油、排气。内皮囊4上端的固定端盖6中央开设有注油口27，注油口27用于作为油液的注入口；内皮囊4上端的固定端盖6上方设有限位开关B29，限位开关B29通过限位开关转接件B28固定于耐压舱47内壁；内皮囊4下端的固定端盖6侧方设有限位开关B29，限位开关A26通过限位开关转接件A25固定于上支撑板20上；限位开关B29和限位开关A26分别用于对内皮囊4的伸缩变形量进行检测，用于限位内皮囊4的最小和最大容量，进而限制控制，防止过大变形和过小变形。
中间支撑板9上安装有电池组19，电池组19有通孔，通孔用于通过内皮囊与外皮囊之间的油管和下支撑板上的电机、电位计、深度计等传感器与上支撑板上的控制板之间的电源线、信号线；下支撑板18底面通过外皮囊接插件13安装有外皮囊16，外皮囊16的进出口经卡套接头14和浮力调节系统的四通第一油口12连接。
如图2所示，下支撑板18上安装有浮力调节系统，浮力调节系统包括齿轮泵46、柱塞泵37、单向阀32、内皮囊4、外皮囊16、电磁阀41、电机39；电机39输出轴经减速器38和柱塞泵37的输入控制端连接，柱塞泵37的出油口经钢管A10和单向阀32的输入端连接相通，单向阀32的输出端和四通件的四通第四油口45连接相通，四通件的四通第三油口43和深度计44连接相通；四通件的四通第二油口40和电磁阀41的一端连接相通，电磁阀41另一端经钢管B42和齿轮泵46的齿轮泵入口30连接相通，齿轮泵46的齿轮泵出口31经软管33和三通件的三通第一油口34连接相通，三通件的三通第三油口36和柱塞泵37的吸油口连接相通，三通件的三通第二油口35经软管A3和内皮囊4底端入口连接相通，内皮囊4底端的固定端盖6中央开设通孔，三通第二油口35经软管A3穿过中间支撑板9和下支撑板18连接到通孔处；四通件的四通第一油口12经卡套接头14和外皮囊16连接相通，外皮囊16和内皮囊4内部及其之间的管道中军充满油液，所述油液密度小于水密度。
具体实施中，电机39、减速器38、柱塞泵37、电磁阀41、深度计44、齿轮泵46均固定在下支撑板18上，固定法兰11将电机39和柱塞泵37行连接，并固定于下支撑板18。
电位计24包括有连接在导向杆的滑块，内皮囊4下端的固定端盖6固定于上支撑板20上，内皮囊4下端的固定端盖6和滑块固接，内皮囊4伸缩体积变化导致滑块沿导向杆的上下移动，进而检测滑块的移动获得内皮囊4的体积，从而获得油量。
电机39旋转驱动柱塞泵37工作，带动油液向外皮囊16内单向流动。
外皮囊16密封伸出耐压舱47底端外部，且在耐压舱47底端安装有外皮囊保护壳48，外皮囊保护壳48周围侧壁开设通孔槽，外皮囊保护壳48的通孔槽使得外部的水能进入外皮囊保护壳48内，外皮囊16体积改变能影响装置的浮力。
具体实施还包括控制板7和通信定位模块22，通信定位模块22通过直角转接件21垂直固定于上支撑板20上，控制板7通过控制板转接件8固定于上支撑板20上，天线1经通信定位模块22与控制板7电连接，控制板7和电池组19电连接，为各个部件提供电源。控制板7经电机控制器17和电机39连接，对电机转速进行控制调节。
水听器49、电位计24、电机39、电磁阀41、深度计44、齿轮泵46均和控制板7连接，由控制板7接收水听器49、深度计44、电位计24、限位开关B29、限位开关A26的检测信号，进而控制电机39、电磁阀41和齿轮泵46的运行，同时发送数据信号到通信定位模块22，通过天线1将数据信号远程传输到监控中心的远程数据系统中。
本发明的工作原理过程是：
该装置在水面时，通过天线1与通信定位模块22接收下潜命令后，齿轮泵46启动，同时电磁阀41上电打开，液压油从外皮囊16经四通第一油口12、第二油口40、电磁阀41流经齿轮泵46后，通过三通第一油口34、第二油口35和软管A3进入內皮囊4，外皮囊16体积缩小，装置排水体积减小，重力大于浮力，开始下沉。
当电位计24检测到内皮囊4的油量达到固定量时，即回油量达到后，控制板7控制齿轮泵46停止，并关闭电磁阀42，设备保持一定的下沉速度继续下沉。
当深度计44数值即将到达设定值时，控制板7启动柱塞泵37，液压油从内皮囊4经软管A3、三通第二油口35、第三油口36流经柱塞泵37，通过钢管A10、单向阀32、四通第四油口45、第一油口12进入外皮囊，装置排水体积慢慢增大。
当浮力等于重力时，装置处于悬浮状态，控制板7下达柱塞泵37停止指令。控制板7打开水听器49电源，开始监测地震。
当装置监测有大地震发生时，或者达到工作周期时，控制板7启动柱塞泵37，开始往外皮囊16排油，外皮囊16体积增大，装置排水体积慢慢增大，开始上浮。
当电位计24检测到内皮囊4的油量达到固定量时，即排油量达到后，控制板7控制回柱塞泵37停止，装置持续上浮。
当装置到达水面后，控制板7启动通信与定位模块22，通过天线1发送数据，和监控中心进行数据传输，并准备下一个工作任务。
本发明适用于海洋地震观测，通过加装其他传感器也可实现海洋水文、生态观测。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动升沉的深海地震信号采集装置，其特征包括：包括耐压舱(47)、天线(1)、电位计(24)、内皮囊(4)、外皮囊(16)、电池组(19)和水听器(49)；耐压舱(47)的外部固定装有水听器(49)；耐压舱(47)内部固定安装有分别位于上中下位置的上支撑板(20)、中间支撑板(9)和下支撑板(18)；天线(1)置于耐压舱(47)外，天线(1)通过天线支撑杆(2)固接到耐压舱(47)外顶部；电位计(24)通过电位计转接件(23)固定于上支撑板(20)上，电位计(24)连接内皮囊组件用于测量内皮囊(4)中的油量；上支撑板(20)的中部上安装有内皮囊组件，内皮囊组件包括内皮囊(4)、密封夹紧圈(5)、固定端盖(6)，内皮囊(4)呈波纹式弹性筒体结构，内皮囊(4)上下两端均固接装有固定端盖(6)，使得内部形成密封腔体；内皮囊(4)上端的固定端盖(6)中央开设有注油口(27)；内皮囊(4)上端的固定端盖(6)上方设有限位开关B(29)，限位开关B(29)通过限位开关转接件B(28)固定于耐压舱(47)内壁；内皮囊(4)下端的固定端盖(6)侧方设有限位开关B(29)，限位开关A(26)通过限位开关转接件A(25)固定于上支撑板(20)上；中间支撑板(9)上安装有电池组(19)；下支撑板(18)底面通过外皮囊接插件(13)安装有外皮囊(16)，下支撑板(18)上安装有浮力调节系统，浮力调节系统包括齿轮泵(46)、柱塞泵(37)、单向阀(32)、内皮囊(4)、外皮囊(16)、电磁阀(41)、电机(39)；电机(39)输出轴经减速器(38)和柱塞泵(37)的输入控制端连接，柱塞泵(37)的出油口经钢管A(10)和单向阀(32)的输入端连接相通，单向阀(32)的输出端和四通件的四通第四油口(45)连接相通，四通件的四通第三油口(43)和深度计(44)连接相通；四通件的四通第二油口(40)和电磁阀(41)的一端连接相通，电磁阀(41)另一端经钢管B(42)和齿轮泵(46)的齿轮泵入口(30)连接相通，齿轮泵(46)的齿轮泵出口(31)经软管(33)和三通件的三通第一油口(34)连接相通，三通件的三通第三油口(36)和柱塞泵(37)的吸油口连接相通，三通件的三通第二油口(35)经软管A(3)和内皮囊(4)底端入口连接相通；四通件的四通第一油口(12)经卡套接头(14)和外皮囊(16)连接相通，外皮囊(16)和内皮囊(4)内部及其之间的管道中均充满油液，所述油液密度小于水密度。
2.根据权利要求1所述的一种自动升沉的深海地震信号采集装置，其特征在于：所述的电位计(24)包括有连接在导向杆的滑块，内皮囊(4)下端的固定端盖(6)固定于上支撑板(20)上，内皮囊(4)上端的固定端盖(6)和滑块固接，内皮囊(4)伸缩体积变化导致滑块沿导向杆的上下移动，进而检测滑块的移动获得内皮囊(4)的体积变化，从而获得油量。
3.根据权利要求1所述的一种自动升沉的深海地震信号采集装置，其特征在于：所述的电机(39)旋转驱动柱塞泵(37)工作，带动油液向外皮囊(16)内单向流动。
4.根据权利要求1所述的一种自动升沉的深海地震信号采集装置，其特征在于：还包括控制板(7)和通信定位模块(22)，通信定位模块(22)通过直角转接件(21)固定于上支撑板(20)上，控制板(7)通过控制板转接件(8)固定于上支撑板(20)上，天线(1)经通信定位模块(22)与控制板(7)电连接，控制板(7)和电池组(19)电连接，水听器(49)和控制板(7)连接。
5.根据权利要求1所述的一种自动升沉的深海地震信号采集装置，其特征在于：所述的外皮囊(16)密封伸出耐压舱(47)底端外部，且在耐压舱(47)底端安装有外皮囊保护壳(48)，外皮囊保护壳(48)周围侧壁开设通孔槽。
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