CN201340456Y - 深井宽频地震仪 - Google Patents
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Abstract
一种深井宽频地震仪，应用于地震观测井中，包括一壳体，其特征在于所述地震仪还包括三分向地震传感器主体及相应的反馈与数据采集电路单元，包括两个水平向机械传感器和一垂直向机械传感器，所述该三个机械传感器正交的垂直组装在所述壳体内。该深井宽频地震仪适用于井下观测的一体化三分向宽频带地震数据的检测及信号调制转换，其结构布局合理，能够提高微弱信号识别能力，降低地震仪的运行噪音，提高地震仪的分辨率。
Description
技术领域
本实用新型属于深井地震观测用装置技术领域，具体的涉及一种深井宽频地震仪。
背景技术
地球科学是以观测为基础的多学科综合科学，如何提高观测的信噪比始终是观测研究中最重要的课题。在工业化、城市化、现代化高度发展的今天，各种交通、工业等人为噪声，加上地球的表面效应，严重干扰了传统地面地震与地球物理观测的结果，使微小地震和来自地下微弱的地球物理信息混杂在高噪声背景下无法辨认和识别，为了尽可能地排除地面噪声干扰的影响，提高观测的信噪比，近年来国外地震观测台站开始从地面向地下深井发展，建立了大量深井观测台站并组成了深井观测台网。
“地震之国”日本在1980年前后启动深井地震观测，到2000年已有22所深井观测台站，安装了宽频带地震仪、磁力仪、倾斜仪、温度计、应变仪等仪器实现综合观测并建成了深井观测台网，取得了仅有地面观测台网无法得到的高精度、高信噪比的地震观测材料，直接推动了该地区岩石圈板块构造、运动特征及地震预报等方面的研究。由于井下观测具有深远的科学意义，自20世纪90年代以来，美国、德国、荷兰等国相继建立了井下长期观测台站，我国自90年代后期才开始进行相关井下仪器的研制，研制出井下短周期地震计，陆续在首都圈和“十五”区域台网的部分台站运行，取得了一定的观测数据和研究成果。
在观测仪器方面，我国比较成熟的井下短周期地震计都采用动圈换能技术，观测频带为2s-50Hz，动态范围大于120dB，功耗为0.6W；在“十五”区域台网设备招标入围的井下宽带地震计国内入围仪器的技术指标为：采用电磁换能电子反馈技术，观测频带为20s-30Hz，动态范围大于120dB，功耗为0.6W，摆锤装有零位监视及遥控调零装置。
国际上的井下宽带地震计的代表产品有CMG-3ESPCP和KS-2000BH，CMG-3ESPCP的技术指标为：60s-50Hz，动态范围大于140dB，功耗约为1W：KS-2000BH的技术指标为：120s-50Hz，动态范围大于140dB，功耗不详，手动调零。国外仪器的成本相对昂贵，接口规范与国内不同，而且设备输出都是模拟信号，不便于进一步集成开展井下综合观测。由此可见，我国井下观测仪器的技术指标远远落后于国外的仪器。
实用新型内容
本实用新型提供了一种适用于井下观测的一体化三分向宽频带反馈地震数据的深井宽频地震仪，其结构布局合理，能够提高微弱信号识别能力，降低地震仪的运行噪音，提高地震仪的分辨率。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种深井宽频地震仪，应用于地震观测井中，包括一壳体，其特征在于所述地震仪还包括三分向地震传感器主体及相应的反馈及数据采集电路单元，包括两个水平向机械传感器和一垂直向机械传感器，所述该三个机械传感器正交的垂直组装在所述壳体内。
具体的讲，所述壳体为一封闭的筒体，其上部设置端盖，下部设置稳定地震仪的底座。
所述两个水平机械传感器为水平东西向机械传感器和水平南北向机械传感器；所述三个机械传感器分别排布在所述壳体内部的三个摆仓内。
所述壳体内的摆仓上部设置有电机仓和电路仓，电机仓内固定设置有机械传感器的开锁摆和调零电机，所述电路仓内固定设置电子电路板。
所述开锁摆连接一自动控制电路，该自动控制电路控制所述机械传感器实现开锁摆动作。
所述水平向机械传感器包括水平向摆体，该水平向摆体采用花园门悬挂结构设置；所述垂直向机械传感器采用叶片簧悬挂结构设置。
所述机械传感器包括摆体、差分电容位移换能器、线圈磁体机构、反馈网络及信号调制转换单元，该反馈网络由电容分微分支路、比例支路和积分支路组成；所述摆体由差分电容位移换能器测量；信号调制转换单元将反馈网络输出的模拟信号转换成数字信号进行输出。
所述地震仪还包括阻隔与地震仪连接的上部电缆干扰的压力解除器。
所述地震仪还包括使水平向机械传感器能正确处于地理正南北和东西方向的引向器。
所述地震仪还包括一将地震仪竖直扶正于地震观测井中央的扶正器，该扶正器安装在所述壳体的上端。
该深井宽频地震仪借鉴现有井下短周期地震计的技术，采用的地震传感器主体为垂直(UD)向、水平东西(EW)向及水平南北(SN)向的三分向机械传感器正交组装在竖直排布的三个摆仓内，使该地震仪主体稳定设置，性能更加可靠，电机仓和电路仓的设计可以满足对摆体的自动化开锁控制及调零控制。自动控制电路可在地震仪上电后自动调节机械传感器完成精确可靠的开锁摆动作。由于该深井宽频地震仪对倾斜非常敏感，摆体保持处于平衡位置的能力弱，发明人针对每一个分向的机械传感器设计了精确的水平调整机构-调零机构，确保地震仪处于较为理想的工作状态。
该机械传感器采用了力平衡电子反馈技术，每个分向的机械传感器均设计有精密的差分电容位移换能器，并使用线圈-磁体结构来产生反馈力。反馈网络由电容微分支路、比例支路和积分支路构成。地震传感器闭环传递函数主要由反馈网络，通过建立计算机仿真模型，找出稳定、可实现的反馈模型参数，可采用微弱信号检测技术，提高地震传感器的分辨力(＞120dB)，扩展地震传感器的低频观测频带到120秒。该机械传感器的传递函数稳定，一致性好；提高了微弱信号识别能力，改善了位移换能器的信噪比，从而降低系统噪声，提高地震传感器的分辨力。
该深井宽频地震仪采用封闭的筒状壳体作为所有组件的承载体，可以有效地实现隔水、隔油、隔气，防止这些流体中所含腐蚀物质对地震仪内部的机械和电气组件的损坏。该地震仪还可配置引向器，使地震仪的水平向在井下也能正确地处在地理正北南、东西方向。其配置的应力解除器，可将电缆和井下地震仪分割开来，将上部电缆的晃动干扰阻隔掉，保证井下地震仪记录敏感震动的正确性。其配置的扶正器将仪器竖直扶正在地震观测井的中央。
本实用新型的有益效果在于，该深井宽频地震仪适用于井下观测的一体化三分向宽频带地震数据的反馈，其结构布局合理，能够提高微弱信号识别能力，降低地震仪的运行噪音，提高地震仪的分辨率。
附图说明
图1是本实用新型具体实施方式的组成架构示意图；
图2是本实用新型具体实施方式中机械传感器的反馈示意图。
具体实施方式
如图1所示，该深井宽频地震仪包括一呈筒状的封闭壳体10，高度约为1100mm，直径约为100mm，其上部设置密封端盖，下部设置稳定地震仪的底座。三个机械传感器正交的垂直组装在壳体内的三个摆仓内，三个机械两个水平向机械传感器和一垂直向机械传感器，两个水平机械传感器为水平东西向机械传感器和水平南北向机械传感器；水平向机械传感器采用水平向摆体，该水平向摆体采用花园门悬挂结构设置；所述垂直向机械传感器采用叶片簧悬挂结构设置。该三个机械传感器的动态范围大于120分贝，频带范围120s至40Hz，耗电小于1瓦。
壳体内的上端设置有电机仓和电路仓，电机仓内固定设置有机械传感器的开锁摆和调零电机，电路仓内固定设置电子电路板。开锁摆连接一自动控制电路，该自动控制电路控制机械传感器实现开锁摆动作。
该深井宽频地震仪还可设置阻隔与地震仪连接的上部电缆干扰的压力解除器；使水平向机械传感器能正确处于地理正南北和东西方向的引向器。以及将地震仪竖直扶正于地震观测井中央的扶正器，该扶正器安装在所述壳体的上端。
如图2所示，该机械传感器包括摆体、差分电容位移换能器、线圈磁体机构20、反馈网络及信号调制转换单元，该反馈网络由电容分微分支路50、比例支路40和积分支路30组成；摆体由差分电容位移换能器测量，摆体的零位由积分支路输出；信号调制转换单元将反馈网络输出的模拟信号转换成数字信号进行输出。
Claims (10)
1.一种深井宽频地震仪，应用于地震观测井中，包括一壳体，其特征在于所述地震仪还包括三分向地震传感器主体及相应的反馈与数据采集电路单元，包括两个水平向机械传感器和一垂直向机械传感器，所述该三个机械传感器正交的垂直组装在所述壳体内。
2.根据权利要求1所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述壳体为一封闭的筒体，其上部设置端盖，下部设置稳定地震仪的底座。
3.根据权利要求1所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述两个水平机械传感器为水平东西向机械传感器和水平南北向机械传感器；所述三个机械传感器分别排布在所述壳体内部的三个摆仓内。
4.根据权利要求3所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述壳体内的摆仓上部设置有电机仓和电路仓，电机仓内固定设置有机械传感器的开锁摆和调零电机，所述电路仓内固定设置电子电路板。
5.根据权利要求4所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述开锁摆连接一自动控制电路，该自动控制电路控制所述机械传感器实现开锁摆动作。
6.根据权利要求1所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述水平向机械传感器包括水平向摆体，该水平向摆体采用花园门悬挂结构设置；所述垂直向机械传感器采用叶片簧悬挂结构设置。
7.根据权利要求1所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述机械传感器包括摆体、差分电容位移换能器、线圈磁体机构、反馈网络及信号调制转换单元，该反馈网络由电容分微分支路、比例支路和积分支路组成；所述摆体由差分电容位移换能器测量；信号调制转换单元将反馈网络输出的模拟信号转换成数字信号进行输出。
8.根据权利要求1所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述地震仪还包括阻隔与地震仪连接的上部电缆干扰的压力解除器。
9.根据权利要求1所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述地震仪还包括使水平向机械传感器能正确处于地理正南北和东西方向的引向器。
10.根据权利要求1所述的深井宽频地震仪，其特征在于所述地震仪还包括将地震仪竖直扶正于地震观测井中央的扶正器，该扶正器安装在所述壳体的上端。
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Legal Events
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