CN208654347U - 多勘探地球物理场信号接收传感器及传感器串、观测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地球物理勘探领域，具体涉及一种多勘探地球物理场信号接收传感器及传感器串、观测系统，包括设置在外壳内的地震信号接收单元和电磁信号接收单元，还包括电法信号接收单元，每个信号接收单元分别引出两根信号传输线。本实用新型的优点在于：本实用新型将地震信号接收单元(地震传感器)、电磁信号接收单元(瞬变电磁传感器、无线电波传感器、大地电磁传感器)、电法信号接收单元(电法传感器)高度集中为一体，使得此传感器可以在同一地点，利用同一套仪器，任意采集地震信号、瞬变电磁信号、无线电波信号、大地电磁信号、电法信号等五种不同的信号，可简化综合物探的过程，节省现场布置观测系统的时间，提高了工作效率。

Description

多勘探地球物理场信号接收传感器及传感器串、观测系统

技术领域

本实用新型涉及地球物理勘探领域，具体涉及一种多勘探地球物理场信号接收传感器及传感器串、观测系统。

背景技术

地球物理勘探是以岩石、矿石(或地层)与围岩的物理性质差密度、磁化性质、导电性、放射性等差异基础，用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测。地球物理勘探主要分为重力勘探、地震勘探、电法勘探、磁法勘探、放射性勘探，各种方法所依据的原理不同，仪器的信号接收传感器所用原理也不同。例如地震传感器是接收震动信号，其分为电涡流式振动传感器、电感式振动传感器、电容式振动传感器及压电式振动传感器，其原理都是将振动信号转化为电信号最终被仪器所记录；电法传感器是直接用来测量大地的电信号，用金属电极即可；电磁法传感器则是线圈，是利用电磁感应的原理将电磁信号转换成电信号被仪器所接收，其他各类电磁法也是将电磁信号转化成电信号。

因为地质条件的复杂性和物探方法的多解性，单一的物探方法难以确定异常，综合物探方法是精细物探勘查的重要手段，如何提高物探方法在现场的工作效率是各位物探工作者的不懈追求，地球物理勘探中涉及较多的为：地震信号、瞬变电磁信号、无线电波信号、大地电磁信号、电法信号，一些厂家将其中两种方法集成到一款仪器中，使得野外工作时设备更集中，如美国Zonge公司的GDP-32多功能电法工作站，加拿大Geonics公司生产的PROTEM电磁仪等，但所集成的电法勘探系统和瞬变电磁勘探系统其所用的接收探头是分开的，仪器的传感器都不可混用，两种方法需要人工选择。

目前对于工程勘察中运用较多的物探方法主要有电法、地震及瞬变电磁法，其中电磁法探测还涉及到不同的频率问题，如何根据现场实际需要调整发射和接收天线的频率并将其与电法和地震传感器集中到一个传感器中，使得各种信号在采集时、传输时不相互影响，并发挥出传感器更多的功能及更多的应用场景，比如地面、钻孔、地面钻孔联合使用等，需要巧妙的设计。

目前在利用综合物探方法进行探测时，采集完一种方法的信号后，将该方法的观测系统回收后再布置另一个方法的观测系统，现场耗时耗力，利用一套仪器采集多种信号，共用同一观测系统及传感器将极大的提高现场探测效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：现有综合物探方法接收传感器中没有能够接收多地球物理场信号的传感器，本实用新型主要解决同一传感器不能接收多地球物理场信号的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：多勘探地球物理场信号接收传感器，包括设置在外壳内的地震信号接收单元和电磁信号接收单元，还包括电法信号接收单元，每个信号接收单元分别引出两根信号传输线。

优化的，所述地震信号接收单元、电磁信号接收单元与外壳之间均填充硬质胶。

优化的，所述电磁信号接收单元包括磁棒、套设在磁棒上的线圈，线圈的第一端及线圈上除第一端之外的其他部位分别引出一根信号传输线。

优化的，所述电磁信号接收单元还包括滑动变匝数装置，滑动变匝数装置的触头与线圈接触，线圈的第一端引出一根信号传输线，线圈的另一根信号传输线经滑动变匝数装置引出。

优化的，所述电法信号接收单元为设置在外壳外部的金属片。

优化的，所述电法信号接收单元为设置在外壳外部的金属接地电极。

优化的，还包括信号选择开关，从地震信号接收单元、电磁信号接收单元、电法信号接收单元引出的六根信号传输线连接到信号选择开关，并从信号选择开关引出两根信号传输线。

优化的，还包括处理器、灵敏度开关，电磁信号接收单元连接至灵敏度开关，灵敏度开关及信号选择开关均连接至处理器，处理器分别对灵敏度开关及信号选择开关进行控制，处理器控制灵敏度开关切换瞬变、无线电、大地电磁三种信号及低、中、高三档灵敏度，从处理器引出两根通讯线，处理器通过通讯线接收通讯指令,且通讯线能够给处理器及电路供电，处理器据通讯指令切换灵敏度开关及信号选择开关，完成功能切换与灵敏度调节。

本实用新型还公开一种传感器串，包括上述多勘探地球物理场信号接收传感器，还包括大线，所述多勘探地球物理场信号接收传感器设置n个，n个多勘探地球物理场信号接收传感器通过大线依次首尾相连，大线中设置2根总线，每个多勘探地球物理场信号接收传感器的通讯线分别连接至对应的总线上，从传感器串共引出2n根信号传输线及2根总线。

本实用新型还公开一种观测系统，包括上述任一种多勘探地球物理场信号接收传感器。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型将地震信号接收单元(地震传感器)、电磁信号接收单元(瞬变电磁传感器、无线电波传感器、大地电磁传感器)、电法信号接收单元(电法传感器)高度集中为一体，使得此传感器可以在同一地点，利用同一套仪器，任意采集地震信号、瞬变电磁信号、无线电波信号、大地电磁信号、电法信号等五种不同的信号，可简化综合物探的过程，节省现场布置观测系统的时间，提高了工作效率；

2.电磁传感器灵敏度可调，适应更多的探测环境及现场需求；

3.提供一种适应多孔CT探测系统的传感器串。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中多勘探地球物理场信号接收传感器的示意图；

图2为本实用新型实施例一中地面观测系统示意图；

图3为本实用新型实施例二中多勘探地球物理场信号接收传感器的示意图；

图4为本实用新型实施例二中多勘探地球物理场并行采集系统的CT探测示意图。

其中，地震信号接收单元-1、电磁信号接收单元-2、电法信号接收单元-3、外壳-4、硬质胶-5、信号选择开关-6、处理器-7、智能采集装置-8、大线-9、传感器接收装置-10、智能电磁发射装置-11、控制主机-12、磁棒-21、线圈-22、滑动变匝数装置-23、密闭壳-24、灵敏度开关-71。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一：

如图1所示，多勘探地球物理场信号接收传感器，包括设置在外壳4内的地震信号接收单元1和电磁信号接收单元2，还包括电法信号接收单元3，每个信号接收单元分别引出两根信号传输线。

所述地震信号接收单元1、电磁信号接收单元2与外壳4之间均填充硬质胶5，从而保证地震信号接收单元1对高频信号的接收。

此多勘探地球物理场信号接收传感器还包括信号选择开关6，从地震信号接收单元1、电磁信号接收单元2、电法信号接收单元3引出的六根信号传输线连接到信号选择开关6，并从信号选择开关6引出两根信号传输线，通过控制信号选择开关6，可调节传感器的输出信号类型，如选择输出地震信号接收单元1探测到的地震信号或者电磁信号接收单元2探测到的瞬变电磁信号、无线电波信号、大地电磁信号或者电法信号接收单元3探测到的电法信号，从而能够实现通过同一个传感器，在同一探测地点，在不同探测时间内探测出上述五种信号当中的任意一种，也可利用不同的传感器，在同一时间同一地点，探测出上述五种信号的不同排列组合。

进一步的，本实施例中的地震信号接收单元1为地震传感器芯体，用来探测地震信号。

本实施例中的电磁信号接收单元2包括磁棒21、套设在磁棒21上的线圈22、滑动变匝数装置23，磁棒21及线圈22分别引出一根信号传输线，滑动变匝数装置23的触头与线圈22接触，且线圈22对应的信号传输线经滑动变匝数装置23引出，通过调节滑动变匝数装置23以改变接入线路中的线圈匝数，从而达到切换不同主频的目的，用以接收不同频率的瞬变电磁信号、无线电波信号、大地电磁信号等，其中线圈22上的可调节主频为分点式，可设定固定的主频频率，并非连续性调节方式。

本实施例中的电法信号接收单元3为设置在外壳4外部的金属接地电极，用来接收电法信号。

外壳4为非金属材质，本实施例中的外壳4由ABS塑料制成。

从信号选择开关6引出的两根信号传输线通过一插拔夹连接到外部的大线9上，并将地震信号接收单元1、电磁信号接收单元2、电法信号接收单元3采集到的信号输出到与之匹配的外部装置中，从而对信号进行记录、保存，本实施例中的多勘探地球物理场信号接收传感器可以很方便的从大线9上拆下，并可以根据需要随意的将不同的传感器连接到探测系统中，主要适用于地面相关信号的探测。

本实施例中的磁棒21为宽频响应范围，线圈22为一可调型线圈，通过一滑动变匝数装置23调节接入线路中的线圈数，以达到切换不同主频的目的，用以接收不同频率的电磁波、瞬变电磁及大地电磁信号等，其中线圈22上的可调节主频为分点式，可设定固定的主频频率，非连续性调节方式。

如图2所示，将多勘探地球物理场信号接收传感器接入多勘探地球物理并行采集系统，并布置地面观测系统，即可进行地面相关信号的采集、观测。

岩土工程勘察中对物探的探测精度要求较高，同时由于地面浅部的各种振动干扰和电磁干扰以及物探方法的多解性，综合物探方法是提高探测解释可靠性的有效方法，例如孤石的电性为高阻，但单一的电法结果剖面中，并不能将所有的高阻异常区都判定为孤石，岩性变化或风化程度不同同样会导致高阻异常，此时结合地震剖面，孤石呈现高速异常，故同一区域内同为高阻和高速异常的区域可判定为孤石，此异常解释结果可靠性比单一方法结果可靠性更高，对于此两种方法的地面现场施工过程采用多勘探地球物理并行采集系统时，配合所述的多参数物探传感器，现场的采集效率亦可提高，具体如下：

根据实际需求，将多个上述传感器通过插拔夹连接到一条大线9上，大线9连接到采集器，将传感器上的信号选择开关6选为地震模式，地面按一定的道间距布置好地震探测观测系统。

按设定好的参数及工作流程对地面地震数据进行探测，如反射、折射、散射等数据的采集。

完成地震数据采集后，将传感器的信号选择开关6选为电法模式，并将采集器的采集软件切换为并行高密度电法模式，并在地面设一公共极，公共极连接到采集器，按设定好的参数进行并行高密度电法的数据采集。

完成并行高密度电法数据采集后，将传感器信号选择开关6选为电磁法模式，并调整磁棒21上的主频选择器到设计的主频，将采集器的采集软件切换为瞬变电磁采集模式，该模式下可采集多点瞬变电磁数据。

完成瞬变电磁数据采集后可进行无线电波采集模式，将磁棒21的接收主频调整到相应频率，并将采集器的软件切换为无线电波模式，进行无线电波探测。

完成无线电波数据采集后可进行大地电磁采集模式，将磁棒21的接收主频调整到相应频率，并将采集器的软件切换为大地电磁采集模式，进行大地电磁法探测，完成此不同类型的数据采集后，将整个观测系统回收。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于：

如图3所示，本实施例中的电法信号接收单元3为设置在外壳4外部的金属片，而不是实施例一中的金属接地电极，且此传感器还包括处理器7、灵敏度开关71，电磁信号接收单元2连接至灵敏度开关71，灵敏度开关71及信号选择开关6均连接至处理器7，处理器7分别对灵敏度开关71及信号选择开关6进行控制，处理器7控制灵敏度开关71切换瞬变、无线电、大地电磁三种信号及低、中、高三档灵敏度，从处理器7引出两根RS485通讯线，用于接收通讯指令,并给处理器7及电路供电，处理器7根据通讯指令切换灵敏度开关71及信号选择开关6，分别完成功能切换及灵敏度调节。

进一步的，本实施例中的传感器还可以在尾部增加和实施例1一样的尾椎。

本实施例中的多勘探地球物理场信号接收传感器还可用于孔中相关信号的探测，实际使用时多个传感器首尾相连组成一个传感器串，将传感器串置于孔中，从而进行孔中相关信号的探测。

本实用新型还公开一种传感器串，包括上述的多勘探地球物理场信号接收传感器，所述多勘探地球物理场信号接收传感器设置n个，n个多勘探地球物理场信号接收传感器通过大线9依次首尾相连，在大线9中设置2根485总线，每个多勘探地球物理场信号接收传感器的通讯线分别连接至对应的总线上，从传感器串共引出2n根信号传输线及2根总线。

本实用新型还公开一种观测系统，包括上述的多勘探地球物理场信号接收传感器。如图4所示，将实施例二中所述的多勘探地球物理场信号接收传感器与采集器一起连接到孔中观测系统中，即可进行孔中相关信号的采集、观测，本实用新型中所用的采集器是指可实现地震信号、瞬变电磁信号、无线电波信号、大地电磁信号、电法信号采集的装置，与多勘探地球物理场信号接收传感器配合使用即可进行相应信号的采集。

岩土工程勘察中对某些地质情况勘察比较精细，对所采用的物探方法探测精度要求较高，例如目前对穿过灰岩地区的地铁、高铁等重要建筑工程对岩溶的勘察要求较高，要求岩溶探查精度为2m甚至更高；地铁在穿越含孤石分布区时要求物探对孤石的探测分辨率达到0.5m级别。为了达到较高的探测精度，一般采用多种物探方法的孔内CT，这些物探方法包括电阻率CT、弹性波CT、电磁波CT等，为了提高现场的工作效率，采用实施例二中所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，结合采集器可以将电阻率CT和弹性波CT及电磁波CT在不更换仪器和传感器的情况下完成现场数据采集，同时也可以采集被动场源电磁信号及大地电磁信号，具体如下：

如图4所示，根据实际需求将多个实施例二中所述的多勘探地球物理场信号接收传感器首尾相连构成多勘探地球物理场接收线缆。

如图4所示为多勘探地球物理场并行采集系统的CT探测示意图，包括控制主机12、智能采集装置8、大线9、传感器接收装置10、智能电磁发射装置11，与智能采集装置8相连的大线9及多勘探地球物理场信号接收传感器组合成孔中探测结构，则其中1个孔中采用电火花震源激发，其他孔中布置孔中探测结构，实现孔间地震波CT探测。本系统仍可用于孔间电法或电磁波CT探测，与智能采集装置8相连的大线9及多勘探地球物理场信号接收传感器组合成孔中探测结构，则其中1个孔或者多个孔联合激发电磁场信号，其他孔中布置孔中探测结构，实现孔间电法CT和孔间电磁波CT探测。本系统还可在地面和孔中同步布置多个方向智能采集装置8，采集大地电磁信号。本装置系统还可设置多场同步观测工作模式，激发地震波采集地震信号同时，并行采集电法、无线电源、瞬变电磁、大地电磁信号中的一种或几种，对探测对象进行多维多场并行采集探测，还可同时对多场信号进行实时并行监测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.多勘探地球物理场信号接收传感器，其特征在于：包括设置在外壳(4)内的地震信号接收单元(1)和电磁信号接收单元(2)，还包括电法信号接收单元(3)，每个信号接收单元分别引出两根信号传输线。

2.根据权利要求1所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，其特征在于：所述地震信号接收单元(1)、电磁信号接收单元(2)与外壳(4)之间均填充硬质胶(5)。

3.根据权利要求1所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，其特征在于：所述电磁信号接收单元(2)包括磁棒(21)、套设在磁棒(21)上的线圈(22)，线圈(22)的第一端及线圈(22)上除第一端之外的其他部位分别引出一根信号传输线。

4.根据权利要求3所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，其特征在于：所述电磁信号接收单元(2)还包括滑动变匝数装置(23)，滑动变匝数装置(23)的触头与线圈(22)接触，线圈(22)的第一端引出一根信号传输线，线圈(22)的另一根信号传输线经滑动变匝数装置(23)引出。

5.根据权利要求1所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，其特征在于：所述电法信号接收单元(3)为设置在外壳(4)外部的金属片。

6.根据权利要求1所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，其特征在于：所述电法信号接收单元(3)为设置在外壳(4)外部的金属接地电极。

7.根据权利要求1所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，其特征在于：还包括信号选择开关(6)，从地震信号接收单元(1)、电磁信号接收单元(2)、电法信号接收单元(3)引出的六根信号传输线连接到信号选择开关(6)，并从信号选择开关(6)引出两根信号传输线。

8.根据权利要求7所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，其特征在于：还包括处理器(7)、灵敏度开关(71)，电磁信号接收单元(2)连接至灵敏度开关(71)，灵敏度开关(71)及信号选择开关(6)均连接至处理器(7)，处理器(7)分别对灵敏度开关(71)及信号选择开关(6)进行控制，处理器(7)控制灵敏度开关(71)切换瞬变、无线电、大地电磁三种信号及低、中、高三档灵敏度，从处理器(7)引出两根通讯线，处理器(7)通过通讯线接收通讯指令,且通讯线能够给处理器(7)及电路供电，处理器(7)据通讯指令切换灵敏度开关(71)及信号选择开关(6)，完成功能切换与灵敏度调节。

9.一种传感器串，其特征在于：包括如权利要求8所述的多勘探地球物理场信号接收传感器，还包括大线(9)，所述多勘探地球物理场信号接收传感器设置n个，n个多勘探地球物理场信号接收传感器通过大线(9)依次首尾相连，大线(9)中设置2根总线，每个多勘探地球物理场信号接收传感器的通讯线分别连接至对应的总线上，从传感器串共引出2n根信号传输线及2根总线。

10.一种观测系统，其特征在于：包括如权利要求1-8任一项所述的多勘探地球物理场信号接收传感器。