CN219016595U - 面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种面向地应力闭锁区方位感知的磁场‑电离层组合观测系统，包括磁场矢量数据采集系统、GNSS多频接收机系统、系统安置平台、数据传输系统和供电系统，磁场矢量数据采集系统包括三维磁通门传感器，GNSS多频接收机系统包括GNSS多频接收机，系统安置平台包括第一安置平台、第二安置平台和保护装置，数据传输系统与磁场矢量数据采集系统和GNSS多频接收机系统分别相连，供电系统与磁场矢量数据采集系统、GNSS多频接收机系统以及数据传输系统分别相连。本实用新型的组合观测系统利用三维磁通门传感器与GNSS多频接收机分别对观测点周围的磁场与电离层进行同步观测，以此来综合研判地应力闭锁区的方位，能够实现多系统数据采集、传输一体化。

Description

面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统

技术领域

本实用新型涉及固体地球灾害监测研究技术领域，具体涉及一种面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统。

背景技术

固体地球灾害(包括地震)发生的本质是地应力缓慢积累并突然释放导致的。局部地应力集聚与释放将导致周边磁场及其上空电离层的电子含量发生异常变化，因此可根据三维磁场传感器接收到的三维磁场异常扰动和由GNSS多频接收机获得的载波相位和伪距数据反演所得的斜向总电子含量数据来综合确定固体地球灾害孕育及发生位置相对于观测点的方位。

目前主要是基于单一观测模式如地磁场或电离层信息观测来对固体地球灾害地应力闭锁区位置进行估算，缺乏多参量联合观测系统的设计与监测实践，削弱了固体地球灾害感知预测结果的可靠性与实用性。常用的三维磁场数据获取方法主要基于磁场传感器的电磁感应法、霍尔效应法和磁通门法，前两者获取的结果对于分析和识别地磁异常扰动具有明显的不足：1)、电磁感应法测量灵敏度虽然高，但易受环境影响，不适合野外长时间观测；2)、霍尔效应法常用于测量强磁场(0～20T)，分辨率最大为10uT，而地磁异常扰动通常在nT级别，测量精度无法满足磁场异常变化监测需求。而磁通门法中应用的三维磁通门传感器则常用于测量弱磁场，其分辨率为nT级，适合长时间野外观测，但其单一观测模式易出现误判，难以对监测结果进行印证。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统，包括磁场矢量数据采集系统、GNSS多频接收机系统、系统安置平台、数据传输系统和供电系统，所述磁场矢量数据采集系统包括用于观测三维磁场矢量数据的三维磁通门传感器，所述GNSS多频接收机系统包括GNSS多频接收机，所述系统安置平台包括用于安置所述三维磁通门传感器的第一安置平台、用于安置所述GNSS多频接收机的第二安置平台和用于保护所述三维磁通门传感器的保护装置，所述数据传输系统与所述磁场矢量数据采集系统和所述GNSS多频接收机系统分别相连，并分别将所述磁场矢量数据采集系统采集的磁场矢量数据和所述GNSS多频接收机系统采集的电离层斜向总电子含量数据无线传输至云服务器，所述供电系统与所述磁场矢量数据采集系统、所述GNSS多频接收机系统以及所述数据传输系统分别相连。

进一步的，所述三维磁通门传感器和所述GNSS多频接收机分别通过三维磁通门传感器连接线和GNSS多频接收机连接线与所述数据传输系统相连；所述数据传输系统包括串口器、RS232/485集线器、第一数字传输设备和第二数字传输设备；所述供电系统包括壳体、太阳能电池板、充放电控制器和蓄电池，所述壳体内设有隔断，所述隔断将所述壳体的内部空间分隔为上腔和下腔，所述蓄电池设置在所述下腔内，所述太阳能电池板设置在所述壳体的顶部，所述太阳能电池板和所述蓄电池分别与所述充放电控制器的输入端相连，所述充放电控制器的输出端与所述RS232/485集线器、所述第一数字传输设备以及所述第二数字传输设备分别相连。

进一步的，所述三维磁通门传感器连接线包括三维磁通门传感器供电线和三维磁通门传感器数据传输线，所述三维磁通门传感器供电线与所述RS232/485集线器连接，为所述三维磁通门传感器供电；所述三维磁通门传感器数据传输线通过所述串口器与所述第一数字传输设备连接，使磁场矢量数据无线传输至所述云服务器。

进一步的，所述GNSS多频接收机连接线包括GNSS多频接收机供电线和GNSS多频接收机数据传输线，所述GNSS多频接收机供电线与所述充放电控制器的输出端连接，为所述GNSS多频接收机供电；所述GNSS多频接收机数据传输线与所述第二数字传输设备连接，使载波相位和伪距数据无线传输至所述云服务器。

进一步的，所述三维磁通门传感器连接线和所述GNSS多频接收机连接线外均套有PVC保护管。

进一步的，所述第一安置平台和所述第二安置平台间隔设置，所述壳体设置在所述第一安置平台和所述第二安置平台之间。

进一步的，所述第一安置平台包括第一底座和固定设置在所述第一底座上的第一平台体，所述第一平台体的顶部设有连接螺柱，所述连接螺柱的下端嵌设在所述第一平台体内；所述第二安装平台包括第二底座和固定设置在所述第二底座上的第二平台体；所述第一平台体和所述第二平台体的顶面为中间高、四周低的曲面或者中间高、四周低的斜面。

进一步的，所述保护装置设置在所述第一安置平台上，所述保护装置包括载物台和设置在所述载物台上的天线罩，所述天线罩带有多个连接螺母，所述载物台的底部设置基座，所述载物台通过所述基座与所述连接螺柱相连；所述载物台的中心设置有固定卡槽，所述三维磁通门传感器安装在所述固定卡槽内；所述载物台上沿周向设有多个与所述连接螺母一一相对应的连接孔；所述载物台上沿周向还设有多个透气孔，且所述透气孔位于多个所述连接孔所形成的圆周内。

进一步的，所述天线罩为由低吸热玻璃钢制成的半球形结构，所述天线罩通过无磁不锈钢螺丝与所述载物台固定连接；所述固定卡槽和所述载物台采用低吸热玻璃钢一体成型。

进一步的，所述第二底座上设置有避雷针，所述第二平台体的顶部中心设有强制对中螺栓，所述GNSS多频接收机安装在所述强制对中螺柱上。

相比于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统，可直接安装在空旷的郊野空地上或僻静的居民住宅或办公楼的楼顶，也可安装在现有观测台站(如地震监测台站)，能够充分利用地震监测站点的已有条件，比如将磁场矢量数据采集系统、第一底座和第一平台体和数据无线传输系统均放置在监测站点的无磁室内部，而GNSS多频接收机系统与供电系统均可直接放置在无磁室的房顶。本实用新型的组合观测系统利用三维磁通门传感器与GNSS多频接收机分别对观测点周围的磁场与电离层进行同步观测，以此来综合研判地应力闭锁区的方位，能够实现多系统数据采集、传输一体化。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型一种面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统的示意图；

图2是本实用新型中磁场矢量数据采集系统与第一安置平台相配合的结构示意图；

图3是本实用新型中GNSS多频接收机系统与第二安置平台相配合的结构示意图；

图4是本实用新型中供电系统的结构示意图；

图5是本实用新型中载物台的俯视结构示意图；

图6是本实用新型中天线罩的仰视结构示意图；

图7是本实用新型中磁场矢量数据采集系统和GNSS多频接收机系统与数据传输系统以及供电系统连接的结构示意图；

其中，1-三维磁通门传感器；2-GNSS多频接收机；3-三维磁通门传感器连接线；3.1-三维磁通门传感器供电线；3.2-三维磁通门传感器数据传输线；4-GNSS多频接收机连接线；4.1-GNSS多频接收机供电线；4.2-GNSS多频接收机数据传输线；5-串口器；6-RS232/485集线器；7-第一数字传输设备；8-第二数字传输设备；9-壳体；10-太阳能电池板；11-充放电控制器；12-蓄电池；13-隔断；14-PVC保护管；15-第一底座；16-第一平台体；17-连接螺柱；18-第二底座；19-第二平台体；20-载物台；21-天线罩；22-连接螺母；23-基座；24-固定卡槽；25-连接孔；26-透气孔；27-避雷针；28-强制对中螺栓；29-太阳能连接线；30-太阳能连接线出入口；31-蓄电池连接线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖多种不同方式实施。

请参见图1至图7，本实施例提供一种面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统，包括磁场矢量数据采集系统、GNSS多频接收机系统、系统安置平台、数据传输系统和供电系统；具体结构如下：

磁场矢量数据采集系统包括三维磁通门传感器1和三维磁通门传感器连接线3，三维磁通门传感器用于观测三维磁场矢量数据；GNSS多频接收机系统包括GNSS多频接收机2和GNSS多频接收机连接线4，GNSS多频接收机采集载波相位和伪距数据，根据载波相位和伪据数据可以反演出电离层斜向电子含量。磁场矢量数据采集系统和GNSS多频接收机系统合称为数据采集系统，用于实现三维磁场矢量数据与电离层斜向总电子含量数据的组合测量。系统安置平台包括用于安置三维磁通门传感器的第一安置平台、用于安置GNSS多频接收机的第二安置平台和用于保护三维磁通门传感器的保护装置，数据传输系统与磁场矢量数据采集系统和GNSS多频接收机系统分别相连，并分别将磁场矢量数据采集系统采集的磁场矢量数据和GNSS多频接收机系统采集的电离层斜向总电子含量数据无线传输至云服务器，供电系统与磁场矢量数据采集系统、GNSS多频接收机系统以及数据传输系统分别相连。

在本实用新型较佳的实施例中，三维磁通门传感器和GNSS多频接收机分别通过三维磁通门传感器连接线3和GNSS多频接收机连接线4与数据传输系统相连。数据传输系统包括串口器5、RS232/485集线器6、第一数字传输设备7和第二数字传输设备8。供电系统包括壳体9、太阳能电池板10、充放电控制器11和蓄电池12，壳体为不锈钢矩形容器，蓄电池为12V铅蓄电池；壳体内部由不锈钢板做隔断处理，隔断13为不锈钢板，隔断将壳体的内部空间分隔为上腔和下腔，数据传输系统设置在上腔内，蓄电池设置在下腔内；太阳能电池板设置在壳体的顶部，太阳能电池板和蓄电池分别与充放电控制器的输入端相连，充放电控制器的输出端与RS232/485集线器、第一数字传输设备以及第二数字传输设备分别相连。

在本实用新型较佳的实施例中，三维磁通门传感器连接线和GNSS多频接收机连接线外均套有PVC保护管14。从PVC保护管穿出的三维磁通门传感器连接线由三维磁通门传感器供电线3.1和三维磁通门传感器数据传输线3.2构成，三维磁通门传感器供电线与RS232/485集线器连接，为三维磁通门传感器供电；三维磁通门传感器数据传输线通过串口器与带物联网卡的第一数字传输设备连接，使磁场矢量数据无线传输至云服务器。从另一PVC保护管16穿出的GNSS多频接收机连接线由GNSS多频接收机供电线4.1和GNSS多频接收机数据传输线4.2构成，GNSS多频接收机供电线与充放电控制器的输出端连接，为GNSS多频接收机供电；GNSS多频接收机数据传输线与带物联网卡的第二数字传输设备连接，使载波相位和伪距数据无线传输至云服务器。并将连接好的数据传输系统放置在壳体9的上腔内。

在本实用新型较佳的实施例中，第一安置平台和第二安置平台间隔设置，壳体设置在第一安置平台和第二安置平台之间；优选的，第一安置平台和第二安置平台均使用无磁性水泥砖砌成“回”形结构。具体地：第一安置平台包括第一底座15和固定设置在第一底座上的第一平台体16，第一平台体的顶部设有连接螺柱17，连接螺柱的下端嵌设在第一平台体内；连接螺柱为带螺纹的无磁不锈钢螺柱。第二安装平台包括第二底座18和固定设置在第二底座上的第二平台体19；也即第一底座和第二底座均为无磁性水泥墩底座，第一平台体和第二平台体均为无磁性水泥墩平台体。优选的第一底座和第二底座之间的直线距离约2～3m，以减小设备运行时的电磁辐射影响。第一平台体和第二平台体的顶面为中间略高、四周略低的曲面或者中间略高、四周略低的斜面，平台体顶面呈斜坡式以便于雨水滑落。

在本实用新型较佳的实施例中，GNSS多频接收机连接线4从其所对应的PVC保护管14穿出。由于GNSS多频接收机可直接适用于室外环境，因此可不必做保护处理。但为避免雷雨天气影响，在第二底座上安置避雷针27。

在本实用新型较佳的实施例中，为方便系统安装，在壳体9的背侧安装开关门，将蓄电池放置在壳体的下腔，太阳能电池板通过太阳能连接线29穿过带伞形遮雨罩的太阳能连接线出入口30与充放电控制器的输入端连接，蓄电池通过蓄电池连接线31与充放电控制器的输入端连接。

在本实用新型较佳的实施例中，保护装置设置在第一安置平台上，保护装置包括圆形的载物台20和设置在载物台上的天线罩21，天线罩的底部带有多个连接螺母22，载物台的底部设置带有螺母的基座23，载物台通过基座与连接螺柱相连；载物台的中心设置有固定卡槽24，三维磁通门传感器安装在固定卡槽内；载物台上沿周向设有多个与连接螺母一一相对应的连接孔25；载物台上沿周向还设有多个透气孔26，且透气孔位于多个连接孔所形成的圆周内。优选的，在载物台的上设置有8个透气孔，且透气孔的直径略大于连接线的横截面直径，以15～20mm为宜。在载物台上设置固定卡槽(其内径和高度与三维磁通门传感器适配)，能够有效防止三维磁通门传感器受风扰摆动或振动；天线罩为由低吸热玻璃钢制成的半球形结构，天线罩通过无磁不锈钢螺丝与载物台固定连接；固定卡槽和载物台采用低吸热玻璃钢一体成型。该结构设置中，三维磁通门传感器连接线通过载物台上设置的连接线孔穿出，并穿进对应的PVC保护管14内，以保护三维磁通门传感器连接线。低吸热半球形玻璃钢天线罩携带的连接螺母与连接孔一一对应；天线罩7与圆形载物台5卡在一起，并通过螺栓与连接孔25、连接螺母22螺紧固定连接，能起到防风、雨、雪和固定的作用。

在本实用新型较佳的实施例中，第二底座上设置有避雷针27，第二平台体的顶部中心设有强制对中螺栓28，GNSS多频接收机安装在强制对中螺柱上。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向地应力闭锁区方位感知的磁场-电离层组合观测系统，其特征在于，包括磁场矢量数据采集系统、GNSS多频接收机系统、系统安置平台、数据传输系统和供电系统，所述磁场矢量数据采集系统包括用于观测三维磁场矢量数据的三维磁通门传感器(1)，所述GNSS多频接收机系统包括GNSS多频接收机(2)，所述系统安置平台包括用于安置所述三维磁通门传感器的第一安置平台、用于安置所述GNSS多频接收机的第二安置平台和用于保护所述三维磁通门传感器的保护装置，所述数据传输系统与所述磁场矢量数据采集系统和所述GNSS多频接收机系统分别相连，并分别将所述磁场矢量数据采集系统采集的磁场矢量数据和所述GNSS多频接收机系统采集的电离层斜向总电子含量数据无线传输至云服务器，所述供电系统与所述磁场矢量数据采集系统、所述GNSS多频接收机系统以及所述数据传输系统分别相连。

2.根据权利要求1所述的组合观测系统，其特征在于，所述三维磁通门传感器和所述GNSS多频接收机分别通过三维磁通门传感器连接线(3)和GNSS多频接收机连接线(4)与所述数据传输系统相连；所述数据传输系统包括串口器(5)、RS232/485集线器(6)、第一数字传输设备(7)和第二数字传输设备(8)；所述供电系统包括壳体(9)、太阳能电池板(10)、充放电控制器(11)和蓄电池(12)，所述壳体内设有隔断(13)，所述隔断将所述壳体的内部空间分隔为上腔和下腔，所述蓄电池设置在所述下腔内，所述太阳能电池板设置在所述壳体的顶部，所述太阳能电池板和所述蓄电池分别与所述充放电控制器的输入端相连，所述充放电控制器的输出端与所述RS232/485集线器(6)、所述第一数字传输设备(7)以及所述第二数字传输设备(8)分别相连。

3.根据权利要求2所述的组合观测系统，其特征在于，所述三维磁通门传感器连接线包括三维磁通门传感器供电线(3.1)和三维磁通门传感器数据传输线(3.2)，所述三维磁通门传感器供电线与所述RS232/485集线器连接，为所述三维磁通门传感器供电；所述三维磁通门传感器数据传输线通过所述串口器与所述第一数字传输设备连接，使磁场矢量数据无线传输至所述云服务器。

4.根据权利要求2所述的组合观测系统，其特征在于，所述GNSS多频接收机连接线包括GNSS多频接收机供电线(4.1)和GNSS多频接收机数据传输线(4.2)，所述GNSS多频接收机供电线(4.1)与所述充放电控制器(11)的输出端连接，为所述GNSS多频接收机供电；所述GNSS多频接收机数据传输线与所述第二数字传输设备连接，使载波相位和伪距数据无线传输至所述云服务器。

5.根据权利要求2所述的组合观测系统，其特征在于，所述三维磁通门传感器连接线和所述GNSS多频接收机连接线外均套有PVC保护管(14)。

6.根据权利要求2所述的组合观测系统，其特征在于，所述第一安置平台和所述第二安置平台间隔设置，所述壳体设置在所述第一安置平台和所述第二安置平台之间。

7.根据权利要求1所述的组合观测系统，其特征在于，所述第一安置平台包括第一底座(15)和固定设置在所述第一底座上的第一平台体(16)，所述第一平台体的顶部设有连接螺柱(17)，所述连接螺柱的下端嵌设在所述第一平台体内；所述第二安置平台包括第二底座(18)和固定设置在所述第二底座上的第二平台体(19)；所述第一平台体和所述第二平台体的顶面为中间高、四周低的曲面或者中间高、四周低的斜面。

8.根据权利要求7所述的组合观测系统，其特征在于，所述保护装置设置在所述第一安置平台上，所述保护装置包括载物台(20)和设置在所述载物台上的天线罩(21)，所述天线罩带有多个连接螺母(22)，所述载物台的底部设置基座(23)，所述载物台通过所述基座与所述连接螺柱相连；所述载物台的中心设置有固定卡槽(24)，所述三维磁通门传感器安装在所述固定卡槽内；所述载物台上沿周向设有多个与所述连接螺母一一相对应的连接孔(25)；所述载物台上沿周向还设有多个透气孔(26)，且所述透气孔位于多个所述连接孔所形成的圆周内。

9.根据权利要求8所述的组合观测系统，其特征在于，所述天线罩为由低吸热玻璃钢制成的半球形结构，所述天线罩通过无磁不锈钢螺丝与所述载物台固定连接；所述固定卡槽和所述载物台采用低吸热玻璃钢一体成型。

10.根据权利要求7所述的组合观测系统，其特征在于，所述第二底座上设置有避雷针(27)，所述第二平台体的顶部中心设有强制对中螺栓(28)，所述GNSS多频接收机安装在所述强制对中螺柱上。

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