專利名稱：10的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬地震監(jiān)測領域，主要涉及地震及固體潮等地殼活動監(jiān)測儀器類。
背景技術：
按測量原理不同，地震儀分為慣性擺地震儀和應變地震儀兩類(“地震學引論”，M.巴特著，許立特譯，地震出版社)。目前，慣性擺地震儀的觀測頻帶為0.003Hz-100Hz。受擺系統(tǒng)自振頻率難以提高的限制，頻率高于100Hz的地殼運動已經(jīng)超出慣性擺地震儀的監(jiān)測頻域，因此在高于100Hz的頻率域中，究竟存在何種地殼運動還是地球科學的未知事物。但有種種跡象表明，在這一頻率域中有非常重要的地殼活動信息。如，在地震孕育或大地震發(fā)生前地層微破裂過程中，根據(jù)材料破壞理論，必定會有頻率高于100Hz的聲發(fā)射信號產(chǎn)生。多次大地震來臨前數(shù)十到數(shù)分鐘，確實有許多人聽到來自地下的聲音，估計頻率約數(shù)百Hz，但因沒有儀器記錄數(shù)據(jù)而無法深入認識。
國外的應變地震儀，如美國“地球透鏡”計劃中采用的Sacks體積應變儀和Gladwin分量應變儀用于監(jiān)測地殼緩慢應變活動，觀測頻帶為10-6Hz-5Hz，應變靈敏度為10-10量級，并不用于更高頻率信號的測量。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術問題由于安裝探頭巖孔的自振頻率高達數(shù)十KHz。因此，從原理上，鉆孔應變地震儀的觀測頻寬可以達到10-6Hz-104Hz，能夠做成高頻鉆孔應變地震儀。但由于發(fā)射波的頻率越高其相應地層的微破裂長度越短，發(fā)射能量越小。目前尚沒有適合接收發(fā)射能量很小的地層高頻微破裂信號的儀器。本發(fā)明依據(jù)上述存在的技術問題，設計出10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應變地震儀，該發(fā)明既可以觀測固體潮之類緩慢的長周期地殼運動，也可以記錄長、短周期地震活動，還能監(jiān)測來自地層微破裂發(fā)射的高頻微破裂應變波和“地聲”。為地學研究及地震監(jiān)測與預測提供新的觀測手段。
解決上述技術問題的原理及技術方案設地震波在地層中沿水平X軸運動，其中位移ux.uy如下式所示ux＝Acos[k1(x-C1t)+ε1](1)uy＝Bcos[k2(x-C2t)+ε2](2)(1)式表示地層質(zhì)點振動方向與X軸方向一致的縱向傳播振動；(2)式表示地層質(zhì)點振動方向與X軸方向垂直的橫向傳播振動。
式中X—座標變化量；C1、C2——分別為縱波及橫波波速。
K1、K2為波數(shù)，ε1、ε2為初相。
地震縱波在地層中引起的應變?yōu)閑xx＝-A k1sin[k1(x-C1t)+ε1](3)eyy＝exy＝0
地震橫波在地層中引起的應變?yōu)閑xy＝-B K2Sin[k2(x-C2t)+ε2](4)exx＝eyy＝0測量地層應變exx、exy由(3)、(4)式可算出地震波的地動位移A、B。
縱波地動位移振幅與應變振幅之間關系為a縱＝T C1e1/2π(5)式中e1為縱向應變exx的振幅，T為震波的周期。
解決技術問題的技術方案設計的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應變地震儀，它包括埋在地層中的應變測量探頭，探頭中的徑向位移電容測微傳感器通過信號電纜聯(lián)接地面數(shù)據(jù)采集器及數(shù)據(jù)處理計算機，其特征在于應變測量探頭由薄壁不銹鋼的長圓筒形外殼，在長圓筒形外殼內(nèi)的中段垂直于長圓筒形外殼軸線的不同平面上通過軸心線固裝有與圓筒形外殼內(nèi)徑相吻合的至少兩個等分圓周角的徑向位移電容測微傳感器，徑向位移電容測微傳感器由圓環(huán)形的支撐環(huán)，在支撐環(huán)內(nèi)通過該環(huán)中心且平行于該環(huán)的端平面固裝有由固定長度桿和機械式微調(diào)長度桿組成的徑向長度基準桿，在固定長度桿和機械式微調(diào)長度桿相對應的端面上裝有傳感電容極片，機械式微調(diào)長度桿中還插裝有逆壓電伸縮晶片，它的引出線和傳感電容極片的引出線聯(lián)在振蕩頻率在200kHz以上的變壓器交流電容電橋測微電路盒的相應端子上。
本發(fā)明的有益效果1、由于本發(fā)明的應變測量探頭放置在百米以下的地層巖孔中，巖孔的自振頻率高達數(shù)+kHz，該探頭周圍填充膨脹水泥，保證了探頭與地層結合為一體，便于感應10-6-1000Hz的地震波；應變測量探頭上面的巖孔中又裝填了隔聲物料，保證了該探頭不受地面各種工業(yè)、交通噪聲干擾，上述二點，確保了本發(fā)明功能正常運作環(huán)境；2、由于應變測量探頭中裝有多方位的徑向位移電容測微傳感器，保證了地層中各方位地震波的監(jiān)測；3、由于本發(fā)明的徑向位移電容測微傳感器中的徑向長度基準桿選用長度穩(wěn)定性好、溫度膨脹系數(shù)小的材料，在加工、組裝中又保證了它與應變測量探頭外殼的剛性連接；4、由于徑向位移電容傳感器中的固定長度桿、機械式微調(diào)長度桿相對應的端面上裝有間隙為0.03-0.002mm的電容極片，同時還備有機械微調(diào)，高精度小間隙的電容，保證了能將地震的高頻率微震波傳播時地層的應變波動轉(zhuǎn)換成電信號，保證了本發(fā)明的高靈敏度；5、由于徑向位移電容測微傳感器的徑向長度基準桿中還插裝有逆壓電伸縮標定晶片，在本發(fā)明安裝調(diào)試中，實現(xiàn)測量值的標定，從而保證了本發(fā)明在使用中的精度和靈敏度；6、由于徑向位移電容測微傳感器中選用了變壓器交流電容電橋測微電路，它的振蕩器振蕩頻率在200KHz以上，滿足了地層中高頻微破裂應變波和地聲的接收。綜上所述，本發(fā)明將地震儀的觀測頻寬擴展到了10-6-1000Hz，它既可以觀察固體潮之類緩慢的長周期地殼運動，也可以記錄長、短周期地震活動，還能監(jiān)測來自地層微破裂發(fā)射的高頻微破裂應變波和地聲。為地學研究及地震監(jiān)測與預測提供了新的觀測手段。


圖1是本發(fā)明的安裝使用示意圖；圖2是本發(fā)明中的應變測量探頭結構示意圖3是本發(fā)明中的徑向位移電容測微傳感器示意圖。
具體實施例方式參照圖2、圖3，本發(fā)明的應變測量探頭10采用薄壁不銹鋼的長圓筒形外殼1，它的長度為直徑的3-6倍，可選用直徑90-110mm，長300-700mm、壁厚2-4mm。在該圓筒形外殼內(nèi)的中段垂直于圓筒形外殼軸線的不同平面上通過軸心線固裝有與長圓筒型外殼內(nèi)徑相吻合的四個等分圓周角的徑向位移電容測微傳感器2。徑向位移電容測微傳感器由圓環(huán)形的支撐環(huán)21，在支撐環(huán)內(nèi)通過該環(huán)中心且平行于該環(huán)的端面固裝有由固定長度桿22和機械式微調(diào)長度桿23組成的徑向長度基準桿，徑向長度基準桿由長度穩(wěn)定性好，溫度膨脹系數(shù)小的鋼材制成。在固定長度桿22和機械式微調(diào)長度桿23相對應的端面上裝有相平行的傳感電容極片4，電容極片間隙應控制在0.03-0.002mm，電容極片直徑≤10mm，電容量在10-30PF。機械式微調(diào)長度桿為細牙的螺桿螺母結構，可對電容極片間的微小間距作精細調(diào)整，便于調(diào)整輸出信號工作點。在機械式微調(diào)測長桿中插裝的逆壓電伸縮晶片3，它采用鈮酸鋰材料制成，當外加1伏電壓時，能產(chǎn)生約5×10-11米微量伸長，使傳感電容極片間距改變，輸出電信號產(chǎn)生相應變化，實現(xiàn)測量值的標定。傳感電容極片4和逆壓電伸縮晶片3的引出線聯(lián)在所選用的振蕩頻率在200KHz以上的變壓器交流電容電橋測微電路盒5的相應端子上。為減少分布電容的影響，應使變壓器交流電容電橋測微電路盒的安置位置十分接近傳感電容極片。
參照圖1，本發(fā)明在地震監(jiān)測使用時，將應變測量探頭10置入數(shù)十至數(shù)百深的巖孔中，在巖孔與應變測量探頭間隙間填充膨脹水泥6，使該探頭與地層粘連在一起。為避開地表各種工業(yè)、交通噪聲干擾，在巖孔中應填充隔聲材料。應變測量探頭10中的各徑向位移電容測微傳感器2的引出線由信號電纜9引至地面與多路數(shù)據(jù)采集器7對接，多路數(shù)據(jù)采集器對接數(shù)據(jù)處理計算機8。安裝好送電后，經(jīng)逆壓電伸縮標定晶片3和機械式微調(diào)長度桿23的調(diào)整和標定，就可投入地震監(jiān)測使用。
本發(fā)明經(jīng)安裝調(diào)試、使用，實測本發(fā)明達到如下技術指標①應變分辯率為1×12-12。記錄100Hz地震波的地動位移放大倍率達1億倍。
②在10-6-1000Hz頻段，應變響應不平坦度小于3分貝?？捎涗浀芈?、高頻極微震、短周期頻段、長周期頻段地震波及應變固體潮。
③記錄應變固體潮半日波調(diào)和分析的相對精度達0.0014。
權利要求
1.10-6-1000Hz頻段多分量鉆孔應變地震儀，它包括埋在深地層中的應變測量探頭(10)，該探頭中的徑向位移測微傳感器通過信號電纜(9)聯(lián)接地面數(shù)據(jù)采集器(7)及數(shù)據(jù)處理計算機(8)，其特征在于a、應變測量探頭由薄壁不銹鋼的長圓筒形外殼(1)，在長圓筒形外殼內(nèi)的中段，垂直于長圓筒形外殼軸線的不同平面上通過軸心線固裝有與圓筒形外殼內(nèi)徑相吻合的至少兩個等分圓周角的徑向位移電容測微傳感器(2)。b、徑向位移電容測微傳感器由圓環(huán)形的支撐環(huán)(21)，在支撐環(huán)內(nèi)通過該環(huán)中心且平行于該環(huán)的端平面固裝有由固定長度桿(22)和機械式微調(diào)長度桿(23)組成的徑向長度基準桿，兩長度桿相對應的端面上裝有傳感電容極片(4)，機械式微調(diào)長度桿中還插裝有逆壓電伸縮晶片(3)，它的引出線和傳感電容極片的引出線聯(lián)在振蕩頻率在200KHz以上的變壓器交流電容電橋電路盒(5)的相應端子上。
2.根據(jù)權利要求1所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應變地震儀，其特征在于所述的在應變測量探頭的外殼內(nèi)的中段，垂直于圓筒形外殼軸線的不同不平上通過軸心線裝有與圓筒形外殼內(nèi)徑相吻合的至少兩個等分圓周角的徑向位移電容測微傳感器為4個等分圓周角的徑向位移電容測微傳感器(2)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應變地震儀，其特征在于所述的在固定長度桿(22)和機械式微調(diào)長度桿(23)相對應的端面上裝有傳感電容極片(4)為兩平行金屬極片，極片間隙為0.03-0.002mm，電容極片直徑≤10mm。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應變地震儀，其特征在于所述的徑向長度基準桿為長度穩(wěn)定性好、溫度膨脹系數(shù)小、自振頻率不低于3KHz的碳鋼制成，組成徑向長度基準桿中的機械式微調(diào)長度桿為細螺紋的螺桿螺母結構。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應變地震儀，其特征在于所述的應變測量探頭的薄壁不銹鋼的圓筒形外殼，該外殼的長度為直徑的3-6倍，型厚2-4mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應變地震儀，其特征在于所述的埋置在深地層中的應變測量探頭為百米甚至更深的鉆孔底部，在該探頭與鉆孔之間的間隙填充膨脹水泥(6)，在探頭上面的孔中填充隔聲材料。
全文摘要
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文檔編號G01V1/16GK1837858SQ20061007216
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月14日 優(yōu)先權日2006年4月14日
發(fā)明者鐘融榮 申請人:鐘融榮