專利名稱：便攜式小型海底地震儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高密度地震采集技術(shù)領(lǐng)域，是便攜式小型海底地震儀。
背景技術(shù)：
針對復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、為了提高地震勘探的數(shù)據(jù)質(zhì)量，國外目前單次海上調(diào)查所用的OBS數(shù)量常在100個以上(Kodaira et al. ,2000)。德國GEOPRO公司進行海上作業(yè)時OBS的間隔在500-1000米以內(nèi)。放炮密度在50米左右。為了研究殼內(nèi)精細地質(zhì)結(jié)構(gòu)， 高密度OBS數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為海底地震觀測的主流方向和發(fā)展趨勢。這就為OBS的易用性提出了嚴(yán)格的要求。針對人工震源，發(fā)展以13英寸小型耐壓艙球為容器的便攜式小型 OBS成為了高密度OBS數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點而受到廣泛重視。2002年SERCEL公司提出了便攜式OBS的概念，并開始進行OBS研制。于2005年在臺灣海峽進行了兩次和傳統(tǒng)OBS的對比試驗。試驗表明記錄性能優(yōu)良，記錄的數(shù)據(jù)集能與傳統(tǒng)的OBS記錄數(shù)據(jù)集聯(lián)合使用。SERCEL公司在研制階段曾經(jīng)用過13英寸的艙球，但其 OBS產(chǎn)品采用的是17英寸艙球。目前國內(nèi)外尚未見13英寸艙球OBS的應(yīng)用報道。發(fā)明人在九五、十五、十一五863計劃的持續(xù)支持下OBS研制技術(shù)已有了相當(dāng)?shù)姆e累，研制小型便攜式OBS的條件已經(jīng)成熟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種便攜式小型海底地震儀，是在前期研制的17英寸單艙球海底地震儀的基礎(chǔ)上，在13英寸的玻璃艙球內(nèi)集成全姿態(tài)檢波器和低功耗地震數(shù)據(jù)采集器，減小了海底地震儀的體積與重量，提高了采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并且保證海底連續(xù)工作的時間在1個月以上。同時，根據(jù)儀器艙球的尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計了可靠的電腐蝕釋放機構(gòu)，可以滿足海洋科學(xué)研究與海洋油氣高密度地震探測的需要。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種便攜式小型海底地震儀，其中a)采用13英寸的耐壓玻璃儀器艙球；b)全姿態(tài)高頻檢波器采用粘接的方式直接固定在玻璃艙球內(nèi)壁上；c)電腐蝕釋放機構(gòu)位于海底地震儀的底部。所述的便攜式小型海底地震儀，包括塑料儀器艙、13英寸的玻璃儀器艙球、脫鉤盤、沉耦架，玻璃儀器艙球固裝于塑料儀器艙內(nèi)；其塑料儀器艙底端延垂直中心軸向下有一圓柱形凸起，脫鉤盤固接于圓柱形凸起的底面上，沉耦架位于脫鉤盤底端；在脫鉤盤與沉耦架之間以一根活動棍通過拉緊熔斷鋼絲連接，將塑料儀器艙固定于沉耦架中；耐壓玻璃儀器艙球直徑13英寸，艙球內(nèi)集成全姿態(tài)高頻檢波器，全姿態(tài)高頻檢波器下端與檢波器托盤中部固接，檢波器托盤水平置于玻璃儀器艙球下部，檢波器托盤周邊用膠與玻璃儀器艙球內(nèi)壁粘接，以與玻璃儀器艙球內(nèi)壁剛性固定。所述的便攜式小型海底地震儀，其所述脫鉤盤，包括方環(huán)形尼龍板、繞絲釘、正極、負極，其中，方環(huán)形尼龍板通過連接件固定在塑料儀器艙圓柱形凸起的底面上，方環(huán)形尼龍板四個外側(cè)面中的一面有兩個螺釘用做正極，兩個正對的外側(cè)面各有一個負極，正極相對的側(cè)面裝有調(diào)整釘，調(diào)整釘是由內(nèi)孔向外設(shè)置，調(diào)整釘端頭套設(shè)絕緣套；在方環(huán)形尼龍板的外側(cè)面上，于正極、負極、調(diào)整釘之間，布設(shè)有繞絲釘；熔斷鋼絲一端與一正極連接，并以正極上套設(shè)的螺母壓緊熔斷鋼絲，熔斷鋼絲另一端按順時針方向，順序經(jīng)過繞絲釘、負極、繞絲釘、調(diào)整釘、繞絲釘、負極、繞絲釘、至另一正極，在另一正極處，以另一正極上套設(shè)的螺母壓緊熔斷鋼絲另一端；其中，熔斷鋼絲是纏繞過正極、繞絲釘、負極，在調(diào)整釘處，熔斷鋼絲從調(diào)整釘端頭拉過，與調(diào)整釘端頭貼接；通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整釘以調(diào)節(jié)熔斷鋼絲的拉緊程度。所述的便攜式小型海底地震儀，其所述沉耦架，包括底座、固定支座，底座上表面中部向上固設(shè)固定支座，框架形固定支座上端與脫鉤盤的方環(huán)形尼龍板周圓相適配，固定支座中心有一豎直向上的掛鉤，上端掛鉤的內(nèi)徑與一活動棍的外徑相適配，活動棍水平套設(shè)于上端的掛鉤內(nèi)；活動棍的長度，使活動棍兩端伸出固定支座的框架外。所述的便攜式小型海底地震儀，其所述在脫鉤盤與沉耦架之間以一根活動棍通過拉緊熔斷鋼絲連接，是纏繞熔斷鋼絲時，在兩側(cè)負極與繞絲釘之間，熔斷鋼絲分別向下纏繞活動棍伸出的兩端后，再完成與另一正極的固接，并以調(diào)整釘調(diào)節(jié)熔斷鋼絲的拉緊程度，塑料儀器艙固定于沉耦架中；在儀器回收時，電極通電，利用海水中的電解質(zhì)產(chǎn)生電腐蝕反應(yīng)，熔斷與正極連接的熔斷鋼絲，活動棍在重力的作用下脫落，沉耦架與塑料儀器艙脫開，塑料儀器艙以浮力上浮，進行回收。所述的便攜式小型海底地震儀，其所述全姿態(tài)高頻檢波器的諧振頻率，為 l-300Hz。所述的便攜式小型海底地震儀，其所述13英寸耐壓玻璃儀器艙球，其浮力為 IlKG ；儀器的整體重量為現(xiàn)有17英寸耐壓玻璃艙球構(gòu)成的儀器重量的一半以下，通過人工或小型吊車即可進行施工，降低了單次作業(yè)成本，提高了作業(yè)效率。所述的便攜式小型海底地震儀，其所述連接件，為螺釘、螺孔。本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀，體積小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，在制造時間和工作量上有了大幅度的縮減，操作簡單、方便，且減少了附加振顫。并且采用無線藍牙技術(shù)進行現(xiàn)場檢測，在不打開艙球的前提下可以進行數(shù)據(jù)提取與儀器充電。能夠在海上連續(xù)多次進行地震觀測作業(yè)，實現(xiàn)高密度OBS數(shù)據(jù)采集。


圖1為本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖2(a)為本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀脫鉤盤及沉耦架一側(cè)面立體圖；圖2(b)為本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀脫鉤盤及沉耦架另一側(cè)面立體圖；圖3為本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀外觀立體結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀總結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(a)為本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀脫鉤盤一側(cè)面立體示意圖；圖5(b)為本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀脫鉤盤另一側(cè)面立體示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀的創(chuàng)新點，主要體現(xiàn)在以下幾個方面(1)采用13英寸的耐壓玻璃艙球，較之發(fā)明人以往采用的17英寸艙球，具有體積小，成本低，便于操作的優(yōu)點，且適用于高密度OBS數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，目前國內(nèi)尚沒有類似小型OBS的出現(xiàn)，這種小型OBS對于研究殼內(nèi)精細地質(zhì)結(jié)構(gòu)，降低海上施工難度，高密度OBS數(shù)據(jù)采集技術(shù)都有著重要意義。海底儀器與普通陸上的儀器以及日常生活電器有顯著的區(qū)別。海底地震儀的體積縮小、重量減輕能加快海上作業(yè)的進度，提高海上作業(yè)的效率，每艘海上作業(yè)船的油水費常常在1萬元/天。因此該發(fā)明具有明顯的經(jīng)濟效益。該項發(fā)明的關(guān)鍵之處是在保證儀器主要性能沒有降低的前提下大幅降低了體積與重量。海底地震儀可在600個大氣壓的高壓環(huán)境下工作，儀器的體積和容量受到了嚴(yán)格的限制，其又必須自帶工作能源，工作一個月以上?？s小體積和重量絕非易事，具有很高的技術(shù)挑戰(zhàn)。本發(fā)明確保了在體積重量減小的情況下海底工作時間在數(shù)月以上。本發(fā)明的主要特點是在滿足海底地震儀共同要求的留海工作時間的前提下實現(xiàn)了小型化，這在國內(nèi)外尚屬首次。比如，全球最大的勘探裝備企業(yè)之一，法國著名的SECERL公司曾經(jīng)在2003年試圖研制采用13英寸耐壓玻璃艙球研制海底地震儀，并進行了海試。但因為功耗與體積的限制在最后的產(chǎn)品階段仍然采用17英寸玻璃艙球。而本發(fā)明是目前唯一滿足工作性能的同時采用13英寸耐壓玻璃艙球的小型海底地震儀。海底地震儀可在600個大氣壓下工作，其環(huán)境惡劣程度超過了外太空，所謂上天意下海難，看似無關(guān)緊要的細節(jié)，實際常常會帶來截然不同的效果。13英寸玻璃艙球的體積和浮力比傳統(tǒng)的17英寸艙球降低了一半以上。需要不同的脫鉤機構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)才能以13 英寸玻璃艙球的浮力特性相匹配，儀器才能正常上浮回收?？梢姡摪l(fā)明決不是僅僅在已有設(shè)備的縮小體積而形成的，具有發(fā)明創(chuàng)造的性質(zhì)。海底地震儀必須經(jīng)過多次海上試驗才能定型，海上試驗的費用動輒數(shù)十萬，因此該發(fā)明申請專利保護很有必要。(2)采用與玻璃球直接粘接的方式固定全姿態(tài)高頻檢波器，無須調(diào)平裝置，(見圖 4)，檢波器托盤6，水平放置在玻璃艙球底部，與玻璃艙球連接處用硅膠粘接，達到固定的目的，全姿態(tài)高頻檢波器4通過螺栓與檢波器托盤6緊固在一起，當(dāng)儀器沉入海底時，不需要調(diào)整全姿態(tài)高頻檢波器4的傾斜角度，全姿態(tài)高頻檢波器即可進入正常工作狀態(tài)，這種全姿態(tài)高頻檢波器與艙壁實現(xiàn)直接耦合的方式。相比于國外采用硅油懸浮檢波器并進行耦合的方式能提升高頻信號的采集性能。由于全姿態(tài)檢波器不需調(diào)整姿態(tài)，可以在任意角度下工作，同時就省去了姿態(tài)調(diào)整的復(fù)雜機械裝置，不但節(jié)省了重量，也節(jié)約了內(nèi)部空間，為設(shè)計便攜式小型海底地震儀提供了體積的保證。作為帶有系統(tǒng)集成性特點的發(fā)明，本發(fā)明采用的全姿態(tài)高頻檢波器是相關(guān)廠家根據(jù)我們的要求定制，之前未見有全姿態(tài)高頻檢波器應(yīng)用于海底地震儀的報道。其固定安裝方式與硅油懸浮檢波器有顯著不同。(3)電腐蝕釋放機構(gòu)位于海底地震儀的底部(見圖5 (a)、圖5 (b))，與前期研制的 17英寸單艙球海底地震儀相比去除了固定在儀器頂部的四組鋼纜，釋放機構(gòu)的安裝更為簡單，動作可靠性更高。本發(fā)明的一種便攜式小型海底地震儀，包括塑料儀器艙2、玻璃儀器艙球3、脫鉤盤7、沉耦架8 ；玻璃儀器艙球3固裝于塑料儀器艙2內(nèi)，脫鉤盤7位于塑料儀器艙2底部， 沉耦架8位于儀器底端；在脫鉤盤7與沉耦架8之間以活動棍17通過熔斷鋼絲19連接，將塑料儀器艙2固定于沉耦架8中；其中13英寸的耐壓玻璃艙球較之發(fā)明人以往采用的17寸的耐壓玻璃艙球體積、重量均減少了近50%，便于投放回收、便于運輸。適用于以氣槍為震源的高密度短期海洋地質(zhì)調(diào)查作業(yè)。內(nèi)部的全姿態(tài)高頻檢波器可以在任意角度下工作，因此不需要姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)，用工程塑料ABS材質(zhì)加工檢波器托盤與全姿態(tài)高頻檢波器安裝在一起，周邊用膠與玻璃球內(nèi)壁粘接，以固定檢波器。使檢波器可以和耐壓艙壁進行剛性固定，減少了復(fù)雜的機械系統(tǒng)給整個記錄系統(tǒng)和檢波器帶來的振顫干擾。為了確定檢波器的姿態(tài)，在檢波器座上固定一個高精度的三維固態(tài)電子羅盤，精度可達到0. 1度。電子電路、采集器系統(tǒng)、水聲通訊模塊固定在電池組的上方，通過玻璃艙球擠壓0 型圈來固定內(nèi)部裝置。脫鉤盤結(jié)構(gòu)，包括方環(huán)形尼龍板、繞線樁、正極、負極，其中，方環(huán)形尼龍板通過螺釘固定在塑料儀器艙球的下部，方環(huán)形尼龍板四面中的其中一面有兩個螺釘用做正極，兩個側(cè)面結(jié)構(gòu)對稱各有一個負極。正極21對立面裝有調(diào)整釘M，旋轉(zhuǎn)調(diào)整釘M的同時，向外拉伸絕緣套沈，達到調(diào)整熔斷鋼絲19的拉緊程度。其中正極21上有螺扣，套上壓緊螺母 22旋緊壓住熔斷鋼絲19使之與正極21連接。熔斷鋼絲19順時針經(jīng)過繞絲釘、負極、繞絲釘、調(diào)整釘M、繞絲釘、負極、繞絲釘、正極，在最后一個正極處壓緊熔絲。然后調(diào)節(jié)調(diào)整釘 M，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整釘M可以調(diào)節(jié)熔斷鋼絲19拉緊程度。拉緊鋼絲的同時，活動棍17的兩端也被熔斷鋼絲19兜住(見圖幻，活動棍17同樣被拉緊，這樣就把儀器和沉耦架8緊密的固定在一起；在儀器回收時利用海水特性進行電腐蝕熔斷鋼絲，活動棍脫落，沉耦架與儀器脫開，儀器艙利用海水浮力上浮，以便回收。沉耦架，采用表面附著防銹漆的鋼鐵材料制成，上表面中部固設(shè)一固定支座，支座中心有個掛鉤，該掛鉤用來與活動棍相適配；通過活動棍被熔斷鋼絲拉緊與脫鉤盤緊密相連，其重量和體積適合于在下沉過程中控制下沉速度和下沉姿態(tài)，并為地震儀在海底工作提供穩(wěn)定的基座，儀器上浮后，沉耦架丟棄在海水中。全姿態(tài)高頻檢波器頻帶為1-300HZ，其海底流動地震觀測方式為針對復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、為了提高地震勘探的數(shù)據(jù)質(zhì)量，目前單次海上調(diào)查所用的 OBS數(shù)量常在100個以上。OBS的間隔在500-1000米以內(nèi)。放炮密度在50米左右。為了研究殼內(nèi)精細地質(zhì)結(jié)構(gòu)，高密度OBS數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為海底地震觀測的主流方向和發(fā)展趨勢。針對人工震源，發(fā)展以13寸小型耐壓艙球為容器的便攜式小型OBS實現(xiàn)高密度OBS 數(shù)據(jù)采集技術(shù)。便攜式小型海底地震儀接收人工震源信號進行主動觀測，用全姿態(tài)高頻率的檢波器，獲得的數(shù)據(jù)能夠反演海底較為精細的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，觀測的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分辨率高。請參閱圖1 圖5(a)、圖5(b)所示，為本發(fā)明的便攜式小型海底地震儀結(jié)構(gòu)示意圖。其中，水聲壓力傳感器1、塑料儀器艙2、玻璃儀器艙球3、全姿態(tài)高頻檢波器4、電池板支架5、檢波器托盤6、脫鉤盤7、沉耦架8、真空氣嘴9、GPS天線10、水聲及控制電路板11、 電池組12、電池組壓條13、0型圈14、電池組托盤15、繞絲釘16、活動棍17、掛鉤18、熔斷鋼絲19、支架20、正極21、壓緊螺母22、負極23、調(diào)整釘對、通孔25、絕緣套26。本發(fā)明的13寸艙球便攜式海底地震儀由塑料儀器艙2、脫鉤盤7、沉耦架8三部分組成。其中脫鉤盤7通過四組螺釘固定在塑料儀器艙2的底部，與儀器艙球一起屬于可回收部分，沉耦架放置在脫鉤盤7的下面，通過活動棍17被熔斷鋼絲19拉緊與脫鉤盤7緊密相連(見圖3)。當(dāng)便攜式海底地震儀接到釋放指令后，熔斷鋼絲19通過海水腐蝕原理熔斷后，儀器艙球與脫鉤盤依靠海水浮力上浮，打撈回收。一、儀器艙球儀器艙2包含13寸玻璃儀器艙球艙球3和保護用桔紅色塑料罩塑料儀器艙2，儀器艙是海底地震儀可回收部分，玻璃儀器艙球3內(nèi)部采用單球一體化結(jié)構(gòu)，主要組成方式如下(見圖4)首先將全姿態(tài)高頻檢波器通過底部的螺紋孔固定在檢波器托盤6上，再將由塑料ABS材質(zhì)加工而成的檢波器托盤6與全姿態(tài)高頻檢波器整體粘接在玻璃艙球底部中間位置，檢波器托盤6的周邊用膠與玻璃球內(nèi)壁粘接。檢波器托盤6上面通過螺釘裝接有電池板支架5，電池板支架5上面放置電池組托盤15，電池組托盤15內(nèi)部并排平行放置四節(jié)可充電鋰電池，通過電路板壓條13固定住，電路板壓條13上面通過螺釘固定水聲及控制電路板11等相關(guān)電路組成部件。玻璃艙球上蓋通過擠壓電池組托盤15外圈的0型圈14，使之變形，增大摩擦力來固定內(nèi)部裝置。儀器艙球內(nèi)部的電路部分組成如下(1)水聲通訊模塊集成在水聲及控制電路板11上，通過螺釘固定在電路板壓條 13上面，其工作原理(請參閱“七通道多功能海底地震儀”申請?zhí)枮?00810117385. 4)。采用8位元FSK數(shù)字編碼。接收甲板上發(fā)送的釋放指令碼，反饋給控制板，完成儀器上浮的控制指令發(fā)送。最大通訊距離可達10，000米。(2)采集器系統(tǒng)集成在水聲及控制電路板11上，通過螺釘固定在電路板壓條13 上面，工作原理(請參閱“七通道多功能海底地震儀”申請?zhí)枮?00810117385. 4)對地震計三個通道和水聲壓力傳感器進行信號采集與存儲。其功耗僅有0. 2W，可以滿足長期海底觀測的需要。(3)地震儀電源四節(jié)鋰電池電池平行擺放在電池組托盤15(見圖4)，通過電路板壓條13壓住，用螺釘固定在電池組托盤15上。工作原理(請參閱“七通道多功能海底地震儀”申請?zhí)枮?200810117385. 4)便攜式小型海底地震儀電池采用IOAH鋰電池，每套儀器安裝4枚。每個鋰電池單獨帶保護器，電池按環(huán)狀固定在玻璃艙球的下部，地震儀通過單片機對每個電池的充放電狀態(tài)和電壓進行檢測，并能通過交互界面顯示。充電通過艙球上的插座進行，用戶可以了解每個電池的充電電量、充電時間等信息。通過專用的充電器用戶可以在數(shù)小時內(nèi)完成對海底地震儀的充電工作。每次充電操作用戶都能掌握充電前后電池電壓狀態(tài)，充電電量等信息，能及時發(fā)現(xiàn)電池失效或性能降低的情況。從而對失效電池及時進行更換，或根據(jù)電池性能降低的情況縮短儀器在海底工作的時間。內(nèi)置的電源管理模塊能實時地監(jiān)督電池的電能儲量，當(dāng)能量低于某一預(yù)定值，地震儀會關(guān)閉除了水聲通信之外的所有耗電設(shè)備，使地震儀在海底滯留一年以上的時間仍能正?；厥?。(4)數(shù)據(jù)提取方式(請參閱“七通道多功能海底地震儀”申請?zhí)枮?200810117385. 4)為了保證海上的多次作業(yè)順利進行，數(shù)據(jù)提取模塊必須操作方便并且需要較快的傳輸速度。OBS中內(nèi)嵌了 USB接口模塊與PC機進行高速數(shù)據(jù)交換，能在不打開艙球的前提下，以較高的速度(2M字節(jié)/秒)實現(xiàn)OBS的數(shù)據(jù)提取。(5)頻閃燈(請參閱“七通道多功能海底地震儀”申請?zhí)枮?00810117385. 4)當(dāng)儀器上浮時，頻閃燈在黑夜里能有效的指示儀器所在方位方便回收。頻閃燈被置于玻璃艙球艙球的上部利用水壓開關(guān)進行控制，當(dāng)儀器上浮，水壓減小，頻閃燈工作，光源采用發(fā)光效率高，穿透性較好的高亮度發(fā)光二極管?？梢赃B續(xù)工作12 小時以上。。二、脫鉤盤脫鉤盤7通過四組螺釘固定在塑料儀器艙球下面，脫鉤盤7包括方環(huán)形尼龍板、繞絲釘16、正極21、負極23，方環(huán)形尼龍板四面中的其中一面有兩個螺釘用做正極21 (見圖 5(a)、圖5(b))，兩個側(cè)面結(jié)構(gòu)對稱各有一個負極23。正極21對立面裝有調(diào)整釘對。其中正極21上有螺扣，套上壓緊螺母22旋緊壓住熔斷鋼絲一端使之與正極連接。以一根熔斷鋼絲19順時針經(jīng)過繞絲釘16，正極，負極將活動棍17拉緊，同時活動棍17穿過沉耦架中心的掛鉤18，把沉耦架8拉緊。熔斷鋼絲19與正極21通過壓緊螺母22壓緊連接；經(jīng)過兩負極23，兩個負極即是兩熔斷點，在最后一個正極處壓緊熔斷鋼絲19。然后旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)調(diào)整釘，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整釘可以調(diào)節(jié)鋼絲拉緊程度。拉緊鋼絲的同時，活動棍17的兩端被鋼絲兜住(見圖幻，活動棍同樣被拉緊，這樣就把儀器和沉耦架緊密的固定在一起；在儀器回收時利用海水特性進行電腐蝕熔斷鋼絲，活動棍脫落，沉耦架與儀器脫開，儀器艙利用海水浮力上浮，以便回收。(1)脫鉤盤7采用具有高機械強度、高剛性、韌性強的工程塑料尼龍加工而成，在水中不易變形，不易被腐蝕。(2)繞絲釘16是脫鉤機構(gòu)中較為關(guān)鍵的部分，所以采用316L特殊不銹鋼制成，這種材料對于海水及各種腐蝕介質(zhì)的抗腐蝕性能均優(yōu)于普通不銹鋼。(3)熔斷鋼絲19是整個脫鉤機構(gòu)的核心部件，選用316耐腐蝕鋼絲，由7束49股細鋼絲經(jīng)過特殊工藝加工而成，易曲而柔軟。在彎曲時不象單股鋼絲那樣顯得太硬，拉緊時會緊貼繞絲釘。脫鉤盤7作為儀器回收過程的重要組成部件，機構(gòu)的組裝、調(diào)試工作都可在室內(nèi)進行試驗通過，才可安裝使用。測試好的脫鉤盤通過4組不銹鋼鏍釘固定在儀器艙的底部， 能夠很快的完成組裝。機構(gòu)中的零件加工工藝和選材均可以保證長時間工作在海水里，同時能夠?qū)崿F(xiàn)在接到指令后，鋼絲在200秒內(nèi)即被熔斷。儀器上浮過程可以通過水聲測距的變化進行監(jiān)測。三、沉耦架
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沉耦架8，采用表面附著防銹漆的鋼鐵材料制成，上表面中部固設(shè)一固定支座，支座中心有個掛鉤18，該掛鉤18用來與活動棍17相適配，整體重量也隨13英寸的玻璃艙球有所調(diào)整，結(jié)構(gòu)適合這種活動棍單點連接沉耦架的設(shè)計方式，參見圖2 (a)、圖2 (b)。通過活動棍被熔斷鋼絲拉緊與脫鉤盤緊密相連，其重量和體積適合于在下沉過程中控制下沉速度和下沉姿態(tài)，并為地震儀在海底工作提供穩(wěn)定的基座，儀器上浮后，沉耦架丟棄在海水中。沉耦架8屬于不回收部分，考慮到它的工作性質(zhì)，選擇標(biāo)準(zhǔn)角鐵作為主要的加工原料，不但滿足了其作為工作基座的剛性和硬度，且大大降低了加工成本。使用動態(tài)過程選擇好投放地點和方位，把海底地震儀投放到海底，儀器著地后，立即用聲納系統(tǒng)進行準(zhǔn)確定位。此后內(nèi)部地震計和數(shù)字采集器同時進入工作狀態(tài)，連續(xù)記錄海底干擾和地震信號，并存儲在內(nèi)部存儲器中。當(dāng)需要回收儀器時，在該儀器所在的位置附近海域通過聲納系統(tǒng)發(fā)出回收信號， 儀器接到信號后，開始熔斷鋼絲，約3分鐘儀器艙與沉耦架8脫離，自動上浮至水面，浮出海面后通過GPS天線10發(fā)送其所在的位置信息，根據(jù)該信息或目測方式確定儀器方位，進行打撈上船。然后提取所記錄的數(shù)據(jù)供分析和研究。(1)采用13英寸耐壓玻璃球13英寸的耐壓玻璃艙球較之發(fā)明人以往采用的17寸的耐壓玻璃艙球體積、重量均減少了近50%，便于投放回收、便于運輸。適用于以氣槍為震源的高密度短期海洋地質(zhì)調(diào)查作業(yè)。這種便攜式海底地震儀在國內(nèi)外海洋勘探的中還尚無先例。(2)脫鉤裝置脫鉤機構(gòu)采用脫鉤盤7和活動棍17鋼纜系固連接，利用調(diào)整釘M拉緊鋼絲調(diào)整儀器艙的緊固程度，整個過程便于安裝操作；儀器回收時，水聲壓力傳感器接收到水面發(fā)出的釋放指令，海底地震儀的脫鉤盤上的正極開始加電利用海水特性進行電腐蝕熔斷鋼絲 19，活動棍17與熔斷鋼絲19脫開，儀器艙利用海水浮力上浮。海底地震儀的回收過程時間
短且可靠性強。(3)檢波器與玻璃球壁剛性連接由于儀器內(nèi)部全姿態(tài)工作的高頻檢波器，不用考慮全姿態(tài)高頻檢波器的平衡問題，可以將全姿態(tài)高頻檢波器與檢波器托盤作為整體與玻璃球壁剛性連接，并在塑料環(huán)周圍涂玻璃膠，固定住檢波器。電路板安裝在電池蓋的上面，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡單化使得裝配儀器在時間和工作量上有了大幅度的縮減，操作簡單、方便且減少了附加振顫。以往的海底地震儀(比如發(fā)明人前期研制的三分量高頻海底地震儀)，由于地震計需要調(diào)整平衡，采用了一套常平機械結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，所以不能與球壁剛性連接，增加了復(fù)雜的機械操作系統(tǒng)，增大了空間，并且容易產(chǎn)生附加振顫噪聲影響儀器對地動信號的記錄。該項檢波器與球壁的剛性連接結(jié)構(gòu)是創(chuàng)新性發(fā)明，這使便攜式海底地震儀的內(nèi)部空間大大縮小，實現(xiàn)批量生產(chǎn)的復(fù)雜程度大大降低，同時該項工藝也可運用到采用此類艙球的其它設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種便攜式小型海底地震儀，其特征在于a)采用13英寸的耐壓玻璃儀器艙球；b)全姿態(tài)高頻檢波器采用粘接的方式直接固定在玻璃艙球內(nèi)壁上；c)電腐蝕釋放機構(gòu)位于海底地震儀的底部。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式小型海底地震儀，包括塑料儀器艙、13英寸的玻璃儀器艙球、電腐蝕釋放機構(gòu)，玻璃儀器艙球固裝于塑料儀器艙內(nèi)；其特征在于塑料儀器艙底端延垂直中心軸向下有一圓柱形凸起，電腐蝕釋放機構(gòu)包括脫鉤盤、沉耦架，脫鉤盤固接于圓柱形凸起的底面上，沉耦架位于脫鉤盤底端；在脫鉤盤與沉耦架之間以一根活動棍通過拉緊熔斷鋼絲連接，將塑料儀器艙固定于沉耦架中；耐壓玻璃儀器艙球直徑13英寸，艙球內(nèi)集成全姿態(tài)高頻檢波器，全姿態(tài)高頻檢波器下端與檢波器托盤中部固接，檢波器托盤水平置于玻璃儀器艙球下部，檢波器托盤周邊用膠與玻璃儀器艙球內(nèi)壁粘接，以與玻璃儀器艙球內(nèi)壁剛性固定。
3.如權(quán)利要求2所述的便攜式小型海底地震儀，其特征在于所述脫鉤盤，包括方環(huán)形尼龍板、繞絲釘、正極、負極，其中，方環(huán)形尼龍板通過連接件固定在塑料儀器艙圓柱形凸起的底面上，方環(huán)形尼龍板四個外側(cè)面中的一面有兩個螺釘用做正極，兩個正對的外側(cè)面各有一個負極，正極相對的側(cè)面裝有調(diào)整釘，調(diào)整釘是由內(nèi)孔向外設(shè)置，調(diào)整釘端頭套設(shè)絕緣套；在方環(huán)形尼龍板的外側(cè)面上，于正極、負極、調(diào)整釘之間，布設(shè)有繞絲釘；熔斷鋼絲一端與一正極連接，并以正極上套設(shè)的螺母壓緊熔斷鋼絲，熔斷鋼絲另一端按順時針方向，順序經(jīng)過繞絲釘、負極、繞絲釘、調(diào)整釘、繞絲釘、負極、繞絲釘、至另一正極， 在另一正極處，以另一正極上套設(shè)的螺母壓緊熔斷鋼絲另一端；其中，熔斷鋼絲是纏繞過正極、繞絲釘、負極，在調(diào)整釘處，熔斷鋼絲從調(diào)整釘端頭拉過，與調(diào)整釘端頭貼接；通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整釘以調(diào)節(jié)熔斷鋼絲的拉緊程度。
4.如權(quán)利要求2所述的便攜式小型海底地震儀，其特征在于所述沉耦架，包括底座、 固定支座，底座上表面中部向上固設(shè)固定支座，框架形固定支座上端與脫鉤盤的方環(huán)形尼龍板周圓相適配，固定支座中心有一豎直向上的掛鉤，上端掛鉤的內(nèi)徑與一活動棍的外徑相適配，活動棍水平套設(shè)于上端的掛鉤內(nèi)；活動棍的長度，使活動棍兩端伸出固定支座的框架外。
5.如權(quán)利要求2、3或4所述的便攜式小型海底地震儀，其特征在于所述在脫鉤盤與沉耦架之間以一根活動棍通過拉緊熔斷鋼絲連接，是纏繞熔斷鋼絲時，在兩側(cè)負極與繞絲釘之間，熔斷鋼絲分別向下纏繞活動棍伸出的兩端后，再完成與另一正極的固接，并以調(diào)整釘調(diào)節(jié)熔斷鋼絲的拉緊程度，塑料儀器艙固定于沉耦架中；在儀器回收時，電極通電，利用海水中的電解質(zhì)產(chǎn)生電腐蝕反應(yīng)，熔斷與正極連接的熔斷鋼絲，活動棍在重力的作用下脫落，沉耦架與塑料儀器艙脫開，塑料儀器艙以浮力上浮， 進行回收。
6.如權(quán)利要求1或2所述的便攜式小型海底地震儀，其特征在于所述全姿態(tài)高頻檢波器的諧振頻率，為1-300HZ。
7.如權(quán)利要求1或2所述的便攜式小型海底地震儀，其特征在于所述13英寸耐壓玻璃儀器艙球，其浮力為IlKG ；儀器的整體重量為現(xiàn)有17英寸耐壓玻璃艙球構(gòu)成的儀器重量的一半以下，通過人工或小型吊車即可進行施工，降低了單次作業(yè)成本，提高了作業(yè)效率。
8.如權(quán)利要求3所述的便攜式小型海底地震儀，其特征在于所述連接件，為螺釘、螺孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種便攜式小型海底地震儀，包括塑料儀器艙、電腐蝕釋放機構(gòu)和沉耦架，塑料儀器艙內(nèi)的玻璃艙球頂部有水聲壓力傳感器，內(nèi)部有全姿態(tài)高頻檢波器、水聲通訊模塊、無線信標(biāo)機、GPS、電子羅盤和電源，沉耦架為基座。全姿態(tài)高頻檢波器的粘接方式大量節(jié)省內(nèi)部空間，簡化了內(nèi)部地震計的姿態(tài)調(diào)整操作。脫鉤方式用球下單點連接，易于安裝，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。本發(fā)明海底地震儀的玻璃艙球直徑13英寸，體積小、重量輕、成本低，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，海上施工方便；儀器具有很高的諧振頻率，工作頻率300Hz，適用海底精細地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測。其三分量高頻檢波器和水聲壓力傳感器，可與各種人工震源配合進行高效高密度海底地震探測、地質(zhì)調(diào)查。
文檔編號G01V1/20GK102426389SQ20111027860
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者游慶瑜, 趙春蕾, 郝天珧 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所