本發(fā)明涉及應(yīng)用于工程勘探以及石油、地質(zhì)、煤田等勘探領(lǐng)域的檢波器，具體地說(shuō)是涉及用于三維sh波或多波地震勘探的智能檢波器。

背景技術(shù)：

地震勘探是利用儀器在地表觀測(cè)地震波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理分析，從而獲得地下構(gòu)造和巖石物性以及資源信息的技術(shù)。地震波遇到不同波阻抗的地層時(shí)將發(fā)生反射、折射等現(xiàn)象，此時(shí)通過(guò)地面上所安裝的檢波器接收、記錄地震波的數(shù)據(jù)，隨后用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，從而推斷出地下構(gòu)造和巖石物性，以及油、氣、煤和其他礦產(chǎn)資源的賦存狀況，也可用于工程勘查及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)等。

地震勘探目前主要有：縱波勘探、橫波勘探、多波勘探等。橫波與縱波相比，具有速度低、頻率低、波長(zhǎng)短，且不受地下水影響的優(yōu)點(diǎn)。因此，橫波地震勘探可以達(dá)到縱波地震勘探所無(wú)法達(dá)到的分辨率和精確度，能更好的探測(cè)第四紀(jì)覆蓋層厚度及其下伏基巖小構(gòu)造。

橫波有兩種類型，一種是sv波，是指質(zhì)點(diǎn)在包括射線在內(nèi)的鉛垂面內(nèi)振動(dòng)的橫波，即質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和波的傳播射線都在測(cè)線的鉛垂面內(nèi)，水平檢波器沿x方向布置；另一種是sh波，是質(zhì)點(diǎn)在水平面內(nèi)振動(dòng)的橫波，波在射線平面內(nèi)傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)在垂直于射線平面的水平面內(nèi)振動(dòng)，水平檢波器沿y方向布置。

當(dāng)入射波為sh波時(shí)，只產(chǎn)生同類的反射和透射波，而不發(fā)生波形的轉(zhuǎn)換，也就是所謂的自生波，主要是因?yàn)閟h波的振動(dòng)方向決定了它沒(méi)有法向分量，只有水平分量。sh波經(jīng)過(guò)界面的時(shí)候不產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波，在工程勘察中具有很大的優(yōu)勢(shì)。

用sh波作為震源的橫波勘探，由于sh波自身傳播的特點(diǎn)，具有一定的方向性，對(duì)震源的激發(fā)和檢波器的接收方向有要求。因此，目前常用的sh波勘探主要是二維的勘探方法，水平敲擊震源使其左右震動(dòng)，激發(fā)出向前傳播的sh波，布置在前方的檢波器用水平檢波器或三分量檢波器接收。

目前，地震檢波器主要包括縱波檢波器、橫波檢波器、三分量檢波器等，將接收到的波動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后再進(jìn)行數(shù)字化傳輸存儲(chǔ)。將機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的方法，不外乎應(yīng)用電磁檢波器、電容檢波器、壓電檢波器和光纖應(yīng)變檢波器等。數(shù)據(jù)傳輸方式包括有線傳輸方式（有纜系統(tǒng)）、有線和無(wú)線混合的數(shù)據(jù)傳輸方式（少纜系統(tǒng)）和無(wú)線傳輸方式（無(wú)纜系統(tǒng)）。傳統(tǒng)的檢波器可以滿足當(dāng)前不同的地震勘探的生產(chǎn)需要，接收縱波、橫波、多波等信號(hào)，滿足一定條件下的數(shù)據(jù)采集工作，完成地震勘探任務(wù)。可以說(shuō)，接收地震波的傳感器，是勘探過(guò)程不可或缺的重要組成部分，其接收能力直接決定了地震波數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

當(dāng)前主流的水平檢波器或三分量，插入到某一位置，其能接收到的sh波方向便已固定且不可改變，在三維的橫波（sh波）勘探中，每個(gè)檢波器與震源的相對(duì)位置都不相同，這就要求每個(gè)檢波器的接收方向不同。每改變一次震源位置，要想接收到完整的sh波，所有檢波器的方向也都需做相應(yīng)調(diào)整，這在實(shí)際工作中很不現(xiàn)實(shí)。中國(guó)專利zl201410283669.6、一種地震sh波三維勘探震源裝置（李廣超，朱培民等，2014年），zl201410283668.1、地震sh波三維勘探采集和處理的方法（李廣超，朱培民等，2014年）兩個(gè)專利實(shí)現(xiàn)了三維sh波地震勘探。這個(gè)方法是用旋轉(zhuǎn)剪切的力激發(fā)出向四周傳播的sh波，檢波器固定一種排列方式，在數(shù)據(jù)接收后進(jìn)行角度旋轉(zhuǎn)變換處理。是一種后期處理技術(shù)。

利用zl201410283669.6、一種地震sh波三維勘探震源裝置，在任一個(gè)位置激發(fā)時(shí)，如果采用的檢波器可以智能化的旋轉(zhuǎn)接收角度，就能接收到完全的橫波信號(hào)。因此，研發(fā)一種可以智能化控制方位接收地震波的檢波器，對(duì)于開(kāi)展sh波三維勘探有著很重要的作用，但目前還未見(jiàn)諸有關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種用于三維sh波或多波地震勘探的智能檢波器，達(dá)到滿足定向接收來(lái)自任意方位震源激發(fā)出來(lái)的地震波。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：

本發(fā)明所述用于三維sh波或多波地震勘探的智能檢波器，包括密封連接為一體的上殼體和下殼體；所述下殼體內(nèi)的底部向上設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)的機(jī)殼上垂直向下設(shè)置有連接軸，所述連接軸的下端密封延伸出下殼體之外并與尾椎相連接；位于下殼體的上部設(shè)置有支撐架，所述支撐架的中部設(shè)置有定位軸承，步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸端部穿過(guò)所述定位軸承與電子羅盤固定連接，步進(jìn)電機(jī)的電機(jī)軸外周面上固定有至少一個(gè)mems加速度計(jì)；所述上殼體內(nèi)設(shè)置有控制單元模塊，所述控制單元模塊上設(shè)置有電氣接口。

所述控制單元模塊包括單片機(jī)或可編程控制器、無(wú)線通訊模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、步進(jìn)電機(jī)控制器、存儲(chǔ)模塊和供電管理模塊，所述單片機(jī)或可編程控制器數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接，單片機(jī)或可編程控制器數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端與所述存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)或可編程控制器控制信號(hào)輸出端與所述步進(jìn)電機(jī)控制器的控制信號(hào)輸入端連接，所述無(wú)線通訊模塊與單片機(jī)或可編程控制器通信連接；步進(jìn)電機(jī)控制器的控制輸出端與所述步進(jìn)電機(jī)連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端與mems加速度計(jì)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接，所述電子羅盤的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端與單片機(jī)或可編程控制器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接；所述供電管理模塊由大容量智能電池和穩(wěn)壓模塊組成，用于向單片機(jī)或可編程控制器、無(wú)線通訊模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、步進(jìn)電機(jī)控制器、存儲(chǔ)模塊、步進(jìn)電機(jī)、memd加速度計(jì)和電子羅盤供電。

所述mems加速度計(jì)初始位置相對(duì)于所述上、下殼體是固定的，所述電子羅盤將測(cè)量檢波器初始的角度指向傳輸給所述單片機(jī)或可編程控制器；無(wú)線傳輸模塊將接收震源中心的位置信息傳輸給單片機(jī)或可編程控制器，由單片機(jī)或可編程控制器根據(jù)計(jì)算檢波器和震源連線的角度，并把這個(gè)角度信息與電子羅盤測(cè)量的初始角度對(duì)比計(jì)算出差值，指令所述步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)使代表y分量的mems加速度計(jì)垂直于檢波器與震源連線方向，使代表x分量的mems加速度計(jì)指向檢波器與震源連線方向。

所述上殼體的頂壁外表面封裝有水準(zhǔn)氣泡，所述頂壁上設(shè)有初始指向箭頭。

所述尾椎為金屬材質(zhì)制成，尾椎的形狀為圓錐形或棱錐形。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)對(duì)于三維sh波震源放置在勘探區(qū)域任意位置的情況，都能智能地根據(jù)檢波器自身所處的位置調(diào)整檢波器的內(nèi)部接收機(jī)芯方向，確保機(jī)芯中的y方向mems加速度計(jì)能夠準(zhǔn)確的接收到sh波，以使三維sh波地震勘探的接收技術(shù)變得簡(jiǎn)單，達(dá)到使該項(xiàng)勘探技術(shù)能夠得到大范圍推廣應(yīng)用目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述控制單元模塊及控制電路的原理框圖。

圖3是本發(fā)明所述電氣接口的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明所述三個(gè)mems加速度計(jì)的接收方向示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。

如圖1-4所示，本發(fā)明所述用于三維sh波或多波地震勘探的智能檢波器，包括密封連接為一體的上殼體1和下殼體2，上殼體1和下殼體2的內(nèi)表面均設(shè)置有柔軟墊層3，以達(dá)到防震減震、保護(hù)內(nèi)部器件目的。下殼體2內(nèi)的底部向上設(shè)置有步進(jìn)電機(jī)4，步進(jìn)電機(jī)4的機(jī)殼上垂直向下設(shè)置有連接軸5，連接軸5的下端密封延伸出下殼體2之外并與尾椎6相螺接，尾椎6為金屬材質(zhì)制成便于傳播震動(dòng)波，尾椎6的形狀為圓錐形或棱錐形；位于下殼體2的上部設(shè)置有支撐架7，支撐架7的中部設(shè)置有定位軸承8，步進(jìn)電機(jī)4的電機(jī)軸9端部穿過(guò)定位軸承8與電子羅盤10固定連接，步進(jìn)電機(jī)4的電機(jī)軸9外周面上固定有三個(gè)mems加速度計(jì)11.1、11.2、11.3；如圖4所示，mems加速度計(jì)11.1定義為指向x方向，mems加速度計(jì)11.2定義為指向y方向，mems加速度計(jì)11.3定義為指向z方向，按照笛卡爾坐標(biāo)系互相垂直。上殼體1內(nèi)設(shè)置有控制單元模塊12，控制單元模塊12上設(shè)置有電氣接口13，上殼體1的頂壁外表面封裝有水準(zhǔn)氣泡14。

如圖2所示，控制單元模塊12包括單片機(jī)、無(wú)線通訊模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、步進(jìn)電機(jī)控制器、存儲(chǔ)模塊和供電管理模塊，單片機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接，單片機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端與存儲(chǔ)模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接，單片機(jī)控制信號(hào)輸出端與步進(jìn)電機(jī)控制器的控制信號(hào)輸入端連接，無(wú)線通訊模塊與單片機(jī)通信連接；步進(jìn)電機(jī)控制器的控制輸出端與步進(jìn)電機(jī)4連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端分別與三個(gè)mems加速度計(jì)11.1、11.2、11.3的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端連接，電子羅盤10的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出端與單片機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端連接；供電管理模塊由大容量智能電池和穩(wěn)壓模塊組成，用于向單片機(jī)、無(wú)線通訊模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、步進(jìn)電機(jī)控制器、存儲(chǔ)模塊、步進(jìn)電機(jī)4、三個(gè)mems加速度計(jì)11.1、11.2、11.3和電子羅盤10供電。

控制單元模塊12主要為檢波器的智能控制中心，其主要功能是：控制供電管理模塊給其他需要電源的各部件供電，判斷電源的多少，提示充電或更換電池；根據(jù)接收到震源所在位置和檢波器所在位置信息，計(jì)算mems加速度計(jì)11.2（y方向）和電子羅盤10初始角度的夾角、需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，控制步進(jìn)電機(jī)4旋轉(zhuǎn)一定的角度，使mems加速度計(jì)11.2垂直于震源中心和尾椎6連線；同時(shí)將采集的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)起來(lái)。

電子羅盤10指示檢波器指向的初始位置，并數(shù)字化提供給控制單元模塊12。電子羅盤10分辨率的大小是指電子羅盤10最小能分辨出多少度的角的誤差。目前的電子羅盤4當(dāng)每秒響應(yīng)速度為4次時(shí)一般是±0.1°，每秒響應(yīng)速度為20次時(shí)則大致為±0.2°。

控制單元模塊12通過(guò)接收到震源的位置信息，計(jì)算當(dāng)前mems加速度計(jì)11.2（y方向）指向和尾椎6和震源連線的角度，控制步進(jìn)電機(jī)4旋轉(zhuǎn)一定的角度，使y分量所指方向同尾椎6和震源連線方向垂直，并發(fā)出指令鎖死步進(jìn)電機(jī)4。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和對(duì)三個(gè)mems加速度計(jì)11.1、11.2、11.3接收到的震動(dòng)信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，并進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，便于傳輸和存儲(chǔ)。

存儲(chǔ)模塊主要用于檢波器作為無(wú)纜式存儲(chǔ)時(shí)需要的數(shù)據(jù)存貯功能。

無(wú)線通訊模塊，在檢波器作為有纜式地震儀的檢波器工作時(shí)，主要功能是接收三維震源的位置信息及發(fā)射器發(fā)射的位置信息；在作為無(wú)線存儲(chǔ)地震儀的一部分時(shí)，其功能要加上數(shù)據(jù)傳輸，將采集的地震數(shù)據(jù)傳送到顯控中心或者存儲(chǔ)起來(lái)。

尾椎也可以由能夠與硬化地層很好耦合的金屬板或塑料板代替。