專利名稱：一種三分量海洋地震波檢測傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地震波檢測傳感器，特別涉及一種三分量海洋中地 震波檢測傳感器，屬于測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前有兩種應(yīng)用于檢測海洋中地震的方法第一種是將陸地上使用 的地震儀通過改進(jìn)應(yīng)用于海底環(huán)境；另一種方法是利用壓電陶瓷傳感器 來檢測。
對于第一種方法，因為海底地震往往伴隨強烈的海底活動，如地面 的大規(guī)模塌陷、開裂等，若將陸地上使用的地震儀應(yīng)用在海底環(huán)境下， 則在布放、回收過程中操作復(fù)雜，而且該工作環(huán)境對傳感器本身及其傳 輸設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性要求極高。
對于第二種方法，是利用壓電效應(yīng)將地震波信號的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡?能，得到電信號輸出。而在低頻段，壓電陶瓷傳感器輸出阻抗高達(dá)數(shù)百 兆歐姆，帶來信號能量損失、噪聲與零點漂移等問題，加大了系統(tǒng)設(shè)計 難度。同時，壓電陶瓷傳感器并非直接測量地震波場中水質(zhì)點的振動參 數(shù)，其測量的是作用在受力表面的壓力變化值，單個壓電陶瓷傳感器得 到的是標(biāo)量信息不足用于震源方位的探測，而地震波縱波場水中質(zhì)點振 動的振速是矢量，除了振動幅度以外，其中還包含傳播方向、相位變化 等向量信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為發(fā)明一種適用于檢測海洋中地震波的可靠、便捷的 檢測手段，即一種三分量海洋地震波傳感器。
本發(fā)明三分量海洋地震波傳感器敏感部件由六個傳感器、支撐體、 密封球殼以及信號輸出電纜構(gòu)成。
其各零、部件連接關(guān)系為密封球殼由上下兩個帶有護(hù)套的半球組 成，上半球護(hù)套與上半球為一體，上半球頂端開有一出線孔，下半球護(hù)
3套底端通過緊固螺桿固定于下半球殼體上，兩個密閉球殼的連接處加工 有密封圈槽，通過球殼密封圈合成一個密封球體，支撐體的側(cè)面加工成 四面體，將四周分布的四個傳感器兩兩相對安裝其上，支撐體上下端面 呈圓臺形，通過螺紋連接安裝上下兩個傳感器，支撐體通過外螺紋分別
與上、下半球護(hù)套連接；六個傳感器信號輸出多芯信號電纜通過上半球 殼體的上端出線孔伸出，并用硫化工藝固接于孔中，此外緊固螺桿下端 為環(huán)狀機(jī)構(gòu)，以便應(yīng)用時懸掛于剛性支架上。
本發(fā)明三分量海洋地震波傳感器通過3條輕質(zhì)彈簧懸掛于大質(zhì)量的 剛性支架上，其多芯信號電纜通過剛性支架上端出線孔伸出，形成地震 波檢測裝置。
本發(fā)明工作方式為將三分量地震波傳感器用輕質(zhì)彈簧懸掛于質(zhì)量 較大的剛性支架上，傳感器在海水中地震波的作用下，與水質(zhì)點共同振 動。在球殼外徑遠(yuǎn)小于水中地震波長的條件下，在海水中地震波縱波的 作用下，球型裝置的振動將能反映水質(zhì)點的振動情況，安裝在球殼內(nèi)傳 感器通過對傳感器剛性球體的振動測量，六個傳感器兩兩相對呈三維正 交安裝，可以感知地震波中水質(zhì)點的振動，就可以測得地震波縱波振動 信號的三維正交分量。
由振動學(xué)理論可知，根據(jù)無約束硬球在非粘無界流體介質(zhì)中對波的 響應(yīng)理論，當(dāng)剛性小球的平均密度與水介質(zhì)密度接近，并且質(zhì)量分布均 勻，重心與球心重合時，在外徑遠(yuǎn)小于波長的條件下，剛性小球的振動 速度與水質(zhì)點的振動速度幅值相同，相位差趨于零。當(dāng)?shù)卣鸩▊鞲衅鞯?尺寸遠(yuǎn)小于水中地震波的波長時，當(dāng)被測波的工作頻率遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)安裝 二階系統(tǒng)的諧振頻率時，傳感器可以近似跟隨水中質(zhì)點振動，振幅相近、 相位相同。
本發(fā)明三分量地震波傳感器為剛性空心金屬球型裝置，其中按三維 正交方式對稱安裝六個低頻傳感器，同時保證了質(zhì)量分布均勻，在球殼 厚度滿足抗深水靜壓的要求條件下，根據(jù)各器件質(zhì)量來調(diào)整密封球殼的 內(nèi)徑與外徑，使整個球體平均密度與海水密度相近。
當(dāng)海底地震爆發(fā)時，巨大的能量釋放出來，海底活動引起水體的振 動，機(jī)械能就以波的形式在海水中傳播(海洋中的地震波)，其中海水質(zhì)點振動方向與傳播方向相一致的地震波的縱波能從海底透過水層到達(dá)海 面。
本發(fā)明的有益效果
1、本發(fā)明實現(xiàn)了對海洋中傳播的地震波縱波場中水質(zhì)點振動信號的 直接感知；
2、本發(fā)明三分量傳感器具有較低的輸出阻抗，降低信號調(diào)理電路設(shè) 計調(diào)試的難度，使得傳感器在低頻段有較好的頻率響應(yīng)；
3、本發(fā)明實現(xiàn)對海洋中傳播的海底地震波縱波信號中矢量信息的 獲取。
因此，本發(fā)明三分量海洋地震波傳感器克服目前海底深處地震波檢 測存在的不足可以直接感知海洋中傳播的地震波縱波場中水質(zhì)點振動信 號；輸出阻抗較低降低了信號調(diào)理電路的設(shè)計調(diào)試難度；實現(xiàn)對海洋中 傳播的海底地震波縱波信號中矢量信息的感知。


附圖l一三分量海洋地震波傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2—三分量海洋地震波傳感器安裝示意圖中1—信號輸出電纜；2—硫化橡膠密封頭；3—密閉球殼；4一 支撐體；5—傳感器；6—球殼密封圈；7—護(hù)套；8—緊固螺桿；9一輕
質(zhì)彈簧；10—剛性支架。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
如附圖l、 2所示，本發(fā)明主要由信號輸出電纜l、硫化橡膠密封頭 2、密閉球殼3、支撐體4、傳感器5、球殼密封圈6、護(hù)套7、緊固螺桿 8、輕質(zhì)彈簧9、剛性支架10等組成。
支撐體4的側(cè)面加工成四面體，根據(jù)傳感器5的安裝要求，加工安 裝螺紋孔，將四周分布的四個傳感器5兩兩相對安裝其上，支撐體4上 下端面加工成圓臺，通過螺紋連接安裝上下兩傳感器5，支撐體4通過外 螺紋分別與密閉球殼3及護(hù)套7連接；護(hù)套7另一端與緊固螺桿8通過 螺紋連接，密閉球殼3的兩部分連接處加工有密封圈槽，通過密封圈6合成一個密封球體，護(hù)套7通過緊固螺桿8固定在密閉球殼3內(nèi)，構(gòu)成 三分量海洋地震波傳感器的敏感部件。
在應(yīng)用時，將三分量海洋地震波傳感器敏感部件通過3根輕質(zhì)彈簧9 安裝于剛性支架10內(nèi)部，并用多芯信號輸出電纜1將六個傳感器5的輸 出信號線引出，構(gòu)成三分量海洋地震波傳感器。
三分量海洋地震波傳感器零部件組裝過程為
第一步，依次在支撐體4上安裝傳感器5;
第二步，將支撐體4 一端與密閉球殼3的通過螺紋連接，將支撐體4 另一端面與護(hù)套7連接通過螺紋連接；
第三步，將傳感器5的信號輸出端口與信號輸出電纜1連接；
第四步，在上、下密閉球殼3扣合時，把密封圈6放置于其中的密 封圈槽，緊固螺桿8與下密閉球殼3以螺紋連接并用密封圈密封，用橡 膠硫化工藝將信號輸出電纜1固定于上密閉球殼3上端的孔中，構(gòu)成密 閉腔體，形成三分量海洋地震波傳感器的敏感部件；
第五步，用輕質(zhì)彈簧9將三分量海洋地震波傳感器的敏感部件安裝 于剛性支架10上，最后形成三分量海洋地震波傳感器。
本發(fā)明一個具體實施例是利用某型傳感器，實現(xiàn)了對海洋中傳播的
地震波縱波場中水質(zhì)點振動信號的直接感知；對海洋中傳播的海底地震
波縱波信號中矢量信息的獲??；每路測量通道輸出阻抗低于2k歐姆；靈 敏度大于10mV/咖/s(100Hz)，工作頻率帶寬4. 5Hz 100Hz，耐靜水壓力 2MPa。
權(quán)利要求
1、一種三分量海洋中地震波檢測傳感器，由六個傳感器、支撐體、密封球殼以及信號輸出電纜構(gòu)成，其特征在于其各零、部件連接關(guān)系為密封球殼由上下兩個帶有護(hù)套的半球組成，上半球護(hù)套與上半球為一體，上半球頂端開有一出線孔，下半球護(hù)套底端通過緊固螺桿固定于下半球殼體上，兩個密閉球殼的連接處加工有密封圈槽，通過球殼密封圈合成一個密封球體，支撐體的側(cè)面加工成四面體，將四周分布的四個傳感器兩兩相對安裝其上，支撐體上下端面呈圓臺形，通過螺紋連接安裝上下兩個傳感器，支撐體通過外螺紋分別與上、下半球護(hù)套連接；六個傳感器信號輸出多芯信號電纜通過上半球殼體的上端出線孔伸出，并用硫化工藝固接于孔中，此外緊固螺桿下端為環(huán)狀機(jī)構(gòu)，以便應(yīng)用時懸掛于剛性支架上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可用于測量海洋地震波縱波三維分量的傳感器，主要由信號輸出電纜、硫化橡膠密封頭、密閉球殼、支撐體、測振傳感器、球殼密封圈、護(hù)套、緊固螺桿、輕質(zhì)彈簧、剛性支架等組成。密閉球殼通過輕質(zhì)彈簧懸掛于大質(zhì)量剛性支架上，密封球殼內(nèi)部通過螺紋與支撐體及護(hù)套連接，支撐體上三維正交方向安裝六個測振傳感器，緊固螺桿及護(hù)套將支撐體與密封球殼緊固連接。其特點為實現(xiàn)了對海洋中傳播的地震波縱波場中水質(zhì)點振動信號的直接感知；輸出阻抗較低，降低信號調(diào)理電路設(shè)計調(diào)試的難度，傳感器在低頻段有較好的頻率響應(yīng)；實現(xiàn)了對海洋中傳播的海底地震波縱波信號中矢量信息的獲取。
文檔編號G01H3/00GK101556335SQ200710187338
公開日2009年10月14日 申請日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
發(fā)明者付繼偉, 朱寶春, 川 陳 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所