本發(fā)明屬于地球物理勘探領(lǐng)域，其涉及海洋地震觀測技術(shù)領(lǐng)域，其具體為一種低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀。

背景技術(shù)：

海底地震儀特別是寬頻帶海底地震儀針對深海探測是一個必不可少的儀器，但一直以來均只有原理性公開，而沒有具體實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的公開資料，即使部分公開海底地震儀的局部或原理性資料，也很難在產(chǎn)業(yè)上來實現(xiàn)。此外，海底地震儀的引進(jìn)一直受到國外的限制，使我國多家地球科學(xué)研究單位的引進(jìn)計劃被擱置。

2000年開始，在863高技術(shù)計劃支持下，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所自主研制了高頻海底數(shù)字地震儀并在南海成功試驗，記錄到大容量氣槍震源信號，反演出深達(dá)莫霍面的研究區(qū)地殼結(jié)構(gòu)，成為863高技術(shù)計劃中的“深水油氣勘探技術(shù)” 項目中的一個亮點。但是，隨著油氣勘探向深水和海洋殘留盆地發(fā)展的進(jìn)程以及對天然氣水合物的勘探研究需求，對海底數(shù)字地震儀性能指標(biāo)的要求也越來越高，例如儀器要適應(yīng)大于6000m的水深、分辨率需要進(jìn)一步提高和連續(xù)工作時間需要更長些的技術(shù)問題。

因此，急需對原有儀器進(jìn)一步開發(fā)和創(chuàng)新。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于原有研究的技術(shù)不足，本申請人投入巨大人力和物力，在原有研究的基礎(chǔ)上，提出了一種低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀，其是在已有七通道寬頻帶多功能海底地震儀的基礎(chǔ)上，通過對相關(guān)技術(shù)的不斷研究和消化改進(jìn)而成，提高了性能指標(biāo)，可以滿足海洋科學(xué)研究與海洋油氣探測的需要。具體地，本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀用于海底地震觀測和地質(zhì)勘探，其包括塑料外殼、自沉浮機(jī)構(gòu)和配重彈起架，塑料外殼內(nèi)的玻璃艙球頂部裝有水聲壓力傳感器，內(nèi)部裝有多通道數(shù)字采集器、自制的寬頻帶地震計、水聲通訊電路模塊、無線信標(biāo)機(jī)、GPS、WIFI模塊、電子羅盤和組合電源；自沉浮機(jī)構(gòu)固定在塑料外殼的頂部與配重彈起架通過材料為316L的多股拉緊鋼絲連接，儀器回收時，通過電腐蝕原理熔斷鋼絲后，儀器自然上浮回收。配重彈起架為海底地震儀工作時提供穩(wěn)定的基座，并在上浮瞬間提供向上的彈力，有助于儀器順利上浮。本發(fā)明集成了自助研制的寬頻帶地震計（30s-100Hz）和儀器外部安裝的水聲壓力傳感器，可實現(xiàn)多用途的海底地震探測。

更具體地，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)解決方案，提供一種低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀，其包括塑料外殼、玻璃儀器艙球、自沉浮機(jī)構(gòu)、配重彈起架；玻璃儀器艙球固裝于塑料外殼內(nèi)，自沉浮機(jī)構(gòu)位于塑料外殼頂端，配重彈起架位于塑料外殼底端；在自沉浮機(jī)構(gòu)與配重彈起架之間以拉緊鋼絲固接，將塑料外殼艙固定于配重架中；其中內(nèi)部電池組分別裝在六個弧形電池盒內(nèi)，固定于固定托圈之上，兩組電池置于數(shù)傳天線一側(cè)，四組電池固定在對面，以便調(diào)整儀器的整體上浮姿態(tài)；自制寬頻帶地震計通過萬向裝置懸掛在四個軸承上，軸承架采用模具注塑而成，確保了軸承定位的一致性，旋轉(zhuǎn)靈活，角度測量更精準(zhǔn)。常平架自由旋轉(zhuǎn)的工作角度可達(dá)30度，在玻璃儀器艙球外進(jìn)行組裝、調(diào)試，然后將測試完成的儀器放進(jìn)玻璃艙球內(nèi)，通過電路托板上平均分布的四跟定位柱與球蓋上的四個開口緩沖槽相匹配，將內(nèi)部裝置固定在玻璃艙球內(nèi)部；寬頻帶地震計和水聲壓力傳感器，兩種不同工作頻帶的儀器由多通道數(shù)字采集系統(tǒng)，對四組數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，使儀器能夠記錄天然地震信號和人工震源信號。

其中所述寬頻帶地震計是自助研制的，其基于2.0Hz檢波器增加反饋電路擴(kuò)頻成的寬頻帶地震計，三分量檢波器集裝在模具注塑而成的地震計外殼內(nèi)，體積和重量比起現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)地震計減小了一倍。高度也由原來的160mm高變成現(xiàn)在的90mm，同時降低了其重心。體積小重心低。本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀與上位機(jī)的通訊方式采用wifi交互方式。

低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀，改用耗電量僅為9μA/MHz，功耗最低的最小ARM處理器，外加電路的改進(jìn)設(shè)計使得整機(jī)采集功耗到達(dá)150mw，比起國內(nèi)現(xiàn)有的四通道以上的海底地震儀功耗降低了一倍，也可使單艙球儀器留海工作時間達(dá)到2年。低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀的艙球內(nèi)固定裝置采用四根定位柱與上蓋安裝的四個相應(yīng)的開口緩沖槽相匹配，在上下半球?qū)鄣乃查g，不斷壓緊擴(kuò)大開口，即可確保一定的可調(diào)整距離，又可以固定內(nèi)部整體使其不會旋轉(zhuǎn)和側(cè)歪。配重彈起架采用表面附著防銹漆的鋼鐵材料制成，在支架中間的圓盤上裝有四根塑料柱，每根塑料柱上面安裝四個彈簧，當(dāng)儀器上浮瞬間，提供必要的彈力以便儀器可以順利上浮，不被周圍的淤泥陷住，保證儀器順利回收。

本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀相比于原有海底地震儀具有非常明顯的技術(shù)優(yōu)勢，主要在于：一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)一體化，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。其核心部件常平裝置采用模具注塑而成，一致性好，軸承安裝精度高，使得內(nèi)部地震計的角度測量更加精準(zhǔn)，另自制寬頻帶地震計體積小重心低，減少附加振顫，提高了其工作的穩(wěn)定性，和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

二、內(nèi)部一體化部件的固定方式采用定位柱和緩沖槽的方式，即可以調(diào)整安裝誤差所造成的間隙，又不會過于松散，使得結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。而原七通道多功能海底地震儀采用的O型圈固定方式存在一定的缺陷，由于O型圈的壓縮量有限，使得儀器在裝配中造成的誤差無法彌補(bǔ)，很容易內(nèi)部結(jié)構(gòu)不能被玻璃球壓緊導(dǎo)致在海底工作中發(fā)生傾斜，記錄的數(shù)據(jù)無法使用。

三、自制地震計的使用壽命也比原七通道多功能海底地震儀所使用的化學(xué)地震計的五年使用期大大延長，且易維修，不受國外技術(shù)的封鎖限制。低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀以四通道采集地震數(shù)據(jù)，且自助研制的地震計功耗低，使得整機(jī)的采集功耗只有150mw，采用WIFI進(jìn)行現(xiàn)場檢測，保證了交互時信號的穩(wěn)定性，且控制靈敏度強(qiáng)。低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀能夠在海上連續(xù)多次進(jìn)行地震觀測作業(yè)，打破了國外對寬頻帶海底地震儀的壟斷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀常平架裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀自沉浮機(jī)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀自沉浮機(jī)構(gòu)的熔斷鋼絲繞線示意圖。

圖4為本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀外觀立體結(jié)構(gòu)圖。

圖5 為本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀總結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀配重彈起架示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀，包括塑料外殼、玻璃儀器艙球、自沉浮機(jī)構(gòu)、配重彈起架；玻璃儀器艙球固裝于塑料外殼內(nèi)，自沉浮機(jī)構(gòu)位于塑料外殼頂端，配重彈起架位于塑料外殼底端；在自沉浮機(jī)構(gòu)與配重彈起架之間以拉緊鋼絲固接，將海底地震儀固定于配重彈起架中；其中內(nèi)部電池組分別裝在六個弧形電池盒內(nèi)，固定于固定托圈之上，其中兩組電池置于數(shù)傳天線一側(cè)，四組電池固定裝在對面，以便調(diào)整儀器的整體上浮姿態(tài)；自制寬頻帶地震計通過萬向裝置懸掛在四個軸承上，可以自由旋轉(zhuǎn)，工作角度可達(dá)30度，在玻璃儀器艙球外進(jìn)行組裝、調(diào)試，然后將測試完成的儀器放進(jìn)玻璃艙球內(nèi)，球內(nèi)固定裝置采用四根定位柱與上蓋安裝的四個相應(yīng)的開口緩沖槽相匹配，在上下半球?qū)鄣乃查g，不斷壓緊擴(kuò)大開口，即可確保一定的可調(diào)整距離，又可以固定內(nèi)部整體使其不會旋轉(zhuǎn)和側(cè)歪；寬頻帶地震計和水聲壓力傳感器，兩種不同工作頻帶的儀器由四通道數(shù)字采集系統(tǒng)，對四組數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，使儀器能夠記錄天然地震信號和人工震源信號。

所述的海底地震儀，其所述自沉浮機(jī)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)，包括不銹鋼鏍柱、鏍桿支撐板、繞絲固定板，其中，片狀環(huán)繞絲固定板和片狀環(huán)鏍桿支撐板上下平行設(shè)置，以多數(shù)個不銹鋼鏍柱將兩者固接，其中兩個位于直徑上的鏍柱上端伸出固定板的上表面相互連接，構(gòu)成吊鉤；鏍桿支撐板內(nèi)孔直徑與塑料外殼頂部外圓直徑相適配；片狀環(huán)繞絲固定板上表面設(shè)有正極、脫鉤滑塊、繞絲釘、負(fù)極，正極、負(fù)極位于固定板內(nèi)孔直徑方向的相對兩側(cè)，正極上套接壓絲墊片后螺接鎖緊螺母，負(fù)極上套接負(fù)極保護(hù)套；在與正極、負(fù)極構(gòu)成的直徑方向相垂直的直徑方向上兩端，于固定板周緣上設(shè)有向圓心的凹槽，兩凹槽內(nèi)各設(shè)有一脫鉤滑塊，L狀脫鉤滑塊與凹槽相適配，其向上突起的固定壁中間有一固接口，固接口供拉緊鋼絲纏繞連接，其底座上設(shè)有多個繞絲釘和一禁錮鏍栓；在固定板上表面還設(shè)有多個繞絲釘，繞絲釘均勻分布，分布的位置與正極、負(fù)極的位置構(gòu)成圓環(huán)形；一熔斷鋼絲經(jīng)正極和順序經(jīng)所有的繞絲釘繞成環(huán)，并以鎖緊螺母和繞絲釘固緊定位，將脫鉤滑塊固于固定板上，熔斷鋼絲與兩負(fù)極觸接；將海底地震儀置于塑料彈起架中，自沉浮機(jī)構(gòu)置于塑料外殼頂端，鏍桿支撐板內(nèi)孔與塑料外殼頂端相接，以多根拉緊鋼絲纏繞于脫鉤滑塊的固接口后，用多個鎖緊螺栓拉緊多根拉緊鋼絲，以固定塑料外殼；在固定塑料外殼后，卸掉脫鉤滑塊上的禁錮鏍栓，再利用鎖緊螺栓來拉緊鋼絲調(diào)整儀器艙的緊固程度；在儀器回收時利用海水特性進(jìn)行電腐蝕熔斷鋼絲，脫鉤滑塊被拉緊鋼絲拉脫開，儀器艙即利用海水浮力上浮，以便回收。

所述的海底地震儀，其所述配重彈起架，采用表面附著防銹漆的鋼鐵材料制成，在支架中間的圓盤上裝有四根塑料柱，每根塑料柱上面安裝四個彈簧，當(dāng)儀器上浮瞬間，提供必要的彈力以便儀器可以順利上浮，不被周圍的淤泥陷住，保證儀器順利回收，較之以往的沉耦架增加了儀器上浮的幾率。配重彈起架通過耐腐蝕拉緊鋼絲與自沉浮機(jī)構(gòu)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，配重彈起架丟棄在海水中。所述的海底地震儀，其所述自制的寬頻帶地震計為30S-100Hz。

下面結(jié)合附圖1-6對本發(fā)明做出詳細(xì)說明。請參閱圖1～圖6所示，為本發(fā)明的低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀結(jié)構(gòu)示意圖。其中，自沉浮機(jī)構(gòu)1、塑料外殼2、拉緊鋼纜3、耦合圈4、配重彈起架5、鎖緊螺栓6、水聲壓力傳感器7、真空氣嘴8、玻璃儀器艙球9、緩沖槽10、定位立柱11、電子電路板12、常平裝置13、下殼14、脫鉤滑塊15、熔斷鋼絲16、熔斷鋼絲熔斷點（兩處）17、正極18、鎖緊螺母19、壓絲墊片20、不銹鋼螺柱21、螺桿支撐桿22、繞絲釘23、不銹鋼吊鉤24、繞絲固定板25、負(fù)極26、負(fù)極保護(hù)套27、彈簧28、塑料柱29、姿態(tài)傳感器30、軸承座31、軸承32、弧形電池盒33、固定脫圈34、地震計外殼35、直流電機(jī)36、常平環(huán)37、數(shù)傳天線38、擴(kuò)頻電路板39、安全圈40、GPS天線41，凹槽251、固定壁151、固接口152、底座153、禁錮鏍栓154。

本發(fā)明的低功耗寬頻帶海底地震儀由儀器艙、自沉浮機(jī)構(gòu)1、配重彈起架5三部分組成。

一、玻璃儀器艙球：

儀器艙由塑料外殼2和玻璃儀器艙球9組成，儀器艙是海底地震儀可回收部分，塑料外殼內(nèi)部玻璃儀器艙球的保護(hù)罩，玻璃儀器艙球內(nèi)部采用單球一體化結(jié)構(gòu)。內(nèi)部一體化部件的固定方式采用定位柱和緩沖槽的方式，即可以調(diào)整安裝誤差所造成的間隙，又不會過于松散，使得結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。而原七通道多功能海底地震儀采用的O型圈固定方式存在一定的缺陷，由于O型圈的壓縮量有限，使得儀器在裝配中造成的誤差無法彌補(bǔ)，很容易內(nèi)部結(jié)構(gòu)不能被玻璃球壓緊導(dǎo)致在海底工作中發(fā)生傾斜，記錄的數(shù)據(jù)無法使用。

主要包括：

（1）水聲通訊模塊

采用8位元FSK數(shù)字編碼。FSK編碼的解調(diào)電路包括了振幅檢測、相位檢測、壓控振蕩器、比較輸出器等幾個部分。其基本原理是：根據(jù)輸入信號和本振信號的相位差，控制壓控振蕩器在一個相對較窄帶寬內(nèi)（大約400Hz）調(diào)節(jié)本振頻率，如果輸入信號頻率和本振頻率一致，相位差為零，本振頻率鎖定，則編碼解調(diào)電路輸出為低電平，反之為高電平。兩個編碼解調(diào)電路本振頻率分別為10KHz和12.5KHz，用以檢測信號中是否含有對應(yīng)的頻率信號。

水聲傳輸?shù)慕换旎仨憜栴}，采用首波提取的方式加以解決。原理是甲板機(jī)每100毫秒發(fā)送一個編碼頻率，持續(xù)時間約10毫秒。在接收端水聲通訊模塊在接收到的第一個編碼頻率信號后10毫秒內(nèi)關(guān)閉信號通道。以后每隔100毫秒打開信號通道進(jìn)行信號解調(diào)，持續(xù)時間為10毫秒，然后在關(guān)閉信號通道，直至該碼字節(jié)結(jié)束。

為了防止放大器飽和，設(shè)計了帶通頻率10-12.5KHz的單T網(wǎng)絡(luò)選頻放大器，使信號頻帶之外的信號能被有效的壓制。

水聲發(fā)射與換能器的匹配設(shè)計，主要是從阻抗匹配和調(diào)諧匹配兩個環(huán)節(jié)考慮，并采取措施對推挽功放管進(jìn)行保護(hù)。

（2）常平裝置

常平裝置采用模具注塑而成，一致性好，軸承安裝精度高，使得內(nèi)部地震計的角度測量更加精準(zhǔn)，減小了附加振顫。

其工作方式如下：寬頻帶地震計放置于常平環(huán)37上，再整體通過軸承固定于常平裝置的軸承座31上，軸承座及常平環(huán)均采用模具加工而成，一致性好，安裝難度降低。玻璃儀器艙球9至寬頻帶地震計為剛性連接，且自制的寬頻帶地震計重心降低由此保證地動信號的低失真?zhèn)鬟f以及姿態(tài)調(diào)整得準(zhǔn)確性。當(dāng)海底地震儀在海底著地后，姿態(tài)傳感器30，感知到海底姿態(tài)調(diào)平時，由位于常平環(huán)37頂部的直流電機(jī)36上拉寬頻帶地震計脫離開玻璃儀器艙球9靠自重調(diào)至水平，并重新放回玻璃艙球底部并加壓固定。

常平裝置13將電池組、寬頻帶地震計、電子電路12聯(lián)結(jié)成了一個整體，形成了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一體化。儀器組裝、調(diào)試工作都可以在耐壓玻璃儀器艙球9外完成。玻璃儀器艙球9可看成僅是個機(jī)殼，將測試好的海底地震儀放入玻璃儀器艙球9中完成組裝。這種結(jié)構(gòu)也降低了儀器的附加振顫。

（3）采用自制的寬頻帶地震計

海底地震儀中我們集成了寬頻帶地震儀，是自主研制的寬頻帶地震儀用以替換以往的電化學(xué)換能的地震計，主要改進(jìn)在于通過反饋電路調(diào)整參數(shù)將2Hz固有頻率的檢波器擴(kuò)頻成寬頻帶地震計。

自制的寬頻帶地震儀的使用壽命也比原七通道多功能海底地震儀所使用的化學(xué)地震計的五年使用期大大延長，且易維修，不受國外技術(shù)的封鎖限制。低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀以四通道采集地震數(shù)據(jù)，且自助研制的地震計功耗低，使得整機(jī)的采集功耗只有150mw，采用WIFI進(jìn)行現(xiàn)場檢測，保證了交互時信號的穩(wěn)定性，且控制靈敏度強(qiáng)。低功耗寬頻帶單艙球海底地震儀能夠在海上連續(xù)多次進(jìn)行地震觀測作業(yè)，打破了國外對寬頻帶海底地震儀的壟斷。

（4）采集器系統(tǒng)

a)前放電路采用廠家推薦的放大電路形式，在信號輸入端加配一階無源LC低通抗混疊濾波器，采用極低噪音精密雙運(yùn)算放大器構(gòu)成儀器放大電路，增益為30dB，放大電路噪音折合到輸入端為0.4μV（峰－峰值）。具有很高的抗干擾能力。

b)儀器采用溫補(bǔ)晶振構(gòu)成的振蕩電路作為內(nèi)部時鐘，在0^oC至4^oC溫度范圍內(nèi)其精度優(yōu)于。影響石英晶體振蕩頻率精度的主要是溫度因素,而海底的溫度相對恒定，在2000米深的海底，溫度的年變化僅在0.5度，所以時鐘精度能有效地保證。為減小線路板的噪音，系統(tǒng)所需的所有不同頻率的時鐘（主要是模數(shù)轉(zhuǎn)換時鐘和單片機(jī)時鐘）采用對同一時鐘分頻獲得。

c)數(shù)據(jù)存儲采用數(shù)碼相機(jī)和播放機(jī)上廣泛采用的SD（Secure Digital）卡，具有統(tǒng)一接口，容量可從16G擴(kuò)展到32G或更高。

d)在電路設(shè)計中堅持微功耗設(shè)計原則;為了系統(tǒng)功耗微功耗的目的,數(shù)據(jù)采集器的硬件電路設(shè)計遵從了以下的原則：（1）采用CMOS型器件，（2）采用1.8V、3V和5V單電源低電壓供電；（3）數(shù)字電路盡量采用較低頻率的工作時鐘；（4）盡量降低系統(tǒng)的無功功耗,整體功耗<0.3W。

f)采集器的A/D轉(zhuǎn)換采用4階Σ-Δ型ADS1251增量調(diào)制器，AD時鐘由單片機(jī)LPC2103分頻輸出，數(shù)字濾波的功能采用軟件編程完成。AD每完成一次轉(zhuǎn)換，觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷，單片機(jī)的中斷程序?qū)D數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存。這種方式不僅可以在降低功耗和縮小體積的基礎(chǔ)上得到足夠的動態(tài)范圍（>120dB），還能根據(jù)實際的不同需要，動態(tài)調(diào)整其頻率-相位特性?？刂颇K采用ARM7內(nèi)核高性能單片機(jī)(NXP公司LPC2103)。工作電壓3.3/1.8V，60M主頻，在完成A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字濾波的同時控制存儲、通訊等其它模塊工作。單片機(jī)工作在空閑模式（idle mode）,中斷驅(qū)動模式。

g)控制器連接了7通道完全相同的AD 模塊（第1-3通道連接寬頻帶地震計，第4-6通道連接高頻檢波器、第7通道連接水聽計通道），通過多路開關(guān)（MAX4052）進(jìn)行切換，利用單片機(jī)的GPIO腳作為地址線選通讀入1-7通道的AD數(shù)據(jù)。

（5）地震儀電源

海底地震儀電池采用10AH鋰電池，每套儀器安裝16組。每個鋰電池單獨(dú)帶保護(hù)器，地震儀通過單片機(jī)對每個電池的充放電狀態(tài)和電壓進(jìn)行檢測，并能通過交互界面顯示。充電通過艙球上的插座進(jìn)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)十小時內(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(jìn)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?。

（6）數(shù)據(jù)提取方式

為了保證海上的多次作業(yè)順利進(jìn)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(jī)進(jìn)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。

（7）無線數(shù)傳模塊

無線數(shù)傳模塊采用OEM產(chǎn)品。其發(fā)射功率為1~5W，有效距離約5-10Km左右。定位精度可達(dá)數(shù)十米以內(nèi)?？紤]到無線數(shù)傳模塊內(nèi)置于玻璃艙球內(nèi)空間的限制采用50歐450MHz鞭裝膠套天線與發(fā)射機(jī)配套，接收系統(tǒng)幾乎不受空間的限制所以采用50歐12dB高增益天線與接收機(jī)配套。無線數(shù)傳模塊調(diào)制方式采用FSK（頻移鍵控）方式，抗干擾能力強(qiáng)。為進(jìn)一步提高抗設(shè)備干擾能力，通訊速度采用較低的1200bps。通訊協(xié)議為RS232格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，偶校驗，1位停止位。

傳輸距離對發(fā)射機(jī)的天線高度非常敏感。由于發(fā)射機(jī)天線內(nèi)置于球內(nèi)，安裝高度受到極大限制。為此采取以下措施：（a）減輕回收重量（b）天線貼近球壁安裝（c）通過配重使回收時天線位于球的頂部。

采用交織編碼技術(shù)能夠有效減少突發(fā)性干擾引起的誤碼，其原理為將待發(fā)數(shù)碼按列排成矩陣，再按行的順序發(fā)送, 如信道中因突發(fā)性干擾發(fā)生連續(xù)誤碼，解交織的誤碼被分散到不同碼字能被BCH有效糾錯。

采用同步機(jī)制減少前導(dǎo)同步碼，有效的減少發(fā)射的時間，提高發(fā)射效率；避免電池連續(xù)大電流放電引起“極化現(xiàn)象”。具體地說，每次發(fā)送和接收的起始時間都由GPS輸出PPS的沿確定。

（8）頻閃燈

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。頻閃燈被置于高壓艙球的上部利用水壓開關(guān)進(jìn)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。可以連續(xù)工作12小時以上。

二、自沉浮機(jī)構(gòu)：

自沉浮機(jī)構(gòu)1為雙層結(jié)構(gòu)，包括不銹鋼鏍柱21、鏍桿支撐板22、繞絲固定板25，其中，片狀環(huán)繞絲固定板25和片狀環(huán)鏍桿支撐板22上下平行設(shè)置，以多數(shù)個不銹鋼鏍柱21將兩者固接，其中兩個位于直徑上的鏍柱21上端伸出固定板25的上表面相互連接，構(gòu)成吊鉤24；鏍桿支撐板22內(nèi)孔直徑與塑料外殼2頂部外圓直徑相適配。

片狀環(huán)繞絲固定板25上表面設(shè)有正極18、脫鉤滑塊15、繞絲釘23、負(fù)極26，正極18、負(fù)極26位于繞絲固定板25內(nèi)孔直徑方向的相對兩側(cè)，正極18上套接壓絲墊片20后螺接鎖緊螺母19，負(fù)極26上套接負(fù)極保護(hù)套27；在與正極18、負(fù)極26構(gòu)成的直徑方向相垂直的直徑方向上兩端，于固定板25周緣上設(shè)有向圓心的凹槽251，兩凹槽251內(nèi)各設(shè)有一脫鉤滑塊15，L狀脫鉤滑塊15與凹槽251相適配，其向上突起的固定壁151中間有一固接口152，固接口152供拉緊鋼絲3纏繞連接，其底座53上設(shè)有多個繞絲釘23和一禁錮鏍栓154；在固定板25上表面還設(shè)有多個繞絲釘23，繞絲釘23均勻分布，分布的位置與正極18、負(fù)極26的位置構(gòu)成圓環(huán)形。

一熔斷鋼絲16經(jīng)正極18和順序經(jīng)所有的繞絲釘23繞成環(huán)，并以鎖緊螺母19和繞絲釘23固緊定位，將脫鉤滑塊15固于固定板25上，熔斷鋼絲16與兩負(fù)極26觸接；兩負(fù)極26即是兩熔斷點17。

將塑料外殼2置于配重彈起架5中，自沉浮機(jī)構(gòu)1置于塑料外殼2頂端，鏍桿支撐板22內(nèi)孔與塑料儀器艙2頂端相接，以多根拉緊鋼絲3纏繞于脫鉤滑塊15的固接口152后，用多個鎖緊螺栓6拉緊多根拉緊鋼絲3，以固定塑料外殼2。

在固定塑料外殼2后，卸掉脫鉤滑塊15上的禁錮鏍栓154，再利用鎖緊螺栓6來拉緊鋼絲3調(diào)整儀器艙2的緊固程度；在儀器回收時利用海水特性，在兩熔斷點17處進(jìn)行電腐蝕熔斷鋼絲16，脫鉤滑塊15被拉緊鋼絲3拉脫開，儀器艙2即利用海水浮力上浮，以便回收。

（1）繞絲固定板25采用具有高機(jī)械強(qiáng)度、高剛性、韌性強(qiáng)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23是自沉浮機(jī)構(gòu)中較為關(guān)鍵的部分，所以我們采用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16是整個自沉浮機(jī)構(gòu)的核心部件，我們選用的316耐腐蝕鋼絲，由7束49股細(xì)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。

三、配重彈起架：

自沉浮機(jī)構(gòu)1作為儀器回收過程的重要組成部件，機(jī)構(gòu)的組裝、調(diào)試工作都可在室內(nèi)進(jìn)行試驗通過，才可安裝使用。測試好的自沉浮機(jī)構(gòu)通過8組不銹鋼鏍釘固定在儀器艙2的上部，能夠很方便地完成組裝。機(jī)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5分鐘內(nèi)即被熔斷。直到儀器回收整個過程不超過10分鐘。

配重彈起架5，采用表面附著防銹漆的鋼鐵材料制成，在支架中間的圓盤上裝有四根塑料柱29，每根塑料柱上面安裝四個彈簧28，當(dāng)儀器上浮瞬間，提供必要的彈力以便儀器可以順利上浮，不被周圍的淤泥陷住，保證儀器順利回收。

配重彈起架通過耐腐蝕拉緊鋼絲與自沉浮機(jī)構(gòu)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，配重彈起架丟棄在海水中。

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(jìn)行準(zhǔn)確定位。當(dāng)內(nèi)部姿態(tài)傳感器30，感知到海底姿態(tài)調(diào)平時，由位于常平架頂部的直流電機(jī)36上拉寬頻帶地震計，使之脫離開玻璃艙球9，根據(jù)姿態(tài)傳感器30的信號由步進(jìn)電機(jī)1調(diào)至水平并重新放回玻璃艙球9底部并加壓固定，此后內(nèi)部地震計和數(shù)字采集器同時進(jìn)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5分鐘儀器艙與配重彈起架28脫離，自動上浮至水面，浮出海面后通過無線33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(jìn)行打撈上船。然后提取所記錄的數(shù)據(jù)供分析和研究。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明實施例揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。