一種水下爆破水底震動(dòng)自主采集方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于爆破地震測試領(lǐng)域,特別涉及一種水下爆破水底震動(dòng)自主采集方法及 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的水底震動(dòng)測試設(shè)備主要有三種類型,一種是大型的海底地震儀0BS(專利 200910093585. 5),這類地震儀用于深水海底地震研究,功能完備,精度很高,但是體積龐 大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格昂貴,一般只用于大型的海洋科學(xué)實(shí)驗(yàn);第二種是大型海底拖纜式傳感 器(專利200910019112. 0),將傳感器、數(shù)據(jù)線、電源線整合在拖纜內(nèi),測量信號通過拖纜傳 送到拖船或者水上平臺上的采集儀器進(jìn)行記錄,需要專用拖船配合投放和回收,系統(tǒng)復(fù)雜, 操縱不便,并且只能采集水底表面的震動(dòng),受水底噪聲和覆蓋層的影響大;第三種是在線式 水下震動(dòng)傳感器(專利02281796. 4),將檢波器置于防水外殼內(nèi),插在水底覆蓋層內(nèi),測量 信號通過檢波器連接電纜傳送到岸上或水面主機(jī)進(jìn)行采集記錄,設(shè)置和安裝都比較繁瑣, 并且同樣存在著傳送電纜較長、信號受水底噪聲影響大、防水處理困難等問題。
[0003] 相對于一般的陸地爆破震動(dòng)測試,水下爆破引起的水底震動(dòng)測試更為復(fù)雜和困 難。一是水下設(shè)置困難。由于水底環(huán)境復(fù)雜和水下施工作業(yè)的影響,爆區(qū)附近水下透視性 會(huì)比較差,通常的方法只能是依靠專業(yè)潛水員將測震傳感器布設(shè)于水下測點(diǎn),代價(jià)和危險(xiǎn) 性都比較高。二是水下固定困難。為了得到測點(diǎn)的真實(shí)地震信號,必須保證傳感器與測點(diǎn) 的可靠固定,使傳感器與水底巖體之間滿足位移連續(xù)性條件,而自然水底面多有亂石、淤泥 且不平整,目前尚無有效的水下粘結(jié)劑,傳感器與水底巖面無法可靠固定。三是防水處理困 難。由于水下無線信號傳輸困難,水聲傳播易受爆區(qū)噪聲淹沒,而目前的水底測震傳感器主 要是通過有線電纜將信號傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)采集系統(tǒng),傳感器與水中電纜必須進(jìn)行嚴(yán)格的防 水處理,否則一旦電路短路就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞試驗(yàn)失敗。四是信號干擾嚴(yán)重。水中浪涌、爆 破沖擊波等都會(huì)對電纜信號傳輸造成較強(qiáng)干擾,產(chǎn)生附加噪聲,嚴(yán)重影響測試信號的準(zhǔn)確 性?,F(xiàn)有震動(dòng)測試設(shè)備和技術(shù)都無法滿足水下鉆孔爆破水底震動(dòng)測量的使用要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了克服現(xiàn)有的水下震動(dòng)測試設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝困難、線纜過長導(dǎo)致信噪比不 高等缺點(diǎn),本發(fā)明提供一種水底震動(dòng)自主采集三向傳感器,該傳感器采用一體化集成離線 式設(shè)計(jì),可長時(shí)待機(jī)、自主采集,內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理,外殼密封防水、耐腐蝕,攜帶、安 裝和回收方便,可多次重復(fù)使用。
[0005] -種水下爆破水底震動(dòng)自主采集方法,包括以下步驟:
[0006] 步驟1,提供采集裝置,該裝置包括:導(dǎo)向桿、定位塊、頂蓋、圓柱殼體、接口模塊、 電源模塊、采集模塊、積分模塊、核心傳感器模塊、底座;
[0007] 定位塊中心設(shè)有螺紋通孔,導(dǎo)向桿頂端設(shè)有吊孔,導(dǎo)向桿外壁設(shè)有外螺紋,導(dǎo)向桿 旋入定位塊的螺孔內(nèi),導(dǎo)向桿下端與頂蓋固定連接,定位塊下底面抵壓在頂蓋上底面,頂蓋 下底面密封圓柱殼體上端開口,底座密封圓柱殼體下端開口,所述接口模塊、電源模塊、采 集模塊、積分模塊、核心傳感器模塊位于圓柱殼體內(nèi),核心傳感器模塊固定連接在底座內(nèi);
[0008] 所述接口模塊用于布設(shè)電源開關(guān)、電源充電接口、數(shù)據(jù)傳輸接口和狀態(tài)指示燈;
[0009] 核心傳感器模塊包括三向振動(dòng)加速度傳感器,同時(shí)測量徑向、切向和垂直方向的 振動(dòng)加速度信號;
[0010] 積分模塊將加速度信號積分轉(zhuǎn)化為速度信號;
[0011] 所述采集模塊為智能高速數(shù)據(jù)采集板,包括信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理 器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)鐘、溫度、參數(shù)存儲(chǔ)子模塊;其中信號調(diào)理電路為三路,其輸入端 與積分模塊連接,輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入端連接,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出端與微處理器輸 入端連接,微處理器還與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)鐘、溫度、參數(shù)存儲(chǔ)子模塊連接,數(shù)據(jù)傳輸 子模塊還與網(wǎng)絡(luò)接口連接;
[0012] 電源模塊為整個(gè)采集裝置提供電源。
[0013] 步驟2,設(shè)置初始啟動(dòng)時(shí)間、觸發(fā)閾值、采樣頻率、靜默時(shí)間、采集次數(shù)后,將采集裝 置放置于水下鉆孔內(nèi);
[0014] 步驟3,采集裝置開始采集水下爆破震動(dòng)加速度信號并轉(zhuǎn)化為速度信號,記錄速度 信號;
[0015]步驟4,采集結(jié)束,從鉆孔中取出采集裝置。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡單,核心傳感器和采集系統(tǒng)一 體化設(shè)計(jì),省去了傳統(tǒng)測試系統(tǒng)中的的傳輸電纜,避免了長電纜帶來的附加噪聲和水下密 封問題,外殼密封防水耐腐蝕;(2)信號采集過程智能化,水下安放前設(shè)定好啟動(dòng)時(shí)間、觸 發(fā)閾值和采樣頻率,可在指定時(shí)間自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)探測、自動(dòng)觸發(fā)、自動(dòng)采集,測試完畢即可 回收讀取數(shù)據(jù),可操作性強(qiáng);(3)采用三向加速度傳感器,體積小于市面上所用的速度傳感 器,整機(jī)攜帶、設(shè)置使用方便,性能可靠。
[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的堅(jiān)直剖視圖;
[0019]圖2為本發(fā)明采集模塊的電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖;
[0020] 圖3為本發(fā)明模塊3D離散圖;
[0021] 圖4為本發(fā)明積分模塊電路框圖;
[0022] 圖5為本發(fā)明信號調(diào)理電路示意圖;
[0023] 圖6為本發(fā)明電源電壓自檢電路圖;
[0024] 圖7為本發(fā)明微處理器電路示意圖;
[0025] 圖8為本發(fā)明時(shí)鐘子模塊電路示意圖;
[0026] 圖9為本發(fā)明溫度子模塊電路示意圖;
[0027] 圖10為本發(fā)明參數(shù)存儲(chǔ)子模塊電路示意圖;
[0028] 圖11為本發(fā)明米集方法流程圖;
[0029] 圖12為本發(fā)明傳感器水下布設(shè)圖;
[0030] 圖13為本發(fā)明采集示例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 結(jié)合圖1,一種水下爆破水底震動(dòng)自主采集裝置,包括導(dǎo)向桿1、定位塊2、頂蓋3、 圓柱殼體6、接口模塊7、電源模塊8、采集模塊9、積分模塊10、核心傳感器模塊11、底座12。
[0032] 定位塊2中心設(shè)有螺紋通孔,導(dǎo)向桿1頂端設(shè)有吊孔,導(dǎo)向桿1外壁設(shè)有外螺紋, 導(dǎo)向桿1旋入定位塊2的螺孔內(nèi),導(dǎo)向桿1下端與頂蓋3固定連接,定位塊2下底面抵壓在 頂蓋3上底面,頂蓋3下底面密封圓柱殼體6上端開口,底座12密封圓柱殼體6下端開口。 所述定位塊2可以根據(jù)鉆孔的大小而變化,使得該裝置與鉆孔內(nèi)部緊密貼合,防止裝置在 鉆孔中搖擺;同時(shí)定位塊2由金屬制成,可以增加裝置的重量,更容易沉到水底。
[0033] 頂蓋3下底面設(shè)有圓柱形頂蓋凸臺,頂蓋3通過螺釘與圓柱殼體6連接;頂蓋3與 圓柱殼體6的上端面之間設(shè)置密封墊片,頂蓋3與圓柱殼體6的內(nèi)壁之間設(shè)置0形密封圈。
[0034] 底座12上底面設(shè)置底座凸臺,凸臺設(shè)置放置核心傳感器模塊11的凹槽,底座12 通過螺釘與圓柱殼體6連接;底座12與圓柱殼體6的下端面之間設(shè)置密封墊片,底座12與 圓柱殼體6的內(nèi)壁之間設(shè)置至少兩道0形密封圈。底座12還起到夾緊圓柱殼體6內(nèi)部模 塊的作用。
[0035] 所述接口模塊7、電源模塊8、采集模塊9、積分模塊10、核心傳感器模塊11位于圓 柱殼體6內(nèi),核心傳感器模塊11固定連接在底座12上:
[0036] 所述接口模塊7用于布設(shè)電源開關(guān)、電源充電接口 7-1、數(shù)據(jù)傳輸接口 7-2和狀態(tài) 指示燈;
[0037] 核心傳感器模塊11包括三向振動(dòng)加速度傳感器,同時(shí)測量徑向、切向和垂直方向 的振動(dòng)加速度信號;
[0038] 積分模塊10將加速度信號積分轉(zhuǎn)化為速度信號;
[0039] 所述采集模塊9為智能高速數(shù)據(jù)采集板,結(jié)合圖2,包括信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路、微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)鐘、溫度、參數(shù)存儲(chǔ)子模塊;信號調(diào)理電路為三路, 其輸入端與積分模塊10連接,輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入端連接,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出端與 微處理器輸入端連接,微處理器還與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)鐘、溫度、參數(shù)存儲(chǔ)子模塊連 接,數(shù)據(jù)傳輸子模塊還與網(wǎng)絡(luò)接口連接;
[0040] 電源模塊8為整個(gè)采集裝置提供電源。
[0041] 具體地,本發(fā)明中三向振動(dòng)加速度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)如下:
[0042]a)靈敏度:150±5%mv/g ;
[0043]b)測量范圍:±30g;
[0044]c)耐沖擊:500g(不供電);
[0045]d)頻率范圍:0? 5 ?500Hz(±ldB);
[0046]e)安裝諧振頻率:?lOKHz;
[0047]f)橫向靈敏度比:< 5%;
[0048]g)工作溫度:-40 ?12CTC;
[0049] h)幅值線性:<±1% ;
[0050]i)恒流源電壓:+15?28VDC;
[0051]j)偏置電壓:7. 5 ?8VDC;
[0052]k)輸出阻抗:< 100Q;
[0053] 1)安裝方式:的通孔安裝浮置隔離(外殼與線之間電阻> 20MQ);
[0054] m)結(jié)構(gòu):剪切;
[0055] n)外殼:不銹鋼。
[0056] 具體地,結(jié)合圖4,積分模塊包括恒流源、積分電路和放大器。積分模塊實(shí)現(xiàn)的功能 是提供加速度傳感器所需要的恒流,經(jīng)過積分電路轉(zhuǎn)換為速度信號,再將速度信號放大輸 出。積分模塊中電路主要技術(shù)性能指標(biāo)為:
[0057]a)靈敏度:10mv/Unit
[0058]b)輸出:±10V/5mA
[0059]c)頻率范圍:5 ?500Hz(±ldB)
[0060]d)電源:±12V/60mA
[0061]e)工作溫度:-l(TC?+55°C
[0062]f)相對濕度:〈85% (40°C)
[0063] 具體地,結(jié)合圖5,三路信號調(diào)理電路由運(yùn)算放大器構(gòu)成的射隨電路構(gòu)成,作用是 提高輸入阻抗,增加驅(qū)動(dòng)能力。
[0064] 第一路調(diào)理電路輸入端接第4端口,第4端口分別連接電阻Rl,R1另一端連接放 大器U1A的正向輸入端和R2,R2另一端接地,放大器U1A的輸出端通過電阻R3與放大器 U1A的反向輸入端連接,放大器U1A的輸出端將調(diào)理好的信號輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路;
[0065] 第二路調(diào)理電路輸入端接第5端口,第5端口分別連接電阻R4,R4另一端連接放 大器U1B的正向輸入端和R5,R5另一端接地,放大器U1B的輸出端通過電阻R6與放大器 U1B的反向輸入端連接,放大器U1B的輸出端將調(diào)理好的信號輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路;
[0066] 第三路調(diào)理電路輸入端接第6端口,第6端口分別連接電阻R7, R7另一端連接放 大器U1C的正向輸入端和R8, R8另一端接地,放大器U1A的輸出端通過電阻R9與放大器 U1C的反向輸入端連接,放大器U1C的輸出端將調(diào)理好的信號輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路;
[0067] 第1端口接+15V,第2端口接-15V,第3端口接地。所述電阻R1、R3、R4、R6、R7、 R9的阻值為10kQ;電阻R2、R5、R8的組織為1MQ;所述放大器U1A、U1B、U1C的主要性能 指標(biāo):
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