專利名稱：一種用于地震臨震監(jiān)測(cè)的地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)的制作方法
一種用于地震臨震監(jiān)測(cè)的地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震監(jiān)測(cè)儀器儀表和傳感器及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種低成本、 可以密集布局監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而覆蓋任意大面積區(qū)域的地震臨震監(jiān)測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
地震預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)是地震前兆，地震前兆的基礎(chǔ)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的精度和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布密度。分析地震前兆、提煉地震前兆和確定一個(gè)地震前兆異常需要有正常背景，連續(xù)、 穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)，并且監(jiān)測(cè)點(diǎn)要足夠多。李四光先生創(chuàng)立了利用地應(yīng)力來(lái)預(yù)測(cè)地震的方法。所謂地應(yīng)力，就是指存在于地殼中的應(yīng)力，它包括由地?zé)?、重力、地球自轉(zhuǎn)速度變化及其他因素產(chǎn)生的應(yīng)力。由于地震是地球的內(nèi)力沖破巖石圈造成的，所以在巖石圈遭受內(nèi)力擠壓的時(shí)候，原來(lái)的地應(yīng)力平衡就被打破了，產(chǎn)生了地應(yīng)力的變化。地震學(xué)家從地應(yīng)力變化的曲線上就可以預(yù)測(cè)出地震。如果地應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布足夠多，中國(guó)大地上的地應(yīng)力變化就能被充分感知，就有望預(yù)測(cè)出地震的時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)和烈度。臨震預(yù)測(cè)是通過(guò)撲捉前兆現(xiàn)象給出預(yù)測(cè)。而通常的前兆現(xiàn)象如地應(yīng)變加速或地面隆升、重力場(chǎng)變化、磁場(chǎng)變化、電場(chǎng)變化、地下電阻率變化、地下水位變化、地下流體流動(dòng)、地下水化學(xué)成分變化、大氣化學(xué)成分變化以及其他一些可能對(duì)應(yīng)力、對(duì)巖石中的裂紋或巖石的摩擦特性的變化敏感的參數(shù)的變化。在地應(yīng)力、地溫、地磁、水位、地聲即巖土應(yīng)變之聲發(fā)射等多種地震前兆中，地應(yīng)力異常變化已經(jīng)經(jīng)過(guò)中國(guó)多次預(yù)報(bào)證實(shí)，得到普遍接受。地聲的監(jiān)測(cè)儀器目前還沒(méi)有問(wèn)世。地震本質(zhì)是地層中積累的彈性應(yīng)變能釋放。根據(jù)彈性力學(xué)中圣維南局部影響原理 (圣維南，法國(guó)科學(xué)院院士，彈性力學(xué)家)，震源體處引發(fā)地震的構(gòu)造應(yīng)力是一個(gè)平衡力系， 只會(huì)使震源區(qū)近處產(chǎn)生顯著的應(yīng)力應(yīng)變，而遠(yuǎn)處的應(yīng)力應(yīng)變隨距離增加迅速衰減。不論何種類型的地震，只要是應(yīng)力積累引發(fā)的地震，巖層必然經(jīng)歷從線彈性變形向破裂前的非線彈性變形迫近的一系列應(yīng)變變化。在震源及臨近地區(qū)布設(shè)應(yīng)變儀，就能監(jiān)測(cè)到地層介質(zhì)在構(gòu)造應(yīng)力作用下的應(yīng)變變化過(guò)程。然而，基于當(dāng)前的地震前兆監(jiān)測(cè)方法建立的地震前兆觀測(cè)臺(tái)站，需要投資數(shù)百萬(wàn)元建設(shè)費(fèi)，需要幾十到幾百平米的建筑面積、幾百到幾千平米的土地面積，設(shè)備等，同時(shí)需要運(yùn)行人員和較多的運(yùn)行費(fèi)。如果密集建立，資源消耗巨大，難以實(shí)現(xiàn)。今天，以遼寧省為例，前兆觀測(cè)臺(tái)站約34個(gè)，其中測(cè)量地應(yīng)力的約10個(gè)，根本不可能覆蓋整個(gè)遼寧省的地震前兆監(jiān)測(cè)。因此，無(wú)法取得震源區(qū)的地應(yīng)力變化，以及其隨時(shí)間的演化狀態(tài)，更無(wú)法取得大區(qū)域的地區(qū)應(yīng)力變化圖像，尤其是獲得不到發(fā)生地震前和震后應(yīng)力變化、調(diào)整、重新分配的過(guò)程與狀態(tài)。解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)低成本、廣覆蓋的地應(yīng)力變化和地聲的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有地震臨震監(jiān)測(cè)技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的密集建設(shè)的問(wèn)題，提供一種用于地震臨震監(jiān)測(cè)地應(yīng)力的傳感單元結(jié)構(gòu)，具有低成本、可以密集布局監(jiān)測(cè)點(diǎn)、耐高壓、耐腐蝕、防水，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)大面積區(qū)域的地應(yīng)力變化的異常情況，數(shù)據(jù)用于地震臨震監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種特定的地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于包括至少一個(gè)地應(yīng)力傳感器和對(duì)應(yīng)前置電路；包括至少一個(gè)振動(dòng)傳感器和對(duì)應(yīng)前置電路，包括至少一個(gè)溫度傳感器和對(duì)應(yīng)前置電路；包括至少一個(gè)濕度傳感器和對(duì)應(yīng)前置電路。地應(yīng)力傳感器能夠獲得0. OlkPa到IOOOkI3a地應(yīng)力的變化，振動(dòng)傳感器能夠獲得0. OOlHz到IOOHz 的地層振動(dòng)信號(hào)，溫度傳感器能夠獲得_20°C到80°C的地層溫度信號(hào)，濕度傳感器能夠獲得5%到97%的地層濕度信號(hào)。地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)具有耐腐蝕、耐高壓、防水性好和導(dǎo)熱的特點(diǎn)。各種傳感器具有三個(gè)以上備份。地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)能夠埋入200米以下的底層深處。地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)具有低成本、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，能夠大規(guī)模布局本發(fā)明的有益效果是低成本實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地應(yīng)力變化，能夠在包括城市的區(qū)域密集布局，從而掌握整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域地聲和地應(yīng)力的實(shí)時(shí)變化。解決長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的低成本、高密集度、大面積覆蓋的地震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建立問(wèn)題，為地震前兆分析和地震臨震預(yù)報(bào)建立詳細(xì)、精確、可信的監(jiān)測(cè)設(shè)備基石出。
具體實(shí)施方式
和

本申請(qǐng)的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例，結(jié)合附圖進(jìn)行說(shuō)明。以地震臨震監(jiān)測(cè)中心為核心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含、地應(yīng)力傳感單元和處理單元的監(jiān)測(cè)單元將本地監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。一種地應(yīng)力傳感單元示意圖如圖2所示，316型不銹鋼圓柱體中充滿了填充材料， 該材料用于保護(hù)傳感器和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，傳導(dǎo)熱和濕，傳導(dǎo)振動(dòng)。填充材料側(cè)面用壓電振動(dòng)傳感器包裹，較大面積的傳感器能提高振動(dòng)監(jiān)測(cè)的靈敏度，填充材料頂部和底部分別安裝地應(yīng)力傳感器，傳感前置電路和溫濕度傳感器分別靠近不銹鋼圓柱體的兩端，可以防止電路工作對(duì)溫濕度的影響。整個(gè)不銹鋼圓柱體有一個(gè)透氣孔和一條信號(hào)電源線。本發(fā)明一種實(shí)施例的特定應(yīng)用如圖3所示，在城市中每隔IKm的地點(diǎn)布局1個(gè)監(jiān)測(cè)單元(SP)，每100個(gè)監(jiān)測(cè)單元通過(guò)GPRS或3G模塊無(wú)線發(fā)布數(shù)據(jù)到至少一個(gè)監(jiān)測(cè)中心 (SC)，城市內(nèi)部監(jiān)測(cè)中心通過(guò)3G無(wú)線模塊和有線互聯(lián)，使每個(gè)監(jiān)測(cè)中心能夠獲得全部區(qū)域監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地震前兆。這樣的配置能夠保證1平方千米一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，一個(gè)1萬(wàn)平方千米的城市僅需要1萬(wàn)個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。以上內(nèi)容是結(jié)合一種實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于地震臨震監(jiān)測(cè)的地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于包括至少一個(gè)地應(yīng)力傳感器和對(duì)應(yīng)前置電路；包括至少一個(gè)振動(dòng)傳感器和對(duì)應(yīng)前置電路，包括至少一個(gè)溫度傳感器和對(duì)應(yīng)前置電路；包括至少一個(gè)濕度傳感器和對(duì)應(yīng)前置電路。
2.如權(quán)利要求1所述的特定地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述地應(yīng)力傳感器能夠獲得0. OlkPa到IOOOkPa地應(yīng)力的變化。
3.如權(quán)利要求1所述的特定地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述振動(dòng)傳感器能夠獲得0. OOlHz到IOOHz的地層振動(dòng)信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的特定地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述溫度傳感器能夠獲得-20°C到80°C的地層溫度信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的特定地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述濕度傳感器能夠獲得5 %到97 %的地層濕度信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的特定地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)具有耐腐蝕、耐高壓、防水性好和導(dǎo)熱的特點(diǎn)。各種傳感器具有三個(gè)以上備份。
7.如權(quán)利要求1所述的特定地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)能夠埋入200米以下的底層深處。
8.如權(quán)利要求1所述的特定地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)具有低成本、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，能夠大規(guī)模布局。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于地震臨震監(jiān)測(cè)的地應(yīng)力傳感單元結(jié)構(gòu)，該傳感單元結(jié)構(gòu)能夠安裝在地下綜合監(jiān)測(cè)地應(yīng)力、振動(dòng)、溫度和濕度。傳感單元結(jié)構(gòu)包括采用一個(gè)或多個(gè)感知地應(yīng)力的傳感器、感知振動(dòng)的傳感器和感知溫度和濕度的傳感器，以及配套的前置放大電路。前置放大電路對(duì)接收的傳感器信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理之后，發(fā)送到后續(xù)處理電路。該傳感單元結(jié)構(gòu)采用特殊不銹鋼外殼和特殊填充材料，能夠耐腐蝕、耐高壓、防水。
文檔編號(hào)G01V1/00GK102288985SQ20111011599
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者馮曉星, 王新安, 王金泊, 葛彬杰 申請(qǐng)人:深圳思量微系統(tǒng)有限公司