一種水下爆破水底震動自主采集裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于爆破地震測試領域，特別涉及一種水下爆破水底震動自主采集方法及 系統。
【背景技術】
[0002] 目前的水底震動測試設備主要有三種類型，一種是大型的海底地震儀OBS(專利 200910093585. 5)，這類地震儀用于深水海底地震研宄，功能完備，精度很高，但是體積龐 大，結構復雜，價格昂貴，一般只用于大型的海洋科學實驗；第二種是大型海底拖纜式傳感 器（專利200910019112. 0)，將傳感器、數據線、電源線整合在拖纜內，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行記錄，需要專用拖船配合投放和回收，系統復雜， 操縱不便，并且只能采集水底表面的震動，受水底噪聲和覆蓋層的影響大；第三種是在線式 水下震動傳感器（專利02281796. 4)，將檢波器置于防水外殼內，插在水底覆蓋層內，測量 信號通過檢波器連接電纜傳送到岸上或水面主機進行采集記錄，設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測試，水下爆破引起的水底震動測試更為復雜和困 難。一是水下設置困難。由于水底環(huán)境復雜和水下施工作業(yè)的影響，爆區(qū)附近水下透視性 會比較差，通常的方法只能是依靠專業(yè)潛水員將測震傳感器布設于水下測點，代價和危險 性都比較高。二是水下固定困難。為了得到測點的真實地震信號，必須保證傳感器與測點 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到地面數據采集系統，傳感器與水中電纜必須進行嚴格的防 水處理，否則一旦電路短路就會導致設備損壞試驗失敗。四是信號干擾嚴重。水中浪涌、爆 破沖擊波等都會對電纜信號傳輸造成較強干擾，產生附加噪聲，嚴重影響測試信號的準確 性。現有震動測試設備和技術都無法滿足水下鉆孔爆破水底震動測量的使用要求。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服現有的水下震動測試設備結構復雜、安裝困難、線纜過長導致信噪比不 高等缺點，本發(fā)明提供一種水底震動自主采集三向傳感器，該傳感器采用一體化集成離線 式設計，可長時待機、自主采集，內部結構緊湊、布局合理，外殼密封防水、耐腐蝕，攜帶、安 裝和回收方便，可多次重復使用。
[0005] -種水下爆破水底震動自主采集裝置，包括導向桿、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；
[0006] 定位塊中心設有螺紋通孔，導向桿外壁設有外螺紋，導向桿旋入定位塊的螺孔內， 導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，核心傳感器模塊固定連接在底座內；
[0007] 所述接口模塊用于布設電源開關、電源充電接口、數據傳輸接口和狀態(tài)指示燈；
[0008] 核心傳感器模塊包括三向振動加速度傳感器，同時測量徑向、切向和垂直方向的 振動加速度信號；
[0009] 積分模塊將加速度信號積分轉化為速度信號；
[0010] 所述采集模塊為智能高速數據采集板，包括信號調理電路、模數轉換電路、微處理 器、數據存儲、數據傳輸、時鐘、溫度、參數存儲子模塊；其中信號調理電路為三路，其輸入端 與積分模塊連接，輸出端與模數轉換電路輸入端連接，模數轉換電路輸出端與微處理器輸 入端連接，微處理器還與數據存儲、數據傳輸、時鐘、溫度、參數存儲子模塊連接，數據傳輸 子模塊還與網絡接口連接；
[0011] 電源模塊為整個采集裝置提供電源。
[0012] 本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點：（1)結構簡單，核心傳感器和采集系統一 體化設計，省去了傳統測試系統中的的傳輸電纜，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，水下安放前設定好啟動時間、觸 發(fā)閾值和采樣頻率，可在指定時間自動啟動、自動探測、自動觸發(fā)、自動采集，測試完畢即可 回收讀取數據，可操作性強；（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，整機攜帶、設置使用方便，性能可靠。
[0013] 下面結合附圖對本發(fā)明的結構作進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的豎直剖視圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明采集模塊的電子系統結構框圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明模塊3D離散圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明積分模塊電路框圖；
[0018] 圖5為本發(fā)明信號調理電路示意圖；
[0019] 圖6為本發(fā)明電源電壓自檢電路圖；
[0020] 圖7為本發(fā)明微處理器電路示意圖；
[0021] 圖8為本發(fā)明時鐘子模塊電路示意圖；
[0022] 圖9為本發(fā)明溫度子模塊電路示意圖；
[0023] 圖10為本發(fā)明參數存儲子模塊電路示意圖；
[0024] 圖11為本發(fā)明采集方法流程圖；
[0025] 圖12為本發(fā)明傳感器水下布設圖；
[0026] 圖13為本發(fā)明采集示例圖。
【具體實施方式】
[0027] 結合圖1，一種水下爆破水底震動自主采集裝置，包括導向桿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。
[0028] 定位塊2中心設有螺紋通孔，導向桿1頂端設有吊孔，導向桿1外壁設有外螺紋， 導向桿1旋入定位塊2的螺孔內，導向桿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可以根據鉆孔的大小而變化，使得該裝置與鉆孔內部緊密貼合，防止裝置在 鉆孔中搖擺；同時定位塊2由金屬制成，可以增加裝置的重量，更容易沉到水底。
[0029] 頂蓋3下底面設有圓柱形頂蓋凸臺，頂蓋3通過螺釘與圓柱殼體6連接；頂蓋3與 圓柱殼體6的上端面之間設置密封墊片，頂蓋3與圓柱殼體6的內壁之間設置O形密封圈。
[0030] 底座12上底面設置底座凸臺，凸臺設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的下端面之間設置密封墊片，底座12與 圓柱殼體6的內壁之間設置至少兩道O形密封圈。底座12還起到夾緊圓柱殼體6內部模 塊的作用。
[0031] 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，核心傳感器模塊11固定連接在底座12上：
[0032] 所述接口模塊7用于布設電源開關、電源充電接口 7-1、數據傳輸接口 7-2和狀態(tài) 指示燈；
[0033] 核心傳感器模塊11包括三向振動加速度傳感器，同時測量徑向、切向和垂直方向 的振動加速度信號；
[0034] 積分模塊10將加速度信號積分轉化為速度信號；
[0035] 所述采集模塊9為智能高速數據采集板，結合圖2,包括信號調理電路、模數轉換 電路、微處理器、數據存儲、數據傳輸、時鐘、溫度、參數存儲子模塊；信號調理電路為三路， 其輸入端與積分模塊10連接，輸出端與模數轉換電路輸入端連接，模數轉換電路輸出端與 微處理器輸入端連接，微處理器還與數據存儲、數據傳輸、時鐘、溫度、參數存儲子模塊連 接，數據傳輸子模塊還與網絡接口連接；
[0036] 電源模塊8為整個采集裝置提供電源。
[0037] 具體地，本發(fā)明中三向振動加速度傳感器主要技術指標如下：
[0038] a)靈敏度：150±5% mv/g ;
[0039] b)測量范圍：±30g;
[0040] c)耐沖擊：500g(不供電）；
[0041] d)頻率范圍：0· 5 ~500Hz(±ldB);
[0042] e)安裝諧振頻率：~IOKHz ;
[0043] f)橫向靈敏度比5% ;
[0044] g)工作溫度：_40 ~12(TC ;
[0045] h)幅值線性 <±1%;
[0046] i)恒流源電壓：+15~28VDC ;
[0047] j)偏置電壓：7· 5 ~8VDC ;
[0048] k)輸出阻抗100Ω ;
[0049] 1)安裝方式：φ5通孔安裝浮置隔離（外殼與線之間電阻> 20ΜΩ);
[0050] m)結構：剪切；
[0051] η)外殼：不銹鋼。
[0052] 具體地，結合圖4,積分模塊包括恒流源、積分電路和放大器。積分模塊實現的功能 是提供加速度傳感器所需要的恒流，經過積分電路轉換為速度信號，再將速度信號放大輸 出。積分模塊中電路主要技術性能指標為：
[0053] a)靈敏度：10mv/Unit
[0054] b)輸出：±10V/5mA
[0055] c)頻率范圍：5 ~5OOHz (± IdB)
[0056] d)電源：±12V/60mA
[0057] e)工作溫度：-l(TC~+55°C
[0058] f)相對濕度：<85% (40°C )
[0059] 具體地，結合圖5,三路信號調