專利名稱：地震傳感器陣列裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及地震傳感器陣列裝置，具體涉及利用可連續(xù)運動陸用地震傳感器陣列(Continuous Land Streamer)進行實時數據采集的裝置。
背景技術：
地震勘探和聲波無損檢測是以彈性波為測試信號的地球物理方法，測試信號可以是人工激發(fā)或者自然激發(fā)的信號源(震源)所發(fā)出的彈性波(地震波)，信號透過地下介質，通過反射、折射等傳播方式到達接收傳感器陣列，由傳感器(檢波器)把攜帶有目標信息的彈性波轉換成電信號并由地震儀器或數字信號采集器記錄下來，再通過信號數據處理和分析，確定出檢測目標的幾何形狀和物理特征。 傳統(tǒng)的陸用地震數據采集方法是采用人工插置檢波器的方法，其效率很低。尋找一種高效快速的陸用地震檢波器接收陣列，一直是地震勘探所熱衷的課題。近十幾年，美國國家科學基金(NSF)，能源部(DOE)基金，國防部(DOD)基金，更是在相關課題上給予大力資助。其中由美國蒙大拿科技和PFM制造公司(Montana Tech and PF匪a皿facturing)承擔的美國國家科學基金會資助的小公司技術轉化項目(SBTT2003-2005)，沿用了海洋地震勘探彩色浮標帶的陸用傳感器陣列(Land Streamer)，實現了四排陸用傳感器陣列(LandStreamer)并聯組合的面積陣列。由于該方法采用大動力拖車，直接拖動傳感器托帶，因此對地面條件要求很高， 一般只適用于平滑的地面，而且所能拖曳的傳感器面積陣列非常有限。而美國堪薩斯大學近10年研究的3D小面積檢波器陣列Autojuggie裝置及美國專利US6532190B2的地震傳感器陣列，主要是采用人力或液壓機械裝置插植檢波器陣列，但由于檢波器置于剛性支架上，不僅要求地面平坦，剛性支架也會產生鋼管波干擾，影響測量精度，探測面積同樣極為有限。除此之外，瑞士的ETH，丹麥的COWI，美國堪薩斯地質測量，瑞典的Ramboll等公司都發(fā)展了基于拖帶或拖纜的陸用傳感器陣列(land Streamers)。[0004] 鑒于地表條件的復雜性，盡管各國在相關的課題上每年都在加大開發(fā)力度，但目前尚沒有可以在大面積的測試范圍上進行連續(xù)移動測試的接觸式彈性波接收系統(tǒng)。

發(fā)明內容本實用新型針對以上現有技術的不足，其目的在于提供一種能夠在大面積的測試范圍上進行快速測量，也可實現連續(xù)移動測量，且能夠與地面實現緊密耦合的地震傳感器陣列裝置。 本實用新型是通過以下技術方案實現的 地震傳感器陣列裝置，包括地震傳感器、采集卡和計算機，其特征在于該陣列裝置通過履帶滾動前行，所述地震傳感器排列設置在履帶上，構成可滾動行進的連續(xù)地震傳感器陣列。 所述履帶與探測面接觸部分上的相應地震傳感器陣列，接收接觸面彈性波信號，并將振動信號轉換成電信號，再通過采集卡和滑動連接器將信號有線傳送到所述計算機或地震記錄儀記錄，或通過無線通信裝置，將信號無線傳送到所述計算機或地震記錄儀記錄。[0009] 所述地震傳感器的前端凸出于履帶外周，其上設觸地鞋。 所述地震傳感器為單分量傳感器、二分量傳感器、三分量傳感器或多分量傳感器；所采集的彈性波為縱波、橫波和面波。 所述觸地鞋形狀為柱形、圓錐形、三角錐形、多角錐形、凸臺形或凸球形。[0012] 所述履帶為橡膠履帶、金屬履帶或其他材料組成的連續(xù)環(huán)帶。[0013] 所述履帶為橢圓形履帶、三角形履帶或多角形履帶運動系統(tǒng)。 當信號有線傳輸時，所述滑動連接器與所述地震傳感器對應聯接，所述滑動連接器由運動導體和固定導體組成，運動導體固定在履帶內側，隨履帶運動，固定導體固定在履帶架上，兩導體滑動接觸，實現電信號連接。 當信號無線傳輸時，所述采集卡內設無線信號發(fā)射器，所述計算機或地震記錄儀內設無線信號接收器，或在履帶架上設無線信號接收器再通過信號傳輸線送到計算機或地震記錄儀。 所述地震傳感器陣列可通過串行連接，組成更大的傳感器陣列，實現大排列縱測 所述地震傳感器陣列可通過并行連接或并行加串行組合連接，實現面積陣列，從而實現三維地震數據采集。 所述探測面是指地面、月球表面、建筑物基礎面或其他固體物的探測表面。 所述陣列裝置由動力源拖曳，所述動力源為機械動力源、電動力源或人工動力源。 本實用新型的數據采集方法如下 a、地震傳感器通過其觸地鞋及履帶壓緊作用，使之與探測面緊密耦合； b、隨著履帶的滾動，地震傳感器陣列滾動前行，交替接觸探測面，實現整條測線的 c、依次接收探測面的彈性波信號，并將彈性波信號轉換成相應的電信號； d、由GPS提供當前坐標，確定地震傳感器相對于探測面的坐標位置； e、通過滑動連接器或無線連接將相應的電信號傳到記錄儀并記錄下來； f、所探測的彈性波信號是由人工激發(fā)或自然激發(fā)的震源所產生的；人工激發(fā)震源
也可以是運動的，以實現連續(xù)運動測量。
本實用新型的有益效果將地震傳感器設置于履帶上，隨著履帶的滾動，實現地震
傳感器陣列的排布。地震傳感器陣列滾動行進，交替接觸探測面，實現快速測量。通過傳感
器觸地鞋的設置，使傳感器與探測面更加緊密地耦合，確保采集數據的準確性。對于錐形傳
感器觸地鞋，在履帶運動中，前驅動輪將傳感器椎壓入土中，加上履帶的壓力，從而實現傳
感器與地面的緊密耦合。在履帶不動時，其傳感器與地面耦合如同壓實插值的傳感器效果。
在履帶運動測量時，可以實現極快速地震數據采集。與可連續(xù)移動震源結合使用，組成連續(xù)
運動測量的地震系統(tǒng)，可實現對勘測目標的高速掃描，極大地提高了探測效率； 該裝置通過串行連接，可以實現較長排列測量；通過并行連接或并行加串行組合
連接，可實現面積組合陣列，以完成三維地震測量。該裝置可適應復雜地面、淺水交接區(qū)域
和惡劣條件地區(qū)探測，也可適用于月球表面、建筑物基礎面或其他固體物的探測。 本實用新型的基本應用領域是地震勘探和聲波(超聲波)無損檢測，其范圍從淺
4表層的工程檢測、中淺層的資源勘探到深層的油氣田勘探。本實用新型也可擴展應用到月球的震動研究，月壤、月巖構造探測，軍事車輛和集團運動目標定位，工程構件無損探測，微震及自然振動源檢測，人體骨骼聲波掃描等領域。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步詳細說明。


圖1為本實用新型整體結構示意圖； 圖2為傳感器陣列在履帶上的布置方式示意圖； 圖3為傳感器在履帶上裝配示意圖； 圖4為兩輪、三輪和多輪支起履帶結構示意圖； 圖5為滑動聯接器設置示意圖； 圖6為有線信號傳輸結構聯接框圖； 圖7為無線信號傳輸結構聯接框圖； 圖8為錐形觸地鞋、凸臺形觸地鞋、凸球形觸地鞋與探測面耦合示意圖； 圖9為車拖曳及組合方式示意圖； 圖10為傳感器位置當前坐標確定方式示意圖。 圖中1、履帶；2、地震傳感器；3、滑動連接器；4、采集卡；5、傳感器連線；6、履帶支撐輪；7、拖曳桿；8、支架；9、觸地鞋；10、震源；11、探測面；12、震源拖動；13、地震射線；14、探測目標；15、儀器連接大線；16、地震記錄儀或計算機；17、觸地傳感器排列；18、觸地傳感器；19、履帶支撐輪導軌；20、傳感器芯體；21、傳感器連線密封件；22、傳感器外套；23、
傳感器封蓋；24、拖曳架；25、拖車；26、 GPS接收系統(tǒng)；27、履帶坐標參考點；28、軸芯位置；29、地震傳感器ID編號；30、導體片；31、滑刷導體；32、滑動桿；33、固定支架
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。 本實用新型為地震傳感器陣列裝置，包括地震傳感器2、采集卡4和地震記錄儀或計算機16，該陣列裝置通過履帶1滾動前行。地震傳感器2排列并固定在履帶1上，構成地震傳感器陣列。地震傳感器2的前端凸出于履帶1外周，其上設觸地鞋9，如圖1所示。觸地鞋9的形狀可為柱形、圓錐形、三角錐形、多角錐形、凸臺形或凸球形。[0044] 地震傳感器2為單分量傳感器、二分量傳感器、三分量傳感器或多分量傳感器；其所采集的地震波為縱波、橫波和面波。履帶1為橡膠履帶、金屬履帶或其他材料組成的連續(xù)環(huán)帶所組成的橢圓形、三角形或多角形履帶運動系統(tǒng)。地震傳感器2陣列裝置通過機械動力源、電動力源或人工動力源等動力源拖曳在探測面11上移動，探測面11是指地面、月球表面、建筑物基礎面或其他固體物的探測表面。 當信號有線傳輸時，滑動連接器3與地震傳感器2對應聯接?；瑒舆B接器3由運動導體和固定導體組成，運動導體固定在履帶l內側，其隨履帶l運動。固定導體固定在履帶支架8上。兩者滑動接觸，實現電信號連接。當信號無線傳輸時，采集卡4內設無線信號發(fā)射器，計算機或地震記錄儀16內設無線信號接收器，或將信號發(fā)至安裝在支架8上的無線信號接收器，再將信號通過信號傳輸線送到計算機或地震記錄儀16。
5[0046] 本實用新型進行數據采集的方法如下 a、地震傳感器2通過其觸地鞋9及履帶1壓緊作用，使之與探測面11緊密耦合；[0048] b、隨著履帶l的滾動，地震傳感器陣列17滾動前行，交替接觸探測面ll，實現整條測線的地震測量； c、由GPS系統(tǒng)26提供當前坐標，并由此確定地震傳感器18坐標位置；[0050] d、依次接收探測面11的地震波信號，并將地震波信號轉換成相應的電信號；[0051] e、通過滑動連接器3或無線連接將相應的電信號傳到記錄儀并記錄下來；[0052] 地震傳感器陣列可通過串行連接，組成更大的傳感器陣列，實現在探測區(qū)域上的大排列縱測線測量或者通過并行連接或并行加串行組合連接，實現面積陣列，從而實現三維地震數據采集，其中地震傳感器相對于探測面位置由陣列裝置參考點的當前坐標確定。[0053] 如圖1所示，當移動震源10沖擊探測面11產生地震波，地震波信號穿過地下，經透射、反射、折射、散射等作用，攜帶地下目標體14的異常信號返回地面，由履帶1與探測面11接觸部分上的觸地地震傳感器排列17中的觸地傳感器18，接收接觸面的地震波信號，并將振動信號轉換成電信號，再通過采集卡和滑動連接器將信號有線傳送到計算機或地震記錄儀16記錄，或通過無線通信裝置，將信號無線傳送到所述計算機或地震記錄儀16記錄。[0054] 圖2為傳感器在履帶輪上布置的三種形式圖2-1為單排張緊輪、雙排傳感器排列；圖2-2為雙排張緊輪、單排傳感器排列，此種排列在輪帶運動時，雙支撐輪可以更有效地將地震傳感器錐壓入地面；圖2-3三排張緊輪、雙排傳感器排列，此種排列傳感器兩側張緊輪可以有效地將傳感器錐壓入地面。 圖3-l、3-2為傳感器在履帶上裝配示意圖，傳感器芯體20封裝在履帶1上，傳感器芯體20外圍設傳感器外套22、傳感器封蓋23。傳感器線5由履帶1內側引出，傳感器線5上設傳感器連線密封件21。圖3-1裝配的地震傳感器5凸出在履帶外側部分上設置有觸地鞋9。 圖4-l、4-2、4-3所示為兩輪、三輪和多輪支起履帶結構示意圖，兩輪履帶系統(tǒng)觸地傳感器排列長度相對較長，三輪和多輪履帶系統(tǒng)軸芯位置28較高，可以直接替換軍用車輛圓輪，適于運動車輛定位用地震傳感器，或安裝在巡游月球車上，實現巡游月震探測的月震傳感器。 圖5-l、5-2為滑動連接器設置兩種技術方案示意圖，其中圖5-1所示為設置在履帶1上的運動導體，由滑動桿32和滑刷導體31構成，導體片30固定在支架8上，滑刷導體31與導體片30滑動連接，將相應履帶1上的傳感器信號傳出，實現傳感器2與儀器16的有線連接。圖5-2所示的結構正好相反，導體片30作為運動導體，固定在履帶1上，隨履帶1運動?；瑒訔U32和滑刷導體31固定在支架8上，滑刷導體31與導體片30滑動連接，實現傳感器2與地震記錄儀或計算機16的有線連接。 圖6-l、6-2、6-3所示為有線信號傳輸結構框圖，其中圖6_1為傳統(tǒng)地震儀連接框圖地震傳感器18接收的電信號通過檢波器線和連接器3連接到儀器大線15，并由儀器大線15連接到地震儀16記錄；圖6-2為網絡化儀器連接框圖地震傳感器18接收的電信號，由設置在履帶上的采集卡轉化成數字信號，數據信號經過連接器3和儀器數字通信網線，與數字地震記錄儀或計算機16通訊并進行數字記錄；圖6-3為網絡化儀器連接框圖地震傳感器18接收的電信號，通過檢波器線和連接器3連接到設置在履帶支架上的采集卡4，由采集卡轉化成數字信號，數據信號由儀器數字通信網線，與數字地震記錄儀或計算機16通訊并進行數字記錄。 圖7-l、7-2、7-3所示為無線信號傳輸結構框圖，其中圖7-l為無線傳感器連接框圖地震傳感器18接收的電信號通過無線信號發(fā)射和接收器連接到儀器大線15，并由儀器大線15連接到地震儀16記錄；圖7-2為無線網絡儀器連接框圖地震傳感器18接收的電信號，由設置在履帶1上的采集卡4轉化成數字信號，數據信號經過無線鏈路傳到履帶支架上的無線接收器，再經通信網線，與數字地震記錄儀或計算機通訊并進行數字記錄；圖7-3為大網絡儀器連接框圖由上述的履帶地震傳感器系統(tǒng)采集的信號通過通信網絡與數字地震記錄儀或計算機通訊，并由單車地震記錄儀或計算機進行數字記錄，或通過中繼計算機傳到上一級地震儀記錄。大網絡儀器連接通常由三級通信組成，第一級通信將履帶上的傳感器信號傳到履帶支架上的網絡連線，通訊距離十米以內；第二級通信將履帶地震傳感器系統(tǒng)的信號傳到設置在拖車上的單車地震儀或計算機，通訊距離可達數百米；第三級通信由單車計算機或中繼站地震儀與網絡地震儀或計算機之間的無線通信，通訊距離可達千米。第一、二級通信可為無線或有線通訊。單車計算機單獨存儲地震數據，可省去野外儀器車之間地震采集數據傳輸。在履帶地震傳感器系統(tǒng)上設置地震數據存儲器，也可省去履帶傳感器系統(tǒng)第二級地震數據采集信號的傳輸。 如圖8所示四種形狀觸地鞋與探測面耦合情況，其中圖8-1為錐形觸地鞋，圖8-2為柱形觸地鞋，圖8-3為凸臺形觸地鞋，圖8-4為凸球形觸地鞋；錐形觸地鞋適用于松散探測面，對于不同松散程度的探測面可選擇不同長度的錐；凸臺形或凸球形傳感器鞋可用在較硬探測面，傳感器鞋的凸出長度和尖度可由探測面軟硬度確定；對于堅硬探測面，例如水泥面，可選用柱形或低臺柱傳感器鞋。 如圖9所示的車拖曳方式；由縱測線排列可以完成二維地震測量，面積排列可以完成三維地震測量。單車單履帶地震傳感器陣列裝置圖9-1可用人力、電動或小型動力車驅動， 一般用于工程結構檢測、淺層工程二維地震勘探；單車多履帶地震傳感器陣列裝置并聯圖9-3可用人力、電動或小型動力車驅動，用于工程結構、淺層工程三維地震勘探；單車多履帶地震傳感器陣列裝置串聯圖9-2可用于中、淺層地質、工程和礦產資源二維地震勘探；單車多履帶地震傳感器陣列裝置串聯加并聯圖9-4可用于中、淺層地質、工程和礦產資源三維地震勘探；多車串聯縱測線系統(tǒng)圖9-5，其中每輛單車拖曳多履帶串聯或多履帶串聯加并聯，用于完成中、深層地質、礦產資源和油氣田二維縱測線或寬帶縱測線地震勘探；多車并聯面積陣列系統(tǒng)圖9-6和多車并聯加串聯面積陣列圖9-7，用于完成中、深層地質、礦產資源和油氣田三維地震勘探； 如圖10所示傳感器位置當前坐標確定方式示意圖。由GPS定位系統(tǒng)計算履帶參考點27的當前坐標值，再由觸地傳感器相應的ID編號29及滑動時間確定傳感器的坐標位置；另一方面，兩個相鄰地震傳感器之間的距離為道間距，由履帶地震傳感器相應的ID編號29及履帶1轉動圈數即可確定傳感器相對起測點的位置。
權利要求地震傳感器陣列裝置，包括地震傳感器、采集卡和計算機，其特征在于該陣列裝置通過履帶滾動前行，所述地震傳感器排列設置在履帶上，構成地震傳感器陣列。
2. 根據權利要求1所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述履帶與探測面接觸部 分上的相應地震傳感器陣列，接收接觸面彈性波信號，并將振動信號轉換成電信號，再通過 采集卡和滑動連接器將信號有線傳送到所述計算機或地震記錄儀記錄，或通過無線通信裝 置，將信號無線傳送到所述計算機或地震記錄儀記錄。
3. 根據權利要求1所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述地震傳感器的前端凸 出于履帶外周，其上設觸地鞋。
4. 根據權利要求1所述地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述地震傳感器為單分量傳 感器、二分量傳感器、三分量傳感器或多分量傳感器；所采集的彈性波為縱波、橫波和面波。
5. 根據權利要求3所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述觸地鞋形狀為柱形、 圓錐形、三角錐形、多角錐形、凸臺形或凸球形。
6. 根據權利要求1所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述履帶為橡膠履帶或金 屬履帶組成的連續(xù)環(huán)帶。
7. 根據權利要求6所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述履帶為橢圓形履帶、 三角形履帶或多角形履帶運動系統(tǒng)。
8. 根據權利要求2所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于當信號有線傳輸時，所述 滑動連接器與所述地震傳感器對應聯接，所述滑動連接器由運動導體和固定導體組成，運 動導體固定在履帶內側，隨履帶運動，固定導體固定在履帶架上，兩導體滑動接觸，實現電 信號連接。
9. 根據權利要求2所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于當信號無線傳輸時，所述 采集卡內設無線信號發(fā)射器，所述計算機或地震記錄儀內設無線信號接收器，或在履帶架 上設無線信號接收器再通過信號傳輸線送到計算機或地震記錄儀。
10. 根據權利要求1所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述地震傳感器陣列可 通過串行連接，組成更大的傳感器陣列，實現大排列縱測線測量。
11. 根據權利要求1所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述地震傳感器陣列可 通過并行連接或并行加串行組合連接，實現面積陣列，從而實現三維地震數據采集。
12. 根據權利要求2所述的地震傳感器陣列裝置，其特征在于所述探測面是指地面、月 球表面、建筑物基礎面或其他固體物的探測表面。
13. 根據權利要求1-12所述的任一項地震傳感器陣列裝置，其特征在于該陣列裝置由 動力源拖曳，所述動力源為機械動力源、電動力源或人工動力源。
專利摘要本實用新型涉及地震傳感器陣列裝置，包括地震傳感器、采集卡和計算機，通過履帶滾動前行，地震傳感器排列設置在履帶上，構成地震傳感器陣列；履帶與探測面接觸部分上的相應地震傳感器陣列，接收接觸面地震波信號，并將振動信號轉換成電信號，再通過采集卡和滑動連接器將信號有線傳送到所述計算機或地震記錄儀記錄，或通過無線通信裝置，將信號無線傳送到所述計算機或地震記錄儀記錄。地震傳感器陣列滾動行進，交替接觸探測面，實現快速測量。通過傳感器觸地鞋的設置，使傳感器與探測面更加緊密地耦合。該裝置可適應復雜地面和惡劣條件地區(qū)探測，也可適用于月球表面、建筑物基礎面或其他固體物的探測。
文檔編號G01V1/18GK201489120SQ20092017253
公開日2010年5月26日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者廖毅 申請人:廖毅