本實用新型涉及海洋地震探測技術(shù)領域，具體涉及一種移動式海洋地震長期實時探測器。

背景技術(shù)：

隨著海洋科學與技術(shù)的發(fā)展，人們對地球內(nèi)部物理性質(zhì)和地震災害越來越關注，海洋地震學逐漸興起，成為目前地球科學研究的熱點與前沿。由于海洋覆蓋了大多數(shù)的板塊邊界，大多數(shù)地震發(fā)生在洋底，通過大陸地震觀測獲得的地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型不足以表達海洋更深部的結(jié)構(gòu)。而現(xiàn)代數(shù)字式寬頻地震站為我們研究更精細的更深層的地球結(jié)構(gòu)提供了可能。但是大部分地震站主要分布在陸地上，在占地球表面三分之二的海洋中，尤其是在南半球中，地震臺站卻還非常少，這不僅大大限制了海洋地震科學的發(fā)展，也無法滿足地球科學的要求。因此在被海洋覆蓋的地域進行地球活動的觀測仍然是一個迫切需要解決的問題。

目前，全球海洋地震觀測已進入深海海底長期定點實時觀測階段，海底地震儀在地震研究中發(fā)揮了很大的貢獻，但海底地震儀存在技術(shù)要求高、成本高、回收率不高、實時性差等問題，限制了其在短期內(nèi)在海洋中大規(guī)模的布放。美國和法國在低成本的自治式海洋地震記錄儀方面開展了卓有成效的工作，研發(fā)了Mobile Earthquake Recorder in Marine Areas by Independent Divers(MERMAID)，這種海洋地震傳感探測儀可望在大規(guī)模應用于海洋地震科學研究中，并正在研制更先進的Sonobuoy Mobile Earthquake Recorder in Marine Areas by Independent Divers(Son-O-MERMAID)。我國在長期海洋地震觀測基本處于空白，海洋地震觀測是高科技的系統(tǒng)工程，我國海洋地震觀測方面又是剛剛起步，需要把中國的海洋地震觀測當成有戰(zhàn)略意義的長期性科技事業(yè)來推動。

公告號為CN102788992A的中國專利文獻公開了一種海洋地震探查方法和系統(tǒng)，包括：連續(xù)記錄的獨立海底容器，其特征是它有淺斷面箱體。外部緩沖墊用于促進海底耦合并防止魚網(wǎng)纏繞。各個容器是利用柔軟的，非剛性，非導電纜線拴系在一起以控制容器的部署。從船只的甲板上部署和取回容器，該甲板配置成有存放系統(tǒng)和處理系統(tǒng)，可以在運行時使容器固定到纜線上。存放系統(tǒng)是有槽溝的自動電唱機式配置，其中各個容器被隨機地存放在槽溝中，在不打開容器的條件下可以進行提取數(shù)據(jù)，充電，測試和同步的操作。容器可以包含慣性導航系統(tǒng)以確定海底位置和定時的銣鐘。該系統(tǒng)包含數(shù)學常平架。纜線可以包含剪切耦合，它設計成在纜線張力達到某個水平時自動地切斷。該發(fā)明的海洋地震探查系統(tǒng)需要借助船只作業(yè)，無法實現(xiàn)長期實時的勘測，且不能隨時在海水中移動。

公告號為CN1601301A的中國專利文獻公開了一種海洋地震檢波器，包括振動體和適配器，振動體固定在殼體內(nèi)，振動體至少由壓電體、金屬基片構(gòu)成，壓電體固定在基片上，基片被固定在殼體上，殼體內(nèi)的壓電體、金屬基片至少形成一個空腔，構(gòu)成空腔振動體；適配器由導磁材料、適配線圈構(gòu)成，導磁材料將初、次級線圈組合在一起；初級與壓電材料連接，次級與電纜電連接。空腔振動體外層殼體有凸臺。外殼是透聲材料，這種海洋地震檢波器能克服現(xiàn)有的海洋勘測中使用的檢波器在低頻段信號的接受性能不好、接收效果比較差的問題。

以上現(xiàn)有技術(shù)均無法填補我國在低成本長期實時海洋地震觀測方面的空白，我國海洋地震科學和地球科學事業(yè)的發(fā)展還有待進一步的推動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型提供了一種移動式海洋地震長期實時探測器，采用北斗衛(wèi)星定位-通信、太陽能和波浪能混合供電，光纖激光水聽器陣列降噪，實現(xiàn)海洋地震低成本長期實時探測。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

移動式海洋地震長期實時探測器，包括主控水密裝置、定位與通信裝置、能量供給裝置以及傳感探測與信號處理裝置；

所述的主控水密裝置為設有儀器艙的浮體球；所述的浮體球包括浮體球上罩和浮體球下罩，所述的浮體球上罩頂部固定有鐵架，所述的鐵架中心設有支撐桿，周圍設有支架；所述的浮體球下罩底端固定有一圓筒；所述的圓筒底端通過連接桿連接裝有鋰電池的升沉阻尼板；

所述的定位與通信裝置包括北斗天線、一端與北斗天線通過螺紋連接且另一端固定在支撐桿上的雷達反射器、安裝在浮體球儀器艙內(nèi)的定位與通信模塊、以及安裝在浮體球儀器艙內(nèi)的主控和數(shù)據(jù)存儲模塊；

所述的能量供給裝置包括太陽能發(fā)電裝置、波浪能發(fā)電裝置、安裝在浮體球儀器艙內(nèi)的太陽能發(fā)電模塊和波浪能發(fā)電模塊；

所述的傳感探測與信號處理裝置包括光纖激光水聽器垂直陣和安裝在浮體球儀器艙內(nèi)的水聽器陣處理模塊；所述的光纖激光水聽器垂直陣懸掛在升沉阻尼板下方。

在上述技術(shù)方案中，通過將光纖激光水聽器垂直陣延伸到海底750米左右深處，當檢測到海底的地震波信號之后，光纖激光水聽器垂直陣可以將信號通過纜線傳輸?shù)絻x器艙內(nèi)，再由儀器艙內(nèi)的水聽器陣處理模塊對傳輸來的信號進行處理并最終存儲在主控和數(shù)據(jù)存儲模塊中，同時，水聽器陣處理模塊對信號進行一定轉(zhuǎn)換以后，通過導線傳到北斗天線，最終將信號實時發(fā)出。

作為優(yōu)選，所述的浮體球上罩設有浮體頂部水密接口；所述的浮體球下罩設有浮體底部水密接口和第一纜線水密接口；所述的浮體球上罩和所述的浮體球下罩之間設置有密封圈，在密封圈的密封作用下形成一個內(nèi)部密封腔，用以布置各種裝有電路部分的艙體。

作為優(yōu)選，所述的升沉阻尼板的上部設有第二纜線水密接口，下部設有吊環(huán)和鋰電池組，所述的吊環(huán)懸掛有臍帶纜。升沉阻尼板的下部通過吊環(huán)連接懸掛有光纖激光水聽器垂直陣的臍帶纜。其中，臍帶纜的長度可根據(jù)實際水深和海底狀況作出相應的調(diào)整而確定。

作為優(yōu)選，所述的第一纜線水密接口和第二纜線水密接口分別連接纜線的兩端，所述的纜線封裝有電源纜線和水聽器陣纜線，目的是簡化結(jié)構(gòu)，防止多條纜線發(fā)生纏繞。

作為優(yōu)選，所述的浮體球上罩和所述的浮體球下罩在相貼合的平面四周開有螺紋孔，浮體球上罩和浮體球下罩通過螺栓連接；所述的浮體頂部水密接口、浮體底部水密接口和浮體水聽器纜線水密接口在與浮體連接端均攻有外螺紋，三者與浮體球通過螺紋連接。

作為優(yōu)選，所述的太陽能發(fā)電裝置為安裝在支架上的太陽能板，所述的波浪能發(fā)電裝置布置在圓筒內(nèi)，包括放置在圓筒上下兩端的彈簧、設置在圓筒四周內(nèi)壁的線圈、設置在圓筒中心通過中心桿固定的磁體動子以及固定在磁體動子上端的擋板。圓筒上下各放置一個彈簧，起到減震作用。升沉阻尼板隨著波浪的起伏而上下運動，通過連接桿帶動圓筒內(nèi)的磁體動子運動，進而切割磁感線產(chǎn)生電流，電流最終通過電源纜線存儲在鋰電池中。

作為優(yōu)選，所述的儀器艙內(nèi)設有內(nèi)部安裝板，用以安裝設在儀器艙內(nèi)的定位與通信模塊、主控和數(shù)據(jù)存儲模塊、波浪能發(fā)電模塊、太陽能發(fā)電模塊和水聽器陣處理模塊。

作為優(yōu)選，所述的定位與通信模塊、主控和數(shù)據(jù)存儲模塊、波浪能發(fā)電模塊、太陽能發(fā)電模塊和水聽器陣處理模塊位置相互獨立，通過水密電纜相互連接，并通過水密接線與相應模塊的工作元件連接。

作為優(yōu)選，所述的升沉阻尼板下面安裝有回聲測深儀，所述的回聲測深儀與升沉阻尼板通過螺紋連接。借助回聲測深儀可以測量水深，確定位置，避免發(fā)生碰撞等危險事故。

作為優(yōu)選，所述的鐵架與浮體球頂部通過螺紋固定。

作為優(yōu)選，所述的升沉阻尼板采用粘彈性材料，可以起到減少噪聲、減少震動的作用。

作為優(yōu)選，所述的升沉阻尼板與連接桿之間通過法蘭連接。

作為優(yōu)選，所述的鐵架上還安裝有航標燈。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為：

(1)本實用新型的移動式海洋地震長期實時探測器，具有布放和回收技術(shù)要求低、低成本、實時傳輸數(shù)據(jù)等優(yōu)點，可大規(guī)模應用于海洋地震的研究中。

(2)采用綠色、多能互補、高可靠性的供電技術(shù)，分別研制太陽能和波浪能發(fā)電裝置，為海洋地震傳感探測器提供長期的能量供給，實現(xiàn)海洋地震長期探測。采用北斗衛(wèi)星定位和通信技術(shù)，解決海洋地震傳感探測器的導航定位和遠程通信的問題，實現(xiàn)海洋地震實時探測。

(3)通過安裝升沉阻尼板、纜繩包覆、采用光纖激光水聽器垂直陣列等方法進行降噪，可以有效提高海洋地震傳感探測器的靈敏度，探測震級小的遠程海洋地震波。光纖激光水聽器陣列作為海洋地震檢波器來探測海洋地震信號，分別在硬件和在軟件上進行降低噪聲，能提高海洋地震傳感探測器的靈敏度，實現(xiàn)快速對震級數(shù)小的遠程地震波進行精確探測。

(4)采用系統(tǒng)集成及實現(xiàn)技術(shù)，把北斗定位和通信天線、航標燈、浮體球、儀器艙、太陽能和波浪能發(fā)電裝置、鋰電池組、回聲測深儀、光纖激光水聽器垂直陣以及電纜連接系統(tǒng)等有機集成在一起。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的浮體球結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的儀器艙結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型的太陽能發(fā)電裝置示意圖；

圖5為本實用新型的波浪能發(fā)電裝置示意圖；

圖6為本實用新型的波浪能發(fā)電裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、北斗天線；2、雷達反射器；3、航標燈；4、太陽能板；5、鐵架；6、第一纜線水密接口；61、第二纜線水密接口；7、纜線；8、升沉阻尼板；9、鋰電池組；10、光纖激光水聽器陣；11、臍帶纜；12、吊環(huán)；13、回聲測深儀；14、連接桿；15、圓筒；16、浮體球下罩；17、浮體球上罩；18、浮體頂部水密接口；19、浮體底部水密接口；20、主控和數(shù)據(jù)存儲模塊；21、定位與通信模塊；22、波浪能發(fā)電模塊；23、內(nèi)部安裝板；24、太陽能發(fā)電模塊；25、水聽器陣處理模塊；26、支架；27、線圈；28、擋板；29、磁體動子；30、彈簧。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型移動式海洋地震長期實時探測器作進一步詳細說明。

如圖1所示，移動式海洋地震長期實時探測器，包括從上到下依次設置的北斗天線1、與北斗天線1通過螺紋連接的雷達反射器2、用于支撐太陽能板4的鐵架5、內(nèi)部設有儀器艙的浮體球、裝有波浪能發(fā)生裝置的圓筒15、升沉阻尼板8、放在升沉阻尼板8內(nèi)的鋰電池組9、以及光纖激光水聽器陣10。

雷達反射器2固定于支撐桿上，所述的支撐桿設置在鐵架5的中心位置。鐵架5固定在浮體球頂部；鐵架5與浮體球頂部通過螺紋固定。鐵架5上還安裝有航標燈3。

圓筒15與浮體球之間通過法蘭連接，圓筒15與升沉阻尼板8之間設有連接桿14，連接桿14與升沉阻尼板8通過法蘭連接。光纖激光水聽器陣10與升沉阻尼板8通過臍帶纜11連接。

升沉阻尼板8上設有第二纜線水密接口，下面安裝有回聲測深儀13，回聲測深儀13與升沉阻尼板8通過螺紋連接。升沉阻尼板的下部設有用于懸掛臍帶纜11的吊環(huán)12，臍帶纜11的長度可根據(jù)實際水深和海底狀況作出相應的調(diào)整而確定。升沉阻尼板8采用粘彈性材料。

第一纜線水密接口6和第二纜線水密接口分別連接纜線7的兩端，所述的纜線7封裝有電源纜線和水聽器陣纜線，目的是簡化結(jié)構(gòu)，防止多條纜線發(fā)生纏繞。

如圖2所示，浮體球分為浮體球上罩17和浮體球下罩16，浮體球上罩17設有浮體頂部水密接口18；浮體球下罩16設有浮體底部水密接口19和第一纜線水密接口6。

如圖3所示，儀器艙內(nèi)設有內(nèi)部安裝板23以及安裝在內(nèi)部安裝板23上的定位與通信模塊21、主控和數(shù)據(jù)存儲模塊20、波浪能發(fā)電模塊22、太陽能發(fā)電模塊24和水聽器陣處理模塊25；各個模塊位置相互獨立，通過水密電纜相互連接，并通過水密接線與相應模塊的工作元件連接。

如圖4所示，太陽能板4通過支架26安裝在鐵架5上。

如圖5、圖6所示，圓筒15內(nèi)部的波浪能發(fā)電裝置包括放置在圓筒15上下兩端的彈簧30、設置在圓筒15四周內(nèi)壁的線圈27、設置在圓筒15中心通過中心桿固定的磁體動子29以及固定在磁體動子29上端的擋板28。圓筒15上下各放置一個彈簧30，起到減震作用。

本實用新型的工作過程如下：

將光纖激光水聽器垂直陣10通過臍帶纜11延伸到海底某一處，當檢測到海底的地震波信號之后，光纖激光水聽器垂直陣10就將信號通過水聽器陣纜線傳輸?shù)絻x器艙內(nèi)，再由儀器艙內(nèi)的水聽器陣處理模塊25對傳輸來的信號進行處理并最終存儲在主控和數(shù)據(jù)存儲模塊20中，同時，水聽器陣處理模塊25對信號進行一定轉(zhuǎn)換以后，通過導線，經(jīng)由浮體頂部水密接口18傳到北斗天線1，最終將信號發(fā)出。

為了實現(xiàn)海洋地震的長期探測，本實用新型設計采用太陽能發(fā)電裝置和波浪能發(fā)電裝置兩種發(fā)電方式同時對鋰電池組9進行供電。太陽能發(fā)電裝置的工作原理是通過太陽能電池板搜集太陽能，轉(zhuǎn)化為電能，通過導線傳輸?shù)絻x器艙內(nèi)，通過充電控制模塊控制太陽能發(fā)電裝置的充電，同時，通過電源纜線7將電能存儲到鋰電池組9中。波浪能發(fā)電裝置的工作原理是通過升沉阻尼板8隨著波浪的起伏而上下運動，繼而升沉阻尼板8上的連接桿14帶動圓筒15內(nèi)的磁體動子29運動，進而切割磁感線產(chǎn)生電流，電流最終通過電源纜線存儲在鋰電池中。

需說明以下幾點：

首先由于該設備整體結(jié)構(gòu)復雜，其涉及水聲通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)等復雜技術(shù)層面。而該實用新型則著重介紹其采樣機構(gòu)部分的機械結(jié)構(gòu)和技術(shù)實現(xiàn)方式，因此該設備上通訊部分、控制部分及傳感部分采用本領域常規(guī)技術(shù)制造，因此在實施例中未多做說明或圖紙示意。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施舉例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。