專利名稱：寬頻帶海底地震儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬頻帶海底地震儀，屬于海洋地震觀測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，20世紀(jì)90年代以前，探測海底地球物理信息的主流方法為人工地震。地震波在海水中能長距離地傳播，這使得信號采集可以在海面實(shí)施。然而從設(shè)備角度看，即使地震波可在海面觀測，但對于天然地震場(非人工震源)的測量，由于測量時(shí)間長，需解決設(shè)備長期固定放置的問題。顯然，在動蕩的海洋環(huán)境中，這一問題在海面上難以解決。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足我國寬頻帶海底地震觀測的需要，提高對我國海洋天然氣水合物勘探、海洋地震觀測以及我國大陸架勘測的水平。本發(fā)明旨在發(fā)明一種能夠使用于深海(大于3000米)的、具有寬頻帶、大動態(tài)范圍等高性能指標(biāo)的寬頻帶海底地震儀。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種寬頻帶海底地震儀，其特征在于包括-
兩個(gè)保護(hù)外殼；
一塊連接板，所述兩個(gè)保護(hù)外殼分別固定在該連接板的兩端；
一個(gè)密封儀器倉球和一個(gè)密封電池倉球，分別裝在所述兩個(gè)保護(hù)外殼中，電池倉球中裝有電池和水聲通訊電路，兩個(gè)密封倉球之間用電纜電連接；
用于保持地震計(jì)處于水平狀態(tài)的常平架，裝在所述儀器倉球內(nèi)，常平架上安裝數(shù)據(jù)采集器和地震計(jì)；
用于釋放耦合架的電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)，其固定在所述連接板上；
為地震儀提供下沉力的耦合架，其位于所述連接板下方并用鋼絲繩與所述電腐蝕釋方夂禾幾構(gòu)連接，耦合架的下方還用鐵鏈連接配重架。進(jìn)一步地
所述常平架包括常平機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)，其中所述常平機(jī)構(gòu)包括左右固定支架、常平圈、前后連接架、底盤、球托，左右固定支架固定在所述密封儀器倉球內(nèi)，常平圈的左右端分另1」與左右固定支架樞接，常平圈的前后端分別與前后連接架的上端樞接，前后連接架的下J諧分別與底盤的前后端固定，球托固定于底盤的底面，左右固定支架的中心之間形成的軸線與前后連接架的中心之間形成的軸線正交；所述鎖緊機(jī)構(gòu)包括球形支撐、電動升降機(jī)構(gòu)、底座，底座固定在所述密封儀器倉球內(nèi)，電動升降機(jī)構(gòu)裝在底座上，球形支撐由電動升降機(jī)構(gòu)馬區(qū)動升降，球形支撐上升后可緊抵所述球托的下弧面。
所述球形支撐與球托兩者的接觸面均為弧度相同的圓弧面且均布凹坑。
所述數(shù)據(jù)采集器、地震計(jì)、常平圈都安裝在所述常平機(jī)構(gòu)的底盤上，在密封儀器倉球內(nèi)
4部僅需固定左右兩個(gè)固定支架，以便調(diào)試與組裝。
所述電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)包括一根熔絲和固定在所述連接板上的熔絲盤，熔絲盤的兩端各嵌設(shè)一塊熔絲拉塊，各熔絲拉塊上設(shè)繞線樁，熔絲盤的中央設(shè)有正負(fù)電極、若干繞線樁、壓片，熔絲經(jīng)由負(fù)電極繞過熔絲盤和熔絲拉塊上的各繞線樁，該熔絲的兩端由壓片壓緊，將各熔絲拉塊與熔絲盤固定在一起，各熔絲拉塊經(jīng)鋼絲繩與所述耦合架連接。
所述連接板上密布透水孔。
所述地震計(jì)是寬頻帶力平衡反饋式地震計(jì)，頻帶范圍是40秒至40赫茲，地震計(jì)內(nèi)置可實(shí)現(xiàn)±3°的調(diào)整范圍的電子調(diào)零裝置。
所述的電池裝在硬海綿制作的起到減振和保護(hù)電池作用的電池盒內(nèi)，電池盒直接放入電池倉球中。
所述耦合架由上下兩個(gè)橢圓形環(huán)、連接于兩個(gè)橢圓形環(huán)之間的數(shù)根支撐鐵管組成，部分鐵管上焊接角鐵，角鐵上穿設(shè)螺桿，螺桿與連接所述熔絲拉塊的鋼絲繩固接，所述兩個(gè)保護(hù)外殼放置在該耦合架的上面。
所述密封儀器倉球還裝有C'PS、電子羅盤、數(shù)傳電臺和信號燈。
本發(fā)明的寬頻帶海底地震儀采用雙球結(jié)構(gòu)，所以提供的浮力能攜帶大量的電池，可以使寬頻帶海底地震儀在海底的工作時(shí)間大大延長，而且采用一次性高容量鋰電池作為供電電^fe，使其工作可靠，更換非常方便；本發(fā)明的寬頻帶海底地震儀使用電容位移換能的力平衡反饋式寬頻帶地震計(jì)打破了國際上對寬頻帶海底地震儀的壟斷局面。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖l是本發(fā)明的總體立體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的縱剖面構(gòu)造圖3是本發(fā)明的常平架構(gòu)造圖4本發(fā)明的釋放機(jī)構(gòu)構(gòu)造圖5本發(fā)明的釋放機(jī)構(gòu)鋼絲纏繞示意圖6是是本發(fā)明的電池盒構(gòu)造圖。
圖中l(wèi)配重架2耦合架3玻璃球體4電池盒5鋰電池6電池電路板7水聲板固定架8水聲電路板9ABS保護(hù)殼10水聲通訊探頭11真空密封孔12不銹鋼連接板13釋放^幾構(gòu)14起吊環(huán)15托板16 GPS天線17支架18 led燈19支撐桿20數(shù)傳電臺21采集器22地震計(jì)反饋電路23固定托盤24連接架25固定支架26常平圈27水平向地震計(jì)28垂直向地震計(jì)29軸承30固定螺釘31球托32底盤33傳動大齒輪34傳動小齒輪35底座36底座連接架37外圈螺母38電機(jī)39內(nèi)圈螺母40傳動螺桿41升降螺母42球形支撐43限位開關(guān)44擋桿45觸碰桿46接觸開關(guān)架47控制電路板48支桿49正電極50熔絲拉塊51繞線樁52負(fù)電極53墊柱54壓絲螺釘55鎖緊環(huán)56螺柱57螺母58壓片60熔絲
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的寬頻帶海底地震儀包括兩個(gè)保護(hù)外殼； 一塊連接板，所述兩個(gè)保護(hù)外殼分別固定在該連接板的兩端； 一個(gè)密封儀器倉球和一個(gè)密封電池倉球，分別裝在所述兩個(gè)保護(hù)外殼中，電池倉球中裝有電池和水聲通訊電路，兩個(gè)密封倉球之間用電纜電連接；用于保持地震計(jì)處于水平狀態(tài)的常平架，裝在所述儀器倉球內(nèi)，常平架上安裝數(shù)據(jù)采集器和地震計(jì)；用于釋放耦合架的電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)，其固定在所述連接板上；為地震儀提供下沉力的耦合架，
其位于所述連接板下方并用鋼絲繩與所述電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)連接，耦合架的下方還用鐵鏈連接
配重架。
其中儀器艙、電池艙和釋放結(jié)構(gòu)都固定在不銹鋼連接板上，構(gòu)成了寬頻帶海底地震儀的回收部分，實(shí)現(xiàn)寬頻帶海底地震儀在海底地震觀測、數(shù)據(jù)記錄和熔斷上浮功能，耦合架是寬頻帶海底地震儀不可回收部分，為寬頻帶海底地震儀提供下沉的重量，使寬頻帶海底地震儀從海面下沉至海底。下面分別說明。
l.儀器倉
參見圖l、圖2。儀器倉是安裝了本發(fā)明寬頻帶海底地震儀主要觀測儀器的密封倉球，該密封倉球放置在ABS工程塑料保護(hù)殼內(nèi)。儀器倉內(nèi)部安裝有采集器21、水平向地震計(jì)27、垂直向地震計(jì)28、常平架、數(shù)傳電臺20、頻閃信號燈28、 GPS、電子羅盤。其中
(l)采集器
本發(fā)明寬頻帶海底地震儀的采集器21屬于公知技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)對地震信號的數(shù)字化并將數(shù)據(jù)記錄在CF卡中。采集器集成了24位AD轉(zhuǎn)換、低功耗CPLD大規(guī)模可編程邏輯陣列、網(wǎng)絡(luò)芯片、GPS、 CF卡以及電源管理變換電路。采集器內(nèi)置軟件系統(tǒng)是ECOSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，同時(shí)在操作系統(tǒng)核心內(nèi)實(shí)現(xiàn)了24位數(shù)據(jù)采集、FIR數(shù)字濾波運(yùn)算、數(shù)據(jù)壓縮存儲操作，使得采集器在具有非常低的功耗(小于0.3瓦)的同時(shí)也具有高技術(shù)指標(biāo)，包括大于120dB動態(tài)范圍、大于100dB總諧波失真度、好的幅頻特性。采集器通過網(wǎng)絡(luò)接口提供數(shù)據(jù)服務(wù)和參數(shù)設(shè)置，在采集器內(nèi)部集成一個(gè)無線AP，無線AP通過網(wǎng)線連接在海底地震儀采集器網(wǎng)絡(luò)接口上，在使用中不需要打開儀器艙就可以通過無線網(wǎng)絡(luò)對所述海底地震儀進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，參數(shù)設(shè)置操作。
CPU選用ATMEL公司的AT91FR4016S，該CPU集成ARM7TDMI內(nèi)核，內(nèi)置256K字節(jié)SRAM、2M字節(jié)FLASH、 2個(gè)UART以及32個(gè)10 口，采用全靜態(tài)設(shè)計(jì)，工作頻率0-75MHz，核心供電1.8V(擬采用1. 1V)。CPU外圍擴(kuò)展一片1M字節(jié)SRAM(K6F8016R6D)，總線上連接CPLD XC2C384;內(nèi)部串口一個(gè)作為終端控制臺，另一個(gè)通過CPLD復(fù)用連接GPS、電子羅盤、和無線電發(fā)射機(jī)。CPU通過I/O控制光發(fā)射、調(diào)平電路。
CPLD選用XC2C384， 208腳封裝，供384個(gè)宏單元。該器件功耗非常低而且性能可靠。XC2C384實(shí)現(xiàn)與CPU數(shù)據(jù)通信、對SR細(xì)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換、接收AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、擴(kuò)展CF卡接口(IDE)、橋接LAN接口 、切換串口和擴(kuò)展SPI總線功能，同時(shí)連接電壓溫度監(jiān)視芯片MAX1298 (5通道，帶溫度傳感器)。
AD轉(zhuǎn)換器選用TI公司的ADS1251， ADS1251是24位差分輸入的AD轉(zhuǎn)換器，在20K采樣率時(shí)能達(dá)到19位分辨率，而且具有很低的功耗(20K/8mW)。傳感器輸出的模擬信號經(jīng)過運(yùn)算放大器驅(qū)動后直接輸入AD， ADS1251采用+5V供電，參考電壓外置+4. 096V。
為了保證海底地震儀低功耗和高可靠性，在海底地震儀采集器及海底地震儀控制系統(tǒng)中采用eCos作為軟件操作系統(tǒng)，eCos是一個(gè)優(yōu)秀的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。eCos的體系結(jié)構(gòu)是 一種分層結(jié)構(gòu)，硬件抽象層將操作系統(tǒng)與硬件隔離開，這使移植eCos到不同的硬件平臺成為 可能，抽象層就像軟件與硬件之間的橋梁。主要的移植思想是，按照eCos的模塊化設(shè)計(jì)，完 成硬件抽象層。在實(shí)現(xiàn)ecos2.0的移植工作和設(shè)備驅(qū)動程序調(diào)試工作后，就可以實(shí)現(xiàn)采集、 控制應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。軟件系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)下載、系統(tǒng)設(shè)備控制程序 (包括系統(tǒng)電壓溫度監(jiān)視，逃生設(shè)備控制，調(diào)平機(jī)構(gòu)控制，聲納控制板監(jiān)視，電子羅盤接收、電池充電管理和終端命令解釋等)。(2) 地震計(jì)本發(fā)明寬頻帶海底地震儀的地震計(jì)包括2個(gè)水平向地震計(jì)27、 一個(gè)垂直向地震計(jì)28和地震 計(jì)反饋電路22組成，該地震計(jì)是寬頻帶力平衡反饋式電容位移換能式地震計(jì)，其自振周期為2 秒，工作頻帶為40秒至40赫茲，靈敏度1000V/m/s(單端)，還具有低噪聲以及大動態(tài)范圍。地 震計(jì)在反饋電路中集成了調(diào)零電路對地震計(jì)零點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，在地震計(jì)開始調(diào)零時(shí)，首先將地 震計(jì)頻帶切換到1秒至40赫茲，然后通過AD轉(zhuǎn)換采集地震計(jì)零點(diǎn)信息，通過計(jì)算得出調(diào)整信息， 將調(diào)整信息發(fā)送給數(shù)字電位器，數(shù)字電位器將調(diào)零參考電壓量輸出至調(diào)零線圈，調(diào)零線圈由 于有電流通過會產(chǎn)生電磁場，對地震計(jì)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍達(dá)到±3° 。(3) 常平架海底地震儀工作環(huán)境非常復(fù)雜，海底地震儀由海面自由下落至海底，沒有人工安裝這個(gè) 步驟，而地震計(jì)需要一個(gè)水平的工作臺基，這就要求海底地震儀中的地震計(jì)是工作在一個(gè)可 以自動調(diào)平的裝置上，該裝置就是常平架。本發(fā)明寬頻帶海底地震儀中的常平架的工作原理是使用兩個(gè)互相正交的軸承構(gòu)成一個(gè)平 面，將一個(gè)重心在中心的平臺放置在這兩個(gè)軸承上，當(dāng)這兩個(gè)軸承構(gòu)成的平面與水平面不平 行時(shí)，這個(gè)平臺可以自由的圍繞這兩個(gè)軸承轉(zhuǎn)動，當(dāng)平臺的重心與中心重合時(shí)，平臺會停止 轉(zhuǎn)動，此時(shí)平臺與水平面重合。該常平架是基于重力原理調(diào)整水平的常平架，由常平機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)組成。其中參見圖3。常平機(jī)構(gòu)包括固定托盤23(圖2)、左右固定支架25、常平圈26、前后連接架24、 底盤31、球托32。左右固定支架固定在所述密封儀器倉球內(nèi)，常平圈的左右端分別與左右固 定支架樞接，常平圈的前后端分別與前后連接架的上端樞接，前后連接架的下端分別與底盤 的前后端固定，球托固定于底盤的底面，左右固定支架的中心之間形成的軸線與前后連接架 的中心之間形成的軸線正交。首先在底盤32上安裝地震計(jì)，將底盤32與球托31通過螺絲連接 在一起，在2個(gè)連接架24的上部安裝軸承29，使用固定螺釘30將前后連接架24與常平圈26固定 在一起，在常平圈26的兩端安裝軸承29，使用固定螺釘30將常平圈26和左右固定支架25固定 在一起。鎖緊機(jī)構(gòu)包括球形支撐42、電動升降機(jī)構(gòu)、底座35，底座35固定在所述密封儀器倉球內(nèi)， 電動升降機(jī)構(gòu)裝在底座35上，球形支撐由電動升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動升降，球形支撐上升后可緊J氐球 托32的下弧面。電動升降機(jī)構(gòu)由傳動大齒輪33、傳動小齒輪34、底座35、底座連接架36、外圈螺母37、740與傳動小齒輪34固定在一起，傳動小齒輪34與傳動大齒輪33嚙合， 傳動大齒輪33與傳動螺桿40固定在一起。傳動螺桿40的另一端與升降螺母41通過螺紋連接在 一起，升降螺母41與球形支撐42固定在一起。觸碰桿45固定在升降螺母41上。兩個(gè)擋桿44安 裝在底座連接架36上，位于觸碰桿45兩側(cè)。上下兩個(gè)限位開關(guān)43和控制電路板47安裝在接觸 開關(guān)架46上，接觸開關(guān)架46安裝在底座連接架36上。電機(jī)38帶動傳動小齒輪34旋轉(zhuǎn)，通過齒 輪間的嚙合驅(qū)動傳動螺桿40旋轉(zhuǎn)。由于傳動螺桿40與升降螺母41通過螺紋連接，以及兩個(gè)擋 桿44對觸碰桿45的限制作用，隨著傳動螺桿40的旋轉(zhuǎn)，升降螺母41和球型支撐42作升降運(yùn)動， 當(dāng)觸碰桿45與限位開關(guān)43接觸時(shí)，電機(jī)38停止工作。該常平架的工作過程是控制電路47控制電機(jī)38驅(qū)動傳動螺桿40順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，升降螺母41 和球型支撐42向下運(yùn)行，當(dāng)觸碰桿45與限位開關(guān)43接觸后，電機(jī)38停止轉(zhuǎn)動。此時(shí)球托32及 安裝在底座上的地震計(jì)可以在±30°內(nèi)圍繞軸承29轉(zhuǎn)動，最后保持在水平狀態(tài)。然后控制電 路47控制電機(jī)38驅(qū)動傳動螺桿40逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，升降螺母41和球型支撐42向上運(yùn)行，當(dāng)觸碰桿 45與限位開關(guān)43接觸后，電機(jī)38停止轉(zhuǎn)動，此時(shí)球形支撐42弧面與球托32弧面緊密接觸，調(diào) 平結(jié)束。所述球托32和球形支撐42其表面的弧度是一樣的，均為圓弧面，兩者的表面均勻分布 有0.2毫米的凹坑，可以增大兩個(gè)面接觸的摩擦力，保證地震計(jì)與常平架之間是剛性連接，減少寄生共振。所述數(shù)據(jù)采集器、地震計(jì)、常平圈都安裝在常平機(jī)構(gòu)的底盤31上，在密封儀器倉球內(nèi)部 僅需固定左右兩個(gè)固定支架，以便調(diào)試與組裝。(4) GPS、電子羅盤、數(shù)傳電臺20和頻閃信號燈18密封儀器倉球還裝有GPS、電子羅盤、數(shù)傳電臺和信號燈。當(dāng)海底地震儀浮出海面后，為 了方便打撈，海底地震儀集成了數(shù)傳電臺，地震儀在海面上打開GPS定位后，將位置信息 通過數(shù)傳電臺發(fā)送出去。該電臺工作頻率為230MHz，發(fā)射功率為2 W，使用l/8波長短棒天線， 確保海底地震儀在海面上傳輸距離大于2公里。同時(shí)，海底地震儀內(nèi)部還集成了高亮度紅光二極管，發(fā)射功率5W，方便在夜間進(jìn)行打撈。 2.電池倉寬頻帶海底地震儀在海底需要維持較長工作時(shí)間，因此就需要攜帶大量電池。本發(fā)明4吏 用一次性鋰聚合物電池，電池分為四大組。第一組，兩節(jié)電池串聯(lián)后再并聯(lián)，供電電壓6.6V， 這部分電池給采集器和地震計(jì)供電。第二組，4節(jié)電池串聯(lián)后再并聯(lián)，供電電壓13.2V，給逃 生機(jī)構(gòu)供電。第三組，4節(jié)電池串聯(lián)后再并聯(lián)，供電電壓13.2V，給數(shù)傳電臺和頻閃燈供電。 第四組，4節(jié)電池串聯(lián)后再并聯(lián)，供電電壓13.2V，給水聲通訊電路和釋放控制電路供電。這樣多組方式供電有以下優(yōu)點(diǎn)1) 供電電池多組并聯(lián)，防止個(gè)別電池出現(xiàn)問題；2) 多組分別供電可以更好的根據(jù)各部件功耗合理分配電池；3) 釋放部分單獨(dú)供電，可以使這部分電池在記錄中沒有被使用，保證長時(shí)間海底記錄后， 釋放電源仍然充足，確保釋放。4) 數(shù)傳電臺和頻閃燈單獨(dú)供電，保證上浮后正常工作時(shí)間。本發(fā)明寬頻帶海底地震儀攜帶大量的電池，這些電池分別放在玻璃密封倉內(nèi)的電池盒4 的孔5中(圖6)，電池盒使用硬海綿一次加工而成，外形略大于玻璃密封艙球內(nèi)壁，安裝時(shí)將 電池盒整個(gè)放入玻璃密封倉中就可以，不需要粘貼、固定，利用電池放入后整個(gè)電池盒4的體 積會增大使其與玻璃密封倉內(nèi)壁緊密結(jié)合。3. 連接板本發(fā)明寬頻帶海底地震儀的儀器倉和電池倉之間是通過一個(gè)是不銹鋼連接板12連接的， 不銹鋼連接板12采用8毫米厚的不銹鋼板直接加工而成，上面均勻分布20毫米的孔以便于在寬 頻帶海底地震儀在海水中下沉?xí)r透水。不銹鋼連接板12通過四邊的孔分別與兩個(gè)ABS保護(hù)殼9上的孔連接在一起。4. 釋放機(jī)構(gòu)和耦合架本發(fā)明寬頻帶海底地震儀的電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)包括一根熔絲和固定在連接板12上的熔絲 盤，熔絲盤的兩端各嵌設(shè)一塊熔絲拉塊，各熔絲拉塊上設(shè)繞線樁，熔絲盤的中央設(shè)有正負(fù)電 極、若干繞線樁、壓片，熔絲經(jīng)由負(fù)電極繞過熔絲盤和熔絲拉塊上的各繞線樁，該熔絲的兩 端由壓片壓緊，將各熔絲拉塊與熔絲盤固定在一起。本發(fā)明寬頻帶海底地震儀的耦合架由上下兩個(gè)鑄鐵制作的橢圓形環(huán)、連接于兩個(gè)橢圓形 環(huán)之間的數(shù)根鐵管焊接而成，部分鐵管上焊接角鐵，角鐵上穿設(shè)螺桿，螺桿固接鋼絲繩，該 鋼絲繩與釋放機(jī)構(gòu)的熔絲拉塊的固接。耦合架2的下方用4根1米長的鐵鏈連接配重架1。在寬 頻帶海底地震儀在海水中下沉?xí)r，由于配重架l的重量遠(yuǎn)大于寬頻帶海底地震儀的浮力，其會 拽著寬頻帶海底地震儀豎直下沉，減少海流對儀器的影響。參見圖4、圖5。釋放機(jī)構(gòu)13由熔絲盤、正電極49、熔絲拉塊50、繞線樁51、負(fù)電極52、 墊柱53、壓絲螺釘54、鎖緊環(huán)55、螺柱56、螺母57、壓片58、和一根熔絲60組成。釋方文機(jī)構(gòu) 由8根支桿48固定在不銹鋼板12上，釋放機(jī)構(gòu)13上纏繞熔絲60，熔絲60采用1毫米直45的多股 鋼絲，每股又由36根細(xì)鋼絲組成，熔絲60由壓片58開始纏繞，順時(shí)針繞過壓絲螺釘(右側(cè)) 54,之后再依次繞過繞線樁(1) 51、繞線樁(2) 51、繞線樁(3) 51，經(jīng)繞線樁(4) 51下 邊緣處，依次經(jīng)過負(fù)電極(右側(cè))52、墊柱53、負(fù)電極(左側(cè))52，再依次繞過繞線樁(6) 51、繞線樁(7) 51、繞線樁(8) 51，最后繞過壓絲螺釘(左側(cè))54回到壓片58處，完成熔 絲60的安裝。熔絲60通過熔絲拉塊50上的繞線樁51把熔絲拉塊50與整個(gè)釋放機(jī)構(gòu)連接在一起。裝有儀器倉和電池倉的ABS保護(hù)殼通過不銹鋼連接板12固定在一起，釋放機(jī)構(gòu)13也與不銹 鋼連接板12固定在一起，然后整個(gè)放置在耦合架的上面，耦合架通過鋼絲繩與釋放機(jī)，勾的熔 絲拉塊50連接。當(dāng)寬頻帶海底地震儀給釋放機(jī)構(gòu)中的正電極49和負(fù)電極52加直流電后，負(fù)電極52上方的 熔絲60就開始發(fā)生電腐蝕反應(yīng)，直至最后斷開。熔絲60斷開后，熔絲拉塊50便和整個(gè)釋放豐幾 構(gòu)分離，與熔絲拉塊50連接的耦合架也隨之與整個(gè)寬頻帶海底地震儀分離。由于釋放機(jī)構(gòu)是與寬頻帶海底地震儀緊密固定在一起的，隨著海底地震儀的回收而回收， 是可以重復(fù)使用的部件，因此，釋放機(jī)構(gòu)中所有的金屬部件都采用316不銹鋼加工而成，具有 高抗腐蝕性。
工作原理
本發(fā)明寬頻帶海底地震儀的工作過程是選擇適當(dāng)?shù)暮Ｓ驅(qū)掝l帶海底地震儀從海面投 放入海水中，寬頻帶海底地震儀整體的重量遠(yuǎn)大于其在海水中的浮力，故會下沉至海底，下 沉到海底后，自動啟動內(nèi)部的常平架進(jìn)行調(diào)平，調(diào)平完成后地震計(jì)開始工作，數(shù)據(jù)采集器也 進(jìn)入工作狀態(tài)，開始連續(xù)采集并記錄地震計(jì)輸出。當(dāng)需要獲取記錄數(shù)據(jù)時(shí)，通過聲納發(fā)送釋 放命令，將寬頻帶海底地震儀回收。寬頻帶海底地震儀接收到水聲釋放命令后啟動釋放機(jī)構(gòu)， 使耦合架與寬頻帶海底地震儀回收部分分離，寬頻帶海底地震儀回收部分由于浮力大于自身 重力，就會浮出海面，并由數(shù)傳電臺發(fā)出GPS定位信息，然后根據(jù)該信息確定儀器的位置并打 撈儀器，再提取數(shù)據(jù)采集器記錄的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和科學(xué)研究。
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權(quán)利要求
1.一種寬頻帶海底地震儀，其特征在于包括兩個(gè)保護(hù)外殼；一塊連接板，所述兩個(gè)保護(hù)外殼分別固定在該連接板的兩端；一個(gè)密封儀器倉球和一個(gè)密封電池倉球，分別裝在所述兩個(gè)保護(hù)外殼中，電池倉球中裝有電池和水聲通訊電路，兩個(gè)密封倉球之間用電纜電連接；用于保持地震計(jì)處于水平狀態(tài)的常平架，裝在所述儀器倉球內(nèi)，常平架上安裝數(shù)據(jù)采集器和地震計(jì)；用于釋放耦合架的電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)，其固定在所述連接板上；為地震儀提供下沉力的耦合架，其位于所述連接板下方并用鋼絲繩與所述電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)連接，耦合架的下方還用鐵鏈連接配重架。
2. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于 所述常平架包括常平機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)，其中所述常平機(jī)構(gòu)包括左右固定支架、常平圈、前后連接架、底盤、球托，左右固定支架固 定在所述密封儀器倉球內(nèi)，常平圈的左右端分別與左右固定支架樞接，常平圈的前后端分別 與前后連接架的上端樞接，前后連接架的下端分別與底盤的前后端固定，球托固定于底盤的 底面，左右固定支架的中心之間形成的軸線與前后連接架的中心之間形成的軸線正交；所述鎖緊機(jī)構(gòu)包括球形支撐、電動升降機(jī)構(gòu)、底座，底座固定在所述密封儀器倉球內(nèi)， 電動升降機(jī)構(gòu)裝在底座上，球形支撐由電動升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動升降，球形支撐上升后可緊抵所述 球托的下弧面。
3. 如權(quán)利要求2所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于 所述球形支撐與球托兩者的接觸面均為弧度相同的圓弧面且均布凹坑。
4. 如權(quán)利要求2所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集器、地震計(jì)、常平圈都安裝在所述常平機(jī)構(gòu)的底盤上，在密封儀器倉球內(nèi) 部僅需固定左右兩個(gè)固定支架，以便調(diào)試與組裝。
5. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于所述電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)包括一根熔絲和固定在所述連接板上的熔絲盤，熔絲盤的兩端各嵌 設(shè)一塊熔絲拉塊，各熔絲拉塊上設(shè)繞線樁，熔絲盤的中央設(shè)有正負(fù)電極、若干繞線樁、壓片， 熔絲經(jīng)由負(fù)電極繞過熔絲盤和熔絲拉塊上的各繞線樁，該熔絲的兩端由壓片壓緊，將各熔絲 拉塊與熔絲盤固定在一起，各熔絲拉塊經(jīng)鋼絲繩與所述耦合架連接。
6. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于-所述連接板上密布透水孔。
7. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于所述地震計(jì)是寬頻帶力平衡反饋式地震計(jì)，頻帶范圍是40秒至40赫茲，地震計(jì)內(nèi)置可實(shí) 現(xiàn)±3°的調(diào)整范圍的電子調(diào)零裝置。
8. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于所述的電池裝在硬海綿制作的起到減振和保護(hù)電池作用的電池盒內(nèi)，電池盒直接放入電池倉球中。
9. 如權(quán)利要求5所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于所述耦合架由上下兩個(gè)橢圓形環(huán)、連接于兩個(gè)橢圓形環(huán)之間的數(shù)根支撐鐵管組成，部分 鐵管上焊接角鐵，角鐵上穿設(shè)螺桿，螺桿與連接所述熔絲拉塊的鋼絲繩固接，所述兩個(gè)保護(hù) 外殼放置在該耦合架的上面。
10. 如權(quán)利要求1所述的寬頻帶海底地震儀，其特征在于所述密封儀器倉球還裝有GPS、電子羅盤、數(shù)傳電臺和信號燈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬頻帶海底地震儀，包括兩個(gè)保護(hù)外殼；一塊連接板，兩個(gè)保護(hù)外殼分別固定在該連接板的兩端；一個(gè)密封儀器倉球和一個(gè)密封電池倉球，分別裝在兩個(gè)保護(hù)外殼中，電池倉球中裝有電池和水聲通訊電路，兩個(gè)密封倉球之間用電纜電連接；用于保持地震計(jì)處于水平狀態(tài)的常平架，裝在儀器倉球內(nèi)，常平架上安裝數(shù)據(jù)采集器和地震計(jì)；用于釋放耦合架的電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)，其固定在連接板上；為地震儀提供下沉力的耦合架，其位于連接板下方并用鋼絲繩與電腐蝕釋放機(jī)構(gòu)連接，耦合架的下方還用鐵鏈連接配重架。本發(fā)明能夠在深海使用、觀測頻帶范圍40秒至40赫茲，不但適合進(jìn)行海底天然地震觀測，也適合海底人工震源觀測。
文檔編號G01V1/38GK101672927SQ20091009358
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者劉明輝, 鵬 葉, 周銀興, 婁文宇, 莊燦濤, 彭朝勇, 杰 朱, 朱小毅, 江 李, 李建飛, 楊桂存, 湛 林, 梁鴻森, 兵 薛, 陽 陳 申請人:北京港震機(jī)電技術(shù)有限公司