[发明专利]一种三分量海洋地震波检测传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种地震波检测传感器，特别涉及一种三分量海洋中地震波检测传感器，属于测试领域。

背景技术

目前有两种应用于检测海洋中地震的方法：第一种是将陆地上使用的地震仪通过改进应用于海底环境；另一种方法是利用压电陶瓷传感器来检测。

对于第一种方法，因为海底地震往往伴随强烈的海底活动，如地面的大规模塌陷、开裂等，若将陆地上使用的地震仪应用在海底环境下，则在布放、回收过程中操作复杂，而且该工作环境对传感器本身及其传输设备的安全性、稳定性要求极高。

对于第二种方法，是利用压电效应将地震波信号的机械能转变为电能，得到电信号输出。而在低频段，压电陶瓷传感器输出阻抗高达数百兆欧姆，带来信号能量损失、噪声与零点漂移等问题，加大了系统设计难度。同时，压电陶瓷传感器并非直接测量地震波场中水质点的振动参数，其测量的是作用在受力表面的压力变化值，单个压电陶瓷传感器得到的是标量信息不足用于震源方位的探测，而地震波纵波场水中质点振动的振速是矢量，除了振动幅度以外，其中还包含传播方向、相位变化等向量信息。

发明内容

本发明的目的为发明一种适用于检测海洋中地震波的可靠、便捷的检测手段，即一种三分量海洋地震波传感器。

本发明三分量海洋地震波传感器敏感部件由六个传感器、支撑体、密封球壳以及信号输出电缆构成。

其各零、部件连接关系为：密封球壳由上下两个带有护套的半球组成，上半球护套与上半球为一体，上半球顶端开有一出线孔，下半球护套底端通过紧固螺杆固定于下半球壳体上，两个密闭球壳的连接处加工有密封圈槽，通过球壳密封圈合成一个密封球体，支撑体的侧面加工成四面体，将四周分布的四个传感器两两相对安装其上，支撑体上下端面呈圆台形，通过螺纹连接安装上下两个传感器，支撑体通过外螺纹分别与上、下半球护套连接；六个传感器信号输出多芯信号电缆通过上半球壳体的上端出线孔伸出，并用硫化工艺固接于孔中，此外紧固螺杆下端为环状机构，以便应用时悬挂于刚性支架上。

本发明三分量海洋地震波传感器通过3条轻质弹簧悬挂于大质量的刚性支架上，其多芯信号电缆通过刚性支架上端出线孔伸出，形成地震波检测装置。

本发明工作方式为：将三分量地震波传感器用轻质弹簧悬挂于质量较大的刚性支架上，传感器在海水中地震波的作用下，与水质点共同振动。在球壳外径远小于水中地震波长的条件下，在海水中地震波纵波的作用下，球型装置的振动将能反映水质点的振动情况，安装在球壳内传感器通过对传感器刚性球体的振动测量，六个传感器两两相对呈三维正交安装，可以感知地震波中水质点的振动，就可以测得地震波纵波振动信号的三维正交分量。

由振动学理论可知，根据无约束硬球在非粘无界流体介质中对波的响应理论，当刚性小球的平均密度与水介质密度接近，并且质量分布均匀，重心与球心重合时，在外径远小于波长的条件下，刚性小球的振动速度与水质点的振动速度幅值相同，相位差趋于零。当地震波传感器的尺寸远小于水中地震波的波长时，当被测波的工作频率远大于结构安装二阶系统的谐振频率时，传感器可以近似跟随水中质点振动，振幅相近、相位相同。

本发明三分量地震波传感器为刚性空心金属球型装置，其中按三维正交方式对称安装六个低频传感器，同时保证了质量分布均匀，在球壳厚度满足抗深水静压的要求条件下，根据各器件质量来调整密封球壳的内径与外径，使整个球体平均密度与海水密度相近。

当海底地震爆发时，巨大的能量释放出来，海底活动引起水体的振动，机械能就以波的形式在海水中传播(海洋中的地震波)，其中海水质点振动方向与传播方向相一致的地震波的纵波能从海底透过水层到达海面。

本发明的有益效果：

1、本发明实现了对海洋中传播的地震波纵波场中水质点振动信号的直接感知；

2、本发明三分量传感器具有较低的输出阻抗，降低信号调理电路设计调试的难度，使得传感器在低频段有较好的频率响应；

3、本发明实现对海洋中传播的海底地震波纵波信号中矢量信息的获取。

因此，本发明三分量海洋地震波传感器克服目前海底深处地震波检测存在的不足可以直接感知海洋中传播的地震波纵波场中水质点振动信号；输出阻抗较低降低了信号调理电路的设计调试难度；实现对海洋中传播的海底地震波纵波信号中矢量信息的感知。

附图说明

附图1-三分量海洋地震波传感器内部结构示意图；

附图2-三分量海洋地震波传感器安装示意图；