[发明专利]一种基于压电电缆传感器的大地震临震地声监测探头单元结构及电路模块结构

说明书

技术领域

本发明专利涉及大地震临震监测传感器结构及电路设计领域，具体涉及一种基于压电电缆传感器的可精确判别地声声源方向的、低成本的、高可靠性的大地震临震监测探头的单元结构及其电路模块结构。

背景技术

地球经过不断的运动和变化，逐渐积累了巨大的能量，在地壳某些脆弱地带，造成岩石突然发生破裂，或者引发原有断层的错动，这就是地震。加强地震灾害的对策研究,提高地震监测预测的技术水平，减轻地震灾害，与国家的发展社会的稳定和人民生命财产的安全都有着直接关系和重大意义。

大地震前常有微震和极微震发生,这是人们普遍接受的事实,并且对这种微震和极微震的产生机制在理论上和实验上进行了广泛研究。这种过程伴有局部地壳地声噪音的变化,其频率范围较宽,由几赫兹到几千赫兹。因此检测地震断裂带的基岩岩石摩擦和位移时的产生的地声信号己成为监测地壳活动并用于地震短期预测的一种基本方法。这方面的技术革新必将对探讨地震孕育过程、断层活动性、大地震临震预测预报等方面有着积极作用。

如今，多种用于地震活动中地声信号检测的水听器、地听器或传感器单元已被提出。如：由克劳德·博德塞勒提出的基于压电电缆的可用于地震监测用水听器的“包括多个敏感同轴元件的压电传感器”（CN88104084.3），田时秀等提出的基于压电陶瓷的“锥形块压电地听器”（CN85100713），张文涛等提出的基于声发射传感器的“光纤深井地声仪”（CN201210192743.4），以及栾桂冬的那个提出的基于压电薄膜的“灌注成型的压电高聚物水听器振子”（CN90205285.3）。

但是，上述专利中提及的技术方案存在以下一些问题。首先，由于使用水听器检测地震中地声信息要求传感探头须安装于深水井中，使其应用的地域范围窄，应用条件苛刻；其次，压电陶瓷传感器或声发射传感器所能覆盖的声波频谱范围小，而地声信号的声波频谱跨越次声波、可听波、超声波，使得使用单一种类的压电陶瓷传感器或声发射传感器不能有效地检测所有地声信号；再有，上述技术方案中传感器均未密集安装于检测探头或检测面，使得地声信号的声源方向不能被精确的判定。

鉴于上述瑕疵，本发明公开了一种基于压电电缆传感器的大地震临震地声监测探头单元结构及电路模块结构。探头单元结构采用束型压电电缆传感器列阵，将每条压电电缆以环形、等距、密集排列的方式，贴于探头单元柱形腔体外侧，并用封装胶体均匀覆盖，通过分析每条电缆所接收地声信号的强度，可精确判定地声声源方向。此外，探头电路模块结构采用时控多路开关对每一路压电电缆进行分时处理，简化了处理电路拓扑结构。最后，利用校准电路模块标定和测量探头安装前后的方位误差为信号处理提供方位补偿的依据，保证了地声声波信号的来源方向被精确记录。通过上述技术方案，使得探头可密集、大规模的布局于地震多发带地下150米至200米处基岩或密实土壤中，使大地震临震地声监测工作得以长时间地、可靠地、低成本地展开。

发明内容

本发明的目的是为了给现有大地震监临震测领域提供一种基于压电电缆传感器的低成本、高可靠性的地声变化信息的监测传感探头结构及其电路模块结构，使其可便捷地、在现有技术条件下实现于地下150米至200米，并可精确地记录地声信息中频率、幅度、声源方向等信息。为长时间地、大规模密集布局地对大地震的预测预报提供有效、可行的技术方案。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种基于压电电缆传感器的大地震临震地声监测探头单元结构，包括：柱形腔体1、束型压电电缆传感器列阵2、封装胶体3、填充体4、前端预处理电路模块5、校准电路模块6、控制及信号处理模块7、供电及信号传输电缆8。

上述单元结构中，所述束型压电电缆传感器列阵2中每条压电电缆以环形、等距、密集排列的方式，贴于柱形腔体1外侧；封装胶体3均匀覆盖于柱形腔体1，并将束型压电电缆传感器列阵2完全包裹；束型压电电缆传感器列阵2输出信号经由柱形腔体1底部开孔输入前端预处理电路模块5处理，再由控制及信号处理模块7根据校准电路模块6收集的信息进一步处理；前端预处理电路模块5、校准电路模块6、控制及信号处理模块7均由填充体4封装于柱形腔体1内。

上述单元结构中，所述束型压电电缆传感器列阵2中压电电缆传感器应选用灵敏度优于-180dB·V×104/Pa，频率响应范围大于10-3Hz-105Hz，工作温度范围大于-50℃-100℃。

上述单元结构中，所述封装胶体3应为声匹配材料。