一种水下爆破水底震动自主采集方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于爆破地震测试领域，特别涉及一种水下爆破水底震动自主采集方法及 系统。
【背景技术】
[0002] 目前的水底震动测试设备主要有三种类型，一种是大型的海底地震仪0BS(专利 200910093585. 5)，这类地震仪用于深水海底地震研究，功能完备，精度很高，但是体积庞 大，结构复杂，价格昂贵，一般只用于大型的海洋科学实验；第二种是大型海底拖缆式传感 器（专利200910019112. 0)，将传感器、数据线、电源线整合在拖缆内，测量信号通过拖缆传 送到拖船或者水上平台上的采集仪器进行记录，需要专用拖船配合投放和回收，系统复杂， 操纵不便，并且只能采集水底表面的震动，受水底噪声和覆盖层的影响大；第三种是在线式 水下震动传感器（专利02281796. 4)，将检波器置于防水外壳内，插在水底覆盖层内，测量 信号通过检波器连接电缆传送到岸上或水面主机进行采集记录，设置和安装都比较繁琐， 并且同样存在着传送电缆较长、信号受水底噪声影响大、防水处理困难等问题。
[0003] 相对于一般的陆地爆破震动测试，水下爆破引起的水底震动测试更为复杂和困 难。一是水下设置困难。由于水底环境复杂和水下施工作业的影响，爆区附近水下透视性 会比较差，通常的方法只能是依靠专业潜水员将测震传感器布设于水下测点，代价和危险 性都比较高。二是水下固定困难。为了得到测点的真实地震信号，必须保证传感器与测点 的可靠固定，使传感器与水底岩体之间满足位移连续性条件，而自然水底面多有乱石、淤泥 且不平整，目前尚无有效的水下粘结剂，传感器与水底岩面无法可靠固定。三是防水处理困 难。由于水下无线信号传输困难，水声传播易受爆区噪声淹没，而目前的水底测震传感器主 要是通过有线电缆将信号传输到地面数据采集系统，传感器与水中电缆必须进行严格的防 水处理，否则一旦电路短路就会导致设备损坏试验失败。四是信号干扰严重。水中浪涌、爆 破冲击波等都会对电缆信号传输造成较强干扰，产生附加噪声，严重影响测试信号的准确 性。现有震动测试设备和技术都无法满足水下钻孔爆破水底震动测量的使用要求。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有的水下震动测试设备结构复杂、安装困难、线缆过长导致信噪比不 高等缺点，本发明提供一种水底震动自主采集三向传感器，该传感器采用一体化集成离线 式设计，可长时待机、自主采集，内部结构紧凑、布局合理，外壳密封防水、耐腐蚀，携带、安 装和回收方便，可多次重复使用。
[0005] -种水下爆破水底震动自主采集方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1，提供采集装置，该装置包括：导向杆、定位块、顶盖、圆柱壳体、接口模块、 电源模块、采集模块、积分模块、核心传感器模块、底座；
[0007] 定位块中心设有螺纹通孔，导向杆顶端设有吊孔，导向杆外壁设有外螺纹，导向杆 旋入定位块的螺孔内，导向杆下端与顶盖固定连接，定位块下底面抵压在顶盖上底面，顶盖 下底面密封圆柱壳体上端开口，底座密封圆柱壳体下端开口，所述接口模块、电源模块、采 集模块、积分模块、核心传感器模块位于圆柱壳体内，核心传感器模块固定连接在底座内；
[0008] 所述接口模块用于布设电源开关、电源充电接口、数据传输接口和状态指示灯；
[0009] 核心传感器模块包括三向振动加速度传感器，同时测量径向、切向和垂直方向的 振动加速度信号；
[0010] 积分模块将加速度信号积分转化为速度信号；
[0011] 所述采集模块为智能高速数据采集板，包括信号调理电路、模数转换电路、微处理 器、数据存储、数据传输、时钟、温度、参数存储子模块；其中信号调理电路为三路，其输入端 与积分模块连接，输出端与模数转换电路输入端连接，模数转换电路输出端与微处理器输 入端连接，微处理器还与数据存储、数据传输、时钟、温度、参数存储子模块连接，数据传输 子模块还与网络接口连接；
[0012] 电源模块为整个采集装置提供电源。
[0013] 步骤2,设置初始启动时间、触发阈值、采样频率、静默时间、采集次数后，将采集装 置放置于水下钻孔内；
[0014] 步骤3,采集装置开始采集水下爆破震动加速度信号并转化为速度信号，记录速度 信号；
[0015]步骤4，采集结束，从钻孔中取出采集装置。
[0016] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1)结构简单，核心传感器和采集系统一 体化设计，省去了传统测试系统中的的传输电缆，避免了长电缆带来的附加噪声和水下密 封问题，外壳密封防水耐腐蚀；（2)信号采集过程智能化，水下安放前设定好启动时间、触 发阈值和采样频率，可在指定时间自动启动、自动探测、自动触发、自动采集，测试完毕即可 回收读取数据，可操作性强；（3)采用三向加速度传感器，体积小于市面上所用的速度传感 器，整机携带、设置使用方便，性能可靠。
[0017] 下面结合附图对本发明的结构作进一步详细说明。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的坚直剖视图；
[0019]图2为本发明采集模块的电子系统结构框图；
[0020] 图3为本发明模块3D离散图；
[0021] 图4为本发明积分模块电路框图；
[0022] 图5为本发明信号调理电路示意图；
[0023] 图6为本发明电源电压自检电路图；
[0024] 图7为本发明微处理器电路示意图；
[0025] 图8为本发明时钟子模块电路示意图；
[0026] 图9为本发明温度子模块电路示意图；
[0027] 图10为本发明参数存储子模块电路示意图；
[0028] 图11为本发明米集方法流程图；
[0029] 图12为本发明传感器水下布设图；
[0030] 图13为本发明采集示例图。
【具体实施方式】
[0031] 结合图1，一种水下爆破水底震动自主采集装置，包括导向杆1、定位块2、顶盖3、 圆柱壳体6、接口模块7、电源模块8、采集模块9、积分模块10、核心传感器模块11、底座12。
[0032] 定位块2中心设有螺纹通孔，导向杆1顶端设有吊孔，导向杆1外壁设有外螺纹， 导向杆1旋入定位块2的螺孔内，导向杆1下端与顶盖3固定连接，定位块2下底面抵压在 顶盖3上底面，顶盖3下底面密封圆柱壳体6上端开口，底座12密封圆柱壳体6下端开口。 所述定位块2可以根据钻孔的大小而变化，使得该装置与钻孔内部紧密贴合，防止装置在 钻孔中摇摆；同时定位块2由金属制成，可以增加装置的重量，更容易沉到水底。
[0033] 顶盖3下底面设有圆柱形顶盖凸台，顶盖3通过螺钉与圆柱壳体6连接；顶盖3与 圆柱壳体6的上端面之间设置密封垫片，顶盖3与圆柱壳体6的内壁之间设置0形密封圈。
[0034] 底座12上底面设置底座凸台，凸台设置放置核心传感器模块11的凹槽，底座12 通过螺钉与圆柱壳体6连接；底座12与圆柱壳体6的下端面之间设置密封垫片，底座12与 圆柱壳体6的内壁之间设置至少两道0形密封圈。底座12还起到夹紧圆柱壳体6内部模 块的作用。
[0035] 所述接口模块7、电源模块8、采集模块9、积分模块10、核心传感器模块11位于圆 柱壳体6内，核心传感器模块11固定连接在底座12上：
[0036] 所述接口模块7用于布设电源开关、电源充电接口 7-1、数据传输接口 7-2和状态 指示灯；
[0037] 核心传感器模块11包括三向振动加速度传感器，同时测量径向、切向和垂直方向 的振动加速度信号；
[0038] 积分模块10将加速度信号积分转化为速度信号；
[0039] 所述采集模块9为智能高速数据采集板，结合图2,包括信号调理电路、模数转换 电路、微处理器、数据存储、数据传输、时钟、温度、参数存储子模块；信号调理电路为三路， 其输入端与积分模块10连接，输出端与模数转换电路输入端连接，模数转换电路输出端与 微处理器输入端连接，微处理器还与数据存储、数据传输、时钟、温度、参数存储子模块连 接，数据传输子模块还与网络接口连接；
[0040] 电源模块8为整个采集装置提供电源。
[0041] 具体地，本发明中三向振动加速度传感器主要技术指标如下：
[0042]a)灵敏度：150±5%mv/g ;
[0043]b)测量范围：±30g;
[0044]c)耐冲击：500g(不供电）；
[0045]d)频率范围：0? 5 ?500Hz(±ldB);
[0046]e)安装谐振频率：?lOKHz;
[0047]f)横向灵敏度比：< 5%;
[0048]g)工作温度：-40 ?12CTC;
[0049] h)幅值线性：<±1% ;
[0050]i)恒流源电压：+15?28VDC;
[0051]j)偏置电压：7. 5 ?8VDC;
[0052]k)输出阻抗：< 100Q;
[0053] 1)安装方式：的通孔安装浮置隔离（外壳与线之间电阻> 20MQ);
[0054] m)结构：剪切；
[0055] n)外壳：不锈钢。
[0056] 具体地，结合图4,积分模块包括恒流源、积分电路和放大器。积分模块实现的功能 是提供加速度传感器所需要的恒流，经过积分电路转换为速度信号，再将速度信号放大输 出。积分模块中电路主要技术性能指标为：
[0057]a)灵敏度：10mv/Unit
[0058]b)输出：±10V/5mA
[0059]c)频率范围：5 ?500Hz(±ldB)
[0060]d)电源：±12V/60mA
[0061]e)工作温度：-l(TC?+55°C
[0062]f)相对湿度：〈85% (40°C)
[0063] 具体地，结合图5,三路信号调理电路由运算放大器构成的射随电路构成，作用是 提高输入阻抗，增加驱动能力。
[0064] 第一路调理电路输入端接第4端口，第4端口分别连接电阻Rl，R1另一端连接放 大器U1A的正向输入端和R2,R2另一端接地，放大器U1A的输出端通过电阻R3与放大器 U1A的反向输入端连接，放大器U1A的输出端将调理好的信号输出给模数转换电路；
[0065] 第二路调理电路输入端接第5端口，第5端口分别连接电阻R4,R4另一端连接放 大器U1B的正向输入端和R5,R5另一端接地，放大器U1B的输出端通过电阻R6与放大器 U1B的反向输入端连接，放大器U1B的输出端将调理好的信号输出给模数转换电路；
[0066] 第三路调理电路输入端接第6端口，第6端口分别连接电阻R7, R7另一端连接放 大器U1C的正向输入端和R8, R8另一端接地，放大器U1A的输出端通过电阻R9与放大器 U1C的反向输入端连接，放大器U1C的输出端将调理好的信号输出给模数转换电路；
[0067] 第1端口接+15V，第2端口接-15V，第3端口接地。所述电阻R1、R3、R4、R6、R7、 R9的阻值为10kQ;电阻R2、R5、R8的组织为1MQ;所述放大器U1A、U1B、U1C的主要性能 指标：
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