一种竖井微震测量装置的制作方法

1.本技术涉及地震测量技术领域，具体而言，涉及一种竖井微震测量装置。


背景技术：

2.目前，竖井是洞壁直立的井状管道，实际是一种坍陷漏斗。在平面轮廓上呈方形、长条状或不规则圆形。井壁陡峭，近乎直立；地震，又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。
3.现有技术中，对于水下的海底竖井进行地震测量仍然存在空白和许多不足，不能长时间进行观测、记录，实时性差、便捷性和数据精确性不高等缺点。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种竖井微震测量装置，可以实现提高竖井微震测量的便捷性和精确性的技术效果。
5.本技术实施例提供了一种竖井微震测量装置，包括：通讯电缆、数据采集组件和数据记录模块；
6.所述数据采集组件包括多个地震数据采集模块，所述多个地震数据采集模块间隔预设距离、由上至下依次通过所述通讯电缆连接；
7.所述数据记录模块通过所述通讯电缆分别与所述数据采集组件中的多个地震数据采集模块连接。
8.在上述实现过程中，该竖井微震测量装置通过一条通讯电缆连接数据记录模块、以及数据采集组件中的多个地震数据采集模块，多个地震数据采集模块由上至下依次间隔预设距离设置，可以采集海底的竖井地层震动活动信号，通过实时观测，可以第一时间、直观地看到钻井后的地震活动情况，判断该地区海底浅层物质能量转换的活跃程度，通过多个地震数据采集模块对采集数据处理、分析、研究、统计、计算，可以精确的确定震动活动较强的地层位置，震动能量级分布情况，通过观测站在海底长期的观测，利用微震大数据分析研究地震的周期性演变规律以及动力学特征等科学问题；因此，该竖井微震测量装置可以实现提高竖井微震测量的便捷性和精确性的技术效果。
9.进一步地，每个所述地震数据采集模块包括地震检波器和数据处理电路，所述地震检波器与所述数据处理电路连接，所述地震检波器用于获取地层微弱震动信号，所述数据记录模块与所述数据处理电路连接。
10.在上述实现过程中，地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是地震仪野外数据采集的关键部件；数据处理电路将地震检波器采集的地震数据经过处理后，如模数转换、滤波等，再传输至数据记录模块保存，保证数据存储效率。
11.进一步地，所述地震检波器为三分量地震检波器。
12.在上述实现过程中，三分量地震检波器采用x、y、z三轴正交的三组检波器，可以采用叠加、正交方式部署，提高地震检波器的数据采集精度。
13.进一步地，所述数据处理电路包括放大电路、模数转换电路、数字滤波电路和主控单元，所述放大电路分别与所述地震检波器、所述模数转换电路连接，所述模数转换电路与所述数字滤波电路连接，所述主控单元分别与所述数字滤波电路、所述数据记录模块连接。
14.在上述实现过程中，地震检波器采集地震数据后传送至放大电路，地震数据经过放大电路进行信号放大，而后通过模数转换电路将放大后的地震数据进行模拟
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数字信号转换，再通过数字滤波电路滤波，最后通过主控单元将数字化的地震数据发送至数据记录模块进行记录和存储。
15.进一步地，所述数据处理电路还包括存储单元和信号传输单元，所述存储单元与所述主控单元连接，所述主控单元通过所述信号传输单元与所述数据记录模块连接。
16.在上述实现过程中，存储单元可作为本地存储单元存储地震数据，信号传输单元用于将地震数据从主控单元传输至数据记录模块；同时，上位机的控制信号也可以通过数据记录模块、信号传输单元传送至主控单元。
17.进一步地，所述装置还包括密封耐压罐体，所述地震数据采集模块一一对应地封装在所述密封耐压罐体的内部。
18.在上述实现过程中，密封耐压罐体可以将地震数据采集模块密封在内部，防止海水、泥沙等杂质的进入，以保证地震数据采集模块可以正常运行。
19.进一步地，所述装置还包括金属屏蔽罩，所述金属屏蔽罩设置在所述密封耐压罐体的内部，环绕所述地震数据采集模块。
20.在上述实现过程中，地震数据采集模块是内置暂存电子记录部分的高度集成化设计，通过设置金属屏蔽罩，可以有效增强抗干扰能力，从而确保地震数据的记录稳定，保证地震数据无缺失。
21.进一步地，所述装置还包括总线接口，所述总线接口穿过所述密封耐压罐体的出口分别连接所述主控单元、所述数据记录模块。
22.进一步地，所述装置还包括电源，所述电源通过通讯电缆与所述数据采集组件、所述数据记录模块连接。
23.在上述实现过程中，电源用于给数据采集组件、数据记录模块供电。
24.进一步地，所述通讯电缆为水密电缆。
25.在上述实现过程中，水密电缆可以水下使用，作为本技术的竖井微震测量装置的数据传输线路。
26.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
27.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看
作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本技术实施例提供的竖井微震测量装置的结构示意图；
30.图2为本技术实施例提供的地震数据采集模块的结构示意图；
31.图3为本技术实施例提供的地震数据采集模块的电路结构框图；
32.图4为本技术实施例提供的dac(digital to analog converte，数模转换器)输出检测电路的电路示意图；
33.图5为本技术实施例提供的放大及滤波电路的电路示意图。
34.图标：100
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通讯电缆；200
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数据采集组件；210
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地震数据采集模块；211
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地震检波器；212
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数据处理电路；2121
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放大电路；2122
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模数转换电路；2123
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数字滤波电路；2124
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主控单元；2125
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存储单元；2126
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信号传输单元；300
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数据记录模块；400
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密封耐压罐体。
具体实施方式
35.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
37.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
38.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
39.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
40.本技术实施例提供了一种竖井微震测量装置，可以应用于海底竖井的地震数据采集；该竖井微震测量装置通过一条通讯电缆连接数据记录模块、以及数据采集组件中的多个地震数据采集模块，多个地震数据采集模块由上至下依次间隔预设距离设置，可以采集海底的竖井地层震动活动信号，通过实时观测，可以第一时间、直观地看到钻井后的地震活动情况，判断该地区海底浅层物质能量转换的活跃程度，通过多个地震数据采集模块对采集数据处理、分析、研究、统计、计算，可以精确的确定震动活动较强的地层位置，震动能量
级分布情况，通过观测站在海底长期的观测，利用微震大数据分析研究地震的周期性演变规律以及动力学特征等科学问题；因此，该竖井微震测量装置可以实现提高竖井微震测量的便捷性和精确性的技术效果。
41.请参见图1，图1为本技术实施例提供的竖井微震测量装置的结构示意图，该竖井微震测量装置包括：通讯电缆100、数据采集组件200和数据记录模块300。
42.示例性地，数据采集组件200包括多个地震数据采集模块210，多个地震数据采集模块210间隔预设距离、由上至下依次通过通讯电缆100连接。
43.示例性地，数据记录模块300通过通讯电缆100分别与数据采集组件200中的多个地震数据采集模块210连接。
44.示例性地，该竖井微震测量装置可以应用于海底的竖井地层，可以采集海底的竖井地层震动活动信号。
45.示例性地，竖井是洞壁直立的井状管道，实际是一种坍陷漏斗。在平面轮廓上呈方形、长条状或不规则圆形。井壁陡峭，近乎直立。竖井被广泛应用于水利水电工程的取水、引水、通排风、溜渣、补气，竖井施工具有占地面积小、对周边施工干扰少等特点。然而，竖井施工空间小、工期长、登高及临边作业多、通行不便，导致竖井施工的安全风险突出。竖井可按照其直径、断面形状和深度等进行分类。
46.在一些实施方式中，该竖井微震测量装置通过一条通讯电缆100连接数据记录模块300、以及数据采集组件200中的多个地震数据采集模块210，多个地震数据采集模块210由上至下依次间隔预设距离设置，可以采集海底的竖井地层震动活动信号，通过实时观测，可以第一时间、直观地看到钻井后的地震活动情况，判断该地区海底浅层物质能量转换的活跃程度，通过多个地震数据采集模块210对采集数据处理、分析、研究、统计、计算，可以精确的确定震动活动较强的地层位置，震动能量级分布情况，通过观测站在海底长期的观测，利用微震大数据分析研究地震的周期性演变规律以及动力学特征等科学问题；因此，该竖井微震测量装置可以实现提高竖井微震测量的便捷性和精确性的技术效果。
47.请参见图2和图3，图2为本技术实施例提供的地震数据采集模块的结构示意图，突3为本技术实施例提供的地震数据采集模块的电路结构框图。
48.示例性地，每个地震数据采集模块210包括地震检波器211和数据处理电路212，地震检波器211与数据处理电路212连接，地震检波器211用于获取地层微弱震动信号，数据记录模块300与数据处理电路212连接。
49.示例性地，地震检波器211是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置，它是地震仪野外数据采集的关键部件；数据处理电路212将地震检波器211采集的地震数据经过处理后，如模数转换、滤波等，再传输至数据记录模块300保存，保证数据存储效率。
50.示例性地，地震检波器211为三分量地震检波器。
51.示例性地，三分量地震检波器采用x、y、z三轴正交的三组检波器，可以采用叠加、正交方式部署，提高地震检波器211的数据采集精度。
52.示例性地，数据处理电路212包括放大电路2121、模数转换电路2122、数字滤波电路2123和主控单元2124，放大电路2121分别与地震检波器211、模数转换电路2122连接，模数转换电路2122与数字滤波电路2123连接，主控单元2124分别与数字滤波电路2123、数据
记录模块300连接。
53.示例性地，地震检波器211采集地震数据后传送至放大电路2121，地震数据经过放大电路2121进行信号放大，而后通过模数转换电路2122将放大后的地震数据进行模拟
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数字信号转换，再通过数字滤波电路2123滤波，最后通过主控单元2124将数字化的地震数据发送至数据记录模块300进行记录和存储。
54.示例性地，数据处理电路212还包括存储单元2125和信号传输单元2126，存储单元与主控单元连接，主控单元通过信号传输单元与数据记录模块连接。
55.示例性地，存储单元2125可作为本地存储单元存储地震数据，信号传输单元2126用于将地震数据从主控单元2124传输至数据记录模块300；同时，上位机的控制信号也可以通过数据记录模块300、信号传输单元2126传送至主控单元2124。
56.应理解，本技术实施例提供的数据处理电路212，其中包括的放大电路2121、模数转换电路2122、数字滤波电路2123和主控单元2124，以及存储单元2125和信号传输单元2126可以采用现有常规的电路设计，为避免重复，此处不再赘述。
57.示例性地，该竖井微震测量装置还包括密封耐压罐体400，地震数据采集模块210一一对应地封装在密封耐压罐体400的内部。
58.示例性地，密封耐压罐体400可以将地震数据采集模块210密封在内部，防止海水、泥沙等杂质的进入，以保证地震数据采集模块210可以正常运行。
59.示例性地，该竖井微震测量装置还包括金属屏蔽罩，金属屏蔽罩设置在密封耐压罐体400的内部，环绕地震数据采集模块210。
60.示例性地，地震数据采集模块210是内置暂存电子记录部分的高度集成化设计，通过设置金属屏蔽罩，可以有效增强抗干扰能力，从而确保地震数据的记录稳定，保证地震数据无缺失。
61.示例性地，该竖井微震测量装置还包括总线接口，总线接口穿过密封耐压罐体400的出口分别连接主控单元2124、数据记录模块300。
62.示例性地，该竖井微震测量装置还包括电源，电源通过通讯电缆100与数据采集组件200、数据记录模块300连接。
63.示例性地，电源用于给数据采集组件200、数据记录模块300供电。
64.示例性地，通讯电缆100为水密电缆。
65.示例性地，水密电缆可以水下使用，作为本技术的竖井微震测量装置的数据传输线路。
66.在一些实施场景中，该竖井微震测量装置的通讯电缆100的长度为50米；其中，地震数据采集模块210以高灵敏度、低频响应好的三分量地震检波器为主体，数据记录模块以大动态范围信号采集板为主体，辅助高速数据流传输、高精度时钟授时等先进电子技术，每个地震数据采集模块210都可作为独立的地震数据采集仪器。每个地震数据采集模块210由x、y、z三轴正交的三组检波器及采集板件组装在密封耐压罐体400内，通过水密电缆与数据记录模块300相连接，水密电缆可用于供电和采集模拟数据传输。
67.示例性地，该竖井微震测量装置的总体耐压设计采用成熟的铝合金仪器舱方案；例如，该竖井微震测量装置的仪器舱尺寸为直径66mm，长度为200mm；三分量地震检波器采用叠加、正交方式部署在舱内；内置暂存电子记录部分高度集成化设计并设置金属屏蔽罩，
增强抗干扰能力，确保数据记录稳定无缺失。
68.示例性地，该竖井微震测量装置的工作水深为2000m，采用外部供电模式，采用3分量矢量检波的三分量地震检波器方案，内部存储空间在250sps采样率下足够记录超过3个月，设置仪器数据对外交互模块，可方便数据随时访问和上载。
69.示例性地，该竖井微震测量装置中的三分量地震检波器，用于获取地层微弱震动信号；数据处理电路212和其中的存储单元2125，对地震计获取的震动模拟信号进行数字化采样，转换为可存储的数字编码格式数据，记录并存储在存储单元2125中；此外，该竖井微震测量装置的总线接口，通过设计特定的网络通讯协议，可实现与数据记录模块300及外部的上位控制机进行数据、命令交互及能源供给。
70.在一些实施方式中，三分量地震检波器通过支架固定在密封耐压罐体400内，采集地震信号经过前置放大、数字采样、数字滤波降噪处理后，通过高速数据通道进入系统主控电路，完成数据的编码、授时、校验及存储。该竖井微震测量装置采用网络模块独立设计，可以实现主机通过数据记录模块300对竖井微震测量装置的数据实时访问和状态监控。电源配备有电源管理系统，可通过10针插口与主站供电系统连接，将外部电源输入转换成不同电压输出给该竖井微震测量装置的各个模块、单元。
71.请参见图4和图5，图4为本技术实施例提供的dac输出检测电路的电路示意图，图5为本技术实施例提供的放大及滤波电路的电路示意图。
72.示例性地，模数转换电路2122和数字滤波电路2123可选用数据转换滤波ads1282，同时设置自检系统dac1282(dac输出检测电路)。三分量地震检波器可选用sg
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10型正交三分量检波器，三分量地震检波器获取的模拟信号通过有源控制切换矩阵模块(前级处理)进行前置处理，处理后模拟信号经过差分放大电路放大后进行数字化转换，并通过可编程滤波器滤波抑噪等处理后进入主控单元进行授时、编码、记录和存储。
73.可选地，主控单元2124可选用32位arm(advanced risc machines，高级精简指令集处理器)高速处理器，内部时钟选用高稳晶体，外部授时采用北斗/gps高精度授时系统，一次授时；总线接口作为上位机通讯接口，可采用高速can总线通讯接口，功能包括外部上位机对数据记录模块300的数据的访问、选择性下载、工作状态的监控和有限设置，并具备供电接口，为仪器正常工作供电。
74.在本技术所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本技术实施例不再多加赘述。
75.应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本技术实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本技术实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
76.在本技术的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
77.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应与权利要求的保护范围为准。