[发明专利]一种水下爆破水底震动自主采集方法及装置

说明书

技术领域

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

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OBS(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。

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

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。

一种水下爆破水底震动自主采集方法，包括以下步骤：

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；

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；

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；

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；

积分模块将加速度信号积分转化为速度信号；

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；

电源模块为整个采集装置提供电源。

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；

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；

步骤4，采集结束，从钻孔中取出采集装置。

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。