專利名稱：10的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，主要涉及地震及固體潮等地殼活動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器類。
背景技術(shù)：
按測(cè)量原理不同，地震儀分為慣性擺地震儀和應(yīng)變地震儀兩類(“地震學(xué)引論”，M.巴特著，許立特譯，地震出版社)。目前，慣性擺地震儀的觀測(cè)頻帶為0.003Hz-100Hz。受擺系統(tǒng)自振頻率難以提高的限制，頻率高于100Hz的地殼運(yùn)動(dòng)已經(jīng)超出慣性擺地震儀的監(jiān)測(cè)頻域，因此在高于100Hz的頻率域中，究竟存在何種地殼運(yùn)動(dòng)還是地球科學(xué)的未知事物。但有種種跡象表明，在這一頻率域中有非常重要的地殼活動(dòng)信息。如，在地震孕育或大地震發(fā)生前地層微破裂過(guò)程中，根據(jù)材料破壞理論，必定會(huì)有頻率高于100Hz的聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生。多次大地震來(lái)臨前數(shù)十到數(shù)分鐘，確實(shí)有許多人聽(tīng)到來(lái)自地下的聲音，估計(jì)頻率約數(shù)百Hz，但因沒(méi)有儀器記錄數(shù)據(jù)而無(wú)法深入認(rèn)識(shí)。
國(guó)外的應(yīng)變地震儀，如美國(guó)“地球透鏡”計(jì)劃中采用的Sacks體積應(yīng)變儀和Gladwin分量應(yīng)變儀用于監(jiān)測(cè)地殼緩慢應(yīng)變活動(dòng)，觀測(cè)頻帶為10-6Hz-5Hz，應(yīng)變靈敏度為10-10量級(jí)，并不用于更高頻率信號(hào)的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問(wèn)題由于安裝探頭巖孔的自振頻率高達(dá)數(shù)十KHz。因此，從原理上，鉆孔應(yīng)變地震儀的觀測(cè)頻寬可以達(dá)到10-6Hz-104Hz，能夠做成高頻鉆孔應(yīng)變地震儀。但由于發(fā)射波的頻率越高其相應(yīng)地層的微破裂長(zhǎng)度越短，發(fā)射能量越小。目前尚沒(méi)有適合接收發(fā)射能量很小的地層高頻微破裂信號(hào)的儀器。本發(fā)明依據(jù)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)出10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應(yīng)變地震儀，該發(fā)明既可以觀測(cè)固體潮之類緩慢的長(zhǎng)周期地殼運(yùn)動(dòng)，也可以記錄長(zhǎng)、短周期地震活動(dòng)，還能監(jiān)測(cè)來(lái)自地層微破裂發(fā)射的高頻微破裂應(yīng)變波和“地聲”。為地學(xué)研究及地震監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)提供新的觀測(cè)手段。
解決上述技術(shù)問(wèn)題的原理及技術(shù)方案設(shè)地震波在地層中沿水平X軸運(yùn)動(dòng)，其中位移ux.uy如下式所示ux＝Acos[k1(x-C1t)+ε1](1)uy＝Bcos[k2(x-C2t)+ε2](2)(1)式表示地層質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與X軸方向一致的縱向傳播振動(dòng)；(2)式表示地層質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與X軸方向垂直的橫向傳播振動(dòng)。
式中X—座標(biāo)變化量；C1、C2——分別為縱波及橫波波速。
K1、K2為波數(shù)，ε1、ε2為初相。
地震縱波在地層中引起的應(yīng)變?yōu)閑xx＝-A k1sin[k1(x-C1t)+ε1](3)eyy＝exy＝0
地震橫波在地層中引起的應(yīng)變?yōu)閑xy＝-B K2Sin[k2(x-C2t)+ε2](4)exx＝eyy＝0測(cè)量地層應(yīng)變exx、exy由(3)、(4)式可算出地震波的地動(dòng)位移A、B。
縱波地動(dòng)位移振幅與應(yīng)變振幅之間關(guān)系為a縱＝T C1e1/2π(5)式中e1為縱向應(yīng)變exx的振幅，T為震波的周期。
解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案設(shè)計(jì)的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應(yīng)變地震儀，它包括埋在地層中的應(yīng)變測(cè)量探頭，探頭中的徑向位移電容測(cè)微傳感器通過(guò)信號(hào)電纜聯(lián)接地面數(shù)據(jù)采集器及數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，其特征在于應(yīng)變測(cè)量探頭由薄壁不銹鋼的長(zhǎng)圓筒形外殼，在長(zhǎng)圓筒形外殼內(nèi)的中段垂直于長(zhǎng)圓筒形外殼軸線的不同平面上通過(guò)軸心線固裝有與圓筒形外殼內(nèi)徑相吻合的至少兩個(gè)等分圓周角的徑向位移電容測(cè)微傳感器，徑向位移電容測(cè)微傳感器由圓環(huán)形的支撐環(huán)，在支撐環(huán)內(nèi)通過(guò)該環(huán)中心且平行于該環(huán)的端平面固裝有由固定長(zhǎng)度桿和機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿組成的徑向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿，在固定長(zhǎng)度桿和機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿相對(duì)應(yīng)的端面上裝有傳感電容極片，機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿中還插裝有逆壓電伸縮晶片，它的引出線和傳感電容極片的引出線聯(lián)在振蕩頻率在200kHz以上的變壓器交流電容電橋測(cè)微電路盒的相應(yīng)端子上。
本發(fā)明的有益效果1、由于本發(fā)明的應(yīng)變測(cè)量探頭放置在百米以下的地層巖孔中，巖孔的自振頻率高達(dá)數(shù)+kHz，該探頭周圍填充膨脹水泥，保證了探頭與地層結(jié)合為一體，便于感應(yīng)10-6-1000Hz的地震波；應(yīng)變測(cè)量探頭上面的巖孔中又裝填了隔聲物料，保證了該探頭不受地面各種工業(yè)、交通噪聲干擾，上述二點(diǎn)，確保了本發(fā)明功能正常運(yùn)作環(huán)境；2、由于應(yīng)變測(cè)量探頭中裝有多方位的徑向位移電容測(cè)微傳感器，保證了地層中各方位地震波的監(jiān)測(cè)；3、由于本發(fā)明的徑向位移電容測(cè)微傳感器中的徑向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿選用長(zhǎng)度穩(wěn)定性好、溫度膨脹系數(shù)小的材料，在加工、組裝中又保證了它與應(yīng)變測(cè)量探頭外殼的剛性連接；4、由于徑向位移電容傳感器中的固定長(zhǎng)度桿、機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿相對(duì)應(yīng)的端面上裝有間隙為0.03-0.002mm的電容極片，同時(shí)還備有機(jī)械微調(diào)，高精度小間隙的電容，保證了能將地震的高頻率微震波傳播時(shí)地層的應(yīng)變波動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，保證了本發(fā)明的高靈敏度；5、由于徑向位移電容測(cè)微傳感器的徑向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿中還插裝有逆壓電伸縮標(biāo)定晶片，在本發(fā)明安裝調(diào)試中，實(shí)現(xiàn)測(cè)量值的標(biāo)定，從而保證了本發(fā)明在使用中的精度和靈敏度；6、由于徑向位移電容測(cè)微傳感器中選用了變壓器交流電容電橋測(cè)微電路，它的振蕩器振蕩頻率在200KHz以上，滿足了地層中高頻微破裂應(yīng)變波和地聲的接收。綜上所述，本發(fā)明將地震儀的觀測(cè)頻寬擴(kuò)展到了10-6-1000Hz，它既可以觀察固體潮之類緩慢的長(zhǎng)周期地殼運(yùn)動(dòng)，也可以記錄長(zhǎng)、短周期地震活動(dòng)，還能監(jiān)測(cè)來(lái)自地層微破裂發(fā)射的高頻微破裂應(yīng)變波和地聲。為地學(xué)研究及地震監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)提供了新的觀測(cè)手段。


圖1是本發(fā)明的安裝使用示意圖；圖2是本發(fā)明中的應(yīng)變測(cè)量探頭結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明中的徑向位移電容測(cè)微傳感器示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2、圖3，本發(fā)明的應(yīng)變測(cè)量探頭10采用薄壁不銹鋼的長(zhǎng)圓筒形外殼1，它的長(zhǎng)度為直徑的3-6倍，可選用直徑90-110mm，長(zhǎng)300-700mm、壁厚2-4mm。在該圓筒形外殼內(nèi)的中段垂直于圓筒形外殼軸線的不同平面上通過(guò)軸心線固裝有與長(zhǎng)圓筒型外殼內(nèi)徑相吻合的四個(gè)等分圓周角的徑向位移電容測(cè)微傳感器2。徑向位移電容測(cè)微傳感器由圓環(huán)形的支撐環(huán)21，在支撐環(huán)內(nèi)通過(guò)該環(huán)中心且平行于該環(huán)的端面固裝有由固定長(zhǎng)度桿22和機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿23組成的徑向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿，徑向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿由長(zhǎng)度穩(wěn)定性好，溫度膨脹系數(shù)小的鋼材制成。在固定長(zhǎng)度桿22和機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿23相對(duì)應(yīng)的端面上裝有相平行的傳感電容極片4，電容極片間隙應(yīng)控制在0.03-0.002mm，電容極片直徑≤10mm，電容量在10-30PF。機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿為細(xì)牙的螺桿螺母結(jié)構(gòu)，可對(duì)電容極片間的微小間距作精細(xì)調(diào)整，便于調(diào)整輸出信號(hào)工作點(diǎn)。在機(jī)械式微調(diào)測(cè)長(zhǎng)桿中插裝的逆壓電伸縮晶片3，它采用鈮酸鋰材料制成，當(dāng)外加1伏電壓時(shí)，能產(chǎn)生約5×10-11米微量伸長(zhǎng)，使傳感電容極片間距改變，輸出電信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)變化，實(shí)現(xiàn)測(cè)量值的標(biāo)定。傳感電容極片4和逆壓電伸縮晶片3的引出線聯(lián)在所選用的振蕩頻率在200KHz以上的變壓器交流電容電橋測(cè)微電路盒5的相應(yīng)端子上。為減少分布電容的影響，應(yīng)使變壓器交流電容電橋測(cè)微電路盒的安置位置十分接近傳感電容極片。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明在地震監(jiān)測(cè)使用時(shí)，將應(yīng)變測(cè)量探頭10置入數(shù)十至數(shù)百深的巖孔中，在巖孔與應(yīng)變測(cè)量探頭間隙間填充膨脹水泥6，使該探頭與地層粘連在一起。為避開(kāi)地表各種工業(yè)、交通噪聲干擾，在巖孔中應(yīng)填充隔聲材料。應(yīng)變測(cè)量探頭10中的各徑向位移電容測(cè)微傳感器2的引出線由信號(hào)電纜9引至地面與多路數(shù)據(jù)采集器7對(duì)接，多路數(shù)據(jù)采集器對(duì)接數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)8。安裝好送電后，經(jīng)逆壓電伸縮標(biāo)定晶片3和機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿23的調(diào)整和標(biāo)定，就可投入地震監(jiān)測(cè)使用。
本發(fā)明經(jīng)安裝調(diào)試、使用，實(shí)測(cè)本發(fā)明達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)①應(yīng)變分辯率為1×12-12。記錄100Hz地震波的地動(dòng)位移放大倍率達(dá)1億倍。
②在10-6-1000Hz頻段，應(yīng)變響應(yīng)不平坦度小于3分貝?？捎涗浀芈?、高頻極微震、短周期頻段、長(zhǎng)周期頻段地震波及應(yīng)變固體潮。
③記錄應(yīng)變固體潮半日波調(diào)和分析的相對(duì)精度達(dá)0.0014。
權(quán)利要求
1.10-6-1000Hz頻段多分量鉆孔應(yīng)變地震儀，它包括埋在深地層中的應(yīng)變測(cè)量探頭(10)，該探頭中的徑向位移測(cè)微傳感器通過(guò)信號(hào)電纜(9)聯(lián)接地面數(shù)據(jù)采集器(7)及數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)(8)，其特征在于a、應(yīng)變測(cè)量探頭由薄壁不銹鋼的長(zhǎng)圓筒形外殼(1)，在長(zhǎng)圓筒形外殼內(nèi)的中段，垂直于長(zhǎng)圓筒形外殼軸線的不同平面上通過(guò)軸心線固裝有與圓筒形外殼內(nèi)徑相吻合的至少兩個(gè)等分圓周角的徑向位移電容測(cè)微傳感器(2)。b、徑向位移電容測(cè)微傳感器由圓環(huán)形的支撐環(huán)(21)，在支撐環(huán)內(nèi)通過(guò)該環(huán)中心且平行于該環(huán)的端平面固裝有由固定長(zhǎng)度桿(22)和機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿(23)組成的徑向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿，兩長(zhǎng)度桿相對(duì)應(yīng)的端面上裝有傳感電容極片(4)，機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿中還插裝有逆壓電伸縮晶片(3)，它的引出線和傳感電容極片的引出線聯(lián)在振蕩頻率在200KHz以上的變壓器交流電容電橋電路盒(5)的相應(yīng)端子上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應(yīng)變地震儀，其特征在于所述的在應(yīng)變測(cè)量探頭的外殼內(nèi)的中段，垂直于圓筒形外殼軸線的不同不平上通過(guò)軸心線裝有與圓筒形外殼內(nèi)徑相吻合的至少兩個(gè)等分圓周角的徑向位移電容測(cè)微傳感器為4個(gè)等分圓周角的徑向位移電容測(cè)微傳感器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應(yīng)變地震儀，其特征在于所述的在固定長(zhǎng)度桿(22)和機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿(23)相對(duì)應(yīng)的端面上裝有傳感電容極片(4)為兩平行金屬極片，極片間隙為0.03-0.002mm，電容極片直徑≤10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應(yīng)變地震儀，其特征在于所述的徑向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿為長(zhǎng)度穩(wěn)定性好、溫度膨脹系數(shù)小、自振頻率不低于3KHz的碳鋼制成，組成徑向長(zhǎng)度基準(zhǔn)桿中的機(jī)械式微調(diào)長(zhǎng)度桿為細(xì)螺紋的螺桿螺母結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應(yīng)變地震儀，其特征在于所述的應(yīng)變測(cè)量探頭的薄壁不銹鋼的圓筒形外殼，該外殼的長(zhǎng)度為直徑的3-6倍，型厚2-4mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的10-6Hz-1000Hz頻段多分量鉆孔應(yīng)變地震儀，其特征在于所述的埋置在深地層中的應(yīng)變測(cè)量探頭為百米甚至更深的鉆孔底部，在該探頭與鉆孔之間的間隙填充膨脹水泥(6)，在探頭上面的孔中填充隔聲材料。
全文摘要
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文檔編號(hào)G01V1/16GK1837858SQ20061007216
公開(kāi)日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者鐘融榮 申請(qǐng)人:鐘融榮