一种具有实时数据传输的多功能海底地震仪及其使用方法技术

提供一种实时数据传输的多功能海底地震仪及其使用方法，所述海底地震仪包括仪器舱、基站连接架；基站连接架位于仪器舱下侧，通过锁紧镙栓与仪器舱紧固连接，基站连接架采用下辐射三角结构，通过基站连接架耦合单元与海底耦合。本发明专利技术采用了先进的水下姿态控制单元，先进的采集器带宽扩频技术以及专门应用于实时数据传输的软硬件设计方案实现了实时数据传输的多功能海底地震仪在水下的实时通讯功能，并且有效地克服了传统产品在水下通信中存在的低可靠性、低数据速率和高功耗等问题；且适用于浅海海洋地质观测，海底地震监测系统以及海洋生态环境长期监测。

【技术实现步骤摘要】
一种具有实时数据传输的多功能海底地震仪及其使用方法
本专利技术涉及地球物理勘探领域，具体为海洋勘探领域，特别涉及一种具有实时数据传输的多功能海底地震仪及其使用方法，其采用了海洋地震观测
和水下声学传播技术。
技术介绍
海底地震仪是一种将检波器直接放置在海底的地震观测系统。大致分来，海底地震仪可以分为沉浮式海底地震仪和基于实时数据传输的海底地震仪(以下简称具有实时数据传输的多功能海底地震仪)。我国已在沉浮式海底地震仪研制方面取得突破，中国科学院地质与地球物理研究所在863计划十几年持续的支持下，成功研制了沉浮式高频海底地震仪。该类型海底地震仪已经广泛用于深水油气主动源（气枪）海底地震多分量地震勘探和深部地质调查，在863计划的资助下，目前每年销售该型高频沉浮式海底地震仪数十台，已经初步实现了产业化。近年来，随着海底探测仪器的发展，海底观测台网作为一种新型平台已经引起了广泛关注，其彻底改变了人类研究海洋的途径，开创了海洋科学研究的新纪元。实传式多功能海底地震仪可以作为海底地震监测功能节点加入到海底观测台网中，海底观测台网进而可根据不同的应用场景组成海底地震监测网或者海底长期观测网。我国是一个多地震国家，而海洋地震实时监测尚处于空白状态，基于海底观测台网组成的海底地震监测网可以对地震，海啸等灾害进行有效预防。国外拟建和在建的海底地震监测网都包含了海底地震监测功能节点，我国正在建立的海底地震监测网也包含了海底地震监测功能节点，其可为海底地震监测研究提供试验平台。基于海底观测台网组成的海底长期观测网可使人类对海底各项物理参数以及生态指标实施实时长期观测，其可以监测破坏性地震、海底滑坡的发生并研究相应的地质灾害预警技术；其可以对地球物理观测台站空白或稀少的海域从间断性的航次考察转向连续、实时、原位、立体和长期监测，为认识地球物理场长期变化规律和地球各圈层耦合提供科学依据；其可以把人类认识最少的深海链接到实验室，在时间域中观察海洋-地球系统变化。其可以与活动平台相结合，实际网络与虚拟网络相结合，在解决科学问题和地质灾害监测需求的同时，为国防预警提供相应数据支撑。海底观测台网作为一种新型平台逐步成为海底观测仪器的研发重点。在此方面，加拿大、日本、美国等国家发展较快，并已建立起完善的海底观测系统，其中海底地震观测均已纳入到整个海底观测网络中。我国在海底观测台网建设方面也做出了相应的研究，但起步较晚，科技部在“十二五”期间，设立国家高技术研究发展计划（863计划）重大项目“海底观测网试验系统”，以实现对深海海洋动力环境、化学环境、地球物理环境的长时间实时监测。海底观测台网的研发催生了实传式多功能海底地震仪的研发需求，实传式多功能海底地震仪可以作为海底观测平台的采集节点加入到海底观测网系统中，提供方便的对外接口作为各个海底观测系统的子系统也可单独使用。原有实时数据传输的多功能海底地震仪中由于频带宽度受限，采用使用七通道采集器系统，分别对不同频带的地震信号进行采集，其缺点是结构复杂，检波器选型比较繁琐，增加了成本和装配复杂度。以及原有实时数据传输的多功能海底地震仪的固定装置设计沿用了沉浮式海底地震仪的沉耦架设计，其采用熔断回收式，由于沉浮式海底地震仪的沉耦架设计更多的是考虑到其回收释放的有效性，而对于固定海底海底采集站的应用环境，其结构设计存在耦合稳定性不强，不易施工布设，不能根据海底状况进行自行调节等缺点。现场勘测的需要以及进一步向深海研究的需要，急需对现有的仪器进行改进和创新。
技术实现思路
基于现实需要，本专利技术的目的是公开一种具有实时数据传输的多功能海底地震仪及其使用方法，是在已有七通道多功能海底地震仪的基础上，通过对国外产品技术的消化吸收改进而成，其提高了性能指标，可以更好的满足海洋科学研究与海洋油气探测的需要，同时提供方便的对外接口使其可作为各个海底观测系统的子系统并且可单独使用完成观测任务。依据本专利技术的第一方面，提供一种具有实时数据传输的多功能海底地震仪，其包括仪器舱、基站连接架；仪器舱包含玻璃仪器舱和塑料仪器舱，玻璃仪器舱固装于塑料仪器舱内，预留交互水密接口位于塑料仪器舱顶端，基站连接架位于仪器舱下侧，通过锁紧镙栓与仪器舱紧固连接，基站连接架采用下辐射三角结构，通过基站连接架耦合单元与海底耦合，中间的三角加固器可以加固基站连接架同时可以根据需要加固重物提高稳定性，同时基站连接架可根据需要调节高度适用接驳需求。其中，仪器舱内部集成了四通道采集器系统以及三分量姿控传感器和三分量高频检波器，水听计，所述四通道采集器系统以及三分量姿控传感器和三分量高频检波器为集成一体化的地震计组合体，使玻璃仪器舱球内部成为一个整体；在玻璃仪器舱球外对四通道采集器系统以及三分量姿控传感器和三分量高频检波器和水听计进行组装、调试，然后放进玻璃仪器舱球内，通过玻璃仪器舱球挤压O型圈来固定。优选地，具有实时数据传输的多功能海底地震仪以4个通道采集地震数据，数字记录海底地震信息和水声信息；玻璃仪器舱球内部为单球一体化结构；玻璃仪器舱包含常平装置、三分量姿控宽带地震计、采集器系统和海底地震仪电源，常平装置利用姿态罗盘（6）和姿态调控电机（5）对三分量姿控宽带地震计（9）进行姿态调整；在采集器系统的前放电路中在信号输入端加配一阶无源LC低通抗混叠滤波器，采集器系统采用温补晶振构成的振荡电路作为内部时钟；海底地震仪电源采用外接供电方式，可接受9V—15V的宽频直流电压，同时备份电压采用10AH锂电池，可保证在外部供电失效的情况下仪器正常工作。进一步地，玻璃仪器舱还包括频闪灯；当玻璃仪器舱上浮时，频闪灯在黑夜里能有效的指示玻璃仪器舱所在方位且方便回收；频闪灯被置于玻璃仪器舱舱球的上部利用水压开关进行控制，当玻璃仪器舱上浮，水压减小，频闪灯工作，频闪灯的光源采用发光效率高、穿透性较好的高亮度发光二极管，可以连续工作12小时以上。此外，具有实时数据传输的多功能海底地震仪采用具备以下功能的和基站通信的硬件接口，所述功能为：a）全双工通信，可以使实传式OBS和相连的父节点之间实现双向通信；b）驱动能力强，可以实现点对多通信，一个主节点最多可挂载256从节点；c）抗干扰能力强，采用压差驱动；d）最大传输距离为4000英尺；e）传输速率高可达10Mb/s。依据本专利技术的第二方面，使用上述具有实时数据传输的多功能海底地震仪进行数据采集的方法，其包括以下步骤。1）选择好投放具有实时数据传输的多功能海底地震仪的地点和方位，作业船行驶到指定地点。2）用拉紧钢缆把具有实时数据传输的多功能海底地震仪的仪器舱与基站连接架固定好，通过交互软件检查具有实时数据传输的多功能海底地震仪的各项状态参数，并对具有实时数据传输的多功能海底地震仪参数进行配置。3）把具有实时数据传输的多功能海底地震仪投放到海底，并通过基站连接架和海底基站进行耦合固定具有实时数据传输的多功能海底地震仪。4）通过特定的导缆将具有实时数据传输的多功能海底地震仪和海底接驳盒进行连接；海底接驳盒进一步将具有实时数据传输的多功能海底地震仪并入到海底采集站，进而并入到台网中心。5）台网中心通过特定的交互指令和具有实时数据传输的多功能海底地震仪进行交互，并进一步检查具有实时数据传输的多功能海底地震仪的入网状态和运行状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有实时数据传输的多功能海底地震仪，其特征在于，包括仪器舱、基站连接架；仪器舱包含玻璃仪器舱和塑料仪器舱，玻璃仪器舱固装于塑料仪器舱内，预留交互水密接口位于塑料仪器舱顶端，基站连接架位于仪器舱下侧，通过锁紧镙栓与仪器舱紧固连接，基站连接架采用下辐射三角结构，通过基站连接架耦合单元与海底耦合，中间的三角加固器可以加固基站连接架同时可以根据需要加固重物提高稳定性，同时基站连接架可根据需要调节高度适用接驳需求。

【技术特征摘要】
1.一种具有实时数据传输的多功能海底地震仪，其特征在于，包括仪器舱、基站连接架；仪器舱包含玻璃仪器舱和塑料仪器舱，玻璃仪器舱固装于塑料仪器舱内，预留交互水密接口位于塑料仪器舱顶端，基站连接架位于仪器舱下侧，通过锁紧镙栓与仪器舱紧固连接，基站连接架采用下辐射三角结构，通过基站连接架耦合单元与海底耦合，中间的三角加固器可以加固基站连接架同时可以根据需要加固重物提高稳定性，同时基站连接架可根据需要调节高度适用接驳需求。2.依据权利要求1的具有实时数据传输的多功能海底地震仪，其特征在于，仪器舱内部集成了四通道采集器系统以及三分量姿控传感器和三分量高频检波器，水听计，所述四通道采集器系统以及三分量姿控传感器和三分量高频检波器为集成一体化的地震计组合体，使玻璃仪器舱球内部成为一个整体；在玻璃仪器舱球外对四通道采集器系统以及三分量姿控传感器和三分量高频检波器和水听计进行组装、调试，然后放进玻璃仪器舱球内，通过玻璃仪器舱球挤压O型圈来固定。3.依据权利要求1的具有实时数据传输的多功能海底地震仪，其特征在于，具有实时数据传输的多功能海底地震仪以4个通道采集地震数据，数字记录海底地震信息和水声信息；玻璃仪器舱球内部为单球一体化结构；玻璃仪器舱包含常平装置、三分量姿控宽带地震计、采集器系统和海底地震仪电源，常平装置利用姿态罗盘（6）和姿态调控电机（5）对三分量姿控宽带地震计（9）进行姿态调整；在采集器系统的前放电路中在信号输入端加配一阶无源LC低通抗混叠滤波器，采集器系统采用温补晶振构成的振荡电路作为内部时钟；海底地震仪电源采用外接供电方式，可接受9V—15V的宽频直流电压，同时备份电压采用10AH锂电池，可保证在外部供电失效的情况下仪器正常工作。4.依据权利要求1的具有实时数据传输的多功能海底地震仪，其特征在于，玻璃仪器舱还包括频闪灯；当玻璃仪器舱上浮时，频闪灯在黑夜里能有效的指示玻璃仪器舱所在方位且方便回收；频闪灯被置于玻璃仪器舱舱球的上部利用水压开关进行控制，当玻璃仪器舱上浮，水压减小，频闪灯工作，频闪灯的光源采用发光效率高、穿透性较好的高亮度发光二极管，可以连续工作12小时以上。5.依据权利要求1的具有实时数据传输的多功能海底地震仪，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锡强，游庆瑜，郝天珧，赵春蕾，张妍，王肃静，许晴，赵剑阳，简逸云，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11