一种海底永久固定式光纤地震仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种海底永久固定式光纤地震仪，涉及地震仪技术领域，该地震仪采用三维光纤传感器技术代替传统的电子式的地震传感器，通过耦合底座增强地震信号耦合强度，安装解调单元和数据采集卡实现信号数字量化采集和信号解调，采用高速数字网桥进行数据远距离传输，采用授时同步模块进行网络授时同步实现时间同步的实时修正，且具有不间断电源供电功能，端盖上安装有电源通信水密接插件，可以通过电源通信水密电缆连接接驳盒实现地震仪的通电、通信以及授时同步，能够实现地震仪在海底无人值守使用，满足永久布设和长期监测等应用需求且具有灵敏度高、响应频带宽、动态范围大、同步精度高等优点。

A permanently fixed optical fiber seismograph for seabed

【技术实现步骤摘要】
一种海底永久固定式光纤地震仪
本技术涉及地震仪
，尤其是一种海底永久固定式光纤地震仪。
技术介绍
目前，我国对海洋人工地震剖面的探测和海底天然地震的观测缺乏有效探测手段。传统海底地震仪采用自容式自沉浮结构，需要定期收回设备才能将数据读取出来，不能满足长期连续观测的需求。此外传统的海底地震仪采用的电子位移转换装置，其测量灵敏度、测量频带、动态范围已经达到极限，还无法满足地震监测与地震测量进一步发展的需要。中国科学院半导体研究所马文涛等人提出的光纤海底地震仪(CN10179955A)采用光纤光栅加速度计作为地震仪的传感器，传感器的尾纤与通信光缆连接到一起，该方案传感器的灵敏度低，容易受到长距离光缆的扰动影响。国家海洋局第一海洋研究所支鹏遥等人提出一种基于海底物联网的海底地震监测装置及系统(CN208705483U)，采用IEEE1588标准通过光缆实现网络时间同步，时间精度只有毫秒级，不能满足高精度的定位要求，光缆与水密舱的连接采用湿插拔的光纤复合水密接插件，成本高昂。
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种海底永久固定式光纤地震仪，该地震仪可以满足高灵敏度、宽响应频带宽、大动态范围和长期监测等应用需求。本技术的技术方案如下：一种海底永久固定式光纤地震仪，该海底永久固定式光纤地震仪包括：水密舱、耦合底座、三轴光纤传感单元、数据采集卡、解调单元、通信控制单元、电池和电源；水密舱包括舱体和端盖，端盖固定在舱体上，舱体与端盖之间进行径向和轴向的水密处理，端盖上安装有电源通信水密接插件，电源通信水密接插件包括一组电源端子和一组通信端子，电源通信水密接插件用于通过电源通信水密线缆连接海底接驳盒；水密舱的舱体固定装配在耦合底座上，耦合底座布放于海底，耦合底座的两侧分别固定有吊装环；三轴光纤传感单元、数据采集卡、解调单元和通信控制单元分别安装在水密舱的舱体内部，通信控制单元包括高速数字网桥、控制电路板和授时同步模块，控制电路板上集成有三轴电子罗盘，数据采集卡连接三轴光纤传感单元，数据采集卡还连接解调单元，解调单元、控制电路板和授时同步模块分别通过RJ45网线连接高速数字网桥，高速数字网桥通过双绞式通信线连接电源通信水密接插件的通信端子；电池和电源均固定在端盖的内侧，电池和电源构成不间断电源，电源的一个输入通道连接电源通信水密接插件的电源端子、另一个输入通道连接电池，电源的输出分别连接三轴光纤传感单元、数据采集卡、解调单元和通信控制单元进行供电。其进一步的技术方案为，三轴光纤传感单元包括传感单元壳体以及集成在传感单元壳体内部的三个一维传感单元，每个一维传感单元采用光纤Michelson干涉仪实现，三个一维传感单元分别两两正交安装在传感单元壳体上。其进一步的技术方案为，端盖上还安装有备用水密接插件，备用水密接插件通过双绞式通信线连接高速数字网桥，备用水密接插件用于连接水下环境监测传感器。其进一步的技术方案为，通信控制单元的控制电路板上还集成有温湿度压力传感器，温湿度压力传感器用于采集水密舱的舱体内部的环境参数。其进一步的技术方案为，水密舱的舱体直径为450mm、长为600mm，耦合底座的高度为100mm，水密舱和耦合底座均采用钛合金材料制成，海底永久固定式光纤地震仪的第一阶模态高于800Hz，满足DC～200Hz的宽频响应技术要求且满足3MPa/300m的耐压技术要求。本技术的有益技术效果是：本申请公开了一种海底永久固定式光纤地震仪，该地震仪采用三维光纤传感器技术代替传统的电子式的地震传感器，通过耦合底座增强地震信号耦合强度，可以实现10s～200Hz的宽频带响应，10ng/Hz1/2高分辨率，大于120dB动态范围的技术指标；该地震仪采用高速数字网桥技术实现双绞式通信线的远距离传输，解决传统方案中采用光电复合水密接插件的高额成本问题；采用网络授时同步方案实现时间同步的实时修正，解决了传统地震仪时钟漂移的问题以及同步时间精度低的问题，同步精度优于10μs，满足光纤地震仪组网探测的应用需求；该地震仪通过电源通信水密线缆连接海底接驳盒解决供电和通讯问题，实现地震仪永久布设在海底连续观测的应用，该地震仪能够在海底长期无人值守使用，具有灵敏度高、响应频带宽、动态范围大等优势，可以用于海洋人工地震剖面的探测，又可有用于海底天然地震的探测。附图说明图1是本申请公开的海底永久固定式光纤地震仪的结构剖视图。图2是本申请中的三轴光纤传感单元的结构剖视图。图3是本申请公开的海底永久固定式光纤地震仪的通信拓扑图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式做进一步说明。本申请公开了一种海底永久固定式光纤地震仪，请参考图1，该海底永久固定式光纤地震仪包括水密舱1和耦合底座2，其中，水密舱1包括舱体和两侧的端盖，两侧的端盖分别固定在舱体上，每个端盖与舱体采用8个M8的螺丝进行紧固，舱体与端盖之间通过两道密封胶圈进行径向和轴向两道水密处理，如图1为了展示出舱体内部的结构，因此未示出舱体，仅示出了水密舱1的两侧端盖。水密舱1的舱体固定装配在耦合底座2上，水密舱1的舱体与耦合底座2通过连接件螺丝紧固装配，耦合底座2的底部呈平面结构，当该海底永久固定式光纤地震仪置于海底时，耦合底座2与海底介质进行耦合匹配，提高海底地震波信号的探测强度，本申请对耦合底座2的具体形状不做限定，图1示出了一种情况。耦合底座2的两侧分别固定有吊装环3，每个吊装环3分别通过两个M8的螺丝与耦合底座2紧固在一起，吊装环3用于该地震仪的吊装。水密舱1和耦合底座2均采用钛合金材料制成，水密舱1的舱体直径为450mm、长为600mm，耦合底座的高度为100mm，该地震仪的总质量为175kg。水密舱1的端盖上安装有电源通信水密接插件4，电源通信水密接插件4为四芯电连接水密接插件，其中两芯构成一组电源端子用于电源供电，另外两芯构成一组通信端子用于通信。在该地震仪使用时，电源通信水密接插件4通过电源通信水密线缆连接海底接驳盒，电源通信水密线缆包括一对电源线和一对双绞线通信线，电源线与电源通信水密接插件4的电源端子相连，双绞线通信线与电源通信水密接插件4的通信端子相连，电源线供电额定电压为400VDC，功率100W，双绞线通信线的通讯速率为1.5Mbit/s，电源通信水密线缆的长度可达1500米。水密舱1的端盖上还安装有备用水密接插件5，备用水密接插件5为十芯电连接水密接插件，扩展用于连接水下环境监测传感器进行海底环境参数测量。备用水密接插件5通常与电源通信水密接插件4安装在同一个端盖上。水密舱1的舱体内部设置有三轴光纤传感单元6、数据采集卡7、解调单元8、通信控制单元9、电池10和电源11，三轴光纤传感单元6、数据采集卡7、解调单元8和通信控制单元9分别固定在舱体内部的肋上，电池10和电源11固定在水密舱1的端盖的内侧，固定在安装有电源通信水密接插件4的一个端盖上。请参考图2，三轴光纤传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海底永久固定式光纤地震仪，其特征在于，所述海底永久固定式光纤地震仪包括：水密舱、耦合底座、三轴光纤传感单元、数据采集卡、解调单元、通信控制单元、电池和电源；/n所述水密舱包括舱体和端盖，所述端盖固定在所述舱体上，所述舱体与所述端盖之间进行径向和轴向的水密处理，所述端盖上安装有电源通信水密接插件，所述电源通信水密接插件包括一组电源端子和一组通信端子，所述电源通信水密接插件用于通过电源通信水密线缆连接海底接驳盒；所述水密舱的舱体固定装配在所述耦合底座上，所述耦合底座布放于海底，用于地震仪与海底的耦合匹配，所述耦合底座的两侧分别固定有吊装环；/n所述三轴光纤传感单元、数据采集卡、解调单元和通信控制单元分别安装在所述水密舱的舱体内部，所述通信控制单元包括高速数字网桥、控制电路板和授时同步模块，所述控制电路板上集成有三轴电子罗盘，所述数据采集卡连接所述三轴光纤传感单元，所述数据采集卡还连接所述解调单元，所述解调单元、控制电路板和授时同步模块分别通过RJ45网线连接所述高速数字网桥，所述高速数字网桥通过双绞式通信线连接所述电源通信水密接插件的通信端子；/n所述电池和电源均固定在所述端盖的内侧，所述电池和电源构成不间断电源，所述电源的一个输入通道连接所述电源通信水密接插件的电源端子、另一个输入通道连接所述电池，所述电源的输出分别连接所述三轴光纤传感单元、数据采集卡、解调单元和通信控制单元进行供电。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海底永久固定式光纤地震仪，其特征在于，所述海底永久固定式光纤地震仪包括：水密舱、耦合底座、三轴光纤传感单元、数据采集卡、解调单元、通信控制单元、电池和电源；
所述水密舱包括舱体和端盖，所述端盖固定在所述舱体上，所述舱体与所述端盖之间进行径向和轴向的水密处理，所述端盖上安装有电源通信水密接插件，所述电源通信水密接插件包括一组电源端子和一组通信端子，所述电源通信水密接插件用于通过电源通信水密线缆连接海底接驳盒；所述水密舱的舱体固定装配在所述耦合底座上，所述耦合底座布放于海底，用于地震仪与海底的耦合匹配，所述耦合底座的两侧分别固定有吊装环；
所述三轴光纤传感单元、数据采集卡、解调单元和通信控制单元分别安装在所述水密舱的舱体内部，所述通信控制单元包括高速数字网桥、控制电路板和授时同步模块，所述控制电路板上集成有三轴电子罗盘，所述数据采集卡连接所述三轴光纤传感单元，所述数据采集卡还连接所述解调单元，所述解调单元、控制电路板和授时同步模块分别通过RJ45网线连接所述高速数字网桥，所述高速数字网桥通过双绞式通信线连接所述电源通信水密接插件的通信端子；
所述电池和电源均固定在所述端盖的内侧，所述电池和电源构成不间断电源，所述电源的一个输入通道连接所述电源通信水密接插件的电源端子、另一个输入通道连接所述电池，所述电源的输出分...

【专利技术属性】
技术研发人员：高菲，李遥，陈庆作，华波，颜晗，陈国才，张晓峻，姜富强，田帅飞，苑勇贵，杨军，
申请(专利权)人：中船海洋探测技术研究院有限公司，中国船舶工业系统工程研究院，哈尔滨工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32