技术领域
[0001] 本
发明涉及技术地球物理探测与监测领域，更具体的说是涉及一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体。
背景技术
[0002] 近年来，随着岩体施工、地热开发、
矿石开采、
水力压裂、油气采出、注水注气等施工作业在工程领域的广泛应用，微地震监测及相关的技术蓬勃发展。
[0003] 在进行上述施工时，往往会引起地下
应力场变化，导致
岩石破裂产生的微小震动，其
能量的一部分以弹性波或
声波的形式释放并向四周传播出去，这便是微地震
信号。通过在某些区域布置检波器阵列来接收微地震事件产生的
地震波信号，并通过
数据处理与反演求取岩石破裂的具体
位置、破裂时刻、破裂方式以及破裂释放的能量等参数，并利用这些参数对岩石破裂进行
地质学或岩土力学解释，然后可以利用这些参数对工程作业进行监测、评价和指导，已经成为了微地震监测技术应用于工程领域的主流。
[0004] 与天然地震相比，微地震的
震级很小，通常在里氏-3级到1级之间，微地震的
频率范围通常在50Hz到1500Hz之间，这对仪器提出了极高的要求。
[0005] 常规微地震检波器采用传统的动圈式或
涡流式震动
传感器，其传感器体积大、重量大、灵敏度低、
信噪比低、固有频率低，在微地震监测时的应用效果不够理想；常规微地震检波器
外壳材料为金属
铸造或注塑制造，为保证防水
密封性能往往大量使用
橡胶圈，容易造成振动信号的损耗和
变形，使原本微弱的微地震信号更加削弱与扭曲，信噪比较低，保真度较差。
[0006] 因此，如何提供一种对振动信号没有影响，密封性好、适用场景广泛的三分量地震检波器壳体是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
[0007] 有鉴于此，本发明提供了一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体，有着完备的密封性能与防水性能，且整体装配和拆卸方便；壳体重量较轻，可以尽量提高检波器的灵敏度；传感器的刚性固定方式可以最大程度地保障震动数据的保真度，从而提高了地震仪的性能。
[0008] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009] 一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体，包括MEMS传感器
电路板以及与所述MEMS传感器
电路板电性连接的屏蔽
电缆，还包括：电路板固定架、圆筒状外壳、上盖、防
水电缆接头、航空插头和尾椎；
[0010] 其中，所述MEMS传感器电路板至少具有三
块，分别为电路板一、电路板二和电路板三；
[0011] 所述电路板固定架为柱状空心结构，所述柱状空心结构的一端安装所述电路板一；所述柱状空心结构
侧壁上竖直开设有两个电路板安装槽；所述电路板二和所述电路板三分别安装在两个所述电路板安装槽内；所述电路板一、所述电路板二和所述电路板三两两垂直；所述电路板一横向固定，所述电路板二和所述电路板三纵向固定；所述屏蔽电缆分别与所述电路板一、所述电路板二、所述电路板三电性连接；
[0012] 所述电路板固定架置于所述圆筒状外壳内；所述圆筒状外壳的开口端上盖合所述上盖，所述上盖上开设有穿线孔；所述屏蔽电缆依次穿过所述上盖、所述防水电缆接头与所述航空插头连接；所述圆筒状外壳的封闭端与所述尾椎固定连接。
[0013] 通过上述的技术方案，本发明的技术效果：本发明有着完备的密封性能与防水性能，且整体装配和拆卸方便；壳体重量较轻，可以尽量提高检波器的灵敏度；传感器的刚性固定方式可以最大程度地保障震动数据的保真度，从而提高了地震仪的性能。
[0014] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，所述电路板固定架的侧壁上开设有安装
定位孔一，所述圆筒状外壳的侧壁上开设有安装定位孔二，所述安装定位孔一与所述安装定位孔二相互配合，通过
紧定螺钉进行定紧。
[0015] 通过上述的技术方案，本发明的技术效果：将电路板固定架置于圆筒状外壳中，将电路板固定架安装定位孔一与圆筒状外壳的安装定位孔二对齐，使其拥有公共的轴线，并使用紧定螺钉将其定紧，使电路板固定架与圆筒状外壳之间紧密
接触且无相对位移。
[0016] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，还包括安装在所述柱状空心结构的另一端安装电路板四。
[0017] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，所述圆筒状外壳的封闭端设置有尾椎安装槽，所述尾椎安装槽内壁上设置有内管
螺纹。
[0018] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，所述尾椎顶端的安装部设置有外管螺纹，所述内管螺纹与所述外管螺纹相适配。
[0019] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，所述尾椎包括但不限于：通用尾椎、平板尾椎、细长尾椎和浅井尾椎。
[0020] 通过上述的技术方案，本发明的技术效果：通用尾椎，安装该尾椎的检波器可以置于松软表面或粘稠表面，保障检波器不陷入其中，也可将检波器置于硬化表面。平板尾椎，借助尾椎的弯曲
底板和适当的扣具可以将检波器置于竖直硬化表面甚至顶板。细长尾椎，细长的尾椎便于插入
土壤中采集数据，上方的侧板可以辅助施工人员将检波器踩入较硬土壤中。浅井尾椎适用于浅井埋置。
[0021] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，所述圆筒状外壳的开口端的侧壁上设置有外管螺纹，所述上盖的内壁上设置有内管螺纹，所述外管螺纹与所述内管螺纹相适配。
[0022] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，所述定位安装孔采用螺纹紧固胶进行密封。
[0023] 通过上述的技术方案，本发明的技术效果：定位安装孔装配的后期采用厌
氧防水的螺纹紧固胶进行密封，保证
螺纹孔处具备防水能力。
[0024] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，所述电路板固定架、所述圆筒状外壳、所述上盖均采用
铝合金棒经数控机床切削而成。
[0025] 通过上述的技术方案，本发明的技术效果：壳体重量较轻，可以尽量提高检波器的灵敏度；传感器的刚性固定方式可以最大程度地保障震动数据的保真度，从而提高了地震仪的性能。
[0026] 优选的，在上述的一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体中，所述防水电缆接头与所述上盖之间灌注防水胶。
[0027] 通过上述的技术方案，本发明的技术效果：装配的前期通过在防水电缆接头与上盖之间灌注防水胶以提高上盖的防水能力。
[0028] 经由上述的技术方案可知，与
现有技术相比，本发明公开提供了一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体，有着完备的密封性能与防水性能，且整体装配和拆卸方便；壳体重量较轻，可以尽量提高检波器的灵敏度；传感器的刚性固定方式可以最大程度地保障震动数据的保真度，从而提高了地震仪的性能。
附图说明
[0029] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0030] 图1附图为本发明的结构示意图；
[0031] 图2附图为本发明的电路板一结构示意图；
[0032] 图3附图为本发明的电路板二结构示意图；
[0033] 图4附图为本发明的电路板固定架结构示意图；
[0034] 图5附图为本发明的电路板固定架后视图；
[0035] 图6附图为本发明的电路板固定架装配图；
[0036] 图7附图为本发明的圆筒状外壳结构示意图；
[0037] 图8附图为本发明的上盖结构示意图；
[0038] 图9附图为本发明的通用尾椎结构示意图；。
[0039] 图10附图为本发明的平板尾椎结构示意图；
[0040] 图11附图为本发明的细长尾椎结构示意图；
[0041] 图12附图为本发明的浅井尾椎结构示意图。
[0042] 在图中：11电路板一、12电路板二、13电路板三、14电路板四、2电路板固定架、21电路板安装槽、22安装定位孔一、3圆筒状外壳、31安装定位孔二、32尾椎安装槽、4上盖、41穿线孔、51通用尾椎、52平板尾椎、53细长尾椎、54浅井尾椎。
具体实施方式
[0043] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044] 本发明实施例公开了一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体，有着完备的密封性能与防水性能，且整体装配和拆卸方便；壳体重量较轻，可以尽量提高检波器的灵敏度；传感器的刚性固定方式可以最大程度地保障震动数据的保真度，从而提高了地震仪的性能。
[0045] 本发明提供了一种可变换尾椎的三分量地震检波器壳体，三片方向互相垂直的MEMS传感器电路板各自通过机械螺钉固定于电路板固定架2上，将上述整体置于圆筒状外壳3中，通过紧定螺钉将上述整体与圆筒状外壳3顶紧，传感器的供电线与信号线通过
连接线缆穿过上盖4的穿线孔41、防水电缆接头与航空插头相连接，拧紧上盖4、防水电缆接头与尾椎后，检波器形成一个封闭的整体。
[0046] MEMS传感器电路板上搭载MEMS传感器及必须的外围电路，机械外形分为电路板一11和电路板14的圆形电路板；电路板二12和电路板三13的矩形电路板两种，圆形电路板和矩形电路板分别用于横向固定与竖向固定，电路板表面大面积
覆盖绝缘阻焊绿油，保证芯片及电路不被
短路。
[0047] 电路板固定架2由
铝合金棒经数控机床切削而成，侧壁有为紧定螺钉预留的紧定孔位，
支架上预留了四个电路板固定位置，两个横向固定位置用于固定圆形电路板，两个纵向固定位置用于固定矩形电路板；三片传感器电路板在其固定结构上分三个方向固定，三方向互相垂直，各自的方向形成三维空间中的一组
正交基；每片传感器电路板都由4颗M2×4的盘头机械螺钉紧固于电路板固定架2上，接触处为大面积接触连接、刚体连接，最大程度地增强了机械振动的传递及耦合的性能。
[0048] 圆筒状外壳3由铝合金棒经机床切削加工而成，一面开口，一面封闭；圆筒状外壳3的底部为封闭端，是原生的密封状态，具有延长而出的国标G1内管螺纹用于安装不同尾椎；外壳侧壁具有2个用于固定电路板固定架2的M3机械螺纹孔，电路板固定架2通过两个M3.2进深4的沉孔与外壳上的两个螺纹孔以及两枚M3×8的12.9级紧定螺钉进行高强度的连接，藉由紧定螺钉给予内层固定结构与外壳间的压力将二者间的相对位置牢固地固定在一起，其中大面积的金属刚体连接又为震动的传递提供了有力的保证；外壳的两个M3机械螺纹孔在装配的后期采用厌氧防水的螺纹紧固胶进行密封，保证螺纹孔处具备防水能力；圆筒状外壳3的开口端外侧具有国标G1-1/8的外管螺纹，用于安装上盖4。
[0049] 带出线孔的上盖4由铝合金经数控机床加工而成，内侧为内管螺纹，用于与圆筒状外壳3的开口端配合，装配的后期采用
生料带以保证此处的密封能力；外侧为滚花，使检波器壳体可拆卸，易于检波器后期的更换和维修，降低了地震仪后期的维护
费用和时间；顶部为φ16穿线孔41，用于安装M16规格防水电缆接头，装配的前期通过在防水接头与上盖4之间灌注防水胶以提高上盖4的防水能力。
[0050] 防水电缆接头是成熟的工业现成品，规格为M16，用于外径4～8mm的电缆防水。
[0051] 连接线缆是成熟的工业现成品，采用8芯0.3平方毫米的RVVP室外施工屏蔽电缆，绝缘材料为聚氯乙烯混合料，屏蔽编织网为64网。
[0052] 航空插头是成熟的工业现成品，采用9芯M16规格防水航空插头。
[0053] 尾椎由不锈
钢经数控机床和后续工艺加工而成，具有多种适应不同应用场景的选择，通过外管螺纹与圆筒状外壳3紧密耦合；通过国标G1管螺纹与尾椎连接，尾椎具备良好的可更换与可定制能力，凡是预留长度大于8mm且小于12mm的国标G1外管螺纹的尾椎皆可与检波器本体进行连接，以便于满足不同施工环境对检波器不同固定方法需求。
[0054] 参见附图2和附图3，分别为圆形MEMS传感器电路板和矩形MEMS传感器电路板。
[0055] 电路板固定架2参见附图4、附图5和附图6。其中电路板安装槽21用于放置2块矩形电路板；每个纵向固定位置上有4个M2机械螺丝孔，用于固定矩形电路板；圆形电路板横向固定位置，电路板固定架2的两端用于放置1～2块圆形电路板，每个横向固定位置都与两个纵向固定位置相垂直；每个横向固定位置上有4个M2机械螺丝孔，用于固定圆形电路板；安装定位孔二31开设在电路板固定架2的侧壁上与安装定位孔一22相适配，其方向与两个纵向电路板固定位置成45°
角度，且是进深为4mm的M3.2沉孔。
[0056] MEMS传感器电路板在电路板固定架2上的装配方法参见附图6，本检波器的电路板通过M2机械螺丝固定于电路板支架上，通常选用支架底部的横向安装位置以及支架中部的2个纵向安装位置安装MEMS传感器电路板，支架顶部的横向位置可以安装稳压电路板提升检波器工作
稳定性，也可以不安装。安装电路板时，如附图3中的MEMS传感器芯片占电路
板面积的百分比较大，高度较高，由于芯片较为脆弱易损，安装时应当避免芯片与安装工具以及支架的直接碰撞，装配时应当佩戴防静电手套或防静电手环，避免静
电击穿芯片。
[0057] 圆筒状外壳3如附图7所示。其中安装定位孔二31的两个M3机械螺纹孔，用于与电路板支架上预留的安装定位孔一22相配合，将电路板固定架2与外壳紧密固定在一起；圆筒状外壳3开放端的国标G1-1/8外管螺纹，长度为15mm，用于安装上盖4；圆筒状外壳3封闭端的尾椎安装槽32内壁的国标G1内管螺纹，用于安装可变换的尾椎。
[0058] 上盖4如附图8所示。其中穿线孔41是M16的通孔，用于安装防水电缆接头；上盖4内壁的国标G1-1/8内管螺纹，用于与圆筒状外壳3开放端外侧的国标G1-1/8外管螺纹相配合，以起到在可维护的前提下的防水性。
[0059] 参见附图1，将电路板固定架2置于圆筒状外壳3中，将安装定位孔一22与安装定位孔二31对齐，使其拥有公共的轴线，并使用两枚长度为8mm的M3紧定螺钉将其定紧，使电路板固定架2与圆筒状外壳3之间紧密接触且无相对位移，而后使用生料带裹住圆筒状外壳3的开口端的外管螺纹，在生料带外侧涂抹足量防水密封
硅脂，将防水电缆接头安装于穿线孔41上，并使用8芯0.3平方毫米RVVP室外施工屏蔽电缆连接至三片MEMS传感器电路板上，电缆通过穿线孔41和防水电缆接头从图8所示上盖4中穿出，将上盖4内壁上的内管螺纹与开口端的外管螺纹相配合，拧紧上盖4，使检波器密封并成为整体，电缆的另一端接入航空插头中，以便于采集设备相连。
[0060] 可变换尾椎参见附图9-12。附图9表示适用于多场景的通用尾椎51，安装该尾椎的检波器可以置于松软表面或粘稠表面，保障检波器不陷入其中，也可将检波器置于硬化表面。附图10表示适用于硬化表面或适用于工程探测的平板尾椎52，借助尾椎的弯曲底板和适当的扣具可以将检波器置于竖直硬化表面甚至顶板。附图11表示适用于野外
数据采集的细长尾椎53，细长的尾椎便于插入土壤中采集数据，上方的侧板可以辅助施工人员将检波器踩入较硬土壤中。附图12表示适用于浅井埋置的浅井尾椎54。
[0061] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0062] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
