井下宽频带地震传感与采集技术

研制地震、应变、温度 等地球物理传感器，支持大 陆和海洋深部（)1 km）的 钻探，以进行活动断层的原 位研究，已成为发达国家应 对重大地学挑战的未来地球 物理研究热点。本书的特色 在于科学与技术的结合，全 书从科学和技术结合的角度 ，论述了深井地震噪声和深 井地震波理论，介绍了国内 井下地震仪的技术现状，对 “井下甚宽频带地震仪的研 制与应用开发”项目研制的 井下甚宽频带地震仪的结构 与功能、传感与采集、测试 与应用等方面的进展进行了 系统总结。 本书可供我国从事深井 观测相关工作的科研、技术 人员参阅。

前言 第1章 引言 1.1 深井观测的需求 1.1.1 地球深部研究已成为地学前沿 1.1.2 深井观测已成为研究地震的重要技术途径 1.2 大洋和大陆科学钻探计划 1.2.1 国际大洋和大陆钻探计划 1.2.2 中国大陆科学钻探工程 1.3 以地震机理研究为主要目标的钻探 1.3.1 日本地震科学钻探 1.3.2 中国台湾车笼埔断层钻探计划 1.3.3 美国对圣安德烈斯断层科学探测 1.3.4 希腊科林斯峡谷深部地球动力学实验室 1.3.5 南非金矿的活断层钻探 1.3.6 中国汶川科学钻探计划 1.4 以提高观测信噪比为主要目标的井下综合地震观测 1.4.1 日本广泛开展井下综合地震观测 1.4.2 中国井下地震观测 1.5 深井观测面临的挑战 第2章 地震噪声 2.1 地震噪声源 2.1.1 地震背景噪声 2.1.2 地震计自噪声 2.2 噪声模型及计算方法 2.2.1 噪声谱 2.2.2 自噪声测试 2.2.3 深井地震仪的噪声谱 2.3 深井地震噪声理论分析 2.3.1 介质阻抗与噪声振幅的关系 2.3.2 噪声振幅与体波几何扩散的关系 2.3.3 软盖层介质吸收 2.3.4 分层反射与相消干涉对噪声振幅的影响 2.3.5 短周期瑞利型面波的几何衰减 2.4 深井特有的噪声 2.4.1 套管噪声 2.4.2 水波噪声 2.4.3 电缆波噪声 2.4.4 与地震计安置条件相关的噪声 第3章 深井地震波特征 3.1 振幅特征 3.1.1 表面放大效应（K值） 3.1.2 K值的物理意义 3.1.3 K值的动力学基础 3.2 走时特征 3.2.1 走时差Δt 3.2.2 Δt的物理意义 3.3 震相特征 3.4 频谱特征 3.4.1 頻谱放大特征 3.4.2 不同台基介质频谱特征的比较 3.5 波场特征 3.5.1 波场特征理论分析 3.5.2 波场特征典型范例讨论 第4章 地震计原理 4.1 地震计 4.1.1 摆 4.1.2 换能器 4.1.3 阻尼器 4.2 反馈地震计 4.2.1 反馈地震计的基本原理 4.2.2 力平衡反馈加速度计 4.2.3 力平衡反馈宽频带地震计 4.2.4 动圈换能反馈地震计 4.3 数据采集器 4.3.1 采样定理 4.3.2 模拟数字转换器 4.3.3 数字滤波与输出采样率 4.3.4 采样率变换 4.3.5 数据采集器基本构成 第5章 井下短周期与宽频带地震计 5.1 JD-2型与JD-2F型井下短周期地震计 5.1.1 JD-2型井下短周期地震计 5.1.2 JD-2F型井下短周期地震计 5.2 JDF-1型井下短周期地震计 5.2.1 仪器的结构及主要性能指标 5.2.2 设计特点 5.3 FSS-3DBH型短周期井下地震计 5.3.1 基本机械结构及原理 5.3.2 电子线路部分原理 5.3.3 主要特点及技术指标 5.4 TBV-60B型井下宽频带地震计 5.4.1 原理与结构 5.4.2 主要技术指标 5.4.3 安装调试与维护 5.4.4 标定与校准 第6章 井下甚宽频带地震仪设计 6.1 井下甚宽频带地震仪现状 6.2 总体设计 6.2.1 结构与功能设计 6.2.2 技术指标设计及测试方案 6.3 外壳设计 6.3.1 外壳设计一般原则 6.3.2 外壳结构强度问题与受力模型 6.3.3 采用第四强度理论设计 6.3.4 采用第三强度理论设计 6.4 核心芯体机械设计 6.4.1 核心芯体设计 6.4.2 传感器机构设计 6.5 力平衡反馈系统 6.5.1 反馈模型及传递函数 6.5.2 数字反馈技术分析 6.5.3 数字积分器电路设计 6.6 井下定位定向系统 6.6.1 罗盘定向 6.6.2 光纤陀螺定向 6.6.3 捷联式陀螺定向 6.6.4 井壁锁系统 6.7 机电控制 6.7.1 电机调零控制 6.7.2 电机锁摆控制 6.8 接头密封 6.8.1 O形密封图原理 6.8.2 O形密封围设计 6.8.3 O形密封围性能评价 6.8.4 井下甚宽频带地震仪密封结构 第7章 长距离数据传输技术 7.1 地震仪常用的有线传输技术 7.1.1 RS-232串口协议 7.1.2 RS-422串口协议 7.1.3 RS-485通信协议 7.2 RS-485长距离传输的抗干扰设计 7.2.1 传输电缆的选择和接地处理 7.2.2 RS-485收发器件的选择 7.2.3 RS-485的防静电及防雷击保护 7.2.4 收发端与信号端的隔离保护 7.2.5 RS-485传输和可靠性能力的提升 7.2.62 400m超长距离RS-485传输测试 7.3 通信控制传输协议 7.3.1 网络通信 7.3.2 命令控制字 7.3.3 主参数数据结构 7.4 数据采集核心模块 7.5 高精度授时模块 7.6 数据接收和处理平台 7.6.1 数据接收平台 7.6.2 数据处理平台 第8章 井下地震仪可靠性设计与测试 8.1 可靠性设计 8.1.1 可靠性设计概述 8.1.2 井下地震仪可靠性分析 8.2 可靠性试验实施建设