一种具有自动北向调节功能的地震节点仪及调节方法

本发明属于地球物理勘探与地震观测领域，尤其涉及一种具有自动北向调节功能的地震节点仪及调节方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、在地震勘探和地震监测中，三分量地震节点仪需要在布设时将其敏感轴方向与地理北向对齐，以保证不同测点采集数据的方向一致性和可比性。若节点仪方位存在偏差，将直接影响水平分量地震信号的方向解释精度，从而降低后续资料处理与解释结果的可靠性。现有地震节点仪通常依赖人工利用指北箭头、水平气泡或外部工具完成定向操作，该方式不仅布设效率低，而且在复杂地形条件或大规模节点布设作业中，难以保证各节点方位角调整的一致性和重复精度。

3、为提高定向精度，部分地震节点仪虽然集成了磁传感器、惯性传感器或定位模块，用于获取节点仪的方位信息，但上述装置主要起到“方位检测”的作用，仍需人工对节点仪整体进行旋转调节，尚未实现真正意义上的自动定向。在实际野外作业中，地震节点仪通常通过尾锥插入地面以形成稳定的力学耦合关系。当尾锥完全插入土壤后，节点仪整体与地面形成强耦合状态，若强行旋转节点仪主体，容易破坏节点与地面的耦合条件，甚至引起节点仪倾斜或敏感轴偏移，从而影响地震信号采集质量。因此，在节点仪完成布设并与地面形成耦合后，现有技术难以在不破坏耦合状态的前提下实现节点仪的自动北向调节。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种具有自动北向调节功能的地震节点仪及调节方法，其能够在地震节点仪完成地面耦合后，仍可实现节点仪主体自动北向校正，提高地震节点仪布设效率和数据采集一致性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供了一种具有自动北向调节功能的地震节点仪，包括：地震节点仪主体、方向传感器、北向调节单元和尾锥；

4、所述地震节点仪主体包括节点仪外壳以及设置在其内的节点仪机芯和供电装置，节点仪外壳底部设置有节点仪底盖；所述尾锥固定在尾锥连接盘上，尾锥连接盘设定在节点仪底盖上；

5、所述方向传感器及北向调节单元也设置于节点仪外壳内且布设在节点仪底盖上；所述北向调节单元包括方向微控制器、机械转动装置和螺纹柱；所述螺纹柱沿竖直方向设置，其底端与尾锥连接盘相连，顶端与机械转动装置相连；

6、所述方向传感器用于检测地震节点仪主体相对于地理北向的角度偏差并传送至方向微控制器，由方向微控制器控制机械转动装置来驱动螺纹柱与地震节点仪主体之间产生相对旋转位移，使地震节点仪主体在尾锥保持固定的条件下完成绕竖直轴线的自动北向调节。

7、作为一种实施方式，所述尾锥包括一个长尾锥和三个短尾锥，所述长尾锥设置于尾锥连接盘的中心位置，所述短尾锥沿尾锥连接盘周向等间距分布，以增强地震节点仪与地面的耦合稳定性。

8、作为一种实施方式，所述节点仪机芯包括一个纵波节点仪机芯和两个横波节点仪机芯，三者在空间上相互垂直，用于采集不同分量的地震信号。

9、作为一种实施方式，所述机械转动装置包括微电机和螺纹柱旋转器，所述微电机在方向微控制器的控制下螺纹柱旋转器驱动螺纹柱旋转。

10、作为一种实施方式，所述方向传感器为磁传感器、惯性传感器或二者的组合，用于在地震节点仪布设完成后检测地震节点仪主体的方位角信息。

11、作为一种实施方式，所述节点仪顶盖与节点仪外壳连接，节点仪外壳外表面设置有编号、条码或二维码标识；所述节点仪底盖与节点仪外壳连接，其中心位置设有内螺纹通孔，用于与螺纹柱配合。

12、作为一种实施方式，方向微控制器控制机械转动装置来驱动螺纹柱旋转的过程为分段式的微角度旋转过程。

13、作为一种实施方式，当方向传感器检测到节点仪主体已完成北向校正后，方向微控制器停止机械转动装置的工作，地震节点仪主体保持在校正后的方向位置，并进入正常地震信号采集状态。

14、所述电池设置于地震节点仪主体内部，用于同时向节点仪机芯、方向传感器、方向微控制器和机械转动装置供电。

15、本发明的第二个方面提供了一种具有自动北向调节功能的地震节点仪的调节方法，包括：

16、地震节点仪开机后，方向传感器实时检测节点仪主体当前方位角，并将其相对于地理北向的角度偏差信息发送至方向微控制器；

17、方向微控制器根据接收到的角度偏差信息，计算所需的旋转角度，并将控制信号发送至机械转动装置；

18、在方向微控制器的控制下，机械转动装置以设定低速方式驱动螺纹柱旋转，使地震节点仪主体相对于螺纹柱产生绕竖直轴线的相对旋转；

19、当方向传感器检测到节点仪主体已完成北向校正后，方向微控制器停止机械转动装置的工作，地震节点仪主体保持在校正后的方向位置，并进入正常地震信号采集状态。

20、作为一种实施方式，尾锥与地面形成不可转动的耦合约束，螺纹柱的旋转不会带动尾锥转动，通过螺纹配合关系，使地震节点仪主体相对于螺纹柱产生绕竖直轴线的相对旋转。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明通过尾锥与地面固定、节点仪主体相对旋转的结构设计，使得在尾锥已插入地面并形成强耦合的条件下，仍可实现节点仪主体的方位调整，突破了传统节点仪必须在布设前或人工调整的限制；由于北向调节过程中尾锥始终保持与地面固定耦合，仅节点仪主体进行低速、微角度旋转，有效避免了整体转动引起的倾斜、松动或耦合失效问题，保证了地震信号采集的稳定性。

23、本发明的节点仪在完成布设并开机后，可自动获取方向偏差信息并完成北向调整，无需人工观察指北标识或反复校准，提高了布设效率并降低了人为误差；在多节点同时布设的地震勘探作业中，本发明能够确保各节点仪自动完成统一的北向定向，减少人工操作差异对三分量数据方向一致性的影响，有效提高大规模的节点仪布设效率。

24、本发明的北向调节单元集成于节点仪内部，不改变现有地震节点仪的整体外形结构，便于在现有节点仪系统基础上进行改装或升级，具有良好的工程应用价值。

25、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种具有自动北向调节功能的地震节点仪，其特征在于，包括：地震节点仪主体、方向传感器、北向调节单元和尾锥；

2.如权利要求1所述的具有自动北向调节功能的地震节点仪，其特征在于，

3.如权利要求1所述的具有自动北向调节功能的地震节点仪，其特征在于，所述节点仪机芯包括一个纵波节点仪机芯和两个横波节点仪机芯，三者在空间上相互垂直，用于采集不同分量的地震信号。

4.如权利要求1所述的具有自动北向调节功能的地震节点仪，其特征在于，所述机械转动装置包括微电机和螺纹柱旋转器，所述微电机在方向微控制器的控制下螺纹柱旋转器驱动螺纹柱旋转。

5.如权利要求1所述的具有自动北向调节功能的地震节点仪，其特征在于，所述方向传感器为磁传感器、惯性传感器或二者的组合，用于在地震节点仪布设完成后检测地震节点仪主体的方位角信息。

6.如权利要求1所述的具有自动北向调节功能的地震节点仪，其特征在于，所述节点仪顶盖与节点仪外壳连接，节点仪外壳外表面设置有编号、条码或二维码标识；所述节点仪底盖与节点仪外壳连接，其中心位置设有内螺纹通孔，用于与螺纹柱配合。

7.如权利要求1所述的具有自动北向调节功能的地震节点仪，其特征在于，方向微控制器控制机械转动装置来驱动螺纹柱旋转的过程为分段式的微角度旋转过程。

8.如权利要求1所述的具有自动北向调节功能的地震节点仪，其特征在于，当方向传感器检测到节点仪主体已完成北向校正后，方向微控制器停止机械转动装置的工作，地震节点仪主体保持在校正后的方向位置，并进入正常地震信号采集状态。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的具有自动北向调节功能的地震节点仪的调节方法，其特征在于，包括：

10.如权利要求9所述的调节方法，其特征在于，尾锥与地面形成不可转动的耦合约束，螺纹柱的旋转不会带动尾锥转动，通过螺纹配合关系，使地震节点仪主体相对于螺纹柱产生绕竖直轴线的相对旋转。