孟肯, 秦華偉, 朱心科, 侯斐

海洋地球物理學(xué)

一種新型潛浮式深海地震儀的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)*

孟肯1, 2, 秦華偉1, 朱心科2, 侯斐2

1. 杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 浙江 杭州 310018; 2. 自然資源部第二海洋研究所, 海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 杭州 310012

鑒于國(guó)內(nèi)外海洋地震臺(tái)網(wǎng)的缺乏, 本文介紹了一種面向全球海域應(yīng)用的漂浮式海底地震接收系統(tǒng)(mobile earthquake recording in marine areas by independent divers, MERMAID)。針對(duì)潛浮式地震儀MERMAID浮標(biāo)的研發(fā)過(guò)程, 建立了浮標(biāo)的總體設(shè)計(jì)要求與典型工作循環(huán)流程, 設(shè)計(jì)了液壓式浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等, 并對(duì)比分析了不同轉(zhuǎn)速及負(fù)浮力下潛過(guò)程, 最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室壓力檢測(cè)和千島湖湖試。試驗(yàn)結(jié)果表明, 該浮標(biāo)能在15MPa壓力下保持良好的密封性與穩(wěn)定性, 利用水聽(tīng)器可以有效地采集到天然地震縱波(P波), 同時(shí)計(jì)算各模塊單個(gè)周期的能耗, 以驗(yàn)證設(shè)計(jì)指標(biāo)。

地震臺(tái)網(wǎng); 潛浮式地震儀; MERMAID浮標(biāo); 浮力調(diào)節(jié); 天然地震

海洋地震觀測(cè)是傳統(tǒng)的海底聲學(xué)技術(shù), 也是研究海底構(gòu)造與海洋巖石圈深部結(jié)構(gòu)的主力技術(shù)。發(fā)展海洋地震觀測(cè)可以較為準(zhǔn)確地獲取海洋的介質(zhì)參數(shù)、溫度分布等, 也有利于完善我國(guó)海洋天然氣水合物及油氣資源勘探技術(shù)(牛濱華等, 2000)。

在海洋地區(qū)進(jìn)行高質(zhì)量的長(zhǎng)期地震采集是全球地震觀測(cè)的重要組成部分, 而建立海洋地震觀測(cè)站對(duì)認(rèn)識(shí)地震本身和地球結(jié)構(gòu)有著重要意義(周公威等, 2014)。目前, 使用較多的海底地震儀OBS(ocean bottom seismometer)是將檢波器放在海底的地震觀測(cè)設(shè)備, 既能用于天然地震(被動(dòng)源)觀測(cè), 又可用于海上人工地震(主動(dòng)源)勘探(Jocobson et al, 1991; 劉建華等, 2008)。在勘探中, 通過(guò)工作船將被動(dòng)源OBS投放到地震頻發(fā)區(qū), 保證其與海底有良好的接觸, 進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)地記錄天然地震信號(hào), 在一定周期后由母船回收(劉訓(xùn)矩等, 2019; 汪俊等, 2019), 將數(shù)據(jù)導(dǎo)出后完成對(duì)天然地震的采集。國(guó)產(chǎn)寬頻帶7通道(I7-C)OBS, 包括3通道寬帶地震計(jì)(60s- 50Hz)、3通道檢波器(2~150Hz)、1通道水聽(tīng)計(jì), 采用單艙球結(jié)構(gòu), 其功耗為0.25W, 同時(shí)具備接收高頻人工震源信號(hào)和天然地震的能力, 最大連續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)為120d(郝天珧等, 2011)。

通過(guò)比較分析, OBS布放與回收成本較高, 不能將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸, 且需要定期檢查和維修。區(qū)別于傳統(tǒng)陸地上探測(cè)臺(tái)站和坐底式OBS, 地海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測(cè)陣浮標(biāo)(Array for Real-time Geostrophic Oceanography, Argo)是一種沉浮式海洋觀測(cè)平臺(tái), 主要用于海洋次表層溫度、鹽度、深剖面測(cè)量, 通過(guò)天線與衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸, 儀器布放運(yùn)行兩年后電源耗盡(Gould, 2005; 葛錫云等, 2018)。利用Argo自主沉浮的特點(diǎn), 可以組成漂浮式海底地震接收系統(tǒng)(mobile earthquake recording in marine areas by independent divers, MERMAID)。該儀器能夠高覆蓋、多循環(huán)記錄地震波的信息, 其研發(fā)和應(yīng)用屬于海洋地震領(lǐng)域的前沿技術(shù)。2016年, 普林斯頓大學(xué)研制Son-O-MERMAID水下地震站在加拉帕戈斯成功進(jìn)行了測(cè)試, 其中有18個(gè)在塔希提島附近記錄到天然地震波信號(hào)(張樹(shù)良等, 2016;Bigot-Cormier et al, 2017)。

為了加強(qiáng)對(duì)海洋區(qū)域高質(zhì)量地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè), 進(jìn)一步獲取地震波的相關(guān)數(shù)據(jù), 本文依據(jù)國(guó)外產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念, 主要介紹了自主研發(fā)的MERMAID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理、循環(huán)過(guò)程等, 并通過(guò)理論分析其關(guān)鍵技術(shù), 由試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證、優(yōu)化。

1 MERMAID浮標(biāo)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

深海1500m左右的溫度、鹽度和密度幾乎處于均勻狀態(tài), 是觀測(cè)天然地震P波的理想層面。球形MERMAID浮標(biāo)(圖1)是長(zhǎng)時(shí)間懸停在某一深度范圍的海洋剖面裝置, 采用水聽(tīng)器“監(jiān)聽(tīng)”信號(hào), 能夠?qū)崿F(xiàn)0~1200m深度范圍內(nèi)的懸停、周期性自主升沉, 在水面進(jìn)行GPS定位及衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)? 其橫向隨洋流運(yùn)動(dòng)。該浮標(biāo)詳細(xì)設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

圖1 MERMAID浮標(biāo)外形結(jié)構(gòu)

表1 MERMAID浮標(biāo)設(shè)計(jì)的基本指標(biāo)

1.2 浮力調(diào)節(jié)原理

由浮標(biāo)在靜水中的受力, 式(1):

其中為海水密度;為重力加速度;為排開(kāi)液體的體積;為浮標(biāo)總質(zhì)量;′為人為施加外力。

通常, 實(shí)現(xiàn)裝置水下自主浮力調(diào)節(jié)有兩種方法(余立中等, 2001; 沈銳等, 2019): 1)保持裝置的排水體積不變, 通過(guò)改變其質(zhì)量大小以調(diào)節(jié)浮力; 2)保持裝置的質(zhì)量一定, 通過(guò)改變其自身的排水體積以調(diào)節(jié)浮力。后者是一種較為節(jié)能的方式, 故采用液壓驅(qū)動(dòng)來(lái)改變其排水體積以調(diào)節(jié)重力與浮力的平衡, 實(shí)現(xiàn)剖面浮標(biāo)的上浮和下潛。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求, 浮標(biāo)在1200m深度的壓強(qiáng)為12MPa, 取安全系數(shù)=1.3, 浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)最大運(yùn)行壓力取15MPa?，F(xiàn)有的滾珠絲杠結(jié)構(gòu)是利用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓缸內(nèi)滾珠絲桿螺旋轉(zhuǎn)動(dòng), 來(lái)調(diào)節(jié)油囊的體積(丁巍偉等, 2019), 存在浮力調(diào)節(jié)量小, 重心不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)油泵式浮力調(diào)節(jié)原理如圖2。

圖2 浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理

液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單, 且在滿足條件的情況下使用低功耗的元器件, 保持重力一定, 通過(guò)對(duì)可變形的密閉容腔排油或者回油以增加或減少自身的浮力。動(dòng)力結(jié)構(gòu)由直流電機(jī)與齒輪減速箱組成, 以提高輸出轉(zhuǎn)矩, 并通過(guò)高壓柱塞泵實(shí)現(xiàn)對(duì)浮力的精確調(diào)節(jié)(王世明等, 2010; 宗正等, 2018)。液壓回路內(nèi)部排出空氣后, 基本的運(yùn)行方式為如下。

1) 回油過(guò)程: 當(dāng)電磁閥通電打開(kāi)后, 回油泵啟動(dòng), 從外油囊中回油至密閉的可伸縮內(nèi)油囊容腔中。外油囊體積減小, 內(nèi)油囊體積增大, 實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)浮力減小。

2) 排油過(guò)程: 當(dāng)電磁閥處于常閉狀態(tài)時(shí), 柱塞泵在電機(jī)的帶動(dòng)下正轉(zhuǎn), 從內(nèi)油囊中通過(guò)單向閥排油至密閉的外油囊容腔中。外油囊體積增大, 內(nèi)油囊體積減小, 實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)浮力增加。

1.3 典型循環(huán)過(guò)程

MERMAID浮標(biāo)按照預(yù)定程序進(jìn)行自動(dòng)沉浮, 一個(gè)典型周期的循環(huán)過(guò)程(圖3)分為以下6個(gè)階段。

1) 水面漂浮階段: 上位機(jī)與浮標(biāo)通訊, 完成程序自檢, 在水面待命。

2) 下潛過(guò)程: 關(guān)閉水聽(tīng)器, 開(kāi)啟回油泵, 在低壓條件下迅速回油, 浮標(biāo)為變加速運(yùn)動(dòng); 回油結(jié)束后, 在負(fù)浮力狀態(tài)近似勻速下潛, 由液壓管路中的壓力傳感器采集系統(tǒng)外部壓強(qiáng), 反饋當(dāng)前深度信號(hào); 到達(dá)預(yù)定深度后, 開(kāi)啟排油泵往外油囊微量多次排油, 調(diào)節(jié)重力等于浮力時(shí), 當(dāng)判斷壓力傳感器數(shù)值基本不變時(shí)設(shè)定浮標(biāo)處于中性浮力狀態(tài); 在誤差允許的范圍內(nèi)(±50m)懸停在當(dāng)前深度, 記錄壓力值, 為下一次循環(huán)提供定深和微調(diào)參數(shù), 進(jìn)入地震觀測(cè)狀態(tài)。

圖3 浮標(biāo)典型循環(huán)過(guò)程

3) 地震觀測(cè)階段: 開(kāi)啟水聽(tīng)器, 對(duì)水聲信號(hào)連續(xù)采集。若檢測(cè)到波形幅值超過(guò)設(shè)定閾值, 表示有大地震發(fā)生, 浮標(biāo)延時(shí)3min上浮; 若無(wú)大地震發(fā)生, 浮標(biāo)在懸停深度隨洋流漂移7d后自動(dòng)上浮。

4) 上浮過(guò)程: 關(guān)閉水聽(tīng)器, 柱塞泵啟動(dòng)排油, 裝置在正浮力狀態(tài)下近似勻速上浮, 設(shè)定到達(dá)水面的判斷標(biāo)志, 進(jìn)入水面通訊階段。

5) 水面通訊階段: 主動(dòng)與監(jiān)控中心聯(lián)系, 單片機(jī)截取地震波最大值前后共6min關(guān)鍵數(shù)據(jù), 通過(guò)銥星天線將數(shù)據(jù)及定位信息等發(fā)送至地面接收站。受洋流影響, 水面定位與地震采樣坐標(biāo)存在一定誤差。

6) 循環(huán)剖面: 等待命令, 校準(zhǔn)時(shí)鐘, 進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

2 結(jié)構(gòu)布局及優(yōu)化

2.1 穩(wěn)心高

為了使浮標(biāo)在惡劣海況中能夠迅速恢復(fù)至初始平衡位置, 需要對(duì)球形玻璃艙內(nèi)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配進(jìn)行布局。

重心位置為:

同時(shí)列出各部分元器件的浮容積, 并標(biāo)出分布在三個(gè)坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)值。則固定浮容積為:

浮心位置為:

根據(jù)浮標(biāo)的水下穩(wěn)心高的要求, 應(yīng)滿足:

為了保持平衡, 通過(guò)配平實(shí)驗(yàn)應(yīng)有:

并要求滿足:

2.2 空間布局

MERMAID浮標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化裝配, 球形儀器艙上、下、側(cè)面分別留有通孔和抽真空密封件, 確保裝置在水下1500m的密封和安全(商紅梅等, 2016), 并對(duì)元器件按照功能分艙安裝, 使其滿足穩(wěn)心高要求, 具體分艙如下(圖4)。

1) 液壓艙: 波紋式可伸縮的內(nèi)油囊有利于標(biāo)定回、排油位置, 通過(guò)位移傳感器估算當(dāng)前系統(tǒng)浮力狀態(tài); 控制板調(diào)節(jié)電機(jī)帶動(dòng)柱塞泵改變排水體積; 可變形的外油囊由標(biāo)準(zhǔn)密封O圈固定浮球外底部。

2) 電池艙: 按尺寸要求定制的一次性且能量密度高鋰錳電池包單體組裝成電池艙, 固定于液壓艙上部, 能最大限度增加電池尺寸和容量, 使得重心坐標(biāo)位于中線以下。電池組設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表2。

3) 控制艙: 固定主控制板、銥星、無(wú)線電等元器件, 與液壓艙、電池艙之間采用標(biāo)準(zhǔn)化接口連接。天線固定在浮球外部最上端, 能夠保證通訊質(zhì)量。甚低頻、低功耗、高靈敏度水聽(tīng)器作為系統(tǒng)信號(hào)采集裝置固定在浮球保護(hù)殼, 另一端通過(guò)水密連接件與內(nèi)部控制板連接。同時(shí)預(yù)留其他傳感器接口。

圖4 MERMAID浮標(biāo)結(jié)構(gòu)布局

表2 電池組技術(shù)指標(biāo)

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1 電位計(jì)

為了獲得較為準(zhǔn)確的排油信息, 需要預(yù)估油囊中的油量以及運(yùn)行位置。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 在油路中安裝微型齒輪流量計(jì)后, 需要消耗一部分電量。容易產(chǎn)生累計(jì)誤差, 并且增加了管道中的阻力。

優(yōu)化后, 通過(guò)在內(nèi)油囊一側(cè)增加位移傳感器, 密封端蓋頂部設(shè)計(jì)傳感器滑塊固定架, 使內(nèi)油囊在伸縮的過(guò)程中有效地獲取排油位置, 提高對(duì)浮力調(diào)節(jié)的控制(圖5)。

2.3.2 限位開(kāi)關(guān)

為了防止電機(jī)過(guò)量排油或者回油, 在內(nèi)油囊伸縮的上、下極限位置分別安裝限位開(kāi)關(guān), 與電路串聯(lián)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 利用內(nèi)油囊密封端蓋上頂或者下壓開(kāi)關(guān), 接觸開(kāi)關(guān)使電路斷電。容易出現(xiàn)開(kāi)關(guān)的疲勞和損壞, 對(duì)電機(jī)有一定的損害。

優(yōu)化后, 通過(guò)軟件讀取位移傳感器的值, 設(shè)定內(nèi)油囊伸縮到限位開(kāi)關(guān)前的2%~3%, 單片機(jī)控制電機(jī)停止運(yùn)行。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試, 此方式能夠有效地限制內(nèi)油囊伸縮的極限位置并減少微動(dòng)開(kāi)關(guān)的疲勞使用(圖5)。

2.3.3 電磁開(kāi)關(guān)

一般儀器在密封和抽真空后不會(huì)輕易開(kāi)艙, 連接電源后將一直為系統(tǒng)供電, 因此在設(shè)備運(yùn)輸或者存放時(shí)會(huì)損耗電量, 降低了使用年限。

優(yōu)化后, 通過(guò)在玻璃壁內(nèi)側(cè)固定與電池串聯(lián)的電磁開(kāi)關(guān), 由磁鐵作為開(kāi)關(guān)電源的“鑰匙”, 浮標(biāo)在裝配、調(diào)試完成后斷電密封, 在投放之前上電能最大程度節(jié)約電量的損耗(圖5)。

圖5 改進(jìn)之后的控制艙

3 關(guān)鍵技術(shù)的計(jì)算與校核

3.1 運(yùn)行參數(shù)

3.1.1 阻力系數(shù)

根據(jù)11月27日千島湖試驗(yàn)結(jié)果, 測(cè)得浮球最大下沉速度為max=0.2m·s–1。則雷諾數(shù)

其中0為浮標(biāo)的初始排水體積;為千島湖水密度, 取1018kg·m–3;為運(yùn)行速度, 單位m·s–1;為圓球直徑, 取450mm;為浮標(biāo)的橫截面積;為15℃淡水粘性系數(shù), 取1.1404×10–3Pa·s。對(duì)應(yīng)圓球繞流阻力曲線(吳慶凱等, 2015; 鄒一麟等, 2018), 得到該速度下的阻力系數(shù)C=0.4。

3.1.2 凈浮力計(jì)算

浮標(biāo)在質(zhì)量一定的情況下, 由深度引起的浮力變化需要通過(guò)自身的浮力調(diào)節(jié)能力來(lái)平衡, 從水面到最大深度的體積變化量為:

3.1.3 下潛過(guò)程分析

對(duì)速度表達(dá)式進(jìn)行積分可得下沉深度的表達(dá)式(13):

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù), 分別以90%負(fù)浮力和70%負(fù)浮力回油后下沉, 得到兩組試驗(yàn)曲線, 其變化規(guī)律與理論分析的趨勢(shì)基本相同。浮標(biāo)15s即可達(dá)到近似勻速階段的0.17m·s–1, 如圖6中, 深度水平線表示在湖底靜置。

3.2 功耗控制

自棄式MERMAID浮標(biāo)的電池容量有限, 系統(tǒng)主要搭載各種傳感器等組成反饋回路, 每個(gè)循環(huán)過(guò)程的元器件功耗需要達(dá)到最經(jīng)濟(jì)。

3.2.1 調(diào)節(jié)模塊

在液壓調(diào)節(jié)模塊中, 動(dòng)力系統(tǒng)消耗的能量最大, 連續(xù)排油量為1000mL。已知齒輪箱的減速比為5.7: 1, 柱塞泵的排量為0.1m·s–1。圖3中, 外油囊接頭連接溢流閥模擬海底1200m的壓強(qiáng), 對(duì)比測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下的電機(jī)功耗大小, 見(jiàn)表3。

圖6 理論分析(a)與湖試數(shù)據(jù)(b)

表3 電機(jī)不同轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的功耗

根據(jù)液壓泵壓力—流量曲線, 需要滿足扭矩要求, 同時(shí)考慮排油10min即可達(dá)到最大上浮速度, 故選擇電機(jī)理論轉(zhuǎn)速6000rpm。

3.2.2 控制模塊

主控制系統(tǒng)CPU采用STM32L475低功耗芯片, 水聽(tīng)器電壓在0~9V, 功耗為10mW, 浮標(biāo)在運(yùn)行中關(guān)閉水聽(tīng)器, 在采樣期間單片機(jī)休眠。浮標(biāo)在未進(jìn)入通訊狀態(tài)時(shí), 關(guān)閉衛(wèi)星通訊及GPS定位模塊。

3.2.3 通訊模塊

銥星采用A3LA-RG模塊, 連接抗水深2000m銥星GPS天線遠(yuǎn)距離通訊, 其性能參數(shù)見(jiàn)表4。無(wú)線電采用XTend射頻(RF)模塊進(jìn)行調(diào)試通訊, 其使用方便、功耗低、節(jié)省PCB板空間。

表4 天線性能要求

內(nèi)置單片機(jī)對(duì)采樣信息進(jìn)行初步判斷和過(guò)濾, 截取波峰前后信號(hào), 以2.4kbps速度傳輸, 每條信息最長(zhǎng)為256字節(jié)。

3.3 主控制單元

1) 下位機(jī)系統(tǒng): 系統(tǒng)的下位機(jī)設(shè)計(jì)采用傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)等硬件, 具有與上位機(jī)雙向通訊的功能, 接受并響應(yīng)上位機(jī)發(fā)送的信號(hào)采集、模式切換、數(shù)據(jù)處理等指令, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可視化。

2) 上位機(jī)系統(tǒng): 上位機(jī)由通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)不同浮標(biāo)進(jìn)行編號(hào), 設(shè)定調(diào)試模式與工作模式, 在監(jiān)控中心的界面中能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)定下潛時(shí)間、工作周期和休眠周期等功能。在通訊階段, 可以校準(zhǔn)內(nèi)部時(shí)鐘、檢測(cè)真空計(jì)讀數(shù)、進(jìn)行GPS授時(shí)等。數(shù)據(jù)接收完成后, 可以分析數(shù)據(jù)并繪制圖形, 如圖7。

4 試驗(yàn)與結(jié)論

目前, MERMAID浮標(biāo)完成樣機(jī)裝配, 進(jìn)行了壓力測(cè)試和湖試。結(jié)果表明, 該浮標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)其預(yù)定的基本功能, 多種工作模式相互結(jié)合, 密封效果良好, 傳感器數(shù)據(jù)采集效率高, 系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單, 符合設(shè)計(jì)需求。其主要結(jié)論如下。

圖7 上位機(jī)控制界面

1) 浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠在15Mpa的壓力下穩(wěn)定運(yùn)行, 結(jié)構(gòu)布局有效地提高了浮標(biāo)的采樣效率和空間利用率。

2) 調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速為6000rpm能減少排油時(shí)間并有效控制液壓模塊功耗, 總耗電量4.19kWh小于電池容量4.8kWh, 能夠滿足設(shè)計(jì)使用年限(表5)。

表5 各模塊耗電量統(tǒng)計(jì)

3) 浮標(biāo)在淡水中的最大下沉約為0.2m·s–1, 回油結(jié)束后下沉3~4m深度可運(yùn)行至近似勻速階段, 與理論分析基本符合。

該浮標(biāo)將在南海海試中進(jìn)一步檢測(cè)其性能。未來(lái)在浮標(biāo)的液壓結(jié)構(gòu)上, 可增加高壓回油支路, 以實(shí)現(xiàn)多層剖面的采集, 并通過(guò)程序優(yōu)化控制裝置中性浮力的精準(zhǔn)懸停。將該浮標(biāo)布放在廣闊海域可以組成海底地震觀測(cè)網(wǎng), 開(kāi)展層析成像, 實(shí)現(xiàn)多剖面、多功能、自動(dòng)化、高效率的目標(biāo)。

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Design and test of a new mobile submersible deep-sea seismic recording system

MENG Ken1, 2, QIN Huawei1, ZHU Xinke2, HOU Fei2

1. Hangzhou Dianzi University, School of Mechanical Engineering, Hangzhou 310018, China; 2. Second Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Key Laboratory of Submarine Science, Hangzhou 310012, China

In view of the lack of marine seismic network at home and abroad, a mobile earthquake recording system in marine areas by independent divers (MERMAID) is introduced for global sea-area application. According to the research and development process of the mobile seismic recording system, the general design requirements and typical work cycle processof the buoy are established; the hydraulic buoyancy regulating system and mechanical structure are designed; comparison and analysis of different speeds and negative buoyancy diving process are carried out; and the laboratory pressure test and Qiandao Lake test are realized. The test results show that the MERMAID buoy can keep good sealing and stability under 15 MPa pressure, and the P wave of natural earthquake can be effectively collected by hydrophone, and the energy consumption of each module in a single period can be calculated to verify the design indicators.

seismic network; mobile seismic recording system; MERMAID buoy; buoyancy mechanism; natural earthquake

P716+.83

A

1009-5470(2020)03-0049-08

10.11978/2019095

http://www.jto.ac.cn

2019-09-23;

2020-01-03。

林強(qiáng)編輯

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFC0305802）“全球變化與海氣相互作用”專項(xiàng)(GASI-02-SHB-15)csio.ac.cn

孟肯(1996—), 男, 陜西省渭南市人, 碩士研究生, 主要研究方向?yàn)楹Ｑ笥^測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。E-mail: mengken@hdu.edu.cn

秦華偉(1976—), 男, 山西省長(zhǎng)治市人, 博士, 主要研究方向?yàn)楹Ｑ髾C(jī)電裝備技術(shù)。E-mail: qinhw@hdu.edu.cn

*衷心地感謝審稿專家提供寶貴的修改意見(jiàn)及編輯部老師們的耐心溝通

2019-09-23;

2020-01-03.

Editor: LIN Qiang

National Key Research and Development Program of China (2017YFC0305802); Global Change and Air-Sea Interaction Project (GASI-02-SHB-15)

QIN Huawei. E-mail: qinhw@hdu.edu.cn