[0001] 本发明涉及地震波传感器及其应用技术领域，尤其涉及一种可抛洒式震动数据采集装置。

[0002] 基于地震波传感器的震动数据采集通常在地面或地下部署，适用于大面积和多点测量。传统上，地震波传感器主要用于地震学研究、石油和天然气勘探，以及结构健康监测。然而，随着技术进步，地震波传感器在其他领域的应用也开始增加，包括车辆和人类活动识别、安全监控和环境监测。这些新应用场景下的数据采集要求传感器具有灵活的部署能力，并适应多样化的环境。

[0003] 地震波传感器的基本结构包括一个固定的定子线圈和一个在该线圈内部沿轴线移动的永久磁铁质量块。这种设计只能保证传感器在垂直状态下的灵敏度和准确性。为使传感器正常工作，必须保持其垂直于地面，以确保质量块相对于定子线圈自由振动。传统地震波传感器在垂直固定方面的限制，这种限制使得现有地震波传感器难以灵活部署并无法适应分散或临时安装的应用场景。此外，传统传感器在检测较弱的震动信号时，可能缺乏足够的灵敏度和灵活调整的能力,并且单独部署地震波传感器有可能出现单点故障，信号微弱，无法计算震源方向的缺点。而在检测车辆和人类活动产生的震动信号应用，往往要求传感器具有更高的灵敏度。这些要求意味着在新的应用场景中，传感器阵列不仅需要满足传统的结构健康监测和地震探测需求，还需要具备适应各种环境、部署方便、稳定性强、灵敏度高等特性。

[0004] 由此可见，现有地震波传感器难以满足新应用场景下的数据采集要求，亟需提出一种的新的基于地震波传感器的震动数据采集装置来解决这些问题。

[0019] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0020] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

[0021] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0022] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0023] 此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0024] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0025] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

[0026] 参见图1至图4，本发明提出一种可抛洒式地表物体震动数据采集装置实施例，包括外壳100、球形空仓200、中空球体300、长方体盒400、地震波传感器阵列500、控制和无线通信单元600和配重块700。

[0027] 外壳100为正方体结构。装置的外部形状为正方体，具有均衡和稳定的几何结构。正方体的设计提供了坚固的外壳，确保内部组件在运输、移动、甚至跌落时得到有效保护，避免外部压力和冲击对内部结构造成损害。此外，方形结构的外壳可以确保传感器在地面上的稳定性。

[0028] 在具体实施中，外壳100的材质可以选用耐用的塑料、金属或其他复合材料。外壳100应具备坚固耐用的特点，能够抵抗抛洒、跌落和其他外部冲击。

[0029] 球形空仓200设置于外壳内部。球形空仓200为装置的内部核心提供了空间。球形空仓200的设计确保中空球体300有足够的旋转空间，并提供了一层缓冲，以抵御外部力量对中空球体300的直接冲击。

[0030] 中空球体300设置于球形空仓200内部，中空球体300的外表面与球形空仓200的内表面之间填充设有多个滚珠210。多个滚珠210确保了中空球体300在球形空仓200内可以自由旋转，减少摩擦，增强灵活性。这种设计使得中空球体300能够通过重力调整方向，确保装置在抛洒后能够自动调整方向，提供自动垂直的基础。

[0031] 在一些实施例中，滚珠210为光滑的钢珠。钢珠应确保中空球体能够平滑旋转。

[0032] 在一些实施例中，中空球体300由两个半球卡合构成。

[0033] 在一些实施例中，中空球体300的两个半球通过接缝处的螺纹结构连接。

[0034] 需要说明的是，外壳100的正方体结构和内部球形空仓200的设计，结合中空球体300的自由旋转能力，使装置能够在不同环境中投掷、抛洒或放置，提供了高灵活性。装置无需固定安装，可在不同地点快速部署，适应临时或大范围的震动数据采集需求。

[0035] 长方体盒400悬浮设置于中空球体300中部，长方体盒400的上表面和下表面均为正方形，长方体盒400的四个侧面均通过弹簧410与中空球体300内表面固定连接。长方体盒400的两个面为正方形，能够确保其在旋转过程中保持稳定。这种双层结构提供了额外的稳定性，同时增加了装置的灵活性。长方体盒400的四个侧面为相同面积的表面，通过四根弹簧410与中空球体300的内表面连接，这种悬置结构使得长方体盒400可以在中空球体300内保持悬浮状态，降低了外部震动对装置内部的影响。装置能够在各种环境中保持稳定，降低因震动或冲击导致的误差，确保传感器的可靠性。四根弹簧410起到缓冲作用，确保地震波传感器阵列500在悬置状态下仍然能够稳定工作。在具体实施中，弹簧410应具有足够的弹性和耐用性，确保长方体盒400在中空球体内保持悬置状态，同时具有一定的缓冲作用。弹簧410可以有效地缓冲在装置抛洒后着地时来自地面的冲击力，从而保护长方体盒400内的地震波传感器阵列500及控制和无线通信单元600。

[0036] 在一些实施例中，弹簧410的张紧度是可调节的。可以根据需要调整悬置结构的灵活度。通过调整弹簧410的张紧度，可以改变长方体盒400的悬置状态，从而调整装置的稳定性和灵活性，以适应不同的应用场景。这种设计确保了装置在不同的部署环境中都能保持稳定，提供了适应不同环境的能力，增强了装置在各种应用场景中的实用性。

[0037] 在具体实施中，通过改变地震波传感器阵列500中地震检波器惯性质量与弹簧410的组合,可以调节地震检波器的固有频率和频率响应特性。具体地，通过增加弹簧410刚度或减小地震检波器惯性质量,可提高固有频率,从而提高对高频地震波的灵敏度；通过减小弹簧410刚度或增加地震检波器惯性质量,可降低固有频率,提高对低频地震波的灵敏度。检测车辆和人类活动产生的震动信号，往往要求传感器具有更高的灵敏度。这可能需要引入信号放大技术和阻尼比调整，以确保检测结果的准确性。

[0038] 地震波传感器阵列500设置于长方体盒400内底部。通过采用阵列式传感器，能够实现更高的测量精度和分辨率。阵列式传感器可以覆盖更大范围，并通过多维度观测，获得更多信息，如识别不同方向的信号。阵列还可以根据复杂表面形状灵活调整，适合不同的检测环境。将地震波传感器阵列化的部署后能够抑制噪声、进行时延估计、增强采集到的震动信号，对混响和非平稳环境具有一定鲁棒性，并且能够估计震源的方向角。

[0039] 在具体实施中，地震波传感器阵列500具备信号放大的能力，以确保对较弱震动信号的高灵敏度。同时，配合弹簧410的张紧度设置可以调整阻尼比，以适应不同的检测需求，提供更广泛的应用场景。

[0040] 在一些实施例中，地震波传感器阵列500垂直于地面且四向对称。

[0041] 在一些实施例中，地震波传感器阵列500中有四个地震波传感器，分别设置于长方体盒底部的四角。

[0042] 在一些实施例中，地震波传感器阵列500为线性排列、环状排列或网格排列。

[0043] 需要说明的是，地震波传感器阵列500的几何布局可以根据需要进行调整，包括线性排列、环状排列和网格排列，但必须保持四向对称，以确保整体的平衡和稳定。可以根据不同的应用需求选择最佳的传感器布局，提高数据采集的灵活性，适应不同的震动源和检测场景。

[0044] 控制和无线通信单元600设置于长方体盒400内部，用于接收、存储和通过无线传输地震波传感器阵列500采集的数据。

[0045] 在一些实施例中，控制和无线通信单元600包括设置于一块嵌入式电路板上的微控制器（MCU）、静态随机存取存储器（SRAM）、闪存（FLASH）和无线射频模块。该嵌入式设备及其运行的软件能够完成的功能包括数据的存储、发送和简单处理，并支持无线数据传输，方便数据的实时回传和远程监测。通过无线射频模块可以实现数据的无线传输，便于数据的实时回传。此外，电路板上的MCU能够对阵列采集到的数据进行简单处理，确保数据的准确性和完整性。SRAM和FLASH用于数据的临时存储和持久存储，为数据的进一步分析提供基础。

[0046] 在具体实施中，地震波传感器阵列500通过导线与控制和无线通信单元600连接。控制和无线通信单元600支持无线数据传输和实时数据处理。装置可以将数据实时传输至远程监控系统，方便用户进行实时监测和数据分析，降低了数据采集和传输的复杂性。

[0047] 配重块700固定设置于中空球体的底部。配重块700的作用是确保中空球体300在球形空仓200内能够保持垂直，从而保证所有的地震波传感器都能垂直于地面。配重块700提供了自动调整的能力，确保传地震波传感器阵列500始终保持在正确的工作状态。

[0048] 需要说明的是，装置中球形空仓200内的中空球体300填充滚珠210，同时配重块700位于中空球体300的底部，使得中空球体300能够自动调整至垂直状态。即使装置被抛洒或移动，中空球体和地震波传感器阵列500仍然保持垂直，确保传感器的正常工作，提高了数据的准确性。

[0049] 在具体实施中，该配重块的重量和位置经过精确设计，确保中空球体在旋转过程中始终保持垂直。这使得装置在抛洒、移动或受到震动后，能够自动调整至垂直状态。确保在任何情况下，装置都能自动调整至垂直，使地震波传感器可以在无需人为重新调整的情况下正常工作。

[0050] 以上设计要素共同构成了本发明的技术方案，确保本发明实施例装置在灵活部署和稳定工作之间取得平衡。

[0051] 本发明实施例装置通过创新的设计和独特的部署方式，能够被抛洒、放置或部署在各种环境中，并在落地后自动调整至垂直状态，这种特性使得传感器不再需要固定在特定位置，显著提高了部署的灵活性，可在需要大范围数据采集的场景下进行抛洒式部署，覆盖广阔区域，可适用于临时部署、大范围监测、移动数据采集等多种场景；本发明实施例装置在测量精度、检测范围、适用性、数据采集效率和成本等方面具有显著优势，不仅解决了传统地震波传感器的固定性问题，还通过阵列结构提供了更高的灵活性、可靠性和功能性；本发明实施例装置适用于多种应用场景，包括地震探测、安全监控、环境监测、车辆和人类活动识别等领域，可满足不同的应用需求，为数据的实时采集、传输、检测提供了可靠、灵活、高效和易于使用的解决方案。

[0052] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。