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基于井下良好的观测环境,研究人员逐渐将地震观测由地表转入井下。但由于观测井孔径的限制,井下地震计需要在原来地表摆放的地震计的基础上进行一些适应性改进。本文以中国地震局地震研究所研制的甚宽频带井下地震计为升级改造的平台,对其进行了改进研究。首先,观测井并非完全竖直,在安装井下地震计时,地震计整体可能处于倾斜状态。在一些研究中指出,地震计的倾斜对其灵敏度等参数有着很大影响,当倾斜超过一定角度时甚至会造成灵敏部件的损坏。地表摆放的地震计可以通过人工调节仪器三个支脚高度从而调节倾斜角度,并通过观察仪器水平泡的位置判断仪器是否符合安装要求。但是对于井下地震计,原有人工调节的方法不再适用,如何将地震计三分向传感器调整到水平状态,研究者们提出了一些方法。如使用悬挂支架和拉杆联动调整的机械方法、利用仪器重力自调平的方案、以及由驱动电路、倾斜控制平台和直流电机组成可调传感器底座从而远程调控的方法。为使井下姿态调平更加方便,在已有技术的基础上,本文进行了一些改进,设计了一套使用姿态传感器获取井下地震计姿态信息、使用微控制器控制角度调节平台倾角调平的自动化测控方案。其次,满足地震计水平摆放的要求后还要对仪器的方位角进行计算。许多地震学研究依赖于地震仪数据在方向性上保持正确,就是说需要地震计敏感轴方向与地理方向吻合。然而井下地震计的方位角很难通过机械调整的方式进行矫正,使用定位底座和水下摄像机的安装矫正不仅过程复杂,而且安装一段时间后仍可能产生偏移。因此,一些研究尝试设计数据矫正算法,通过软件的方法对地震仪的输出数据进行矫正。本文简略介绍了几种不同原理的方位角计算方法,然后提出了利用地震计输出数据间的投影关系的方位角计算方法,并基于该算法开发了计算机应用程序,方便用户对地震仪数据进行方位矫正。最后,井下地震计的数据采集也不同于井上仪器。通常,地震仪含有两个相对分离的组成,即地震计和数据采集器。这样的仪器结构在许多井下地震仪的设计中沿用,但是随着观测井深的增加,这样的结构带来了信号衰减、干扰增加以及线缆过重的问题。对此问题,本文尝试了一种井下一体化数据采集的方案,将模拟数字转换的过程集成在井下设备中实现。为满足数据远距离传输和线缆减重的实际需求,又设计了基于光纤数据收发模块的信号远距离传输方案。综合以上问题,本文分章节介绍研究所涉及的理论和方法,分别从硬件和软件设计的角度讨论功能实现的具体方案,设计实验对实际效果进行仿真和验证。结果表明,文章提出的井下地震计改进方案基本满足了一体化井下数据采集的设计需求,可在±5°的范围内实现快速的自动倾斜调整,数据方位角矫正算法计算速度快且稳定性好,设计的软件也有着良好的表现。