專利名稱：一種地震勘探傳感器單元體的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型結(jié)構的地震勘探傳感器單元體，主要用于地球物理勘探和各種工程勘查時的地震檢波，接收震波信號。尤其適用于高分辨率、高精度地震勘探。
背景技術：
在國內(nèi)外地震勘探領域中，用于檢波的傳感器絕大部分為磁電式傳感器，同時有少量的壓電式傳感器局限于水中使用。目前，用于陸地勘探的壓電式地震傳感器也有出現(xiàn)，但其或是由水下壓電傳感器衍生而來、帶變壓器結(jié)構的地震傳感器，或是存在轉(zhuǎn)換能量低、結(jié)構復雜、阻尼失控的弊端。本實用新型提出了一種新的結(jié)構，實現(xiàn)壓電式傳感器對地震波更良好的接收。
壓電傳感器將震動信號通過壓電陶瓷晶片的變形轉(zhuǎn)換成電信號，是一種加速度型傳感器，其輸出能量與震動信號的加速度成正比，所以它對越高頻地震信號有越強的接收能力，這一特點正好補償了越高頻地震波信號在地層傳導過程中越巨大的能量損耗，同時，壓電傳感器具備優(yōu)良的零相位頻率特性，可以進行高分辨、高精度地震勘探。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有壓電傳感器的結(jié)構根據(jù)所采用的壓電器件變形方式的不同，可分為三類，分別為壓縮式、剪切式、彎曲式，壓縮式壓電傳感器輸出靈敏度低，剪切式壓電傳感器結(jié)構過于復雜，彎曲式壓電傳感器輸出能量較高，但振動阻尼太小，余振時間長，不利于提高地震勘探的分辨率。本實用新型提供一種結(jié)構設計，既可以提高壓電傳感器的輸出靈敏度，又能保證所需的振動阻尼。
本實用新型的技術方案是敏感元件采用兩組彎曲型壓電片器件，壓電片器件由一圓形銅基片及分別粘貼在其兩面的環(huán)型壓電陶瓷晶片構成，每個基片兩面的壓電陶瓷晶片按極化方向并聯(lián)粘接，環(huán)型壓電陶瓷晶片的外徑適當小于圓形銅基片直徑。兩銅基片的外邊沿分別被壓緊固定在一支撐環(huán)的兩端面，支撐環(huán)采用電導率高的金屬材料。在支撐環(huán)和兩組壓電片器件圍成的封閉空間內(nèi)，一圓柱形慣性體被兩組壓電片器件緊緊夾持連接，支撐環(huán)與慣性體之間留有均勻氣隙，慣性體的組件包含磁性材料體，慣性體同時將兩組壓電片器件串聯(lián)起來，作為電傳輸通路。壓電片器件、慣性體、支撐環(huán)保持同一軸心。
在接收振動信號時，慣性體由于慣性作用，沿軸心方向產(chǎn)生相對于支撐環(huán)的運動，帶動壓電片器件連續(xù)彎曲變形，壓電片器件的變形就產(chǎn)生了與慣性體運動加速度成正比的電信號，電信號由壓電陶瓷晶片的未粘接面引出。銅基片是一彈性元件，起振后單純空氣阻尼不足以使其很快停止運動，導致長時間的余振，由于慣性體包含磁性材料體，在慣性體相對于金屬支撐環(huán)運動時，通過支撐環(huán)內(nèi)的磁通量就發(fā)生了變化，變化的磁通量會在支撐環(huán)內(nèi)感應生成電渦流，電渦流產(chǎn)生的磁場又反作用于慣性體，阻止慣性體的運動，從而使慣性體迅速停止振動，由此而起到了振動阻尼的效果，稱之為電渦流阻尼，在此形成壓電傳感器振動阻尼的組件由慣性體和其外圍的金屬環(huán)構成，阻尼的大小可以通過調(diào)整慣性體磁性能和金屬環(huán)壁厚來控制。彎曲型的壓電片器件本身轉(zhuǎn)換能量就比較高，本單元體采用兩組彎曲型壓電片器件串聯(lián)的模式，并且兩組器件產(chǎn)生的電信號極性一致，信號因而疊加，使傳感器單元體的輸出能量提高，如果還需更高的能量，可以將多只單元體串聯(lián)使用。
本實用新型傳感器單元體輸出能量高，可組合使用，阻尼可控，余振短，結(jié)構簡單、緊湊，易于加工和裝配，能夠發(fā)揮壓電型傳感器所固有的優(yōu)良特性，進行高分辨率、高精度地震勘探。


圖1是本實用新型地震勘探傳感器單元體的剖視結(jié)構示意圖。
圖2是接觸片(9)的形狀示意簡圖，圖2(a)為俯視圖，圖2(b)為剖視圖。
圖1中的標號為1、導磁殼，2、支撐環(huán)，3、壓緊環(huán)，4、緊固螺釘，5、壓電陶瓷晶片，6、磁靴，7、磁鋼，8、基片，9、接觸片。
其中壓電陶瓷晶片(5)和基片(8)構成一組彎曲型壓電片器件，磁靴(6)和磁鋼(7)共同構成慣性體組件。
具體實施方式
本傳感器單元體外形呈圓柱回轉(zhuǎn)體，如圖1中，支撐環(huán)(2)是一柱形中空金屬環(huán)，可采用銅質(zhì)材料，其作為慣性體外圍的金屬環(huán)不僅有承載基片(8)的支撐作用，還是產(chǎn)生感應電渦流的載體，支撐環(huán)(2)外側(cè)中部挖有環(huán)槽，以減輕重量，兩端面挖出一臺階，作為放置圓形基片(8)定位之用；基片(8)的外邊沿搭放在支撐環(huán)(2)端面的臺階內(nèi)，中心開有通孔，將緊固螺釘(4)穿過通孔與磁靴(6)上圓柱凸臺的內(nèi)螺紋孔嚙合緊，這樣就把磁靴(6)和基片(8)牢固連接；磁鋼(7)兩端各帶有一只磁靴(6)，磁靴(6)是圓柱形的導磁金屬體，用以引導優(yōu)化磁路，兩只磁靴(6)和其中間的圓柱形磁鋼(7)在充磁后沿同一軸線吸連在一起，共同構成圓柱形慣性體；慣性體外徑比支撐環(huán)(2)的內(nèi)徑略小，二者之間是均勻氣隙，慣性體被兩組壓電片器件緊緊夾持住，兩端分別用緊固螺釘(4)與基片(8)固連；壓電片器件與磁靴(6)之間安裝有接觸片(9)，接觸片(9)是經(jīng)過預變形處理的金屬薄片彈性器件，圖2是其形狀示意，將其按圖1所示安裝方向，套在磁靴(6)的凸臺根部，當磁靴(6)和基片(8)緊固連接時，接觸片(9)就向被壓平方向延展，但在預變形的彈力作用下，保持與壓電陶瓷晶片(5)的緊密接觸，從而將磁靴(6)和壓電陶瓷晶片(5)可靠的連接起來，參照圖1視圖時的上下方向，就形成一個依次按照上壓電片器件、上接觸片、上磁靴、磁鋼、下磁靴、下接觸片、下壓電片器件順序的電信號傳輸通路。壓緊環(huán)(3)的功能是在外力作用下，將基片(8)的外邊沿緊緊壓貼固定在支撐環(huán)(2)的端面內(nèi)。
上、下兩組的壓電片器件、磁靴(6)、接觸片(9)分別組裝連接完成后，將下基片置入支撐環(huán)(2)的下端面，把磁鋼(7)安放在下磁靴上，然后將已固連好上磁靴的上基片安放在支撐環(huán)(2)的上端面，此時慣性體就按同軸性自然的組成，而上、下基片也已定位入支撐環(huán)(2)的兩端面內(nèi)，再用上、下兩壓緊環(huán)(3)分別將上、下基片(8)的外沿壓住，套上最外層的導磁殼(1)，用專用設備把殼體兩端外沿翻壓滾邊，導磁殼(1)通過滾邊給壓緊環(huán)(3)以足夠的壓力，不僅起到將裝配好的部件定位包緊的作用，且兼具優(yōu)化磁路的作用。滾邊后，壓電片器件、慣性體與支撐環(huán)(2)相互之間保持同一軸心。
各部件中，支撐環(huán)(2)、壓緊環(huán)(3)、緊固螺釘(4)的表面及磁靴(6)的凸臺端面應處理成電絕緣面。
單元體的信號輸出可從兩端外露的壓電陶瓷晶片(5)表面上焊接連線引出。
權利要求1.一種地震勘探傳感器單元體包括壓電片器件、支撐環(huán)、慣性體、壓緊環(huán)、緊固螺釘、導磁殼、接觸片，其特征是慣性體被夾持在兩組壓電片器件之間，兩組壓電片器件分別緊貼于支撐環(huán)兩端面，并被支撐環(huán)端面支撐。
2.如權利要求1所述的一種地震勘探傳感器單元體，其特征在于形成壓電傳感器振動阻尼的組件由慣性體和其外圍的金屬環(huán)構成，慣性體包含磁靴和磁鋼，在磁鋼的磁場作用下，產(chǎn)生電渦流阻尼。
3.如權利要求1所述的一種地震勘探傳感器單元體，其特征在于壓電片器件采用環(huán)形壓電陶瓷晶片，粘貼在金屬基片的兩面，并保持與基片同心，壓電陶瓷晶片按極化方向并聯(lián)粘接。
4.如權利要求1所述的一種地震勘探傳感器單元體，其特征在于壓電片器件與慣性體組件相互連接，慣性體與支撐環(huán)之間留有氣隙，壓電片器件、慣性體和支撐環(huán)三者保持同軸心。
5.如權利要求1所述的一種地震勘探傳感器單元體，其特征在于慣性體同時作為電信號傳輸通路。
6.如權利要求1所述的一種地震勘探傳感器單元體，其特征在于單元體可以多只串聯(lián)。
7.如權利要求1所述的一種地震勘探傳感器單元體，其特征在于用壓電片器件夾持的結(jié)構中，所夾持的慣性體可以包含磁性材料或者不包含磁性材料。
專利摘要本實用新型提出一種傳感器單元結(jié)構，由壓電片器件、支撐環(huán)、慣性體、壓緊環(huán)、接觸片、導磁殼等構成，通過慣性體接連兩組壓電片器件和多只單元體的串聯(lián)，提高傳感器的輸出靈敏度，通過慣性體磁場相對運動產(chǎn)生的電渦流，實現(xiàn)壓電傳感器的振動阻尼。結(jié)構簡單、緊湊，適用于高分辨率、高精度地震勘探和工程勘查時地震檢波。
文檔編號G01V1/18GK2755628SQ20042008635
公開日2006年2月1日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權日2004年12月13日
發(fā)明者任之 申請人:任之