多線圈多端子閉環(huán)地震檢波器加速計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于檢測(cè)振動(dòng)的裝置和方法。裝置包括殼體，磁體結(jié)構(gòu)，該磁體結(jié)構(gòu)在殼體中形成磁場(chǎng)，以及線圈結(jié)構(gòu)，該線圈結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)中，與磁體結(jié)構(gòu)同心。響應(yīng)外部振動(dòng)，線圈結(jié)構(gòu)和磁體結(jié)構(gòu)可彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。線圈結(jié)構(gòu)包括至少兩組線圈，這些線圈在空間中交疊，且這些線圈組中的第一線圈組用于檢測(cè)振動(dòng)，第二線圈組用于根據(jù)控制信號(hào)來(lái)施加控制。
【專利說(shuō)明】多線圈多端子閉環(huán)地震檢波器加速計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明通常涉及一種地震數(shù)據(jù)獲取裝置，特別是涉及一種多線圈、多端子的地震 檢波器加速計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002] 振動(dòng)傳感器已經(jīng)用于多種領(lǐng)域，例如油和天然氣的探測(cè)、建筑物、橋梁和其它民用 建筑的振動(dòng)監(jiān)測(cè)。因?yàn)橛糜诘卣鹛綔y(cè)、地震和建筑物振動(dòng)監(jiān)測(cè)的振動(dòng)傳感器通常由電池供 電，因此通常優(yōu)選具有低功率消耗的振動(dòng)傳感器。此外，優(yōu)選的是，振動(dòng)傳感器為低成本和 可靠的，并具有較寬的頻率帶寬。
[0003] 傳統(tǒng)的地震檢波器是一種已經(jīng)廣泛使用很多年的振動(dòng)傳感器。地震檢波器具有在 磁場(chǎng)中可運(yùn)動(dòng)的線圈。由外部振動(dòng)觸發(fā)的線圈運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生橫過(guò)線圈端子的電壓，該電壓可以 用于確定外部振動(dòng)的特征。
[0004] 例如，歐洲專利申請(qǐng)No. 0110431教導(dǎo)了一種使用換能器的加速度響應(yīng)地震檢波 器，該換能器包括傳感器線圈和驅(qū)動(dòng)線圈，它們都布置在由磁體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁場(chǎng)中。磁體結(jié) 構(gòu)和線圈安裝在殼體內(nèi)，用于彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。磁體結(jié)構(gòu)布置成使得在傳感器線圈和驅(qū)動(dòng)線 圈之間的電磁耦合降低至基本為零。傳感器線圈與電子放大器的輸入耦合，該電子放大器 的輸出與驅(qū)動(dòng)線圈耦合，以提供反饋電路。換能器-放大器的組合具有帶通濾波器的性能。 為了使得該組合基本與溫度無(wú)關(guān)，同時(shí)在很寬的溫度范圍內(nèi)保持它的帶通特征，該放大器 是具有輸入阻抗和輸出阻抗的跨導(dǎo)放大器，該輸入阻抗和輸出阻抗分別與傳感器線圈的阻 抗和驅(qū)動(dòng)線圈的阻抗高度相關(guān)。基本與溫度無(wú)關(guān)的電阻與驅(qū)動(dòng)線圈串聯(lián)連接，并與輸出端 子連接，換能器-放大器的輸出信號(hào)能夠通過(guò)該輸出端子可以被收集。
[0005] 美國(guó)專利No. 5172345 (也公開為歐洲專利No. 0434702和PCT專利申請(qǐng)No. PCT/ NL89/00063)教導(dǎo)了一種用于測(cè)量機(jī)械振動(dòng)（例如地震波）的地震檢波器系統(tǒng)。該地震檢 波器系統(tǒng)包括機(jī)械換能器，該機(jī)械換能器有電子處理電路。機(jī)械換能器包括慣性質(zhì)量，該慣 性質(zhì)量適用于通過(guò)輸入加速度信號(hào)和通過(guò)力換能器來(lái)激勵(lì)。該激勵(lì)通過(guò)傳感器元件來(lái)檢 測(cè)，且地震檢波器的處理電路控制力換能器，并通過(guò)傳輸線路與中心站相連接。
[0006] 傳統(tǒng)的地震檢波器有合適的低成本、電效率高和基本可靠。不過(guò)，它們的頻率帶寬 通常較窄（頻率響應(yīng)下降大約12dB/倍頻程），且它們的總諧波失真（THD)通常較高（大約 0. 1 %或-60dB)，從而導(dǎo)致在發(fā)展市場(chǎng)方面并不令人滿意。
[0007] 傳統(tǒng)的地震檢波器通常在低頻范圍內(nèi)具有較差的頻率響應(yīng)。因?yàn)榈皖l地震信號(hào)更 通常地用于地震工業(yè)中（例如，目前振動(dòng)器掃描頻率通常開始于大約2Hz或更低），因此傳 統(tǒng)的地震檢波器不能滿足監(jiān)測(cè)低頻振動(dòng)的要求。因此希望具有較寬帶寬的，特別是在低頻 范圍中具有良好的頻率響應(yīng)的傳感器。
[0008] 也可以利用其它振動(dòng)傳感器，例如開環(huán)或閉環(huán)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)傳感器。根據(jù)傳 感器結(jié)構(gòu)，它們分成兩類：開環(huán)振動(dòng)傳感器和閉環(huán)振動(dòng)傳感器。傳統(tǒng)的地震檢波器也是開環(huán) 振動(dòng)傳感器。
[0009] 與傳統(tǒng)的地震檢波器類似，開環(huán)振動(dòng)傳感器通常是經(jīng)濟(jì)的、可靠的和電效率高的。 一些開環(huán)振動(dòng)傳感器裝置甚至根本不需要電源，盡管開環(huán)MEMS傳感器確實(shí)需要電力，并且 是節(jié)能普遍化的例外情況的例子。不過(guò)，開環(huán)振動(dòng)傳感器通常有非常有限的頻率帶寬和較 差THD質(zhì)量。
[0010] 與開環(huán)振動(dòng)傳感器相比，閉環(huán)振動(dòng)傳感器（例如閉環(huán)MEMS傳感器）通常有在大約 3至375Hz范圍內(nèi)的更大帶寬和大約0. 001 %或-100dB的更低的THD。不過(guò)，這些傳感器昂 貴并脆弱，從而使得它們?cè)谝恍┦褂们闆r下并不可靠。
[0011] 另外，閉環(huán)MEMS振動(dòng)傳感器功率效率低。例如，閉環(huán)MEMS傳感器的功率消耗可以 高至125mw或更高。這種相對(duì)較高的功率消耗需要嚴(yán)重阻礙了閉環(huán)MEMS傳感器成功進(jìn)入 地震市場(chǎng)。
[0012] 因此，需要一種振動(dòng)傳感器，它具有小的總諧波失真、寬的頻率帶寬和在低頻的良 好頻率響應(yīng)，以及低功率消耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于檢測(cè)振動(dòng)的裝置包括：殼體；磁體結(jié)構(gòu)，該磁體 結(jié)構(gòu)在殼體中形成磁場(chǎng)；以及線圈結(jié)構(gòu)，該線圈結(jié)構(gòu)包括兩組或更多組線圈，這些線圈與磁 體結(jié)構(gòu)同心地交疊在所述磁場(chǎng)中，所述兩組或更多組線圈包括摻混的至少兩組線圈；其中， 響應(yīng)所述振動(dòng)，所述線圈結(jié)構(gòu)和所述磁體結(jié)構(gòu)可彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)方向橫過(guò)磁場(chǎng)的磁 通的方向。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該裝置的至少第一組線圈輸出表示振動(dòng)的感應(yīng)信號(hào)。可 選擇地，該裝置的兩組或更多組線圈可以連接成用于輸出表示振動(dòng)的感應(yīng)信號(hào)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的還一方面，該裝置的至少第二組線圈接收控制信號(hào)，用于控制該裝 置對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)。可選擇地，該裝置的兩組或更多組線圈可以連接成用于接收控制信號(hào)，用 于控制該裝置對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)。
[0016] 該裝置對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)可以是對(duì)振動(dòng)的靈敏性和/或?qū)φ駝?dòng)的頻率響應(yīng)?？刂菩盘?hào) 可以是感應(yīng)信號(hào)的函數(shù)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一些或全部組的線圈可以以相同方向纏繞。可選擇地，一 些組的線圈可以以相反方向纏繞。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該裝置還包括至少兩組電端子，這些電端子從殼體的外 部連接，每組電端子連接至少一組線圈。
[0019] 電端子可以通過(guò)用于在所述兩組或更多組線圈上指示信號(hào)相位關(guān)系的標(biāo)記來(lái)進(jìn) 行標(biāo)記。該標(biāo)記可以分別在終端和/或殼體上。該標(biāo)記可以包括顏色標(biāo)記、條紋等。
[0020] 電端子可以通過(guò)用于指示電端子的組的標(biāo)記來(lái)進(jìn)行標(biāo)記。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，控制器可以與裝置電連接，用于控制所述裝置對(duì)外部振 動(dòng)的響應(yīng)?？刂破骺梢栽谘b置外部，或者可選擇地，控制器可以是包含在所述裝置的殼體中 的印刷電路板中。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種檢測(cè)振動(dòng)的方法包括：
[0023] 形成磁場(chǎng)；
[0024] 使得至少第一線圈組和第二線圈組在空間中摻混；
[0025] 將該至少第一線圈組和第二線圈組定位在所述磁場(chǎng)中，這樣，響應(yīng)所述振動(dòng)，磁場(chǎng) 以及該至少第一線圈組和第二線圈組彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中運(yùn)動(dòng)方向橫過(guò)磁場(chǎng)的磁通的方 向；
[0026] 自所述第一線圈組檢測(cè)承載所述振動(dòng)的信息的感應(yīng)信號(hào)；以及
[0027] 向所述第二線圈組施加控制信號(hào)，用于控制所述感應(yīng)信號(hào)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的雙線圈、四端子地震檢波器的透視圖；
[0029] 圖2是圖1的地震檢波器沿A-A截面的剖視圖；
[0030] 圖3是圖2的地震檢波器的蓋的放大剖視圖；
[0031] 圖4是圖2的地震檢波器的基座的放大剖視圖；
[0032] 圖5是圖2的地震檢波器的磁體結(jié)構(gòu)的放大剖視圖；
[0033] 圖6表示了由圖2的地震檢波器的磁體結(jié)構(gòu)形成的磁場(chǎng)，其中箭頭表示磁通；
[0034] 圖7是圖2的地震檢波器的可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的放大剖視圖；
[0035] 圖8A和8B表示了在圖2的地震檢波器中形成的兩個(gè)電路，這兩個(gè)電路分別與兩 組線圈連接；
[0036] 圖9是圖7的可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和外部線圈組的纏繞的簡(jiǎn)化三維視圖；
[0037] 圖10表示了根據(jù)這里所述實(shí)施例的、使用地震檢波器的通用振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的示 意圖；
[0038] 圖11是根據(jù)可選實(shí)施例的、圖7的可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的線圈組的簡(jiǎn)化三維視圖；
[0039] 圖12A至12G是根據(jù)多個(gè)可選實(shí)施例的、圖7的可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的線圈組配置的 示意圖；
[0040] 圖13A至14B表示了在線圈組中產(chǎn)生的電壓的方向和線圈組的纏繞方向之間的關(guān) 系；
[0041] 圖15A和15B表示了在由線圈組中的電流產(chǎn)生的力的方向和線圈組的纏繞方向之 間的關(guān)系；
[0042] 圖16表示了用于在電路圖中表示線圈組的標(biāo)識(shí)；
[0043] 圖17A至17N是根據(jù)多個(gè)可選實(shí)施例的、圖7的可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的線圈組連接方 案的不意圖；
[0044] 圖18A至18C是根據(jù)多個(gè)可選實(shí)施例的多線圈、多端子地震檢波器的透視圖；
[0045] 圖19A和19B是根據(jù)多個(gè)可選實(shí)施例的多線圈、多端子地震檢波器的透視圖，其中 一些電端子通過(guò)電導(dǎo)線連接；
[0046] 圖20A是根據(jù)另一實(shí)施例的多線圈、多端子地震檢波器的俯視圖，該地震檢波器 具有在其殼體上的標(biāo)記，用于指示電端子的分組和相位關(guān)系；
[0047] 圖20B是根據(jù)另一實(shí)施例的多線圈、多端子地震檢波器的俯視圖，該地震檢波器 具有在其電端子上的標(biāo)記，用于指示電端子的分組和相位關(guān)系；
[0048] 圖21A和21B表示了三線圈、六端子的地震檢波器，該地震檢波器具有用于振動(dòng)檢 測(cè)的一個(gè)線圈組和用于響應(yīng)控制的另一線圈組；
[0049] 圖22A和22B表示了三線圈、六端子的地震檢波器，該地震檢波器具有用于振動(dòng)檢 測(cè)的兩個(gè)線圈組和用于響應(yīng)控制的另一線圈組；
[0050] 圖23A和23B表示了三線圈、六端子的地震檢波器，該地震檢波器具有用于振動(dòng)檢 測(cè)的一個(gè)線圈組和用于響應(yīng)控制的另外兩個(gè)線圈組；
[0051] 圖24是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的閉環(huán)地震檢波器系統(tǒng)的電路圖；
[0052] 圖25是表示閉環(huán)地震檢波器系統(tǒng)的理論的分析圖；
[0053] 圖26表示了兩線圈、四端子（2C4T)的閉環(huán)地震檢波器的步驟相應(yīng)的模擬結(jié)果；
[0054] 圖27A和27B分別是2C4T閉環(huán)地震檢波器的Bode幅值和相位圖；以及
[0055] 圖28和29是表示了 2C4T閉環(huán)地震檢波器的總諧波失真和環(huán)境噪音測(cè)試的結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0056] 參考圖1和圖2,四端子地震檢波器100包括圓柱形殼體102,該圓柱形殼體102 具有蓋104、基座106和在它們之間延伸的柱形壁108。在該實(shí)施例中，柱形壁108利用壓 接結(jié)構(gòu)而與蓋104和基座106機(jī)械地密封連接，在它們之間有具密封元件110、130,例如0 形環(huán)。
[0057] 參考圖2和圖3,蓋104包括從底表面向下延伸的中心部分172,該中心部分172 包括沿其周邊的環(huán)形凸肩174和從該凸肩174徑向向內(nèi)間開的向下延伸的凸出部176。電 觸點(diǎn)162安裝在凸肩174上，并通過(guò)電導(dǎo)線或連接器166而與端子116連接。向下偏壓的 簧片或彈簧板電觸點(diǎn)164安裝在凸出部176上，并大致水平地朝著蓋104的中心軸線B延 伸。
[0058] 蓋104包括四個(gè)端子112至118,這四個(gè)端子112至118從蓋104的內(nèi)側(cè)向外延伸 至它的外側(cè)，用于與外部信號(hào)處理電路和/或裝置（未示出）電連接。端子114的底端位 于彈簧板觸點(diǎn)164附近，這樣，當(dāng)?shù)卣饳z波器裝配時(shí)，它與彈簧觸點(diǎn)164電接觸。其它端子 112、116和118與彈簧板觸點(diǎn)164電絕緣。
[0059] 參考圖2和圖4,基座106包括中心部分182,該中心部分182從頂表面向上延伸。 中心部分182包括沿其周邊的環(huán)形凸肩184和從該凸肩184徑向向內(nèi)間開的向上延伸環(huán)形 凸出部186。環(huán)形凸出部186是不連續(xù)的，形成間隙186'，用于允許彈簧板電觸點(diǎn)152的一 部分徑向穿過(guò)。彈簧板觸點(diǎn)152安裝在凸肩184上，該彈簧板觸點(diǎn)152的一部分穿過(guò)間隙 186'，并從凸肩184向上和向內(nèi)延伸至凸出部186的頂表面。
[0060] 再參考圖1和圖2,柱形壁108由合適的鐵磁材料來(lái)制造，例如鋼、鐵、鎳、鈷或者它 們的合金，以方便磁體結(jié)構(gòu)120形成所需的磁場(chǎng)（后面將介紹）。在該實(shí)施例中，蓋104和 基座106由剛性塑料制造，以便提供用于支承封閉在殼體102內(nèi)的部件的機(jī)械強(qiáng)度。
[0061] 在該實(shí)施例中，殼體102中封閉由可軸向運(yùn)動(dòng)的、環(huán)形線圈結(jié)構(gòu)140和定位在該環(huán) 形線圈結(jié)構(gòu)140內(nèi)部的磁體結(jié)構(gòu)120,其中它們的縱向軸線重合或同心。磁體結(jié)構(gòu)120固定 或夾在蓋104和基座106之間。圖3、圖4和圖5以沿共同軸線B對(duì)齊的分解結(jié)構(gòu)表示了該 104、磁體結(jié)構(gòu)120和基座106。
[0062] 參考圖2,磁體結(jié)構(gòu)120是軸向延伸的柱形結(jié)構(gòu)，它軸向牢固地裝配在殼體102中 并位于蓋104和基座106之間。在本文中，地震檢波器顯示為它的軸線垂直表示。因此，在 本文中，術(shù)語(yǔ)"垂直"和"軸向"可互換地使用，而并不是將軸線的實(shí)際方位限制為垂直。磁 體結(jié)構(gòu)120的直徑小于殼體102的直徑，這樣，在磁體結(jié)構(gòu)120和殼體102之間形成環(huán)形空 間，用于容納可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140。
[0063] 參考圖3、圖4和圖5,磁體結(jié)構(gòu)120在殼體102內(nèi)被軸向引導(dǎo)，并且磁體結(jié)構(gòu)120 包括磁體塊124,該磁體塊124與其上面的上部磁靴122相連接，并與其下面的底部磁靴 126相連接。在該實(shí)施例中，底部磁靴126的直徑大于磁體塊124的直徑，并包括在它的上 表面上的第一凹口 202,用于接收磁體塊124的底部。底部磁靴126還包括在它的底表面 上的環(huán)形脊204,該環(huán)形脊204環(huán)繞磁體結(jié)構(gòu)120的縱向軸線B-B定中心，并向下延伸，以 形成第二凹口 206。環(huán)形脊204的位置與基座106的凸肩184的位置相匹配，這樣，當(dāng)裝配 時(shí)，環(huán)形脊204擱置在凸肩184上，且基座106的凸出部186的外側(cè)壁與底部磁靴126的第 二凹口 206的內(nèi)側(cè)壁接觸，以便引導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)120和防止磁體結(jié)構(gòu)120水平運(yùn)動(dòng)。此外，環(huán) 形脊204的高度為在裝配時(shí)使得它的底表面與基座106的凸出部186的頂表面相嚙合。
[0064] 類似的，上部磁靴122的直徑大于磁體塊124的直徑，并且上部磁靴122包括在它 的底表面上的第一凹口 208,用于與磁體塊124的頂部相配合。上部磁靴122還包括在它的 頂表面上的環(huán)形脊210,該環(huán)形脊210環(huán)繞磁體結(jié)構(gòu)120的縱向軸線B-B定中心，并向上延 伸，以形成第二凹口 212。環(huán)形脊210的徑向位置與基座106的凸肩174的位置相匹配，這 樣，當(dāng)裝配時(shí)，環(huán)形脊210定位在凸肩174下面，且蓋104的凸出部176的外側(cè)壁與上部磁靴 122的第二凹口 212的內(nèi)側(cè)壁相接觸，以便防止磁體結(jié)構(gòu)120水平運(yùn)動(dòng)。此外，環(huán)形脊210 的高度與蓋104的凸出部176的高度相匹配，這樣，在裝配時(shí)凹口 212的頂表面與蓋104的 凸出部176的底表面相嚙合。
[0065] 在該實(shí)施例中，磁體塊124是永磁體，上部磁靴122和底部磁靴126由鐵磁材料制 成，例如鋼、鐵、鎳、鈷或者它們的合金。磁體塊124以及上部磁靴122和底部磁靴126在殼 體102內(nèi)部形成穩(wěn)定的圓形磁場(chǎng)。因?yàn)橹伪?08也是由合適的鐵磁材料制造的，因此它 調(diào)節(jié)由磁體結(jié)構(gòu)120形成的磁場(chǎng)，以使得磁場(chǎng)的磁通在磁體結(jié)構(gòu)120和殼體102之間的環(huán) 形空間中大致水平地分布，如圖6中箭頭242所示。
[0066] 還參考圖7,可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140包括線軸142,用于在其上支承線圈纏繞。在該 實(shí)施例中，線軸142是由鋁或鋁合金制造的管形或中空柱形結(jié)構(gòu)，該鋁或鋁合金通過(guò)陽(yáng)極 氧化來(lái)處理，以便在它的表面上形成陽(yáng)極氧化膜的電絕緣涂層。線軸142的上端略微徑向 向外延伸，以便形成大致朝向下的凸肩268。線軸142的上端包括安裝于其上和從其內(nèi)表面 大致向內(nèi)延伸的一對(duì)電端子264和266。電端子264和266與線軸142電絕緣。
[0067] 線軸142的上端還包括至少一個(gè)孔（未示出），用于使得線圈組144 (后面將介紹） 穿過(guò)，以便與電端子264和266連接。在它的外側(cè)壁上，線軸142包括一對(duì)軸向間開的凹口， 包括上部環(huán)形凹口 262A和底部環(huán)形凹口 262B，用于接收纏繞于其中的線圈。
[0068] 可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140還包括頂部環(huán)形金屬?gòu)椈砂?56和底部環(huán)形金屬?gòu)椈砂?58， 該頂部環(huán)形金屬?gòu)椈砂?56和底部環(huán)形金屬?gòu)椈砂?58分別安裝在線軸142的上端和底端 上。頂部環(huán)形金屬板156從線軸142的內(nèi)側(cè)表面大致水平地向內(nèi)延伸至在上部磁靴122的 環(huán)形脊210附近的位置。底部環(huán)形金屬板158也從線軸142的內(nèi)側(cè)表面大致水平地向內(nèi)延 伸至在底部磁靴126的環(huán)形脊204附近的位置。
[0069] 可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140還包括纏繞在線軸142上的兩組線圈144和146,內(nèi)線圈組 144在外圈組146內(nèi)徑向向內(nèi)平移，并且彼此電隔離。線圈組144和146中的每個(gè)包括一圈 或多圈的線圈纏繞。內(nèi)線圈組144纏繞在線軸142上，并包括纏繞在線軸142的上部凹口 262A中的上部部分144A和纏繞在它的下部凹口 262B中的下部部分144B。線圈組144的 下部部分144B的纏繞方向與它的上部部分144A的纏繞方向相反。內(nèi)線圈組144的一端與 電端子264相連接，其另一端與電端子266相連接。
[0070] 外線圈組146纏繞在內(nèi)線圈組144上面。與內(nèi)線圈組144類似，外線圈組146還包 括上部部分146A和下部部分146B。如圖9所示，線圈組146的上部部分146A纏繞在線軸 142的上部凹口 262A中的線圈組144的上部部分144A上面，線圈組146的下部部分146B 纏繞在線軸142的下部凹口 262B中的線圈組144的下部部分144B上面，下部部分146B纏 繞方向與上部部分146A的纏繞方向相反。在本實(shí)施例中，外線圈組146的上部部分146A和 下部部分146B分別直接纏繞在內(nèi)線圈組144的上部部分144A和下部部分144B上。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的是，外線圈組146可以卷繞在內(nèi)線圈組144上，并在它們之間具有環(huán) 形間隔。例如，內(nèi)線圈組144可以由一塊保護(hù)紙包裝，外線圈組146纏繞在該保護(hù)紙上。
[0071] 在下文中，各線圈組有中空的圓柱形形狀。由線圈組占據(jù)的空間包括由線圈組的 纏繞占據(jù)的空間和由線圈纏繞封閉的內(nèi)部空間。因此內(nèi)部線圈組144和外部線圈組146在 空間中交疊，意思是由內(nèi)部線圈組144占據(jù)的空間在由外部線圈組146占據(jù)的空間內(nèi)。
[0072] 外部線圈組146、內(nèi)部線圈組144和磁體結(jié)構(gòu)120成具有重合的縱向軸線B-B的同 心結(jié)構(gòu)。外部線圈組146的一端與頂部彈簧板156電連接，外部線圈組146的另一端與底 部彈簧板158電連接。圖9表示了內(nèi)部線圈組144和外部線圈組146的位置的簡(jiǎn)化三維視 圖。
[0073] 當(dāng)如圖2中所示裝配時(shí)，柱形側(cè)壁108壓接在基座106上。0形環(huán)130用于密封在 側(cè)壁108和基座106之間的交接面。在側(cè)壁108內(nèi)部，磁體結(jié)構(gòu)120裝配在基座106上。特 別的是，底部磁靴126的環(huán)形脊204擱置在基座106的凸肩184上，且可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140 的底部彈簧板158夾在它們之間。環(huán)形脊204的內(nèi)側(cè)壁與基座106的凸出部186的外側(cè)壁 相嚙合，以便防止磁體結(jié)構(gòu)120水平運(yùn)動(dòng)。
[0074] 當(dāng)可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140的底部彈簧板158夾在底部磁靴126的環(huán)形脊204和基座 106的凸肩184之間時(shí)，可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140的底部彈簧板158與其下面的基座106的凸 肩184上的彈簧板觸點(diǎn)152接觸，并且還與其上面的底部磁靴126的環(huán)形脊204接觸。接 著彈簧板152再與底部磁靴126的第二凹口 206的底表面接觸。
[0075] 殼體102包括頂部和底部環(huán)形凹口，用于分別接收蓋104和基座106,并使它們間 開。當(dāng)裝配時(shí)，可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140的頂部彈簧板156與其上面的蓋104的凸肩174上的 電觸點(diǎn)162相接觸。不過(guò)，可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140的頂部彈簧板156通過(guò)絕緣墊片154而擱 置在其下面的上部磁靴122的環(huán)形脊210上，以使得頂部彈簧板156與上部磁靴122的環(huán) 形脊210電絕緣。
[0076] 因?yàn)樯喜看叛?22的環(huán)形脊210的高度與蓋104的凸出部176的高度相匹配，因此 當(dāng)裝配時(shí)，上部磁靴122的第二凹口 212的頂表面壓靠彈簧觸點(diǎn)164,接著該彈簧觸點(diǎn)164 再壓靠蓋104中的端子114。電端子264和266分別通過(guò)彈簧電線282和284而與端子112 和118連接。
[0077] 在蓋104壓入配合和壓接在柱形側(cè)壁108的頂部上之后，蓋104將磁體結(jié)構(gòu)120 按壓至基座106,以便將磁體結(jié)構(gòu)120軸向牢固地固定在殼體102中。可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140 安裝在殼體102中，其中，上部彈簧板156牢固保持在蓋104和上部磁靴122之間，底部彈 簧板158牢固地保持在底部磁靴126和基座106之間。因此，可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140被橫向 限制，但是可通過(guò)推壓地震檢波器100的外部力（例如地震運(yùn)動(dòng)）而在殼體102內(nèi)軸向運(yùn) 動(dòng)。
[0078] 四個(gè)端子112至118分成兩個(gè)端子組，各端子組在地震檢波器100裝配時(shí)與線圈 組144或146連接。因此形成兩個(gè)電路。
[0079] 圖8A和圖8B分別表示了由粗線272和274表示的兩個(gè)電路，其中，虛線的粗線部 分表示纏繞線圈。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，這些附圖只是用于示例說(shuō)明目的，而并不必須 表示在地震檢波器100中的物理布線。
[0080] 如圖8A中所示，第一電路272包括在蓋104上的端子112,該端子112通過(guò)電線 282而與在可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140上的端子264導(dǎo)電連接。端子264再與內(nèi)部線圈組144的 一端導(dǎo)電連接。內(nèi)部線圈組144的另一端與在可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140上的端子266導(dǎo)電連接， 該端子266通過(guò)電線284而與在蓋104上的端子118導(dǎo)電連接。當(dāng)端子112和118與外部 電路和/或裝置連接時(shí)，第一電路272完成。
[0081] 如圖8B中所示，第二電路274包括在蓋104上的端子114,該端子112通過(guò)電觸點(diǎn) 164而與上部磁靴122導(dǎo)電連接。接著上部磁靴122再與磁體塊124和底部磁靴126導(dǎo)電 連接，因?yàn)樗鼈冇蓪?dǎo)電材料制造的。底部磁靴126通過(guò)電觸點(diǎn)152而與底部彈簧板158導(dǎo)電 連接，該底部彈簧板158與外部線圈組146的一端連接。外部線圈組的另一端與頂部彈簧 板156相連接。頂部彈簧板156通過(guò)電觸點(diǎn)162而與端子116導(dǎo)電連接。頂部彈簧板156 與上部磁靴122電絕緣，以避免形成短路。當(dāng)端子114和116與外部電路和/或裝置連接 時(shí)，第二電路274完成。
[0082] 在使用中，一個(gè)或多個(gè)地震檢波器100可以部署在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，埋入或附接在地上 或物體中，或者包含在井孔中的井下工具中，用于感測(cè)振動(dòng)或地震運(yùn)動(dòng)。物體的振動(dòng)使得殼 體102和磁體結(jié)構(gòu)120軸向振動(dòng)。彈簧板156和158使得線圈結(jié)構(gòu)140能夠相對(duì)于磁體結(jié) 構(gòu)120軸向運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榫€圈結(jié)構(gòu)140通過(guò)彈簧板156和158而可軸向地、運(yùn)動(dòng)地懸掛在殼 體上，因此它由于慣性而有時(shí)間差地軸向振動(dòng)。因此，線圈結(jié)構(gòu)140相對(duì)于磁體結(jié)構(gòu)120有 效地軸向振動(dòng)。如圖6中所示，線圈組144和146的運(yùn)動(dòng)方向244大致垂直于磁通的方向 242和線圈組144和146的纏繞方向。
[0083] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（其中，運(yùn)動(dòng)方向橫過(guò)磁通方向） 將沿與磁通方向和導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向都垂直的方向引起電壓。另一方面，在磁場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)體中 流動(dòng)的電流（其中，電流方向橫過(guò)磁通）將沿與電流方向和磁通方向都垂直的方向引起機(jī) 械力。地震檢波器100有兩組線圈144和146。因此，內(nèi)部線圈組144和外部線圈組146中 的一個(gè)（例如，在該實(shí)施例中的內(nèi)部線圈組144)用于感應(yīng)振動(dòng)，內(nèi)部線圈組144和外部線 圈組146中的另一個(gè)（例如，外部線圈組146)用于調(diào)節(jié)線圈結(jié)構(gòu)140的運(yùn)動(dòng)，以便控制地 震檢波器100對(duì)外部振動(dòng)的響應(yīng)，例如靈敏性和/或頻率響應(yīng)。
[0084] 圖10表示了使用地震檢波器100的通用振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。在該圖中，實(shí)線表示電通 路，虛線表示機(jī)械力通路。
[0085] 如圖10中所示，施加在地震檢波器100上的外部振動(dòng)302 (該外部振動(dòng)302是具 有變化強(qiáng)度和方向的機(jī)械力）使得線圈結(jié)構(gòu)140在磁體結(jié)構(gòu)120的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，這產(chǎn)生電 感應(yīng)信號(hào)304,該電感應(yīng)信號(hào)304由信號(hào)檢測(cè)單元306來(lái)檢測(cè)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，感 應(yīng)信號(hào)304帶有振動(dòng)302的信息。在信號(hào)檢測(cè)單元中的信號(hào)處理單元（未示出）根據(jù)電感 應(yīng)信號(hào)304來(lái)計(jì)算振動(dòng)302的特征。根據(jù)電檢測(cè)信號(hào)304來(lái)確定振動(dòng)302的特征的能力可 以用系統(tǒng)300對(duì)振動(dòng)302的頻率響應(yīng)和靈敏性來(lái)描述。
[0086] 同時(shí)，控制單元308向外部線圈組146施加控制信號(hào)310,這引起機(jī)械控制力312， 該機(jī)械控制力312與振動(dòng)302交疊（314)并施加給可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140。通過(guò)根據(jù)振動(dòng)302 和/或地震檢波器100的電和機(jī)械特征而施加仔細(xì)設(shè)計(jì)的控制信號(hào)310,施加的控制力的強(qiáng) 度和方向可以被調(diào)節(jié)成控制感應(yīng)信號(hào)，以便提高地震檢波器100對(duì)外部振動(dòng)的響應(yīng)，例如 靈敏性和/或頻率響應(yīng)。在一些實(shí)施例中，控制單元308根據(jù)由信號(hào)檢測(cè)單元306檢測(cè)的 感應(yīng)信號(hào)304來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)310,即控制信號(hào)310是感應(yīng)信號(hào)304的函數(shù)，從而形成閉環(huán) 控制系統(tǒng)。在一些其它實(shí)施例中，控制單元308根據(jù)使用獨(dú)立于信號(hào)檢測(cè)單元306的裝置 或元件來(lái)獲得的其它測(cè)量值（例如振動(dòng)的方向測(cè)量值）而產(chǎn)生控制信號(hào)310,從而形成開環(huán) 控制系統(tǒng)。
[0087] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，軸向定向的磁體（例如地震檢波器100的磁體結(jié)構(gòu) 120)提供了具有分別在其頂端和底端周圍的上部和底部三維區(qū)域（該三維區(qū)域具有最強(qiáng) 的磁場(chǎng)強(qiáng)度）的磁場(chǎng)。一些現(xiàn)有技術(shù)的地震檢波器（例如在前述美國(guó)專利No. 5172345中 所公開的地震檢波器）包括定位在磁體結(jié)構(gòu)的頂端周圍的信號(hào)輸出線圈和定位在磁體結(jié) 構(gòu)的底端周圍的控制信號(hào)。因此，無(wú)論是信號(hào)輸出線圈還是控制線圈都沒有充分利用磁場(chǎng)。
[0088] 另一方面，在這里所述的地震檢波器100中，內(nèi)部和外部線圈組在空間中交疊，具 有線圈的第一部分和線圈的第二部分的各線圈組分別定位在最強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的上部和底部 區(qū)域中。因此，內(nèi)部線圈組144和外部線圈組146利用由磁體結(jié)構(gòu)120提供的基本整個(gè)磁 場(chǎng)，分別用于產(chǎn)生與振動(dòng)相關(guān)的感應(yīng)信號(hào)304和用于根據(jù)控制信號(hào)來(lái)施加控制，從而引起 改進(jìn)的對(duì)振動(dòng)的頻率響應(yīng)和/或靈敏性。
[0089] 其它實(shí)施例也容易獲得。例如，在可選實(shí)施例中，外部線圈組146與用于檢測(cè)外部 振動(dòng)的信號(hào)檢測(cè)單元連接，內(nèi)部線圈組144與用于施加控制信號(hào)以便控制地震檢波器對(duì)外 部振動(dòng)的響應(yīng)（例如靈敏性和/或頻率響應(yīng)）的控制單元連接。
[0090] 盡管在上述實(shí)施例中，蓋104、柱形壁108和基座106使用壓接結(jié)構(gòu)來(lái)連接，但是在 可選實(shí)施例中，柱形壁108可以使用其它合適的緊固方法和/或緊固件（例如螺紋、夾子、 螺釘、凸緣、螺母和螺栓、膠水等）而與蓋104和基座106連接。
[0091] 在還一實(shí)施例中，上部磁靴122、磁體塊124和底部磁靴126可以使用其它合適的 緊固方法和/或緊固件（例如螺紋、夾子、螺釘、凸緣、螺母和螺栓、膠水等）來(lái)連接。
[0092] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的，上部磁靴122、磁體塊124和底部磁靴126也可以選擇 由其它磁性和/或鐵磁材料來(lái)制造，或者是適合在殼體102內(nèi)形成大致均勻和穩(wěn)定的環(huán)形 磁場(chǎng)的電磁體結(jié)構(gòu)。
[0093] 盡管在上述實(shí)施例中地震檢波器100包括固定在殼體102中的磁體結(jié)構(gòu)120和可 在殼體102中軸向運(yùn)動(dòng)的線圈結(jié)構(gòu)140,但是在可選實(shí)施例中，地震檢波器100包括固定在 殼體102上的線圈結(jié)構(gòu)140和可在殼體102中軸向運(yùn)動(dòng)的磁體結(jié)構(gòu)120。類似的，線圈結(jié) 構(gòu)140包括兩組交疊的線圈，這兩組線圈包括纏繞在線軸142上的內(nèi)部線圈組144和纏繞 在內(nèi)部線圈組144上面的外部線圈組146。
[0094] 雖然在上述實(shí)施例中，殼體102包括蓋104、柱形壁102和基座106,但是在可選實(shí) 施例中，殼體102是由合適的鐵磁性材料制成的一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。
[0095] 雖然在上述實(shí)施例中，殼體102通常具有圓柱形的形狀，但是在可選實(shí)施例中，殼 體102可以是另一種合適的形狀，例如，一個(gè)長(zhǎng)方體形狀。類似地，磁體結(jié)構(gòu)120和/或線 圈結(jié)構(gòu)140可以選擇地具有包括矩形的橫截面的其它合適的形狀。
[0096] 在可選實(shí)施例中，兩個(gè)線圈組144和146中的每一組可以僅包括僅僅定位在磁體 結(jié)構(gòu)120 -端的線圈的單一部分。
[0097] 圖11表示根據(jù)可選實(shí)施例的可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140的兩個(gè)線圈組144和146的簡(jiǎn) 化三維視圖。在該實(shí)施例中，兩個(gè)線圈組144和146同時(shí)纏繞在線軸（未示出）上，從而形 成摻混線圈結(jié)構(gòu)。由于它們占據(jù)相同空間，因此兩個(gè)線圈組144和146在空間中交疊。根 據(jù)實(shí)施方式，線圈組144和146中的一個(gè)可以用于振動(dòng)檢測(cè)，線圈組144和146中的另一個(gè) 可以用于控制。如圖11中所示，線圈組144的各纏繞可以與線圈組146的各纏繞交替。其 它實(shí)施例也容易獲得。例如，一個(gè)線圈組纏繞可以與另一線圈組的每?jī)蓚€(gè)或更多纏繞交替。
[0098] 具有摻混線圈組144和146的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是摻混的線圈組144和146能夠使用現(xiàn)有 纏繞設(shè)備（或者對(duì)現(xiàn)有纏繞設(shè)備進(jìn)行很小變化）而同時(shí)纏繞在線軸142上。當(dāng)線圈組144 和146平行纏繞時(shí)，可以縮短地震檢波器的制造時(shí)間。
[0099] 線圈組的其它結(jié)構(gòu)也容易在多個(gè)實(shí)施例中獲得，它們都導(dǎo)致沿整個(gè)磁場(chǎng)延伸的有 效線圈組。例如，線圈結(jié)構(gòu)140可以包括超過(guò)兩個(gè)線圈組。多個(gè)線圈組可以一個(gè)纏繞在另 一個(gè)上面、平行纏繞或者它們的組合，這樣，一些線圈組平行纏繞，一些其它線圈組纏繞在 其它線圈組上面。圖12A至12E表示了線圈組結(jié)構(gòu)的一些實(shí)例。在上述實(shí)施例中的線圈組 結(jié)構(gòu)也表示為用于比較的目的。在這些附圖中，符號(hào)"X"表示與紙張垂直向下的纏繞方向， 符號(hào)"0"表示與紙張垂直向上的纏繞方向。各線圈組包括沿相反方向纏繞的上部部分（在 圖中以后綴"A"表示）和底部部分（在圖中以后綴"B"表示），且根據(jù)實(shí)施方式，各部分可 以包括一圈或多圈線圈。
[0100] 圖12A表示了圖9的線圈組結(jié)構(gòu)，其中，線圈結(jié)構(gòu)140包括纏繞在線軸142上的內(nèi) 部線圈組144和纏繞在內(nèi)部線圈組144上面的外部線圈組146。在該實(shí)施例中，線圈組144 的各部分144A、144B的纏繞方向與線圈組146的相應(yīng)部分146A、146B的纏繞方向相同。
[0101] 圖12B表示了根據(jù)可選實(shí)施例的線圈組結(jié)構(gòu)，其中，線圈結(jié)構(gòu)140包括纏繞在線軸 142上的內(nèi)部線圈組144和纏繞在內(nèi)部線圈組144上面的外部線圈組146。在該實(shí)例中，線 圈組144的各部分的纏繞方向與線圈組146的相應(yīng)部分的纏繞方向相反。
[0102] 圖12C表示了根據(jù)另一實(shí)施例的線圈組結(jié)構(gòu)，其中，線圈結(jié)構(gòu)140包括三個(gè)線圈組 144、146和148,線圈組144纏繞在線軸142上，線圈組146纏繞在線圈組144上面，而線圈 組148纏繞在線圈組146上面。在該實(shí)例中，線圈組144U46和148的相應(yīng)部分的纏繞方 向相同。
[0103] 圖12D表示了根據(jù)另一實(shí)施例的線圈組結(jié)構(gòu)，其中，線圈結(jié)構(gòu)140包括三個(gè)線圈組 144、146和148,線圈組144纏繞在線軸142上，線圈組146纏繞在線圈組144上面，而線圈 組148纏繞在線圈組146上面。在該實(shí)例中，線圈組144和146的相應(yīng)部分的纏繞方向相 同。不過(guò)，線圈組148的各部分的纏繞方向與線圈組144和146的相應(yīng)部分相反。
[0104] 圖12E表示了圖11的線圈組結(jié)構(gòu)，其中，線圈結(jié)構(gòu)140包括平行地纏繞在線軸142 上的兩個(gè)摻混的線圈組144和146。在該實(shí)例中，線圈組144的各部分的纏繞方向與線圈組 146的相應(yīng)部分的纏繞方向相同。
[0105] 圖12F表示了根據(jù)還一實(shí)施例的線圈組結(jié)構(gòu)，其中，線圈結(jié)構(gòu)140包括平行地纏繞 在線軸142上的三個(gè)摻混的線圈組144、146和148。在該實(shí)例中，線圈組144、146和148的 相應(yīng)部分的纏繞方向相同。
[0106] 圖12G表示了根據(jù)還一實(shí)施例的線圈組結(jié)構(gòu)，其中，線圈結(jié)構(gòu)140包括平行地纏繞 在線軸142上的兩個(gè)摻混的線圈組144和146以及纏繞在摻混的線圈組144和146上面的 第三線圈組148。在該實(shí)例中，線圈組144U46和148的相應(yīng)部分的纏繞方向相同。
[0107] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，借助于上述實(shí)例，線圈結(jié)構(gòu)可以包括相互摻混地纏繞的多 個(gè)線圈組。一些線圈組可以沿相同方向纏繞，一些其它線圈組可以沿相反方向纏繞。在一 些可選實(shí)施例中，摻混的線圈組可以沿相反方向纏繞。
[0108] 一個(gè)或多個(gè)線圈組可以用于振動(dòng)檢測(cè)。一個(gè)或多個(gè)其它線圈組可以用于控制地 震檢波器的響應(yīng)。這里公開的地震檢波器包括多個(gè)機(jī)械和電信號(hào)，這些信號(hào)包括輸入信號(hào) (例如振動(dòng)和用于控制地震檢波器的響應(yīng)的控制信號(hào)）、輸出信號(hào)（例如帶有振動(dòng)信息的電 壓輸出）以及內(nèi)部信號(hào)（例如在各振動(dòng)檢測(cè)線圈組上產(chǎn)生的電壓輸出，它們的組合形成地 震檢波器的輸出信號(hào)，以及由控制線圈組產(chǎn)生的控制力）。通常，輸入信號(hào)確定了內(nèi)部和外 部信號(hào)的幅值和相位。不過(guò)，對(duì)于給定的輸入信號(hào)，施加輸入信號(hào)的線圈組的纏繞方向也確 定相關(guān)內(nèi)部和輸出信號(hào)的相位。在地震檢波器的科學(xué)原理的簡(jiǎn)化解釋中，圖13A至圖15B 表不了在線圈纏繞方向和輸入、內(nèi)部和輸出信號(hào)的相位之間的關(guān)系。
[0109] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，當(dāng)線圈結(jié)構(gòu)140相對(duì)于磁體結(jié)構(gòu)120運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓在線圈 結(jié)構(gòu)140中產(chǎn)生。根據(jù)Faraday原理，電壓可按下式計(jì)算：
[0110] E=BXLXV=SXV
[0111] 其中，粗體符號(hào)表示矢量變量，"X"表示矢量叉乘。E表示橫過(guò)線圈結(jié)構(gòu)140的線 圈纏繞的電壓，B表示磁體結(jié)構(gòu)120的磁場(chǎng)，V表示線圈結(jié)構(gòu)140相對(duì)于磁體結(jié)構(gòu)120的速 度，L表示線圈纏繞的長(zhǎng)度，且S=BL。通常，在開環(huán)地震檢波器中，| |S| |稱為地震檢波器的 靈敏性。在線圈組上產(chǎn)生的電壓E可以通過(guò)用于測(cè)量振動(dòng)的信號(hào)處理電路或裝置來(lái)檢測(cè)。
[0112] 當(dāng)環(huán)繞線圈結(jié)構(gòu)140的磁場(chǎng)B的磁通密度為基本恒定時(shí)，電壓E的幅值通常與線 圈結(jié)構(gòu)150相對(duì)于磁體結(jié)構(gòu)120的速度成正比。在線圈組中產(chǎn)生的電壓E的方向由線圈的 纏繞方向來(lái)確定。圖13A至14B比較了分別在第一線圈組502和第二線圈組542 (該第二 線圈組542的纏繞方向與第一線圈組502的纏繞方向相反）中產(chǎn)生的電壓E的方向。
[0113] 圖13A和13B表不了位于由如上述磁體結(jié)構(gòu)（未不出）形成的磁場(chǎng)B中的第一線 圈組502。磁場(chǎng)B的上部部分的磁通從線圈502的內(nèi)側(cè)徑向向外延伸，如箭頭504A所示，且 磁場(chǎng)B的底部部分的磁通徑向向內(nèi)伸入線圈502內(nèi)，如箭頭504B所示。
[0114] 如上所述，線圈組502包括分別位于磁場(chǎng)B的上部部分504A和底部部分504B中 的上部部分502A和底部部分502B。當(dāng)從線圈組502的頂部觀察時(shí)，線圈組502的上部部分 502A的纏繞方向?yàn)轫槙r(shí)針，線圈組502的底部部分502B的纏繞方向?yàn)槟鏁r(shí)針。
[0115] 當(dāng)外部振動(dòng)使得線圈組502在磁場(chǎng)B中軸向向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，如箭頭506所示，電壓E 產(chǎn)生的方向?yàn)槭沟镁€圈組502的頂端508具有比線圈組502的底端510更高的電勢(shì)，如分 別由" + "和符號(hào)來(lái)表示。檢測(cè)器512可以與線圈組502電連接，以便檢測(cè)頂端508和 底端510之間的電壓。
[0116] 類似地，當(dāng)線圈組502在磁場(chǎng)B中向下移動(dòng)時(shí)，電壓E產(chǎn)生的方向使得線圈組502 的頂端508具有比線圈組502的底端510更低的電勢(shì)。在地震檢波器100中，線圈結(jié)構(gòu)140 的線圈組軸向振動(dòng)，即交替地軸向向上和向下運(yùn)動(dòng)。然后，檢測(cè)器512接收交替的電壓信 號(hào)。
[0117] 圖14A和14B表示了位于由磁體結(jié)構(gòu)（未示出）形成的磁場(chǎng)B中的第二線圈組 542。在圖14A、14B和13A、13B之間的區(qū)別為第二線圈組542的纏繞方向與第一線圈組542 的纏繞方向相反，即，當(dāng)從線圈組542的頂部看時(shí)，線圈組542的上部部分542A的纏繞方向 為逆時(shí)針，線圈組542的底部部分542B的纏繞方向?yàn)轫槙r(shí)針。
[0118] 當(dāng)外部振動(dòng)使得線圈組542在磁場(chǎng)B中軸向向上運(yùn)動(dòng)，如箭頭506所示時(shí)，電壓E 產(chǎn)生為使得線圈組542的頂端548具有比線圈組542的底端550更低的電勢(shì)，分別由" + " 和符號(hào)來(lái)表不。
[0119] 類似的，當(dāng)線圈組542在磁場(chǎng)B中軸向向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓E產(chǎn)生為具有這樣的方 向，使得線圈組542的頂端具有比線圈組542的底端550更高的電勢(shì)。在地震檢波器100 中，線圈結(jié)構(gòu)140的線圈組軸向振動(dòng)，即交替地向上和向下運(yùn)動(dòng)。然后，檢測(cè)器512接收交 替的電壓信號(hào)。
[0120] 比較線圈組502和542,可以看見，當(dāng)在相同磁場(chǎng)B中運(yùn)動(dòng)時(shí)，具有相反纏繞方向的 線圈組產(chǎn)生反相電壓信號(hào)，即電壓信號(hào)之間具有180°相位差，而具有相同纏繞方向的線圈 組產(chǎn)生同相電壓信號(hào)，即電壓信號(hào)具有0°相位差。
[0121] 如上所述，一個(gè)或多個(gè)線圈組可以用于控制地震檢波器100的響應(yīng)。根據(jù)Lorentz 定律，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)中的線圈時(shí)，機(jī)械力施加在線圈上，該機(jī)械力可以表示為：
[0122] F=IXLXB=IXS
[0123] 其中，F(xiàn)表示施加在線圈上的機(jī)械力，I表示由控制器（例如控制電路、部件或裝 置）施加在線圈中的電流。
[0124] 根據(jù)這樣的原理，電流可以施加在線圈組上，以便引起施加在線圈結(jié)構(gòu)140上的 機(jī)械力F。當(dāng)產(chǎn)生的機(jī)械力F和線圈結(jié)構(gòu)140的運(yùn)動(dòng)方向同相時(shí)，即在相同方向時(shí)，機(jī)械力 F提高了線圈結(jié)構(gòu)140的振動(dòng)。當(dāng)產(chǎn)生的機(jī)械力F和線圈結(jié)構(gòu)140的運(yùn)動(dòng)方向反相時(shí)，即在 相反方向時(shí)，機(jī)械力F阻礙了線圈結(jié)構(gòu)140的振動(dòng)。因?yàn)闄C(jī)械力F(包括它的方向和幅值） 是電流I的函數(shù)，因此人們可以仔細(xì)設(shè)計(jì)電流I，該電流I可以是外部振動(dòng)的函數(shù)，以便補(bǔ)充 或者抵消施加給線圈結(jié)構(gòu)140的振動(dòng)力，用于提高地震檢波器100的響應(yīng)。
[0125] 產(chǎn)生的機(jī)械力F的方向也由線圈組的纏繞方向來(lái)確定。圖15A和圖15B比較了分 別在第一線圈組602和第二線圈組642中的機(jī)械力F的方向，該第二線圈組642的纏繞方 向與第一線圈組602的纏繞方向相反。
[0126] 圖15A表示了定位在由如上述磁體結(jié)構(gòu)（未示出）形成的磁場(chǎng)B中的第一線圈組 602。磁場(chǎng)B的上部部分的磁通從線圈602的內(nèi)部水平向外延伸，如箭頭640A所示，磁場(chǎng)B 的底部部分的磁通水平地向內(nèi)伸入線圈602中，如箭頭604B所示。
[0127] 線圈組602包括分別位于磁場(chǎng)B的上部部分604A和底部部分604B中的上部部分 602A和底部部分602B。當(dāng)從線圈組602的頂部看時(shí)，線圈組602的上部部分602A的纏繞 方向是順時(shí)針，線圈組602的底部部分602B的纏繞方向是逆時(shí)針。
[0128] 控制裝置614與線圈組602的頂端610和底端612連接，并向線圈組602施加電 流，且電流方向?yàn)閺捻敹?10流向底端612,如箭頭606所示。在磁場(chǎng)B中的施加電流I引 起施加在線圈組602上的向上機(jī)械力F,如由箭頭608所示。
[0129] 相反，在圖15B中，當(dāng)從線圈組602的頂部觀察時(shí)，線圈組642以與圖15A中的線 圈組602相反的方向纏繞，即線圈組642的上部部分642A的纏繞方向?yàn)槟鏁r(shí)針，線圈組642 的下部部分642B的纏繞方向?yàn)轫槙r(shí)針。
[0130] 控制裝置614與線圈組642的頂端650和底端652相連接，并向線圈組642施加 電流I，且方向如箭頭606所示，這在底端652處引起比頂端650處更高的電勢(shì)，如分別由 " + "和符號(hào)所示。在磁場(chǎng)B中施加的電流I引起施加在線圈組642上的向下機(jī)械力F， 如由箭頭648所示。
[0131] 通過(guò)比較線圈組602和642,可以看見，當(dāng)具有相反纏繞方向的兩個(gè)線圈組與相同 控制器連接，以便接收相同控制信號(hào)時(shí)，兩個(gè)線圈組產(chǎn)生反相機(jī)械力。另一方面，當(dāng)具有相 同纏繞方向的兩個(gè)線圈組與相同控制器連接，以便接收相同控制信號(hào)時(shí)，兩個(gè)線圈組產(chǎn)生 同相機(jī)械力。
[0132] 下面參考圖13A和圖15A，可以看見，當(dāng)施加在線圈組602上的控制信號(hào)與由線圈 組502輸出的振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)同相時(shí)，控制信號(hào)產(chǎn)生與振動(dòng)同相的機(jī)械力，即產(chǎn)生的機(jī)械力 將加強(qiáng)線圈結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。
[0133] 進(jìn)一步參考圖13A和15B，可以看見，當(dāng)施加在線圈組602上的控制信號(hào)與由線圈 組502輸出的振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)反相時(shí)，控制信號(hào)產(chǎn)生與振動(dòng)反相的機(jī)械力。
[0134] 圖16表示了將在后面的電路圖中使用的線圈組標(biāo)識(shí)700。線圈組標(biāo)識(shí)700包括 兩個(gè)垂直連接的電感器標(biāo)識(shí)702和704,且具在線圈組標(biāo)識(shí)700的各端處標(biāo)識(shí)電端子的圓。 線圈組標(biāo)識(shí)700還在其各端處標(biāo)記有" + "和符號(hào)。符號(hào)代表參考端子，" + "代表信 號(hào)端子。因此，當(dāng)兩個(gè)線圈組用于振動(dòng)檢測(cè)時(shí)，在信號(hào)端子處測(cè)量的輸出信號(hào)參考相應(yīng)參考 端子為同相。另一方面，當(dāng)線圈組用于控制地震檢波器的響應(yīng)時(shí)，在信號(hào)端子處施加的、參 考該參考端子具有正電壓的控制信號(hào)產(chǎn)生與振動(dòng)同相的內(nèi)部控制力。
[0135] 信號(hào)和參考端子與物理線圈組的頂端和底端的映射由物理線圈組的纏繞方向來(lái) 確定。例如，在一種映射情況中，當(dāng)從頂部看時(shí)，線圈組順時(shí)針纏繞時(shí)，信號(hào)和參考端子分別 對(duì)應(yīng)于物理線圈組的頂端和底端（見圖13A和圖15A);當(dāng)從頂部看時(shí)，線圈組逆時(shí)針纏繞 時(shí)，信號(hào)和參考端子分別對(duì)應(yīng)于物理線圈組的底端和頂端（見圖14A和圖15B)。
[0136] 在多個(gè)實(shí)施例中，各線圈組可以與在殼體上的一組電端子連接，用于與外部電路 或裝置連接，該外部電路或裝置用于檢測(cè)振動(dòng)或施加控制信號(hào)。也可選擇，一些線圈組可以 在地震檢波器100的制造過(guò)程中連接或組合，且各組合的線圈組與在殼體上的一組電端子 連接，用于與外部電路或裝置連接。圖17A至17N是表示在根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的地震檢波器 100中的組合線圈組的實(shí)例的電路圖。
[0137] 在圖17A至17N中，線圈組標(biāo)識(shí)的圖形位置也不需要與它的物理位置直接匹配。例 如，在這些圖中表現(xiàn)為彼此相鄰的線圈組（例如在圖17G中的線圈組742和744)并不一定 意味著或暗示它們?cè)诘卣饳z波器100的線圈結(jié)構(gòu)140中物理相鄰或摻混。
[0138] 圖17A和17B表示了具有兩個(gè)線圈組的地震檢波器100的實(shí)例圖。在圖17A中， 各線圈組與一對(duì)端子連接，兩個(gè)線圈組并不連接。地震檢波器100再包括在它的殼體上的 四個(gè)端子，如圖1中所示。
[0139] 在圖17B中，兩個(gè)線圈組在一端處電連接，該端再與端子連接。各線圈組的另一端 與相應(yīng)端子連接。地震檢波器1〇〇再包括在它的殼體上的三個(gè)端子，如圖18A中所示。
[0140] 圖17C至17H是用于具有三個(gè)線圈組的地震檢波器100的實(shí)例圖。在圖17C中， 各線圈組與一對(duì)端子連接，三個(gè)線圈組并不連接。地震檢波器100再包括在它的殼體上的 六個(gè)端子，如圖18C中所示。
[0141] 在圖17D中，三個(gè)線圈組在一端處電連接在一起，不過(guò)，該端的公共引線并不與任 何端子連接。各線圈組的另一端與各自的端子連接。地震檢波器100再包括在它的殼體上 的三個(gè)端子，它的透視圖可以與圖18A相同。
[0142] 在圖17E中，三個(gè)線圈組在一端處電連接，該端再與端子連接。各線圈組的另一端 與各自的端子連接。地震檢波器100再包括在它的殼體上的四個(gè)端子，它的透視圖可以與 圖1相同。
[0143] 在圖17F中，兩個(gè)線圈組在兩端處電連接，各端再與端子連接，從而形成平行電 路。另一線圈組單獨(dú)地與一對(duì)端子連接。地震檢波器100再包括在它的殼體上的四個(gè)端子， 它的透視圖可以與圖1相同。
[0144] 在圖17G的實(shí)例中，兩個(gè)線圈組在一端處電連接，該端再與端子連接。這兩個(gè)線圈 組的另一端各自與端子連接。第三線圈組單獨(dú)地與一對(duì)端子連接。地震檢波器100再包括 在它的殼體上的五個(gè)端子，如圖18B中所示。
[0145] 在圖17H的實(shí)例中，兩個(gè)線圈組在一端處電連接，不過(guò)，該端并不與任何端子連 接。這兩個(gè)線圈組的另一端各自與端子連接。第三線圈組單獨(dú)地與一對(duì)端子連接。地震檢 波器100再包括在它的殼體上的四個(gè)端子，它的透視圖可以與圖1相同。
[0146] 圖171至17N是用于具有四個(gè)線圈組的地震檢波器100的實(shí)例圖。線圈組結(jié)構(gòu)的 詳細(xì)說(shuō)明將省略，因?yàn)榧夹g(shù)人員的讀者借助于上面說(shuō)明的圖17A至17H將清楚。
[0147] 在一些可選實(shí)施例中，一些線圈組在一端連接，該端再與作為公共地線的金屬殼 體連接。
[0148] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，圖17A至17N只是實(shí)例，在地震檢波器100中的線圈組 可以根據(jù)需要以其它方式組合。線圈組可以如圖17A至17N中所示的組合在地震檢波器的 殼體內(nèi)部。在一些可選實(shí)施例中，線圈組可以使用外部電線而組合在殼體的外部，用于最終 的電路靈活性。例如，圖19A表示了具有如圖17A的兩個(gè)線圈組和四個(gè)端子的地震檢波器 800,其中，電端子802和804分別對(duì)應(yīng)于兩個(gè)" + "符號(hào)端子。用戶可以通過(guò)使用外部電線 806連接電端子802和804而組合如圖17B中的線圈組。用于用戶規(guī)定電路的外部端子能 夠在確定地震檢波器性能時(shí)有很大的靈活性，而不需要過(guò)多的地震檢波器模型。
[0149] 在還一些其它實(shí)施例中，一些線圈組在制造過(guò)程中組合在地震檢波器的殼體內(nèi) 部，且用戶還可以使用外部電線來(lái)組合殼體外部的一些線圈組。例如，圖19B表示了具有如 圖17G設(shè)置的三個(gè)線圈組的地震檢波器820,其中，電端子822和824分別對(duì)應(yīng)于圖17G中 的端子746和748。用戶還可以通過(guò)使用電線826連接電端子822和824而進(jìn)一步組合如 圖17E的線圈組。
[0150] 在可選實(shí)施例中，電端子進(jìn)行標(biāo)記，以便指示在不同線圈組的信號(hào)之間的相位關(guān) 系，包括輸出電壓信號(hào)、輸入控制信號(hào)和/或由輸入控制信號(hào)引起的機(jī)械控制力。
[0151] 例如，圖20A表示了具有兩個(gè)線圈組和四個(gè)電端子842至848的地震檢波器840的 俯視圖。各線圈組與一對(duì)電端子連接。四個(gè)端子由在地震檢波器840的蓋上畫出或刻出的 圓850以及由該圓850附近的" + "或標(biāo)識(shí)來(lái)標(biāo)記。圓850表示包圍于其中的端子844 和846與相同線圈組連接，其它兩個(gè)端子842和848與另外線圈組連接。
[0152] 端子842和844各自標(biāo)記有" + "符號(hào)，端子846和848各自標(biāo)記有符號(hào)，表示 當(dāng)它們都用于檢測(cè)振動(dòng)時(shí)由端子842和844輸出的信號(hào)參考相應(yīng)端子846和848為同相， 而當(dāng)一對(duì)端子用于振動(dòng)檢測(cè)和其它對(duì)端子用于控制地震檢波器的響應(yīng)時(shí)，向控制線圈組的 " + "符號(hào)端子施加與由振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的" + "符號(hào)端子輸出的振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)同相的控制信號(hào) (參考相應(yīng)符號(hào)端子）將引起與振動(dòng)同相的機(jī)械控制力。
[0153] 圖20B表示了根據(jù)另一實(shí)施例具有標(biāo)記電端子862至868的地震檢波器860。在 該實(shí)施例中，端子862至868使用不同顏色和條紋來(lái)標(biāo)記，其中，具有相同顏色的端子與相 同線圈組連接，具有相同條紋870數(shù)目的端子同相。
[0154] 這里公開的多線圈、多端子地震檢波器使得用戶能夠定制地震檢波器以便滿足他 們的需要。圖21A至2313表示了定制地震檢波器900的一些實(shí)例，該地震檢波器900有三 個(gè)線圈組922、924和926以及在其殼體上的六個(gè)電端子902至912。線圈組922與端子902 和904連接，線圈組924與端子906和908連接，線圈組926與端子910和912連接。端子 902至912由用于表示端子對(duì)的、印刷在地震檢波器900的蓋上的圓932、934和936以及 由用于表示相位關(guān)系的顏色來(lái)標(biāo)記。圓932包圍端子902和904,圓934包圍端子906和 908,圓936包圍端子910和912。端子902、906和910具有第一顏色，端子904、908和912 具有第二顏色，表示順序的端子對(duì)（902、904)、（906、908)和（910、912)同相。
[0155] 在圖21A和21B中，端子902和904與振動(dòng)檢測(cè)裝置942相連接，該振動(dòng)檢測(cè)裝置 942用于通過(guò)測(cè)量從該端子輸出的電壓來(lái)檢測(cè)振動(dòng)，因此線圈組922用作振動(dòng)檢測(cè)線圈組。 端子910和912與控制裝置944相連接，該控制裝置944用于向該端子施加控制信號(hào)，以便 控制地震檢波器900的響應(yīng)，因此線圈組926用作控制線圈組。因此，端子906和908以及 線圈組924并不使用。
[0156] 在圖22A和22B中，端子904和906通過(guò)電線952來(lái)連接。振動(dòng)檢測(cè)裝置942與 端子902和908連接。控制裝置944與端子910和912連接。在該實(shí)例中，線圈組922和 924相互串聯(lián)地連接，用于檢測(cè)振動(dòng)，線圈組926用于控制地震檢波器900的響應(yīng)。
[0157] 在圖23A和23B中，振動(dòng)檢測(cè)裝置942與端子902和904連接?？刂蒲b置944與 端子910和912連接，該端子910和912再分別通過(guò)電線954和956而與端子906和908 連接。在該實(shí)例中，線圈組922用于檢測(cè)振動(dòng)。線圈組926和928平行連接，用于施加控制 信號(hào)以便控制地震檢波器900的響應(yīng)。
[0158] 因此，這里公開的多線圈、多端子地震檢波器向用戶提供了靈活性，以便通過(guò)改變 用于振動(dòng)檢測(cè)的線圈組的數(shù)目和用于地震檢波器控制的線圈組的數(shù)目來(lái)組合線圈組，從而 在地震檢波器靈敏性和頻率響應(yīng)之間折衷選擇。例如，當(dāng)需要更高靈敏性時(shí)，更多線圈組 可以連接在一起和用于振動(dòng)檢測(cè)，同時(shí)折衷選擇為更少數(shù)目的線圈組可用于地震檢波器控 制。在特殊情況下，所有線圈組都連接和用于振動(dòng)檢測(cè)，而沒有線圈組可用于地震檢波器控 制。
[0159] 另一方面，當(dāng)需要控制頻率響應(yīng)時(shí)，更多線圈組可以連接在一起和用于地震檢波 器控制，特殊折衷選擇為更少數(shù)目的線圈可用于振動(dòng)檢測(cè)。不過(guò)，至少一個(gè)線圈組必須用于 振動(dòng)檢測(cè)。
[0160] 如上所述，線圈組可以在地震檢波器100的制造過(guò)程中進(jìn)行連接或組合，或者可 以通過(guò)從地震檢波器100外部連接相應(yīng)端子而由用戶進(jìn)行組合。具有在制造過(guò)程中組合的 一些線圈組的地震檢波器可以通過(guò)在用戶需要時(shí)從地震檢波器外部連接端子而由用戶來(lái) 進(jìn)一步定制。
[0161] 圖24表示了使用兩線圈、四端子（2C4T)地震檢波器100的閉環(huán)地震檢波器系統(tǒng) 970的簡(jiǎn)化電路圖。地震檢波器100的內(nèi)部線圈組144用于振動(dòng)檢測(cè)，它向具有轉(zhuǎn)換函數(shù) Kjs)的第一放大電路972輸出振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)。下文中，包括放大電路972的放大電路可以 是放大器，且當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者需要時(shí)可以包括其它電路，例如濾波器。
[0162] 放大電路972放大振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)，并向具有轉(zhuǎn)換函數(shù)K2(s)的第二放大電路974輸 出放大信號(hào)，該第二放大電路974向信號(hào)分析器976輸出放大信號(hào)，以便確定由地震檢波器 100檢測(cè)的振動(dòng)特征。第一放大電路972的輸出也與由測(cè)試信號(hào)源980產(chǎn)生的測(cè)試信號(hào)交 疊，并反饋給地震檢波器100的外部線圈組146,用于控制它的響應(yīng)。
[0163] 在正常使用中，測(cè)試信號(hào)源980關(guān)閉或者以其它方式與地震檢波器970斷開，并在 測(cè)試地震檢波器100時(shí)打開，用于向地震檢波器100的外部線圈組146注入測(cè)試信號(hào)，例如 正弦信號(hào)。
[0164] 在該實(shí)例中，控制信號(hào)以相對(duì)于從內(nèi)部線圈組144輸出的振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)反相的方 式注入外部線圈組146,這樣，控制信號(hào)通常引起施加給可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140的、與它的運(yùn) 動(dòng)反相的機(jī)械力，以阻礙可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)140的運(yùn)動(dòng)。因此，控制線圈結(jié)構(gòu)在外部振動(dòng)作 用下的位移距離，并通常壓縮成較小距離。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，如圖24中的反饋控制 系統(tǒng)控制線圈結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并將它的位移壓縮至在各側(cè)軸向離線圈結(jié)構(gòu)的靜止位置在大約 0. lym(微米）內(nèi)。作為比較，傳統(tǒng)的地震檢波器的線圈結(jié)構(gòu)的位移通常在各側(cè)軸向離線圈 結(jié)構(gòu)的靜止位置在〇· 5mm和2mm之間。
[0165] 圖25是表示閉環(huán)地震檢波器系統(tǒng)970的原理的分析圖。在該圖中，虛線部件和虛 線箭頭分別表示機(jī)械部件和信號(hào)通路。實(shí)線部件和實(shí)線箭頭分別表示電部件和信號(hào)通路。
[0166] 如圖25中所示，外部振動(dòng)引起具有機(jī)械噪音分量1004的運(yùn)動(dòng)或等效機(jī)械力1002, 該運(yùn)動(dòng)或等效機(jī)械力1002以反相方式（由圓1008中的" + "和符號(hào)表示）與反饋機(jī)械 力1048(后面將介紹）交疊，然后施加給振動(dòng)檢測(cè)線圈組1010。振動(dòng)檢測(cè)線圈組1010響 應(yīng)施加于其上的力而軸向振動(dòng)，從而引起振動(dòng)信號(hào)。這里，振動(dòng)檢測(cè)線圈組分隔成機(jī)械部件 1010和機(jī)電轉(zhuǎn)換部件1012,該機(jī)電轉(zhuǎn)換部件1012在這里通過(guò)放大器標(biāo)識(shí)來(lái)圖形表示，用于 指示振動(dòng)檢測(cè)線圈的靈敏性。
[0167] 振動(dòng)檢測(cè)線圈組的機(jī)電轉(zhuǎn)換部件1012將速度輸入轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，如前所述，其 中，電壓信號(hào)的幅值取決于振動(dòng)檢測(cè)線圈組的靈敏性。從機(jī)電轉(zhuǎn)換部件1012輸出的振動(dòng)檢 測(cè)電壓信號(hào)注入具有轉(zhuǎn)換函數(shù)!^。）的放大電路1018中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知，放大器 輸入噪音分量1016也注入放大電路1018中。放大電路1018的輸出1024(包括放大輸入 信號(hào)和放大噪音組分1020)輸出給具有轉(zhuǎn)換函數(shù)K 2(s)的第二放大電路1030。類似的，第 二放大電路1030也有在它的輸入處注入的放大器輸入噪音1028和在它的輸出中的放大器 噪音1032。
[0168] 第二放大電路1030的輸出1036發(fā)送給分析器裝置1038,用于進(jìn)一步處理，例如外 部振動(dòng)的計(jì)算參數(shù)。
[0169] 在反饋環(huán)路中，放大電路1018的輸出1024(包括放大振動(dòng)檢測(cè)電壓信號(hào)和多種噪 音分量）也與來(lái)自測(cè)試信號(hào)源1042的測(cè)試信號(hào)交疊，以便形成用于反饋至控制線圈組1046 的控制信號(hào)1044,從而控制地震檢波器100的響應(yīng)。測(cè)試信號(hào)源1042在正常使用中關(guān)閉或 者以其它方式與地震檢波器系統(tǒng)970斷開，并在測(cè)試地震檢波器100時(shí)打開，用于向地震檢 波器100的控制線圈組1044注入測(cè)試信號(hào)，例如正弦信號(hào)。
[0170] 控制信號(hào)1044以反相方式注入至控制線圈組1046。控制線圈組1046將電控制信 號(hào)1044轉(zhuǎn)換成反饋機(jī)械力1048。當(dāng)控制信號(hào)以反相方式注入至控制線圈組時(shí)，反饋機(jī)械力 1048阻礙振動(dòng)檢測(cè)線圈的運(yùn)動(dòng)。
[0171] 通過(guò)壓縮可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的位移，多線圈、多端子的閉環(huán)地震檢波器系統(tǒng)970能 夠檢測(cè)高幅值的振動(dòng)，否則該高幅值的振動(dòng)將引起傳統(tǒng)的開環(huán)地震檢波器的可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié) 構(gòu)到達(dá)它的最大位移距離并飽和。與傳統(tǒng)的開環(huán)地震檢波器比較，多線圈、多端子的閉環(huán)地 震檢波器系統(tǒng)970還具有更小的諧波失真。當(dāng)可運(yùn)動(dòng)線圈結(jié)構(gòu)的位移通常較小時(shí)，線圈感 應(yīng)的沖擊也通常較小。地震檢波器100的制造成本也通常合理的較低。
[0172] 圖26表示了 2C4T閉環(huán)地震檢波器100的階躍響應(yīng)的模擬結(jié)果。響應(yīng)時(shí)間為大約 0. 3ms (毫秒）。
[0173] 圖27A和27B分別表示了通過(guò)模擬而獲得兩線圈、四端子的閉環(huán)地震檢波器100 和傳統(tǒng)的開環(huán)地震檢波器的Bode幅值和相位圖。根據(jù)幅值響應(yīng)，2C4T閉環(huán)地震檢波器具有 大得多的帶寬，范圍為從大約〇. 45Hz至大約400Hz。2C4T閉環(huán)地震檢波器在與傳統(tǒng)的開環(huán) 地震檢波器相比時(shí)還有提高的相位響應(yīng)。特別的是，2C4T閉環(huán)地震檢波器在從大約1Hz至 大約200Hz的頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)明顯提高的相位響應(yīng)。
[0174] 還進(jìn)行了 2C4T閉環(huán)地震檢波器的實(shí)地測(cè)試。在帶寬、諧波失真和靈敏性方面，實(shí) 地測(cè)試的結(jié)果表示與傳統(tǒng)的開環(huán)地震檢波器相比改進(jìn)的地震數(shù)據(jù)獲取。
[0175] 圖28和29表示了 2C4T閉環(huán)地震檢波器在使用31.25Hz正弦測(cè)試信號(hào)測(cè)試 時(shí)的總諧波失真和環(huán)境噪音測(cè)試結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表示了在從大約〇. 45Hz至大約400Hz 的頻率帶寬中的基本上的扁平的幅值和相位。2C4T閉環(huán)地震檢波器的諧波失真為大 約-107dB (0. 0005 % )，與之相比傳統(tǒng)的開環(huán)地震檢波器為大約-60dB (0. 1 % )。2C4T閉環(huán) 地震檢波器的靈敏性為大約2. 5V/g (電壓每標(biāo)準(zhǔn)重量）。對(duì)于2C4T閉環(huán)地震檢波器，噪音 在1000Hz的取樣頻率下減小至小于1微克（即10_6g)。2C4T閉環(huán)地震檢波器的功率消耗為 對(duì)于全尺寸lg設(shè)計(jì)（即最大電壓輸出表示lg的設(shè)計(jì)）是大約8. 5mw (毫瓦），為對(duì)于全尺 寸0. 6g設(shè)計(jì)（即最大電壓輸出表示lg的設(shè)計(jì)）是大約5mw (毫瓦）。而且，2C4T閉環(huán)地震 檢波器有大約120dB的較大動(dòng)態(tài)范圍，與之相比傳統(tǒng)的開環(huán)地震檢波器為60dB動(dòng)態(tài)范圍。
[0176] 在圖24的實(shí)施例中，可以認(rèn)為是控制器的第一放大電路972布置在地震檢波器 100外部。在可選實(shí)施例中，第一放大電路972實(shí)施為較小的印刷電路板組件（PCB)，它包 含在地震檢波器的殼體中，并形成它的一部分。
[0177] 在另一實(shí)施例中，多線圈、多端子地震檢波器還包括包含在其殼體中的模擬數(shù)字 (A/D)轉(zhuǎn)換器和電源（例如電池）。A/D轉(zhuǎn)換器將模擬振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成帶有振動(dòng)信息的 數(shù)字信號(hào)用于輸出。在還一實(shí)施例中，多線圈、多端子地震檢波器輸出模擬和數(shù)字振動(dòng)檢測(cè) 信號(hào)。在還一實(shí)施例中，電源在多線圈、多端子地震檢波器的外部，且多線圈、多端子地震檢 波器包括一組端子，例如兩個(gè)或三個(gè)端子（根據(jù)設(shè)計(jì)），用于從外部電源接收電。
[0178] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，電端子可以使用其它合適方式來(lái)標(biāo)記。例如，顏色可以 用于指示線圈組的相位關(guān)系，條紋可以用于表示端子的分組。標(biāo)記可以依據(jù)設(shè)計(jì)者和/或 用戶的需要印刷、刻出或以其它方式附接在殼體和/或端子上。
[0179] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，電端子可以是從殼體伸出的導(dǎo)電凸出部、電導(dǎo)線、在殼體 上的電觸點(diǎn)或者它們的組合。金屬殼體自身可以是電端子。
[0180] 在可選實(shí)施例中，殼體由不導(dǎo)電材料來(lái)制造，例如塑料、木等。在該實(shí)施例中，殼體 并不用作電端子或電接地。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于檢測(cè)振動(dòng)的裝置，所述裝置包括： 殼體； 磁體結(jié)構(gòu)，所述磁體結(jié)構(gòu)在殼體中形成磁場(chǎng)；以及 線圈結(jié)構(gòu)，所述線圈結(jié)構(gòu)包括兩組或更多組線圈，所述兩組或更多組線圈與所述磁體 結(jié)構(gòu)同心地重疊在所述磁場(chǎng)中，所述兩組或更多組線圈包括摻混的至少兩組線圈； 其中，所述線圈結(jié)構(gòu)和所述磁體結(jié)構(gòu)可彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)且運(yùn)動(dòng)方向橫過(guò)磁場(chǎng)的磁通的方 向，以響應(yīng)振動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中：至少第一組線圈輸出顯示振動(dòng)的感應(yīng)信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中：至少兩組線圈連接，以輸出顯示振動(dòng)的檢測(cè)信 號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：至少第二組線圈接收控制信號(hào)， 以控制所述裝置對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：至少兩組線圈連接，以接收控制 信號(hào)，所述控制信號(hào)用于控制所述裝置對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中：所述裝置對(duì)振動(dòng)的所述響應(yīng)包括對(duì)振動(dòng)的 靈敏性和對(duì)振動(dòng)的頻率響應(yīng)中的至少一個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4至6中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述控制信號(hào)是感應(yīng)信號(hào)的函 數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：全部線圈組進(jìn)行摻混。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述兩組或更多組線圈還包括 第三組線圈，該第三組線圈與所述摻混的至少兩組線圈徑向偏離。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述兩組或更多組線圈中的至 少兩組以相同方向纏繞。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述兩組或更多組線圈中的至 少兩組以相反方向纏繞。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述線圈結(jié)構(gòu)還包括空心柱 形結(jié)構(gòu)，用于所述至少兩組或更多組線圈環(huán)繞它纏繞。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述線圈結(jié)構(gòu)是可移動(dòng)的。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述磁體結(jié)構(gòu)是可移動(dòng)的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述殼體的所述至少一部分 由鐵磁材料制成，以調(diào)節(jié)所述磁場(chǎng)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述磁體結(jié)構(gòu)接收于所述線 圈結(jié)構(gòu)中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至16中任意一項(xiàng)所述的裝置，還包括：至少兩組電端子，所述至少 兩組電端子從殼體外部連接，每組電端子連接至少一組線圈。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中：所述電端子通過(guò)用于指示在所述兩組或更多 組線圈上的信號(hào)的相位關(guān)系的標(biāo)記來(lái)標(biāo)記。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中：所述至少一個(gè)標(biāo)記在端子上。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的裝置，其中：至少一個(gè)標(biāo)記在殼體上。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18至20中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：至少一個(gè)標(biāo)記是顏色標(biāo)記。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18至21中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：至少一個(gè)標(biāo)記是條紋標(biāo)記。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17至22中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：所述電端子通過(guò)用于指示電 端子的組的標(biāo)記來(lái)進(jìn)行標(biāo)記。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1至23中任意一項(xiàng)所述的裝置，其中：控制器與所述裝置電連接，以 控制所述裝置對(duì)外部振動(dòng)的響應(yīng)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中：所述控制器在所述裝置外部。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中：所述控制器包含在所述裝置的殼體中。
27. -種檢測(cè)振動(dòng)的方法，所述方法包括： 形成磁場(chǎng)； 使得至少第一線圈組和第二線圈組在空間中摻混； 將該至少第一線圈組和第二線圈組定位在所述磁場(chǎng)中，這樣，響應(yīng)所述振動(dòng)，磁場(chǎng)以及 該至少第一線圈組和第二線圈組可彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其中運(yùn)動(dòng)方向橫過(guò)磁場(chǎng)的磁通的方向； 自所述第一線圈組來(lái)檢測(cè)承載所述振動(dòng)的信息的感應(yīng)信號(hào)；以及 向所述第二線圈組施加控制信號(hào)，用于控制所述感應(yīng)信號(hào)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括： 響應(yīng)所述振動(dòng)使得所述至少第一線圈組和第二線圈組在所述磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括：響應(yīng)所述振動(dòng)使得所述磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27至29中任意一項(xiàng)所述的方法，還包括： 測(cè)定基于所述感應(yīng)信號(hào)的控制信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01V1/18GK104101899SQ201410131132
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月2日
【發(fā)明者】付振堂, 高春華, 陳都 申請(qǐng)人:賽思地球物理科技有限公司