一種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及地震探測技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，包括外殼、頂蓋、底蓋、磁鋼、彈簧懸掛系統(tǒng)；彈簧懸掛系統(tǒng)包括彈簧、線圈架、線圈；彈簧懸掛系統(tǒng)固定于頂蓋與底蓋之間的密閉空間內(nèi)，線圈架徑向連接有差動電容檢測系統(tǒng)；差動電容檢測系統(tǒng)包括傳感器、測控電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、存儲模塊；傳感器與線圈架連接，還與測控電路連接，測控電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊還與存儲模塊連接；差動電容為8組，均勻分布于內(nèi)徑和外徑中間。本發(fā)明的有益效果為：通過增加差動電容來檢測位移信號，在不影響原有頻率響應(yīng)的前提下，可以獲得更為平坦的低頻響應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡單、合理，適于推廣應(yīng)用。
【專利說明】
-種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及地震探測技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震檢波器是用來檢測地面運(yùn)動的傳感器。在地震勘探領(lǐng)域，隨著勘探目的層深 度加大，高頻信號衰減嚴(yán)重，低頻信號保留完整，地震低頻信息的成像能夠大大改善深部地 層刻畫精度，從而增強(qiáng)深部資源勘探能力。
[0003] 動圈式地震檢波器為目前使用最為廣泛的地震檢波器。傳統(tǒng)動圈檢波器為速度型 檢波器，因固有的機(jī)械系統(tǒng)限制，運(yùn)種檢波器存在靈敏度低、頻帶窄(〉1〇化)等缺陷，其低頻 響應(yīng)衰減嚴(yán)重，成為制約地震勘探發(fā)展的瓶頸?？蒞通過電子反饋等技術(shù)改善其低頻響應(yīng)， 使其響應(yīng)帶寬低至3Hz，但是運(yùn)種方法對高頻信號有一定程度損傷。
[0004] CN201210422586公開了一種高靈敏度地震檢波器，采用高矯頑力磁體，且合理使 用了磁體長度與上下線架之間調(diào)重空間的長度比例關(guān)系，同時用極靴有效增加上下線架之 間調(diào)重空間的長度，W實現(xiàn)地震檢波器靈敏度的提高；CN201510002339公開了一種磁阻式 地震檢波器，將磁阻元件的幾何中屯、處于磁體產(chǎn)生的磁場的線性分布區(qū)域內(nèi)； CN201410216312公開了一種新型地震檢波器，通過多組上下磁鋼、多個相互并聯(lián)的線圈架、 磁鋼上磁路裝配采用順磁裝配及逆磁裝配等技術(shù)手段提高檢測靈敏度，但W上技術(shù)均不能 解決低頻響應(yīng)缺失的問題。
[0005] 目前，還沒有見到對地震檢波器低頻響應(yīng)衰減可W進(jìn)行有效補(bǔ)償，同時又不損傷 對高頻信號的測量精度的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波 器，在傳統(tǒng)檢波器的基礎(chǔ)上，通過增加差動電容來檢測位移信號，從而在不影響原來頻率響 應(yīng)的前提下，可W獲得更為平坦的低頻響應(yīng)，得到更為豐富的低頻信息(低至OHz)。
[0007] 本發(fā)明一種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，包括外殼、頂蓋、底蓋、磁鋼、彈黃懸掛系 統(tǒng)；外殼為空屯、圓柱形，與底蓋、頂蓋共同構(gòu)成密閉空間；彈黃懸掛系統(tǒng)包括彈黃、線圈架、 線圈；上下2組線圈反向繞制在線圈架上，彈黃懸掛系統(tǒng)固定于頂蓋與底蓋之間的密閉空間 內(nèi)，線圈架徑向連接有差動電容檢測系統(tǒng)。
[000引進(jìn)一步的，所述差動電容檢測系統(tǒng)包括傳感器、測控電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、存儲模 塊;傳感器與線圈架連接，還與測控電路連接，測控電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊還與存儲模塊連接;測控電路用于參數(shù)控制和測量電壓信號，信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn) 換后存入存儲模塊。
[0009] 進(jìn)一步的，所述傳感器為成組的差動電容，每組兩對，分布于外殼內(nèi)。
[0010] 進(jìn)一步的，所述差動電容為變面積式差動電容。
[0011] 進(jìn)一步的，所述差動電容為8組，呈放射狀均勻環(huán)布檢波器側(cè)面一周，每組差動電 容的極板均豎直布置。
[0012] 進(jìn)一步的，所述成組的差動電容包括定極板和動極板，定極板與外殼連接，動極板 與線圈架連接。
[0013] 進(jìn)一步的，所述外殼軸向中部外凸，所形成的內(nèi)部空間內(nèi)設(shè)置差動電容。
[0014] 進(jìn)一步的，所述彈黃為=臂式彈黃，頂部和底部的2個=臂式彈黃連接磁鋼和線圈 架，外殼、磁鋼、立臂式彈黃、線圈架均軸向同屯、。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為：
[0016] 1、可W實現(xiàn)頻率低至直流(0化）的信號記錄，從而滿足深部地震勘探需要；
[0017] 2、設(shè)計增加變面積差動電容檢測機(jī)構(gòu)，可輸出線性度更好的位移信號，同時該信 號可W反饋作用于原系統(tǒng)，改善系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線，增加設(shè)計自由度；
[0018] 3、通過增加極板對數(shù)來提高靈敏度，其相對運(yùn)動方向平行于電容極板方向，空氣 阻力極?。?br>[0019] 4、電容輸出信號可W用來標(biāo)記線圈與殼體的相對位置，可W用來捜索更為合適的 位置保證檢波器的性能和一致性比如可W通過捜索磁場更為均勻的位置從而較少系統(tǒng)非 線性失真。
【附圖說明】
[0020] 圖1所示為本發(fā)明實施例一種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2所示為差動電容檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖3所示為開關(guān)電容測量電路。
[0023] 圖4所示為差動電容檢測系統(tǒng)電容輸出的頻率響應(yīng)圖。
[0024] 圖5所示為差動電容檢測系統(tǒng)線圈輸出的對應(yīng)頻率響應(yīng)圖。
[0025] 其中：1-外殼、2-頂蓋、3-底蓋、4-線圈架、5-線圈、6-磁鋼、7-S臂式彈黃、8-差動 電容、9-傳感器、10-測控電路、11 -模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、12-存儲模塊。
【具體實施方式】
[0026] 下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明具體實施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實施例中 描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可W被相互組合從而達(dá) 到更好的技術(shù)效果。在下述實施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號代表相同的特征或 者部件，可應(yīng)用于不同實施例中。
[0027] 如圖1、2所示，本發(fā)明實施例一種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，包括外殼1、頂蓋2、 底蓋3、彈黃懸掛系統(tǒng);外殼1為空屯、圓柱形，與底蓋2、頂蓋3共同構(gòu)成密閉空間；彈黃懸掛系 統(tǒng)包括彈黃、線圈架4、線圈5、磁鋼6;上下2組線圈5反向繞制在線圈架4上，彈黃懸掛系統(tǒng)固 定于頂蓋2與底蓋3之間的密閉空間內(nèi)，線圈架4徑向連接有差動電容檢測系統(tǒng)。
[0028] 優(yōu)選的，所述差動電容檢測系統(tǒng)包括傳感器9、測控電路10、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11、存儲 模塊12;傳感器9與線圈架4連接，還與測控電路10連接，測控電路10與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11連 接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11還與存儲模塊12連接;測控電路10用于參數(shù)控制和測量電壓信號，信號 經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊11轉(zhuǎn)換后存入存儲模塊12。
[0029] 優(yōu)選的，所述傳感器9為成組的差動電容8,每組兩對，分布于外殼1內(nèi)。
[0030] 優(yōu)選的，所述差動電容8為變面積式差動電容。
[0031] 優(yōu)選的，所述差動電容8數(shù)量為8組，呈放射狀均勻環(huán)布檢波器側(cè)面一周，每組差動 電容的極板均豎直布置。
[0032] 優(yōu)選的，所述成組的差動電容8包括定極板和動極板;如圖1所示，差動電容8包括 兩側(cè)的定極板和處于2個定極板中間的動極板，定極板與外殼連接，動極板與線圈架連接。
[0033] 優(yōu)選的，所述外殼1軸向中部外凸，所形成的內(nèi)部空間內(nèi)設(shè)置差動電容8。
[0034] 優(yōu)選的，所述彈黃為=臂式彈黃7,頂部和底部的2個=臂式彈黃7連接磁鋼6和線 圈架4;外殼1、磁鋼6、S臂式彈黃7、線圈架4均軸向同屯、。
[0035] 本發(fā)明的工作原理是：
[0036] 檢波器整體為一個阻尼振動體系，由磁鋼6與殼體構(gòu)成磁路，線圈5通過彈黃懸掛 置于磁鋼6和殼體間隙中間，線圈5和磁鋼6之間可W進(jìn)行相對運(yùn)動。當(dāng)?shù)孛嬲駝訒r，固定于 檢波器外殼上的磁鋼6會隨之運(yùn)動，線圈5通過彈黃懸掛與磁鋼6相接，因為慣性影響會發(fā)生 運(yùn)動滯后，運(yùn)樣線圈5和磁鋼6發(fā)生相對運(yùn)動，阻尼振動系統(tǒng)方程為：
[0037]
[0038] 其中，Xr為線圈相對于殼體的位移;X為殼體的絕對位移，，即需要測量的地面震動 信號，1為X對時間的二階導(dǎo)數(shù);k為彈黃的勁度系數(shù)，D為表征空氣阻力大小的系數(shù)，m為質(zhì)量 塊(線圈和線圈架)的質(zhì)量。
[0039] 系統(tǒng)在外界振動信號的作用下做受驅(qū)振動，線圈5切割磁力線產(chǎn)生電壓信號，同時 差動電容8中的動極板(與線圈架相連)與定極板(與外殼相連)之間產(chǎn)生相對運(yùn)動，運(yùn)樣上 下兩組差動電容8的正對面積發(fā)生變化，從而使差動電容8發(fā)生變化產(chǎn)生差動電信號。線圈5 所產(chǎn)生的電信號與相對速度成正比，而差動電容8輸出的電信號與相對位移成正比。定極板 和動極板構(gòu)成上下兩組電容Ct和Cb，初始狀態(tài)下間距為do，長為Lo，正對的寬度為XrO，震動引 發(fā)的相對位移Xr。其檢測原理方程如下：
[0040]
[0041]
[0042] 因單對電容較小，其寄生電容效應(yīng)較大，所W選擇開關(guān)電路對其進(jìn)行測量，如圖3 所示。
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]可W發(fā)現(xiàn)，輸出電壓Vcmt與相對位移Xr之間呈線性對應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)電容輸出的頻率 響應(yīng)如圖4所示，系統(tǒng)線圈輸出對應(yīng)頻率響應(yīng)如圖5所示，可知，電容輸出很好的彌補(bǔ)了線圈 輸出在低頻段的不足。
[004引本發(fā)明的有益效果為：
[0049] 1、可W實現(xiàn)頻率低至直流(0化）的信號記錄，從而滿足深部地震勘探需要；
[0050] 2、設(shè)計增加變面積差動電容檢測機(jī)構(gòu)，可輸出線性度更好的位移信號，同時該信 號可W反饋作用于原系統(tǒng)，改善系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線，增加設(shè)計自由度；
[0051] 3、通過增加極板對數(shù)來提高靈敏度，其相對運(yùn)動方向平行于電容極板方向，空氣 阻力極?。?br>[0052] 4、電容輸出信號可W用來標(biāo)記線圈與殼體的相對位置，可W用來捜索更為合適的 位置保證檢波器的性能和一致性比如可W通過捜索磁場更為均勻的位置從而較少系統(tǒng)非 線性失真。
[0053] 本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的幾個實施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在 不脫離本發(fā)明精神的情況下，可W對本文的實施例進(jìn)行改變。上述實施例只是示例性的，不 應(yīng)W本文的實施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項】
1. 一種動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，包括外殼、頂蓋、底蓋、磁鋼、彈簧懸掛系統(tǒng)；外殼 為空心圓柱形，與底蓋、頂蓋共同構(gòu)成密閉空間；彈簧懸掛系統(tǒng)包括彈簧、線圈架、線圈；上 下2組線圈反向繞制在線圈架上，彈簧懸掛系統(tǒng)固定于頂蓋與底蓋之間的密閉空間內(nèi)，其特 征在于，線圈架徑向連接有差動電容檢測系統(tǒng)。2. 如權(quán)利要求1所述的動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，其特征在于，所述差動電容檢測系 統(tǒng)包括傳感器、測控電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、存儲模塊;傳感器與線圈架連接，還與測控電路連 接，測控電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊還與存儲模塊連接;測控電路用于參數(shù)控 制和測量電壓信號，信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后存入存儲模塊。3. 如權(quán)利要求2所述的動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，其特征在于，所述傳感器為成組的 差動電容，每組兩對，分布于外殼內(nèi)。4. 如權(quán)利要求3所述的動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，其特征在于，所述差動電容為變面 積式差動電容。5. 如權(quán)利要求3所述的動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，其特征在于，所述差動電容為8組， 呈放射狀均勻環(huán)布檢波器側(cè)面一周，每組差動電容的極板均豎直布置。6. 如權(quán)利要求3所述的動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，其特征在于，所述成組的差動電容 包括定極板和動極板，定極板與外殼連接，動極板與線圈架連接。7. 如權(quán)利要求2-6任一項所述的動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，其特征在于，所述外殼軸 向中部外凸，所形成的內(nèi)部空間內(nèi)設(shè)置差動電容。8. 如權(quán)利要求1所述的動圈式低頻擴(kuò)展地震檢波器，其特征在于，所述彈簧為三臂式彈 簧，頂部和底部的2個三臂式彈簧連接磁鋼和線圈架，外殼、磁鋼、三臂式彈簧、線圈架均軸 向同心。
【文檔編號】G01V1/18GK106019362SQ201610345372
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】辛維, 楊長春, 孫晨, 李宗偉, 叢寧, 薛旭
【申請人】中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所