Mems地震檢波器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種MEMS地震檢波器，其包括設(shè)有上蓋的保護(hù)殼、設(shè)置在保護(hù)殼內(nèi)的MEMS機(jī)芯和設(shè)置在保護(hù)殼外的尾錐，其中，MEMS機(jī)芯包括固定在保護(hù)殼內(nèi)的機(jī)芯殼、設(shè)置在機(jī)芯殼內(nèi)的支撐架和設(shè)置在支撐架上的多個(gè)MEMS加速度計(jì)；上述支撐架為長(zhǎng)方體狀；上述MEMS加速度計(jì)為電容式加速度計(jì)，包括X加速度計(jì)、Y加速度計(jì)和Z加速度計(jì)，三者分別立設(shè)于支撐架上相鄰的三個(gè)側(cè)面上，且Z加速度計(jì)所處的側(cè)面為支撐架上朝向上蓋的頂面；上述尾錐設(shè)置在螺桿上，螺桿穿過(guò)保護(hù)殼的底板并與機(jī)芯殼相抵。該MEMS地震檢波器中避免了使用具有固有頻率的線(xiàn)圈，可記錄的動(dòng)態(tài)范圍大，響應(yīng)頻帶寬、分辨率高，利于探測(cè)由人工震源產(chǎn)生的全部寬頻帶彈性波。
【專(zhuān)利說(shuō)明】MEMS地震檢波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地震勘探設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種MEMS地震檢波器。
【背景技術(shù)】
[0002]地震勘探是利用儀器檢測(cè)、記錄人工激發(fā)地震的反射波、折射波的傳播時(shí)間、振幅、波形等，從而分析判斷地層界面、地層性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造的一種地球物理勘探方法，其是目前勘探陸地和海洋中石油和天然氣等資源的主要手段。
[0003]目前，石油和天然氣勘探領(lǐng)域中常用的地震勘探設(shè)備為活動(dòng)線(xiàn)圈速度檢波器，其使將活動(dòng)的線(xiàn)圈固定在與磁鐵同軸的彈簧上，通過(guò)外部震動(dòng)使彈簧和線(xiàn)圈相對(duì)于磁鐵產(chǎn)生移動(dòng)而由線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。但是，上述活動(dòng)線(xiàn)圈速度檢波器中，由于彈簧具有固有頻率，導(dǎo)致整個(gè)活動(dòng)線(xiàn)圈速度型檢波器可記錄的最大動(dòng)態(tài)范圍約為60dB，接收信號(hào)的畸變大，響應(yīng)頻帶窄、分辨率差，不足以探測(cè)由人工震源產(chǎn)生的全部寬頻帶彈性波。
[0004]另外，上述活動(dòng)線(xiàn)圈速度檢波器還具有靈敏度低，難以采集到深層微弱信號(hào)的缺陷，嚴(yán)重影響地震勘探的有效性。再者，上述活動(dòng)線(xiàn)圈速度檢波器中，線(xiàn)圈亦受噪音影響而產(chǎn)生振動(dòng)，抗干擾能力弱，勘測(cè)時(shí)需要幾個(gè)至幾十個(gè)檢波器組合才能降低噪音干擾對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，造成勘測(cè)成本高。
[0005]綜上所述，如何提供一種動(dòng)態(tài)記錄范圍大、接收信號(hào)畸變小和響應(yīng)頻帶寬、分辨率高的地震檢波器，以使其能夠探測(cè)由人工震源產(chǎn)生的全部寬頻彈性波，滿(mǎn)足石油或天然氣勘探要求是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種MEMS地震檢波器，其采用MEMS加速度計(jì)檢測(cè)地震波的震動(dòng)，避免了使用固有頻率的線(xiàn)圈，可記錄的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大，響應(yīng)頻帶寬、分辨率高，利于探測(cè)由人工震源產(chǎn)生的全部寬頻帶彈性波。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種MEMS地震檢波器，包括:設(shè)有上蓋的保護(hù)殼、設(shè)置在保護(hù)殼內(nèi)的MEMS機(jī)芯和設(shè)置在保護(hù)殼外的尾錐；
[0009]其中，所述MEMS機(jī)芯包括固定在所述保護(hù)殼內(nèi)的機(jī)芯殼、設(shè)置在所述機(jī)芯殼內(nèi)的支撐架和設(shè)置在支撐架上的MEMS加速度計(jì)；所述支撐架為長(zhǎng)方體；所述MEMS加速度計(jì)為電容式加速度計(jì)，包括X加速度計(jì)、Y加速度計(jì)和Z加速度計(jì)，三者分別立設(shè)于所述支撐架上相鄰的三個(gè)側(cè)面上，且所述Z加速度計(jì)所處的側(cè)面為所述支撐架上朝向所述上蓋的側(cè)面；所述尾錐設(shè)置在螺桿上；所述螺桿穿過(guò)所述保護(hù)殼的底板，并與所述機(jī)芯殼相抵。
[0010]優(yōu)選的，上述MEMS地震檢波器中，所述上蓋通過(guò)固定件固定在所述保護(hù)殼上，且兩者之間設(shè)有密封件。
[0011]優(yōu)選的，上述MEMS地震檢波器中，所述上蓋和所述保護(hù)殼上分別設(shè)有密封槽，所述密封件插在所述上蓋和所述保護(hù)殼的密封槽內(nèi)。[0012]優(yōu)選的，上述MEMS地震檢波器中，所述保護(hù)殼的底板上固定有貼緊所述機(jī)芯殼的導(dǎo)電墊，所述導(dǎo)電墊圈在所述螺桿外周；所述機(jī)芯殼為鐵機(jī)芯殼或坡莫合金機(jī)芯殼；所述導(dǎo)電墊為鐵導(dǎo)電墊、鋁導(dǎo)電墊、鐵合金導(dǎo)電墊或鋁合金導(dǎo)電墊，所述尾錐為鐵尾錐、鋁尾錐、鐵合金尾椎或鋁合金尾椎，所述螺桿為鐵螺桿、鋁螺桿、鐵合金螺桿或鋁合金螺桿。
[0013]優(yōu)選的，上述MEMS地震檢波器中，所述導(dǎo)電墊、所述保護(hù)殼和所述螺桿一次塑化成整體。
[0014]優(yōu)選的，上述MEMS地震檢波器中，所述上蓋上嵌裝有水平儀和指南針，且所述上蓋上固定有貼覆在所述水平儀和所述指南針外的透明玻璃板。
[0015]優(yōu)選的，上述MEMS地震檢波器中，所述尾錐的為四棱錐狀，且側(cè)面為凹向所述尾錐的中心軸的弧形面。
[0016]優(yōu)選的，上述MEMS地震檢波器中，所述保護(hù)殼和所述上蓋上分別設(shè)有反光涂料層。
[0017]優(yōu)選的，上述MEMS地震檢波器中，所述保護(hù)殼上設(shè)有提拉孔；所述保護(hù)殼外部設(shè)有周向凹槽，所述周向凹槽位于所述保護(hù)殼下部，且所述周向凹槽內(nèi)設(shè)有橡膠圈。
[0018]本發(fā)明提供一種MEMS地震檢波器，其包括設(shè)有上蓋的保護(hù)殼、設(shè)置在保護(hù)殼內(nèi)的MEMS機(jī)芯和設(shè)置在保護(hù)殼外的尾錐，其中，MEMS機(jī)芯包括固定在保護(hù)殼內(nèi)的機(jī)芯殼、設(shè)置在機(jī)芯殼內(nèi)的支撐架和設(shè)置在支撐架上的多個(gè)MEMS加速度計(jì)；上述支撐架為長(zhǎng)方體狀；上述MEMS加速度計(jì)為電容式加速度計(jì)，包括X加速度計(jì)、Y加速度計(jì)和Z加速度計(jì)，三者分別立設(shè)于支撐架上相鄰的三個(gè)側(cè)面上，且Z加速度計(jì)所處的側(cè)面為支撐架上朝向上蓋的頂面；上述尾錐設(shè)置在螺桿上，螺桿穿過(guò)保護(hù)殼的底板并與機(jī)芯殼相抵。
[0019]應(yīng)用上述MEMS地震檢波器時(shí)，尾錐插入地面，地震波通過(guò)尾錐以及與尾錐相連的螺桿到達(dá)MEMS機(jī)芯處，MEMS加速度計(jì)內(nèi)的微小質(zhì)量塊在地震波的帶動(dòng)下發(fā)生微移動(dòng)，從而使得MEMS加速度計(jì)的電容變化，電容變化信號(hào)依次經(jīng)過(guò)積分器、差分電容檢測(cè)、一位量化，一方面，量化信號(hào)經(jīng)過(guò)靜電力負(fù)反饋，使質(zhì)量塊保持平衡位置，另一方面，量化信號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波、DAC轉(zhuǎn)換后以直流電壓方式輸出，從而完成對(duì)地震波的檢測(cè)。
[0020]本發(fā)明提供的MEMS地震檢波器中，地震波傳導(dǎo)至MEMS機(jī)芯處帶動(dòng)MEMS加速度計(jì)的微小質(zhì)量塊移動(dòng)即可完成地震波的檢測(cè)，相比于現(xiàn)有的地震檢波器，其采用了 MEMS技術(shù)和閉環(huán)負(fù)反饋技術(shù)，提高了動(dòng)態(tài)記錄范圍，確保接收信號(hào)的線(xiàn)性度高、響應(yīng)頻帶寬、分辨率高，能夠用于探測(cè)由人工震源產(chǎn)生的全部頻帶彈性波。具體的，本發(fā)明的MEMS地震檢波器中，其動(dòng)態(tài)記錄范圍可達(dá)120dB以上，±3g全量程，頻率響應(yīng)范圍是0Hz-1500Hz，分辨率達(dá)
到 30ng/ yfHz _50ng/ 。
[0021]另外，本發(fā)明提供的MEMS地震檢波器中，MEMS加速度計(jì)的本底噪聲低，感受微小地震波即可發(fā)生位移，靈敏度高、利于有效采集深層微弱地震波信號(hào)，提高地震勘探結(jié)果的有效性，具體的本發(fā)明提供的MEMS地震檢波器對(duì)低頻信號(hào)(特別是小于6Hz的信號(hào))具有良好的接收能力。
[0022]再者，本發(fā)明提供的MEMS地震檢波器中，使用了減震圈，減弱了風(fēng)吹草動(dòng)等環(huán)境噪聲對(duì)尾椎接收信號(hào)的影響；同時(shí)，本發(fā)明提供的MEMS地震檢波器中，尾椎、螺桿、導(dǎo)電墊和機(jī)芯殼構(gòu)成電磁屏蔽系統(tǒng)，減小甚至屏蔽了電磁干擾的影響。綜上，本發(fā)明提供的地震檢波器的抗干擾能力強(qiáng)，避免了使用過(guò)多的檢波器組合，節(jié)省了施工成本?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS地震檢波器的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS地震檢波器的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的支撐架與MEMS加速度計(jì)的裝配圖；
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的上蓋與線(xiàn)路轉(zhuǎn)接板14的裝配圖；
[0028]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的上蓋的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的尾椎的截面圖；
[0030]圖7a為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS機(jī)芯的第一部分電源電路圖；
[0031]圖7b為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS機(jī)芯的第二部分電源電路圖；
[0032]圖7c為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS機(jī)芯的第三部分電源電路圖；
[0033]圖7d為本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS機(jī)芯的第四部分電源電路圖；
[0034]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的X加速度計(jì)的電路圖；
[0035]圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的Y加速度計(jì)的電路圖；
[0036]圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的Z加速度計(jì)的電路圖；
[0037]其中，上圖1-10中:
[0038]上蓋10，水平儀11，透明玻璃板12，指南針13，線(xiàn)路轉(zhuǎn)接板14，電源線(xiàn)插頭15，信號(hào)線(xiàn)插頭16，裝配孔17，螺絲18，密封件20，導(dǎo)線(xiàn)21，接線(xiàn)插頭22，MEMS機(jī)芯30，機(jī)芯殼31，電源線(xiàn)插座32，信號(hào)線(xiàn)插座33，支撐架301，X加速度計(jì)302，Y加速度計(jì)303，Z加速度計(jì)304，保護(hù)殼40，塑料圈41，減震圈42，導(dǎo)電墊43，螺桿44，提手45孔，尾錐50，六方柱型螺母51。
【具體實(shí)施方式】
[0039]本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種MEMS地震檢波器，其采用MEMS加速度計(jì)檢測(cè)地震波的震動(dòng)，避免了使用固有頻率的線(xiàn)圈，可記錄的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大，響應(yīng)頻帶寬、分辨率高，能夠探測(cè)由人工震源產(chǎn)生的全部寬頻帶彈性波。
[0040]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0041]請(qǐng)參閱圖1-圖 10,本發(fā)明實(shí)施例提供的 MEMS (MEMS, Micro-Electro-MechanicSystem,微電機(jī)系統(tǒng))地震檢波器包括設(shè)有上蓋10的保護(hù)殼40、設(shè)置在保護(hù)殼40內(nèi)的MEMS機(jī)芯30和設(shè)置在保護(hù)殼40外的尾錐50 ;其中，MEMS機(jī)芯30包括固定在保護(hù)殼40內(nèi)的機(jī)芯殼31、設(shè)置在機(jī)芯殼31內(nèi)的支撐架301和設(shè)置在支撐架301上的MEMS加速度計(jì)；上述支撐架301為長(zhǎng)方體狀，MEMS加速度計(jì)為電容式加速度計(jì)，且MEMS加速度計(jì)個(gè)數(shù)為多個(gè)，具體包括X加速度計(jì)302、Y加速度計(jì)303和Z加速度計(jì)304，三者分別立設(shè)于支撐架301上相鄰的三個(gè)側(cè)面上，且Z加速度計(jì)304位于支撐架301上朝向上蓋10的側(cè)面處；上述三個(gè)相鄰的側(cè)面是指圍成長(zhǎng)方體形支撐架301的一個(gè)角的三個(gè)側(cè)面；上述尾錐50設(shè)置在螺桿44，螺桿44穿過(guò)保護(hù)殼40的底板，并與機(jī)芯殼31相抵。上述保護(hù)殼40包括矩形筒狀的側(cè)壁和封堵在側(cè)壁一端的底板，側(cè)壁的另一端由上蓋10封堵。
[0042]應(yīng)用上述MEMS地震檢波器時(shí)，尾錐50插在大地上，地震波通過(guò)尾錐50以及與尾錐50相連的螺桿44到達(dá)MEMS機(jī)芯30處，隨后，MEMS加速度計(jì)內(nèi)的微小質(zhì)量塊在地震波的帶動(dòng)下因慣性力發(fā)生微移動(dòng)，從而使得MEMS加速度計(jì)的電容變化，電容變化信號(hào)經(jīng)C/V (電容/電壓)轉(zhuǎn)換后獲得電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)采樣保持、一位量化形成量化信號(hào)，一方面，量化信號(hào)反饋到電容極板，形成負(fù)反饋，使質(zhì)量塊保持平衡位置，另一方面，量化后的信號(hào)經(jīng)DAC (Digitalto analog converter,數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化)和濾波等信號(hào)調(diào)理后以直流電壓方式輸出，進(jìn)而完成對(duì)地震波的檢測(cè)。
[0043]相比于現(xiàn)有的地震檢波器，本發(fā)明提供的MEMS地震檢波器避免了使用具有固有頻率的彈簧，提高了動(dòng)態(tài)記錄范圍，能夠確保接收信號(hào)的畸變小、響應(yīng)頻帶寬、分辨率高，利于探測(cè)由人工震源產(chǎn)生的全部頻帶彈性波。具體的，本發(fā)明實(shí)施例提供的MEMS地震檢波器的動(dòng)態(tài)記錄范圍可達(dá)120dB以上，±3g全量程，頻率響應(yīng)范圍是0Hz-1500Hz，同時(shí)，本實(shí)施
例提供的MEMS地震檢波器的分辨率達(dá)到
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS地震檢波器，其特征在于，包括:設(shè)有上蓋的保護(hù)殼、設(shè)置在保護(hù)殼內(nèi)的MEMS機(jī)芯和設(shè)置在保護(hù)殼外的尾錐； 其中，所述MEMS機(jī)芯包括固定在所述保護(hù)殼內(nèi)的機(jī)芯殼、設(shè)置在所述機(jī)芯殼內(nèi)的支撐架和設(shè)置在支撐架上的MEMS加速度計(jì)；所述支撐架為長(zhǎng)方體；所述MEMS加速度計(jì)為電容式加速度計(jì)，包括X加速度計(jì)、Y加速度計(jì)和Z加速度計(jì)，三者分別立設(shè)于所述支撐架上相鄰的三個(gè)側(cè)面上，且所述Z加速度計(jì)所處的側(cè)面為所述支撐架上朝向所述上蓋的側(cè)面；所述尾錐設(shè)置在螺桿上；所述螺桿穿過(guò)所述保護(hù)殼的底板，并與所述機(jī)芯殼相抵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS地震檢波器，其特征在于，所述上蓋通過(guò)固定件固定在所述保護(hù)殼上，且兩者之間設(shè)有密封件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS地震檢波器，其特征在于，所述上蓋和所述保護(hù)殼上分別設(shè)有密封槽，所述密封件插在所述上蓋和所述保護(hù)殼的密封槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS地震檢波器，其特征在于，所述保護(hù)殼的底板上固定有貼緊所述機(jī)芯殼的導(dǎo)電墊，所述導(dǎo)電墊圈在所述螺桿外周；所述機(jī)芯殼為鐵機(jī)芯殼或坡莫合金機(jī)芯殼；所述導(dǎo)電墊為鐵導(dǎo)電墊、鋁導(dǎo)電墊、鐵合金導(dǎo)電墊或鋁合金導(dǎo)電墊，所述尾錐為鐵尾錐、鋁尾錐、鐵合金尾椎或鋁合金尾椎，所述螺桿為鐵螺桿、鋁螺桿、鐵合金螺桿或鋁合金螺桿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS地震檢波器，其特征在于，所述導(dǎo)電墊、所述保護(hù)殼和所述螺桿一次塑化成整體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS地震檢波器，其特征在于，所述上蓋上嵌裝有水平儀和指南針，且所述上蓋上固定有貼覆在所述水平儀和所述指南針外的透明玻璃板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS地震檢波器，其特征在于，所述尾錐的為四棱錐狀，且側(cè)面為凹向所述尾錐的中心軸的弧形面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS地震檢波器，其特征在于，所述保護(hù)殼和所述上蓋上分別設(shè)有反光涂料層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MEMS地震檢波器，其特征在于，所述保護(hù)殼上設(shè)有提拉孔；所述保護(hù)殼外部設(shè)有周向凹槽，所述周向凹槽位于所述保護(hù)殼下部，且所述周向凹槽內(nèi)設(shè)有橡膠圈。
【文檔編號(hào)】G01V1/18GK103792568SQ201410053313
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】麻三懷, 楊長(zhǎng)春, 俞度立, 馮方方 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所