專利名稱：一種輻向磁路結(jié)構(gòu)的地震檢波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地震檢波裝置類測量領(lǐng)域，具體地說就是一種包括速度和加速度(渦流)型的地震檢波器，可用于地質(zhì)勘探、地震測量和工程測量。
地震檢波器是一種用來將地震能量轉(zhuǎn)換成與地震波速度相對應(yīng)的電壓傳感器?，F(xiàn)有最普遍的地震檢波器就是一種速度型地震檢波器，它是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，如果每匝平均長度為L，匝數(shù)為N的線圈在磁場B中以相對速度ν做切割磁力線運動，那么在線圈兩端就會感應(yīng)出感應(yīng)電動勢e，e在數(shù)值上等于NBLν之乘積，其中B是磁場的磁感應(yīng)強度。當(dāng)線圈垂直切割磁力線時，電壓值(感應(yīng)電動勢值)正比于因地震能量所引起的線圈對于永磁體的相對速度ν?？梢约僭O(shè)磁通密度B基本上為一常量，可以設(shè)計一個電路來監(jiān)測地震檢波器所產(chǎn)生的電壓信號，此信號用以預(yù)測反射地震能量的地表下構(gòu)造位置等信息。
最常用的速度型地震檢波器的結(jié)構(gòu)參照圖1，包含上下兩塊極靴(軛鐵)7和永磁體6在內(nèi)的一套磁體組件，被安裝在圓柱形的外殼3和線圈架5之內(nèi)，并在磁體組件與外殼3之間氣隙8中建立一個磁場。帶有繞于其上線圈4的環(huán)形線圈架5被彈簧片2懸掛在磁體組件6、7和外殼3之間的環(huán)形空間。當(dāng)?shù)卣鸩ㄊ雇鈿?運動時，線圈就在磁場中運動，線圈開始時有滯后，隨后被裝于頂蓋1下面的彈簧片所帶動而通過其原始位置做往復(fù)運動，切割磁力線并在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號，此電壓信號正比于線圈運動速度，因此簡稱為速度型地震檢波器。
上述結(jié)構(gòu)地震檢波器，如果想要提高檢波器靈敏度，就需要增加氣隙中磁感應(yīng)強度和線圈的有效匝數(shù)，但由于極靴是兩塊導(dǎo)磁材料，位于永磁體兩端，并被加工成一定形狀，以控制相鄰氣隙中磁場的分布，因而受到一定尺寸的限制，所以產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度將不足以使檢波器靈敏度有較大的提高，同樣，線圈有效匝數(shù)也受到尺寸限制，因此想提高靈敏度將受到一定限制。
由于地震檢波器的彈簧片是產(chǎn)生檢波器輸出信號諧波失真的主要原因，因此有人研制了多種不同形狀的彈簧片結(jié)構(gòu)，試圖減少額外諧波的產(chǎn)生。雖然用此方法在減少諧波方面有些成就，但所研制的彈簧片設(shè)計不能完全解決問題，并且殘余失真仍然對輸入信號分辨率有明顯影響。因為諧波失真是以一個輸入頻率會產(chǎn)生諧波量特征的一種非線性失真。這種影響在三維地震數(shù)據(jù)中比二維地震數(shù)據(jù)中表現(xiàn)更加明顯。同時人們發(fā)現(xiàn)線圈在非均勻磁場中移動也會明顯地對地震檢波器回路的非線性有影響，從而也影響到諧波失真。
現(xiàn)有速度型地震檢波器由于磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計上的缺陷，存在著磁封閉性較差的缺點，從而使檢波器輸出信號中抗電磁干擾能力較差。
在地震檢波器的實際使用過程中多數(shù)采用多個檢波器串、并聯(lián)組合使用。由于檢波器性能的一致性問題，經(jīng)常使地震信息資料不能夠正確得到反映。因而就需要多個檢波器在使用中相互間有較小的偏差，盡量保持性能一致。原有速度型檢波器結(jié)構(gòu)是較難以實現(xiàn)此要求的。
因此，已有的地震檢波器都存在靈敏度低，諧波失真大，抗電磁干擾能力小以及檢波器串并、聯(lián)使用時性能一致性較差等缺陷，不能滿足高精度測量需要。
本發(fā)明的目的就在于提供一種具有高靈敏度，較小失真，較強抗電磁干擾能力，輸出性能一致性較好的輻向磁路結(jié)構(gòu)的地震檢波器。
本發(fā)明以如下方式實現(xiàn)。
用一套磁體組件，包括外殼、上下頂蓋、上下隔磁支環(huán)、環(huán)形永磁體、磁芯(鐵芯)構(gòu)成一個環(huán)形氣隙磁場。用一套包括線圈、線圈架、彈簧片的慣性體在永磁體與磁芯之間環(huán)形氣隙磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電壓。用一套輸出裝置將此電壓信號輸出，就能實現(xiàn)具有輻向磁路結(jié)構(gòu)的地震檢波器。
本發(fā)明有如下優(yōu)點。
由于采用的輻向永磁體是一個具有矯頑力大于320千安/米，剩磁大于0.6特斯拉的環(huán)形永磁體，因此在輻向永磁體與磁芯之間的環(huán)形氣隙空間能形成強而寬的有效均勻磁場，從而使線圈在運動時能產(chǎn)生高分辨率的線性輸出信號。比較以前結(jié)構(gòu)的地震檢波器，它是一種全新的磁路結(jié)構(gòu)，能明顯的提高檢波器的靈敏度和降低檢波器輸出信號中的諧波失真。利用本磁路結(jié)構(gòu)的磁封閉特點，可以減小外界信號對檢波器的電磁干擾，能增強檢波器本身電磁屏蔽能力，減少輸出信號中的電磁干擾信號。如果在磁芯和下頂蓋中心孔采用一個帶有螺紋結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)芯子，通過改變調(diào)節(jié)芯子尺寸就能改變磁芯的磁通截面積，從而達到調(diào)節(jié)其輸出性能，使檢波器在實際使用中性能保持一致。如果控制線圈軸向長度與永磁體軸向長度比值在0.5至1.5之間，則所提供的磁場會更寬更均勻，諧波失真將會更小。


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圖1是最常用的速度型地震檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是一種輻向磁路結(jié)構(gòu)的速度型地震檢波器結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖詳述本發(fā)明的實施例。
參照圖2一種輻向磁路結(jié)構(gòu)的速度型地震檢波器結(jié)構(gòu)包括一套磁體組件、一套慣性體組件和一套信號輸出裝置。
一套磁體組件，包括上隔磁支環(huán)6和下隔磁支環(huán)13，由永磁體9，襯套10，氣隙7，磁芯15，調(diào)節(jié)芯子16，上蓋2，下蓋17，外殼8組成一個磁回路。氣隙7位于磁芯15和永磁體9之間的環(huán)形空間內(nèi)，在氣隙7中形成一個可供線圈11做切割磁力線運動的磁場。
一套慣性體結(jié)構(gòu)，包括一個線圈架12，上面繞有線圈11，線圈架12位于永磁體9襯套10和磁芯(鐵芯)15之間的環(huán)形空間內(nèi)，并被上彈簧片3和下彈簧片14懸掛在環(huán)形空間內(nèi)，氣隙7內(nèi)是磁路形成的磁場，以便能使線圈11相對于外殼8在環(huán)形氣隙7中運動。當(dāng)線圈架12靜止時，線圈11位于環(huán)形空間中心位置。地震能量促使線圈11在氣隙7中發(fā)生相對于永磁體9和磁芯15的運動，從而產(chǎn)生一個電壓信號，此電壓信號正比于線圈11對永磁體9的相對速度。
一套信號輸出裝置，包括接線端子5和鈕絲4，上蓋2上有定位銷1，用以限制線圈架12自由旋轉(zhuǎn)，防止過大的旋轉(zhuǎn)扭斷鈕絲4，以保證電壓信號輸出有良好的電氣連接，定位銷允許線圈架通過原始位置做往復(fù)運動，以切割磁力線并在線圈11輸出端產(chǎn)生可測量電壓信號。
上隔磁環(huán)6和下隔磁環(huán)13使用非導(dǎo)磁材料或熱磁補償合金材料，其作用一是阻止磁路形成磁短路，二是用于固定永磁體9，三是對永磁體9的性能進行溫度補償，一般可選擇具有熱磁補償性能的合金材料。
永磁體9采用一種具有足夠高矯頑力和剩磁的稀土磁性材料，它能給氣隙7提供足夠高的磁感應(yīng)強度，以使線圈能產(chǎn)生輸出響應(yīng)。采用任何一種高磁能積材料均可產(chǎn)生一個能讓地震檢波器工作的均勻磁場。本發(fā)明所使用的稀土永磁體其功效非常好。例如，用稀土釹鐵硼材料，釹鐵硼磁體易氧化且相當(dāng)脆，所以在裝進檢波器前應(yīng)給永磁體表面鍍一層鋅或鎳。以防止在制造及野外使用過程中永磁體被氧化。
輻向永磁體9是一個環(huán)形磁體，可由2至16個輻向環(huán)形永磁體組成一整體輻向環(huán)形磁體，也可由2至36塊瓦形磁體組成一整體輻向環(huán)形磁體。使用輻向環(huán)形磁體組成的永磁體9，可以不使用襯套10，以減小檢波器整體體積和進一步提高氣隙7中的磁感應(yīng)強度。采用上述工藝制成的輻向永磁體具有在環(huán)形氣隙7內(nèi)形成一個強而寬的有效均勻磁場。
磁芯15，上蓋2，下蓋17和外殼8由導(dǎo)磁材料制成，用上蓋2下蓋17和磁芯15來定位上彈簧片3和下彈簧片14，使彈簧片足以支撐線圈架12和繞在其上的線圈11。在磁芯15中間有一孔，在下蓋17中間有一螺紋孔，磁芯15和下蓋17也可同為實心結(jié)構(gòu)。
調(diào)節(jié)芯子16由導(dǎo)磁材料制成，它的形狀一頭是圓柱體，另一頭帶有螺紋結(jié)構(gòu)，并與磁芯15和下蓋17同軸。調(diào)節(jié)芯子被固定在下蓋17上，通過改變磁回路中的調(diào)節(jié)芯子16可以改變磁芯的磁通截面積，從而調(diào)節(jié)氣隙7中的磁感應(yīng)強度，達到調(diào)節(jié)其輸出性能，滿足地震檢波器使用上相互之間性能一致性的要求。
上彈簧片3和下彈簧片14是由薄的材料制成蛛狀，此材料是非導(dǎo)磁的彈性材料，具有一個內(nèi)環(huán)和一個外環(huán)，用相當(dāng)薄的弧形彈性臂連接該兩環(huán)。
本發(fā)明所提供的盡管是一種撓性接頭的地震檢波器，線圈架相對于磁芯的自由旋轉(zhuǎn)受到一定的約束，但輻向磁路結(jié)構(gòu)也可以用于旋轉(zhuǎn)型地震檢波器，其結(jié)構(gòu)中的線圈架可以相對于磁芯自由旋轉(zhuǎn)，只要改變其電氣連接方式就可以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種輻向磁路結(jié)構(gòu)的地震檢波器，由隔磁支環(huán)、輻向永磁體、氣隙、磁芯、上蓋、下蓋、和外殼構(gòu)成一個輻向磁回路。由線圈架、線圈、彈簧片構(gòu)成一套慣性體。由接線端子、鈕絲和定位銷構(gòu)成一套信號輸出裝置，其特征在于在永磁體與磁芯之間的環(huán)形空間形成一個強而均勻的氣隙磁場，輻向永磁體是用稀土材料制成的一環(huán)形體，磁芯，上蓋、下蓋、外殼均由導(dǎo)磁材料制成，磁芯和下蓋同為實心結(jié)構(gòu)，隔磁支環(huán)采用非導(dǎo)磁材料。
2.按權(quán)利要求1的地震檢波器，其特征在于輻向永磁體是用稀土釹鐵硼材料制成的，由2至16個環(huán)形輻向磁體組合成一整體環(huán)形輻向永磁體。
3.按權(quán)利要求1的地震檢波器，其特征在于輻向永磁體由2至36塊瓦形永磁體組合成一整體環(huán)形輻向永磁體，組合的整體環(huán)形輻向永磁體內(nèi)有一襯套，襯套是由導(dǎo)磁材料制成的。
4.按權(quán)利要求1的地震檢波器，其特征在于隔磁支環(huán)是由具有熱磁溫度補償作用的合金材料制成的。
5.按權(quán)利要求1的地震檢波器，其特征在于磁芯有一中心孔，下蓋有一螺紋孔，磁芯中心孔和下蓋螺紋孔中有一調(diào)節(jié)芯子，調(diào)節(jié)芯子由導(dǎo)磁材料制成，調(diào)節(jié)芯子一頭為圓柱體，另一頭帶有螺紋結(jié)構(gòu)，被固定在下蓋上，與磁芯和下蓋同軸。
6.按權(quán)利要求1的地震檢波器，其特征在于線圈的軸向長度與輻向磁體的軸向長度之比至少是0.5，至多是1.5。
全文摘要
本發(fā)明是一種輻向磁路結(jié)構(gòu)的地震檢波器。屬于地震檢波裝置類。該地震檢波器主要由外殼、上下頂蓋、上下隔磁支環(huán)、襯套、輻向永磁體,磁芯(鐵芯)、調(diào)節(jié)芯子、慣性體、彈簧片構(gòu)成。在輻向永磁體與鐵芯之間形成一較強的均勻磁場,從而可以提高檢波器的靈敏度,減小諧波失真;在磁回路中采用調(diào)節(jié)芯子,更容易保證檢波器之間性能的一致性;良好的磁封閉特性使檢波器并具有較強的抗電磁干擾能力。它主要用于高分辨率勘探和三維地震勘探中,也可用于其它領(lǐng)域的振動信號檢測。
文檔編號G01V1/16GK1277363SQ9911579
公開日2000年12月20日 申請日期1999年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月10日
發(fā)明者程博, 趙云麟 申請人:西安石油勘探儀器總廠