CN104199085B - 低频检波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低频检波器，其解决了动圈式检波器低低频信号接收能力差、精度低、频带窄、失真相对较高的技术问题，其包括外壳，所述外壳内设有由上线圈架和下线圈架连接而成的线圈骨架，上线圈架连接有上弹簧片，下线圈架连接有下弹簧片，上弹簧片和下弹簧片分别设有三条筋，上弹簧片的外径是23.5～24mm，下弹簧片的外径是23.5～24mm，筋的长度是17～17.5mm。本发明广泛应于地震勘探、振动检测领域使用的低频传感器。

Description

低频检波器

技术领域

本发明涉及一种在地震勘探领域使用的检波器，特别是涉及一种低频检波器。

背景技术

动圈式检波器是用于地震勘探和工程测量用的常规传感器，它将地面振动转换为与振动速度成正比的电信号，是将机械能转化为电能的装置。随着对深层地层结构勘探的不断发展，由于通常情况下深层地层的反射波是低频、弱信号，现有的动圈式检波器的固有频率在10Hz及10Hz以上，低频信号接收能力差，存在干扰能力差、精度低、频带窄、失真相对较高的技术缺陷，已经不能满足当前高精度勘探的需要。而且，现有的动圈式检波器恶劣的施工环境中使用寿命最多是一年时间，寿命比较短。

发明内容

本发明为了解决现有动圈式检波器低频信号接收能力差、精度低、频带窄、失真相对较高的技术问题，提供一种低频(10Hz以下)信号下信号接收能力强、精度高、频带窄、失真低的低频检波器。

本发明提供一种低频检波器，包括外壳，所述外壳内设有由上线圈架和下线圈架连接而成的线圈骨架，上线圈架连接有上弹簧片，下线圈架连接有下弹簧片，上弹簧片和下弹簧片分别设有三条筋，上弹簧片的外径是23.5～24mm，下弹簧片的外径是23.5～24mm，筋的长度是17～17.5mm；

上线圈架和下线圈架的连接处设有环槽和限位台阶，环槽内设有配重部，配重部的重量为6～8克；

配重部为配重漆包线圈；

外壳内还设有磁钢，磁钢的上部连接有上轭铁，磁钢的下部连接有下轭铁，限位台阶与上轭铁之间的距离是2～3mm；

上线圈架设有与上轭铁匹配的绕线槽，下线圈架设有与下轭铁匹配的绕线槽，上线圈架的绕线槽的宽度为6.5～7.5mm，上线圈架的绕线槽宽度为上线圈架总高度的44％～50％，下线圈架的绕线槽的宽度为6.5～7.5mm，下线圈架的绕线槽宽度为下线圈架总高度的44％～50％。

本发明是在现有动圈式检波器结构的基础上的改进，主要是从以下几方面进行改进：

(1)弹簧片尺寸的增大，现有动圈式检波器的上弹簧片和下弹簧片的外径为21～21.5mm，上弹簧片和下弹簧片上的三条筋的长度是13.5～14mm。实现低频就要求弹簧片预变幅度要高，弹簧片筋短易导致筋出现变形，严重影响产品性能的稳定性。

(2)线圈骨架的中部环槽的改进，现有动圈式检波器的线圈骨架的中部环槽是用来在绕制线圈时提供通过漆包线的路径，漆包线贴槽通过，不易磨断有一定保护作用。

(3)减小线圈骨架的限位台阶的限位距离，现有动圈式检波器的线圈骨架内壁设置的限位台阶的限位距离是3～5mm，也就是说检波器内的线圈最大的振幅能达到5mm，限位过大，则在使用时，线圈位移较大，易对弹簧片造成伤害，影响产品使用寿命，且容易失真。

(4)尽可能缩小绕线槽宽度，使导线在线圈架上、下振动时仍处于均匀磁场中，有效降低其失真度；现有产品绕线槽宽度为8～9mm，现有产品绕线槽宽度占线圈架总高度的64％～68％。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的上弹簧片和下弹簧片的外径为23.5～24mm，三条筋的长度是17～17.5mm，这样的结构使整个产品的固有频率降低，而且在弹簧片加工过程中进行热处理时，即便预变幅度较高，弹簧片的三条筋也能保持很好的变形状态，不至于产生非正常变形，影响整个产品的频率等性能。

(2)利用线圈骨架中部的环槽内的空间用来缠绕铜线，起到增加重量的作用，重量增加6～8克；采用这种方式操作方便，而且通过缠绕圈数可方便而精确地调整增重数量。增重后一方面有效降低频率，另一方面可以使弹簧片的厚度增加以进一步提高弹簧片的钢性，从而使产品更耐用。

(3)使线圈骨架的限位台阶的限位距离是2～3mm，这样就使得弹簧片始终工作在线性范围内，同时也能保证在检波器受冲击振动时，弹簧片得到很好地保护，同时又能达到低频效果。

(4)绕线槽宽度为6.5～7.5mm，绕线槽宽度为线圈架总高度的44％～50％，相对而言，绕线槽宽度大幅降低，使得线圈架上、下振动时仍处于均匀磁场中，有效降低其整个产品的失真度。

具体表现在，本发明的检波器的自然频率是5Hz±7.5％，直流电阻是2950Ω±5％，灵敏度是83V/m/s±5％，谐波失真≤0.1％，开路阻尼是0.7±5％，工作温度是-40℃～+100℃。

依据标准是GB/T 24260-2009的石油地震检波器国家标准，在隔振台上进行了10只产品的随机振动测试，试验过程是1)将待测产品用检波器测试仪(SMT200)测试初始技术指标保存并编号；2)将检波器机芯横向放在振动复位机(使用公知产品)上进行振动复位，设置振动复位机的转速为600转/分，每振动0.5小时测试指标,如此循环10次。得出以下结果：如图10所示，是10只产品的电阻变化数据；如图11所示，是10只产品的频率变化数据；如图12所示，是10只产品的阻尼变化数据；如图13所示，是10只产品灵敏度的变化数据；如图14所示，是10只产品失真的变化数据。从试验结果可以该产品经过随机振动测试后，各参数指标测试仍在设计要求的合格范围内。

依据标准是GB/T 24260-2009的石油地震检波器国家标准，在隔振台上进行了100只产品的自由跌落、温度冲击测试，试验过程是1)将待测产品用检波器测试仪(SMT200)测试初始技术指标保存并编号；2)将10只产品放入跌落滚筒中，设定跌落滚筒转速为10r/min，每1000次停机检测技术指标；3)在跌落5000次后，再将10只产品在放入高低温冲击试验箱中，-40℃的低温条件下保温2小时后下降到100℃的高温条件下保温2小时，反复10个循环进行高低温冲击试验；4)将经过温度冲击试验的产品在室内恢复4h后测试指标并保存，指标测试完毕按要求跌落5000次，每1000次停机检测技术指标；5)跌落结束，将产品取出在室温条件下恢复30min进行外观、技术指标检测。

测试仪的型号是SMT-200，1.2m高双臂跌落滚筒使用公知技术的YH-8808E型号，高低温冲击试验箱的型号是重庆哈丁科技有限公司的TC703-11，隔振台使用公知的隔振台。

得出以下结果，如图5所示，是10只产品的电阻变化数据；如图6所示，是10只产品的频率变化数据；如图7所示，是10只产品阻尼指标试验数据；如图8所示，是10只产品灵敏度指标试验数据；如图9所示，是10只产品失真指标试验数据。从试验结果可以该产品经过10000次跌落后，各参数指标测试仍在设计要求的合格范围内，其使用寿命较现有的同类产品大幅提高，完全可以满足油田野外施工环境恶劣的要求，取得了很好的效果。

依据标准号GB/T 24260-2009的石油地震检波器国家标准，在隔振台上进行了10只产品的10°倾角测试(顺序为：前倾、侧倾、后倾)，得出以下结果：如图15所示，是10只产品的频率变化数据；如图16所示，是10只产品的阻尼变化数据；如图17所示，是10只产品的灵敏度变化数据；如图18所示，是10只产品失真的变化数据。从试验结果可以该产品经过倾角测试后，各参数指标测试仍在设计要求的合格范围内，适合在野外工况下使用。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是上弹簧片和下弹簧片的结构示意图；

图3是线圈骨架组件的结构示意图；

图4是的线圈骨架的局部示意图；

图5是10只产品自由跌落、温度冲击电阻指标试验数据图；

图6是10只产品自由跌落、温度冲击频率指标试验数据图；

图7是10只产品自由跌落、温度冲击阻尼指标试验数据图；

图8是10只产品自由跌落、温度冲击灵敏度指标试验数据图；

图9是10只产品自由跌落、温度冲击失真指标试验数据图；

图10是10只产品10次振动复位电阻变化折线图；

图11是10只产品10次振动复位频率变化折线图；

图12是10只产品10次振动复位阻尼变化折线图；

图13是10只产品10次振动复位灵敏度变化折线图；

图14是10只产品10次振动复位失真变化折线图；

图15是10只产品10°倾角测试三个方向频率变化折线图；

图16是10只产品10°倾角测试三个方向阻尼变化折线图；

图17是10只产品10°倾角测试三个方向灵敏度变化折线图；

图18是10只产品10°倾角测试三个方向失真变化折线图。

附图符号说明：

1.上盖；2.绝缘子；3.○形密封圈；4.上线圈架；5.上轭铁；6.磁钢；7.配重漆包线圈；8.下线圈架；9.线圈；10.下弹簧片；11.下盖；12.卡环；13.下接触片；14.外壳；15.上弹簧片；16.上内外接触片；17.下轭铁；18.筋；19.环槽；20.限位台阶；21.绕线槽。

具体实施方式

如图1所示，本发明的检波器包括外壳14，上盖1与外壳14的上端连接，下盖11与外壳14的下端连接，上盖1与外壳14之间设有○形密封圈3，下盖11与外壳14之间设有○形密封圈3。上盖1上位于引出端子处设有绝缘子2。

外壳14安装有磁钢6，磁钢6上部连接有上轭铁5，磁钢6下部连接有下轭铁17。上轭铁5和下轭铁17与外壳14的内壁之间设有上线圈架4和下线圈架8，上线圈架4和下线圈架8组成线圈骨架，线圈骨架的中部即上线圈架4和下线圈架8的连接处设有环槽。上线圈架4上设有与上轭铁5匹配的绕线槽，该绕线槽内设有线圈9。下线圈架8下部设有与下轭铁17匹配的绕线槽，该绕线槽内设有线圈9，上下两组线圈9的绕向相反。

上弹簧片15与上轭铁5连接，下弹簧片10与下轭铁17连接，上线圈架4的上端通过卡环12与上弹簧片15连接，下线圈架8的下端通过卡环12与下弹簧片10连接。

上盖1与上轭铁5之间设有上内外接触片16，下盖11与下轭铁17之间设有下接触片13。

线圈骨架的环槽上绕制有配重漆包线圈7。

如图2所示，上弹簧片15设有三条筋18，上弹簧片15的外径a＝23.5～24mm，每条筋18的长度是17～17.5mm。这样的结构可以降低检波器的固有频率，而且在弹簧片加工过程中进行热处理时，即便预变幅度较高，弹簧片的三条筋也能保持很好的变形状态，不至于产生非正常变形，影响整个产品的频率等性能。下弹簧片10的尺寸与上弹簧片15的尺寸相同。

如图3和图4所示，上线圈架4和下线圈架8的连接处设有环槽19和限位台阶20，环槽19位于外侧，限位台阶20位于内侧。使用漆包线在环槽19中缠绕形成配重漆包线圈7，起到增加重量的作用，缠绕的漆包线重量为6～8克。采用这种方式操作方便，而且通过缠绕圈数可方便而精确地调整增重数量，增重后一方面有效降低频率，另一方面可以使弹簧片的厚度增加以进一步提高弹簧片的钢性，从而使产品更耐用。需要说明的事，当然也可使用铜线以外的其他材料制作配重部，但必须是非导磁性材料。

限位台阶20在轴向方向与上轭铁5和下轭铁17配合，形成振动限位。限位台阶20与上轭铁5之间的距离h＝2～3mm，这样就使得上下两个弹簧片始终工作在线性范围内，同时也能保证在检波器受冲击振动时，弹簧片得到很好地保护，同时又能达到低频效果。

上线圈架4和下线圈架8的绕线槽21的宽度均为6.5～7.5mm，上线圈架4的绕线槽21的宽度为上线圈架4总高度的44％～50％，下线圈架8的绕线槽21的宽度为下线圈架8总高度的44％～50％。这样的结构使绕线槽宽度大幅降低，使得线圈架上、下振动时仍处于均匀磁场中，有效降低其整个产品的失真度。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种低频检波器，包括外壳，所述外壳内设有由上线圈架和下线圈架连接而成的线圈骨架，所述上线圈架连接有上弹簧片，所述下线圈架连接有下弹簧片，其特征在于，所述上弹簧片和所述下弹簧片分别设有三条筋，所述上弹簧片的外径是23.5～24mm，所述下弹簧片的外径是23.5～24mm，所述筋的长度是17～17.5mm；

所述上线圈架和所述下线圈架的连接处设有环槽和限位台阶，所述环槽内设有配重部；

所述配重部的重量为6～8克；

所述配重部为配重漆包线圈；

所述外壳内还设有磁钢，所述磁钢的上部连接有上轭铁，所述磁钢的下部连接有下轭铁，所述限位台阶与所述上轭铁之间的距离是2～3mm；

所述上线圈架设有与所述上轭铁匹配的绕线槽，所述下线圈架设有与所述下轭铁匹配的绕线槽，所述上线圈架的绕线槽的宽度为6.5～7.5mm，所述上线圈架的绕线槽宽度为上线圈架总高度的44％～50％，所述下线圈架的绕线槽的宽度为6.5～7.5mm，所述下线圈架的绕线槽宽度为下线圈架总高度的44％～50％；

所述外壳的上端连接有上盖，所述外壳的下端连接有下盖，所述上盖与外壳之间设有○形密封圈，所述下盖与外壳之间设有○形密封圈。