CN107024719A - 一种动圈传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动圈传感器，属于电磁检测传感器技术领域，该动圈传感器包括壳体、机芯、输出线、接头和多棱尾椎，壳体为带有空腔的壳体，壳体下部、靠近地面的位置设置有出线口；机芯安装固定在壳体的空腔内，机芯的正极导电柱和负极导电柱分别连接输出线的一端，输出线的另一端穿过出线口连接工作时紧贴地面的外部接头；多棱尾椎的大头安装、固定在壳体的底部。本发明提供了一种金属全封闭的动圈传感器结构，能够有效抑制各种电磁和机械干扰，实现对有效机械震动信号能量的保护，从而达到最大限度地提高机电转换效率和降低干扰的目的，该动圈传感器适用于各种地质勘探领域。
Description
技术领域
本发明属于电磁检测传感器技术领域，尤其涉及一种动圈传感器。
背景技术
针对震动信号采集传感器，其品质的高低取决于自身信噪比的大小，传感器的信噪比越高，其品质越好。目前，信噪比的数值大小已经成为了评价传感器优劣的先决条件。特别是在地质勘探施工作业中，一般所遇到的主要噪声包括两类：第一类是电磁场引起的干扰噪声；另一类是机械震动引起的干扰噪声。通常所使用的传感器也可以分为两类：一类是有源型传感器；另一类是无源型传感器。常见的有源型传感器有法国MEMS、光纤传感器、压电传感器等，上述传感器共同存在以下多方面问题：
1、传感器自身机电转换产生的电压幅值不高，主要依赖放大增益来提高自身电压幅值，但放大增益大无助于信噪比的提高，还容易使得自身的电噪声和热噪声同时放大；
2、由于自身的电路接实地，容易造成不同传感器在各点的电位不同，形成了各点的电位差，这种电位差容易引入电磁干扰；
3、传感器的输出线与地面形成一个高度H，如图1所示，致使输出线悬空于地面之上，当受到风吹或外界碰撞时会引起输出线摆动，这种摆动相当于一个低频震源，上述低频干扰会直接传输给传感器。
4、传感器机电转换部分均未存在隔声保护，当风沙、杂草碰撞传感器时会产生高频微震动干扰，这种高频微震动会成为高频噪声，并传输给传感器。
不仅如此，上述传感器各自还存在其他相应问题，例如：压电传感器对声波的敏感度很强，容易引入各种声场的干扰，而且输出线未作任何电磁防护措施，更容易受到电磁场的干扰，使得信噪比降低；法国MEMS和光纤传感器都采用圆尾椎与地面耦合，由于这种圆尾椎自身耦合面小且不具有防旋转功能，容易引起耦合松动等现象，使得有效的机械震动能量在耦合点处产生衰减，同时使得附加的机械干扰增加，以上原因就是上述现有有源型传感器在地质勘探施工作业时采集到的原始信号信噪比不高的主要原因，常见的无源型传感器有动圈组合串和单只动圈传感器、磁悬浮传感器、涡流加速度传感器等，这类传感器同样存在以下问题：
1、整个传感器系统都未采取全面防护电磁干扰措施；
2、传感器机芯都未作防护高频声波干扰的措施；
3、输出线都易受风吹摆动的影响；
4，均采用了圆尾椎的结构，造成传感器与地面耦合面小和容易旋转的现象。
同时，动圈传感器组合串和涡流加速度传感器组合串使得受干扰点增多，而且磁悬浮传感器自身内阻过大且漏磁现象严重。因此这类型传感器同样存在着所采集到的原始信号信噪比不高的问题。
综上所示，目前国内、外常用于地质勘探的各种传感器均存在着影响自身信噪比的缺点。而目前国内、外地质勘探的需求已经进入高分辨率、高精度层面，由于传感器处于地质信号采集的最前端，提高传感器自身的信噪比是传感器技术突破的必要条件。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种金属全封闭、具有隔声防护套且输出线紧贴地面的动圈传感器结构，同时采用了提高耦合质量的结构能够有效抑制各种电磁和机械干扰，实现有效机械震动信号能量的保护，从而达到最大限度地提高机电转换效率和降低干扰的目的，该动圈传感器适用于各种地质勘探领域。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种动圈传感器，其特征在于，包括壳体、机芯、输出线、接头和多棱尾椎，其中：
所述壳体内部设有空腔，所述壳体下部、靠近地面的位置设置有出线口；
所述机芯安装固定在壳体的空腔内，机芯的正极导电柱和负极导电柱分别连接输出线的一端，所述输出线的另一端穿过出线口连接工作时紧贴地面的外部接头；
所述多棱尾椎的大头安装、固定在所述壳体的底部。
进一步的，所述壳体的底部中心位置设置有安装螺母，所述多棱尾椎的大头带有外螺纹通过螺纹连接、安装固定在安装螺母内部。
进一步的，还包括用于安装机芯的机芯螺栓和底座螺套，所述底座螺套设置在壳体空腔的底部中心，所述机芯螺栓的一端连接机芯，机芯螺栓的另一端连接在底座螺套内。
进一步的，所述壳体分为上壳体和下壳体，紧贴上壳体和下壳体的内表面分别设置有上屏蔽壳和下屏蔽壳。
进一步的，所述上屏蔽壳、下屏蔽壳与机芯之间均设置有隔声套。
进一步的，所述上壳体与下壳体的接合面均由紧固螺栓连接、密封。
进一步的，所述下壳体的侧面设置有防旋转筋。
进一步的，所述上屏蔽壳和下屏蔽壳采用微晶合金、坡莫合金、工业纯铁或碳钢制成。
进一步的，所述隔声套采用聚氨酯、橡胶或复合海绵材料制成。
进一步的，所述底座螺套、机芯螺栓采用LY12铝材或铜材制成。
本发明的一种动圈传感器具有以下有益效果：
本发明提供了一种金属全封闭的动圈传感器结构，这种结构具有较强地抑制各种电磁干扰的能力，并且在屏蔽各种电磁干扰的同时，能迅速把各种电磁干扰信号导入大地，使动圈传感器系统抗电磁干扰和抗雷电击穿的能力得到了很大提高。其中，隔声套会对来自空间的各种机械震动信号有一定的衰减抑制作用，同时采取了输出线紧贴地面的方式，使得风吹草动引起的机械干扰得到了一定的衰减，并且采用多棱尾锥，使得动圈传感器与地表的耦合效果得到了保证，起到了有效机械震动信号传输过程中能量少损失的效果。综上所述，该动圈传感器系统有着对各种电磁干扰良好的屏蔽和导流作用，对各种机械干扰信号有着良好的衰减抑制作用，对有效机械震动信号能量有着良好地保护作用，从而达到最大限度地提高机电转换效率和最大限度降低干扰的目的,该动圈传感器适用于各种地质勘探领域，具有如下主要优点：
1、抑制电磁干扰效果好：抑制电磁噪声干扰可以采用全金属的上、下壳体和屏蔽线组合来实现，当选用铝材料作屏蔽壳时，对磁场的干扰不起作用。而用钢材料时，对磁场的屏蔽效果有限，只有采用微晶合金材料时，对电磁场的干扰屏蔽效果非常显著；输出线采用铜屏蔽网接地和绞合芯线方式，可使输出线对电磁干扰的抑制衰减起到很好的作用，从而使整个系统对电磁干扰都具有良好的抑制衰减作用。
2、对机械干扰抑制效果好：针对不同的机械干扰对动圈传感器影响特点，采取了不同的抑制衰减对策，使得动圈传感器受机械干扰的影响程度大大降低，达到了对机械干扰所抑制衰减的效果。
3、提高了耦合质量：耦合质量优劣是保证各种传感器机电转换能量损失大小的先决条件，通过对动圈传感器接收有效震动信号的路径分析：首先从外部采取了提高动圈传感器与地表耦合的方式，使用多棱尾椎和带筋的下壳体结构，加大动圈传感器与地面耦合面积和耦合刚度，并且起到了防止旋转运动的效果；同时消除了动圈传感器机芯的非刚性耦合连接，采用了刚性耦合连接，保证了机芯的耦合质量，最终达到了动圈传感器系统提高耦合质量的目的。
4、改变单只动圈传感器信噪比的状况：从提高信噪比的三种有效途径来看，只有降低噪声，同时提高传感器接收有效信号的能力是最优方案。本发明的高信噪比单只动圈传感器完全是按照这种主导思想来设计的，而且可批量工业化应用的条件比较成熟，非常适合野外地质勘探作业。
5、施工作业效率高：高信噪比单只动圈传感器由于可以单独完成各种地质勘探施工作业要求，完全可以替代多只动圈传感器组合串作用，可使得施工作业效率大大提高。
6、综合成本低：由于是单只动圈传感器施工作业，因此可使得产品的购入成本、施工成本和维护存储成本都得到大幅度降低，因此，综合成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统动圈传感器结构示意图；
图2是本发明一种动圈传感器的结构示意图；
图3是本发明一种动圈传感器的仰视图；
图4是本发明一种动圈传感器的四棱尾椎结构示意图；
图5是图4的A-A面剖视图。
其中，1-上壳体，2-机芯，3-紧固螺栓，4-输出线，5-接头，6-金属接地圈，7-筋，8-下屏蔽壳，9-安装螺母，10-多棱尾椎，11-底座螺套，12-机芯螺栓，13-下壳体，14-地面，15-上屏蔽壳，16-隔声套。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以下将结合附图对本发明进行详细说明。
如图2、3所示，一种动圈传感器，包括壳体、机芯2、输出线4、接头5和多棱尾椎10：所述壳体内部设有空腔，所述壳体下部、靠近地面的位置设置有出线口；机芯2安装固定在壳体的空腔内，机芯2的正极导电柱和负极导电柱分别连接输出线4的一端，所述输出线4的另一端穿过出线口连接工作时紧贴地面的外部接头5；所述多棱尾椎10的大头安装、固定在所述壳体的底部。
具体的，多棱尾椎10可以采用四棱尾椎结构，如图4和5所示，采用四棱尾椎结构主要是为了与下壳体底部的四棱相对应，此结构就想当于尾锥部分的加长。
需要说明的是该机芯2采用动圈传感器机芯，无需供电电源且使用维护方便。同时，所述外部接头5连接金属接地圈6，输出线4采用铜屏蔽网接地结构和绞合芯线方式，对电磁干扰具有良好的抑制效果。
具体的，所述壳体的底部中心位置设置有安装螺母9，所述多棱尾椎10的大头带有外螺纹通过螺纹连接、安装固定在安装螺母9内部；还包括用于安装机芯2的机芯螺栓12和底座螺套11，底座螺套11设置在壳体空腔的底部中心，机芯螺栓12的一端连接机芯2，机芯螺栓12的另一端连接在底座螺套11内。
具体的，所述壳体分为上壳体1和下壳体13，紧贴上壳体1和下壳体13的内表面分别设置有上屏蔽壳15和下屏蔽壳8；所述上屏蔽壳15、下屏蔽壳8与除了机芯2底部之外的其他部分之间都设置有隔声套16；所述上壳体1与下壳体13的接合面均由紧固螺栓3连接、密封，同时根据情况也可以在上壳体1、下壳体13之间增加一个“O”型密封圈；所述下壳体13的侧面设置有防旋转筋；下壳体13的侧面对称设置有四条防旋转筋7。
由于动圈传感器所接收的有效震动信号来自地面以下，而地面以上部分接收到的震动信号都是干扰信号，具体的干扰信号包括三种表现形式：一、来自空间的高频声波干扰，这种高频声波会直接穿过上壳体1对机芯2产生干扰；二是各种机械震源产生的面波干扰，这种干扰会使动圈传感器在耦合不好时产生水平位移、垂直位移和旋转位移；三是由于风吹或外界碰撞引起动圈传感器输出线4摆动带入的低频干扰和风沙碰撞壳体引起的高频微震动。针对上述机械干扰特点，本发明的实施例采取如下技术方案：
对来自空间的高频声波干扰给传感器机芯2增加隔声套16，所述隔声套16采用特殊聚氨酯、特殊橡胶或特殊复合海绵材料等。由于动圈传感器上壳体1采用尼龙材料，尼龙材料的自身波阻抗较大，会对高频声波具有一定程度的衰减，同时增加的隔声套16具有极强的吸收衰减作用从而达到对空间高频声波的抑制、衰减作用。通常由于动圈传感器耦合不好，会使动圈传感器在受到面波冲击时会产生水平位移、垂直位移和旋转位移，由于本发明的实施例采用了多棱尾椎10和防旋转筋7增大了传感器底部与地面的耦合面积，同时使传感器不易产生旋转，大大降低了传感器耦合松动的概率和由此产生的附加干扰。
传统的动圈传感器输出线4都与地面存在一个高度H，这个高度H 在风吹时极易产生一种摆动，这种摆动就相当于一个低频微震动源，而且这种低频摆动会直接传入动圈传感器形成低频干扰，当在沙地和草丛中施工作业时，风会带动沙粒和杂草直接碰撞传感器形成高频干扰，针对上述问题，本发明的实施例采取如下技术方案：本实施例中的传感器采取了贴地面引出线的方式，这种方式消除了输出线4与地面的高度H，基本解决了风吹输出线4摆动的问题，同时隔声套16也可以抑制沙粒和草对壳体产生的高频微动。
进一步如何提高有效信号的接收效果，保证有效信号的接收能力需要两个提条件：一是动圈传感器下壳体13和多棱尾椎10与地面的耦合效果；二是动圈传感器机芯2与壳体之间的连接刚度，也就是耦合刚度，针对传感器底部与地面的耦合问题，采取了两方面应对措施：一是采用多棱尾椎10增大耦合面积和提高防旋转能力；二是下壳体13设置有防旋转筋7，进一步增大于地面的耦合面积和增加防旋转效果。
针对机芯2非刚性固定问题，使机芯2的底部采取螺栓连接，螺栓使机芯2与下壳体13刚性连接，从而达到刚性耦合的目的，保证了有效震动能量在传递过程中几乎不损失的效果，机芯2最大程度的获取机电转换能量得以实现。底座螺套11、机芯螺栓12可以采用LY12铝材或铜材，进一步避免机芯2的磁场泄露。
本发明公开了一种动圈传感器，属于电磁检测传感器技术领域，该动圈传感器包括壳体、机芯2、输出线4、接头5和多棱尾椎10，壳体为带有空腔的壳体，壳体下部、靠近地面的位置设置有出线口；机芯2安装固定在壳体的空腔内，机芯2的正极导电柱和负极导电柱分别连接输出线4的一端，输出线4的另一端穿过出线口连接工作时紧贴地面的外部接头5；多棱尾椎10的大头安装、固定在壳体的底部。本发明提供了一种金属全封闭的动圈传感器结构，这种结构具有较强地抑制各种电磁干扰的能力，并且在屏蔽各种电磁干扰之后，能迅速把各种电磁干扰信号导入大地，使动圈传感器系统抗电磁干扰和抗雷电击穿的能力得到了很大提高。隔声套会对来自空间的各种机械震动信号有一定的衰减抑制作用，同时采取了输出线紧贴地面的方式，使得风吹草动引起的机械干扰得到了一定的衰减，并且采用多棱尾锥，使得动圈传感器与地表的耦合效果得到了保证，起到了有效机械震动信号传输过程中能量少损失的效果。综上所述，该动圈传感器系统有着对各种电磁干扰良好的屏蔽和导流作用，对各种机械干扰信号有着良好的衰减抑制作用，对有效机械震动信号能量有着良好地保护作用，从而达到最大限度地提高机电转换效率和最大限度降低干扰的目的,该动圈传感器适用于各种地质勘探领域。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种动圈传感器，其特征在于，包括壳体、机芯、输出线、接头和多棱尾椎，其中：
所述壳体内部设有空腔，所述壳体下部、靠近地面的位置设置有出线口；
所述机芯安装固定在壳体的空腔内，机芯的正极导电柱和负极导电柱分别连接输出线的一端，所述输出线的另一端穿过出线口连接工作时紧贴地面的外部接头；
所述多棱尾椎的大头安装、固定在所述壳体的底部。
2.根据权利要求1所述的动圈传感器，其特征在于：所述壳体的底部中心位置设置有安装螺母，所述多棱尾椎的大头带有外螺纹通过螺纹连接、安装固定在安装螺母内部。
3.根据权利要求2所述的动圈传感器，其特征在于：还包括用于安装机芯的机芯螺栓和底座螺套，所述底座螺套设置在壳体空腔的底部中心，所述机芯螺栓的一端连接机芯，机芯螺栓的另一端连接在底座螺套内。
4.根据权利要求3所述的动圈传感器，其特征在于：所述壳体分为上壳体和下壳体，紧贴上壳体和下壳体的内表面分别设置有上屏蔽壳和下屏蔽壳。
5.根据权利要求4所述的动圈传感器，其特征在于：所述上屏蔽壳、下屏蔽壳与机芯之间均设置有隔声套。
6.根据权利要求5所述的动圈传感器，其特征在于：所述上壳体与下壳体的接合面均由紧固螺栓连接、密封。
7.根据权利要求6所述的动圈传感器，其特征在于：所述下壳体的侧面设置有防旋转筋。
8.根据权利要求7所述的动圈传感器，其特征在于：所述上屏蔽壳和下屏蔽壳采用微晶合金、坡莫合金、工业纯铁或碳钢制成。
9.根据权利要求8所述的动圈传感器，其特征在于：所述隔声套采用聚氨酯、橡胶或复合海绵材料制成。
10.根据权利要求9所述的动圈传感器，其特征在于：所述底座螺套、机芯螺栓采用LY12铝材或铜材制成。
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| CN201710240552.3A Pending CN107024719A (zh) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | 一种动圈传感器 |
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Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2017
- 2017-04-13 CN CN201710240552.3A patent/CN107024719A/zh active Pending
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