CN108519618A - 动圈式5Hz地震检波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动圈式5Hz地震检波器，包括绝缘子、顶盖、线圈、外壳、底盖、下接触片、卡簧、磁靴、磁体、温度补偿环、绝缘垫片、弹簧片、平垫片和密封圈；弹簧片的内环半径与弹簧片外环半径比R1∶R2＝0.62；上线圈骨架上设有上减重槽，在下线圈骨架上设有下减重槽，上、下减重槽的宽度比L1∶L2＝2.5；磁体的长径比H2∶D＝0.4，磁体的高度与磁靴导磁面的高度比H2∶H1＝1.07，磁靴上沿与磁靴导磁面的高度比H3∶H1＝0.21。本发明所述动圈式5Hz地震检波器固有自然频率低、输出灵敏度高、指标一致性好、倾角大、谐波失真低、可靠耐用。

Description

动圈式5Hz地震检波器

技术领域

本发明涉及一种地震检波器，尤其涉及一种速度型动圈式5Hz高性能地震波采集传感器，属于地震检波器技术领域。

背景技术

随着地球物理勘探技术发展，深层、宽频高分辨率勘探成为行业发展趋势，随着低频激发技术的提升，低频接收传感器成为地球物理行业迫切需求。

常规地震道是一串检波器组合记录所在道地震反射信号，是多只不同位置检波器接收信号的叠加结果。检波器串通过多只检波器组合压制环境噪音和相干噪音，同时突出信号，可以提高信噪比。但是，常规检波器采集由于单只检波器参数不一致，单只检波器所在地表条件和耦合状态不同，串上多只检波器叠加输出易产生较大的畸变，目的层细节因叠加而被破坏，原始资料的失真导致后期资料处理缺少灵活性，单道单只检波器接收的是原始数据，可更大程度的精细描述地下岩层属性。对于单道单只接收就需要单只检波器在不同频带具有足够的灵敏度，以拓宽响应频带，获得较高的信噪比。

野外采集中，对于复杂地形，难以实现检波器埋置到水平、正、直，地震检波器更大的工作倾角在保证资料品质的同时为野外地震队降低了铺设排列的工作量，降低了地震勘探的隐形成本。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种动圈式低频高性能5Hz地震检波器，具备更低的频率，更高的较宽频率范围内的响应灵敏度，更大的工作倾斜角来解决以上难题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种动圈式5Hz地震检波器，包括绝缘子、顶盖、线圈、外壳、底盖、下接触片、卡簧、磁靴、磁体、温度补偿环、绝缘垫片、弹簧片、平垫片和密封圈；温度补偿环套在磁体上，上下两个磁靴位于磁体上下两端，与外围的外壳构成磁回路，底盖和顶盖由密封圈封压在外壳两端，线圈位于磁体、磁靴与外壳组成的磁隙中，线圈由两组绕向相反的线圈绕组及铝制的线圈骨架组合而成，并且线圈由分别卡在线圈上的上下两只弹簧片支撑，弹簧片由卡簧固定在线圈两端；线圈分为上线圈和下线圈，对应的线圈骨架分为上线圈骨架和下线圈骨架，弹簧片的内环半径与弹簧片外环半径比R1∶R2＝0.62；上线圈骨架上设有上减重槽，在下线圈骨架上设有下减重槽，上、下减重槽的宽度比L1∶L2＝2.5；磁体的长径比H2∶D＝0.4，磁体的高度与磁靴导磁面的高度比H2∶H1＝1.07，磁靴上沿与磁靴导磁面的高度比H3∶H1＝0.21。

作为优选方式之一，地震检波器的外径为35mm。

作为优选方式之一，弹簧片的内部设有减振臂，减振臂的悬臂长度与弹簧片外部悬臂长度比＝1-1.1；减震臂细处宽度≥悬臂细处宽度。

作为优选方式之一，上线圈的上平面与上磁靴的台阶面所在平面之间的距离 H4＝0.6-0.9mm，下线圈的上平面与下磁靴的上底面之间的距离为H6，H4∶H6＝0.99-1.01。

作为优选方式之一，线圈绕组宽度与导磁面宽度比L∶H1＝1.13。

作为优选方式之一，线圈的上端为正极引线，与上弹簧片固定，上弹簧片与平垫片接触，平垫片与顶盖上的外接触片接触，外接触片与绝缘子的正极一端焊接；线圈的下端为负极引线，与下弹簧片固定，下弹簧片与下磁靴相连，下磁靴与磁体相连，磁体与上磁靴相连，上磁靴与顶盖的内接触片相连，内接触片与绝缘子的负极一端焊接。

作为优选方式之一，磁体采用高性能钕铁硼材料，在钕铁硼磁体外套装镍铁合金补偿环。

本发明的有益效果：本发明所述动圈式5Hz地震检波器固有自然频率低、输出灵敏度高、指标一致性好、倾角大、谐波失真低、可靠耐用；具体来说，具备如下优点：

1、电阻、阻尼、频率、灵敏度参数一致性较同行业产品有大幅度提升；

2、阻尼、灵敏度实现理想匹配，实现在最佳阻尼下更高的响应灵敏度；

3、实现较宽频带范围内低失真输出，典型频率点失真度分布在0.02％-0.04％，有效提升了地震信号响应动态范围，拓宽了响应频带；

4、实现了较大工作倾斜角下，检波器的参数指标基本稳定，减低野外操作难度，提高资料保真度；

5、产品更可靠耐用，减低了使用成本。

附图说明

图1是本发明动地震检波器的剖面结构示意图。

图2是本发明地震检波器的弹簧片结构示意图。

图3是本发明地震检波器中线圈与磁系的对应关系。

图中标记：绝缘子-1，顶盖-2，线圈-3，外壳-4，底盖-5，下接触片-6，卡簧-7，磁靴-8，磁体-9，温度补偿环-10，绝缘垫片-11，弹簧片-12，平垫片-13，密封圈-14。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

如图1、2、3所示，一种动圈式5Hz地震检波器，工作倾角大，达到15°，15°倾角内各项参数指标无明显变化，谐波失真低至0.1％，典型失真分布在0.02％-0.04％，电阻、频率、阻尼、灵敏度指标一致性好，抗疲劳寿命长，可靠耐用，满足宽频、高分辨率勘探需求，应用本发明动圈式5Hz地震检波器可大大减少野外检波器使用数量、操作方便、成本大幅度降低。本发明所述地震检波器的主频低至5Hz，5Hz时其输出响应灵敏度已高达 83.2V/m/s，对低频信号有较常规检波器输出高出16倍以上，同时高频信号保持了相当于4 只以上常规检波器串联组合的增益能力。5Hz以下低频响应增益提高了一个数量级，为深层勘探提供保证。

为达到更大的倾角和最小的谐波失真，本发明所述地震检波器的外径为35mm，合理增大检波器弹簧片的面源，提高弹簧片的线性域，如附图2所示；在弹簧片的设计上，增大内环的直径，线圈骨架上采用独特的设计，如附图3所示；同时去掉底端和顶端多余部分，并增加上下减重槽，保证悬体重量的同时，确保检波器接入采集单元形成的闭环阻尼在最佳状态。

具体来说，该地震检波器的基本结构包括绝缘子1、顶盖2、线圈3、外壳4、底盖5、下接触片6、卡簧7、磁靴8、磁体9、温度补偿环10、绝缘垫片11、弹簧片12、平垫片 13和密封圈14。温度补偿环10套在磁体9上，上下两个磁靴8位于磁体9上下两端，与外围的外壳4构成磁回路，底盖5和顶盖2由密封圈14封压在外壳4两端。

线圈3由两组绕向相反的线圈绕组及铝制的线圈骨架组合而成，并且线圈3由分别卡在线圈上的上下两只弹簧片12支撑，弹簧片12由卡簧7固定在线圈3两端。线圈3分为上线圈和下线圈，上线圈与磁体之间的距离为H5，下线圈的与下磁靴凸台平面之间的距离为H7，对应的线圈骨架分为上线圈骨架和下线圈骨架；上线圈骨架上设有上减重槽，在下线圈骨架上设有下减重槽。上、下减重槽的宽度比L1∶L2＝2.5。线去掉底端和顶端多余部分，并增加上下减重槽，获得合适的悬体重量的同时，保证线圈架在工作行程内涡流分布合理，且与设备与仪器对接时，阻尼保持在最佳综合阻尼值，同时确保检波器具有较大的工作倾角和可靠性。

弹簧片具有优良的抗冲击能力，本发明采用内部两只减振臂的设计形式，当受到强力侧向冲击时，两只减震臂提前动作，卸掉大部分冲击力，减小外部三根悬臂过度变形带来的永久形变造成的损伤。因此，在弹簧片的设计上，增大内环的直径，弹簧片12的内环半径与弹簧片外环半径比R1∶R2＝0.62；减小内环两条连接筋的宽度，提高弹簧片线性同时，减少系统机械振动干扰对弹簧片造成的受力变形，减低失真的同时提高抗冲击能力、获得更好的可靠性。

弹簧片12的内部设有减振臂，减振臂的悬臂长度与弹簧片外部悬臂长度比＝1-1.1；减震臂细处宽度≥悬臂细处宽度，最佳状态是减震臂最细处与悬臂最细处一样大小。本发明采用更大的弹簧片边缘，增长了三根悬臂的有效线性工作长度。

在电气回路上，线圈3位于磁体9、磁靴8与外壳4组成的磁隙中，线圈3的上端为正极引线，与上弹簧片固定，上弹簧片与平垫片13接触，平垫片13与顶盖2上的外接触片接触，外接触片与绝缘子1的正极一端焊接；线圈3的下端为负极引线，与下弹簧片固定，下弹簧片与下磁靴相连，下磁靴与磁体9相连，磁体9与上磁靴相连，上磁靴与顶盖2的内接触片相连，内接触片与绝缘子的负极一端焊接。内接触片通过焊接的方式与绝缘子的负极一段相连，本发明的正负极通过绝缘垫片11将正负极分开。为了获得均匀、高磁通的环形磁场，磁体9的长径比H2∶D＝0.4，磁体9的高度与磁靴导磁面的高度比H2∶H1＝1.07，磁靴上沿与磁靴导磁面的高度比H3∶H1＝0.21。线圈与磁系的对应关系保证检波器在倾斜过程阻尼，灵敏度无明显变化，因此，磁系具有更宽的匀强磁场范围，线圈绕组宽度与导磁面宽度比L∶H1＝1.13。

另外，上线圈的上平面与上磁靴的台阶面所在平面之间的距离H4＝0.6-0.9mm，下线圈的上平面与下磁靴的上底面之间的距离为H6，H4∶H6＝1。

为保证本发明的高灵敏度输出，本实用磁体采用高性能钕铁硼材料，表面镀镍铜镍，钕铁硼材料在较小的体积下能输出很高的磁能积，能够在磁靴与外壳之间的环形区域内形成更均匀的、磁通密度很高的磁场。另外，为弥补钕铁硼材料温度系数大的不足，本发明采用了在钕铁硼磁体外套装镍铁合金补偿环结构，通过补偿环磁性随温度变化产生与钕铁硼磁体反向的特性，弥补钕铁硼磁性材料的温度特性不足，补偿环与磁体结构尺寸的合理设计，使本发明间隙磁场的温度变化系数达到铝镍钴磁性材料磁路设计的同等水平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动圈式5Hz地震检波器，包括绝缘子、顶盖、线圈、外壳、底盖、下接触片、卡簧、磁靴、磁体、温度补偿环、绝缘垫片、弹簧片、平垫片和密封圈；温度补偿环套在磁体上，上下两个磁靴位于磁体上下两端，与外围的外壳构成磁回路，底盖和顶盖由密封圈封压在外壳两端，线圈位于磁体、磁靴与外壳组成的磁隙中，线圈由两组绕向相反的线圈绕组及铝制的线圈骨架组合而成，并且线圈由分别卡在线圈上的上下两只弹簧片支撑，弹簧片由卡簧固定在线圈两端；线圈分为上线圈和下线圈，对应的线圈骨架分为上线圈骨架和下线圈骨架，其特征在于：弹簧片的内环半径与弹簧片外环半径比R1∶R2＝0.62；上线圈骨架上设有上减重槽，在下线圈骨架上设有下减重槽，上、下减重槽的宽度比L1∶L2＝2.5；磁体的长径比H2∶D＝0.4，磁体的高度与磁靴导磁面的高度比H2∶H1＝1.07，磁靴上沿与磁靴导磁面的高度比H3∶H1＝0.21。

2.根据权利要求1所述的动圈式5Hz地震检波器，其特征在于：地震检波器的外径为35mm。

3.根据权利要求1所述的动圈式5Hz地震检波器，其特征在于：弹簧片的内部设有减振臂，减振臂的悬臂长度与弹簧片外部悬臂长度比＝1-1.1；减震臂细处宽度≥悬臂细处宽度。

4.根据权利要求I所述的动圈式5Hz地震检波器，其特征在于：线圈绕组宽度与导磁面宽度比L∶H1＝1.13。

5.根据权利要求1所述的动圈式5Hz地震检波器，其特征在于：上线圈的上平面与上磁靴的台阶面所在平面之间的距离H4＝0.6-0.9mm，下线圈的上平面与下磁靴的上底面之间的距离为H6，H4∶H6＝0.99-1.01。

6.根据权利要求1-5中任一所述的动圈式5Hz地震检波器，其特征在于：线圈的上端为正极引线，与上弹簧片固定，上弹簧片与平垫片接触，平垫片与顶盖上的外接触片接触，外接触片与绝缘子的正极一端焊接；线圈的下端为负极引线，与下弹簧片固定，下弹簧片与下磁靴相连，下磁靴与磁体相连，磁体与上磁靴相连，上磁靴与顶盖的内接触片相连，内接触片与绝缘子的负极一端焊接。

7.根据权利要求1所述的动圈式5Hz地震检波器，其特征在于：磁体采用高性能钕铁硼材料，在钕铁硼磁体外套装镍铁合金补偿环。