CN1091260C - 磁环式地震检波器 - Google Patents
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Abstract
一种磁环式地震检波器，包括磁路系统和弹簧--质量系统，磁路系统的装置于外壳内的环形永磁铁的内环面和装置于中心的内环磁极的外环面高度相应，该内、外环面间有环形空隙，该环形永磁铁的内、外环面为不同磁极，弹簧--质量系统包括上、下弹簧片，线架和装在线架上的绕线，该线架置放于环形永磁铁和内环磁极环面之间的环形空隙中，悬挂于上、下弹簧片上，该上、下弹簧片的板面由若干不与边沿连通的不连续环槽所分割，本发明的检波器内工作气隙场是由环形永磁体产生，磁力线在环向径向呈辐射状；本发明的检波器内工作气隙场具有高强度均匀磁场，线圈在该磁场内上下运动能够产生低失真的输出电压信号，提高地震勘探的精度的分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及地震检波器，具体地是一种速度型动圈式磁环式地震检波器。
它是一种将大地震动的机械能转换为电能的机电耦合转换装置。在地震勘探中，它以最大的逼真度产生与地震波相对应的电压信号。
背景技术
目前，世界地震勘探正向高分辨率发展，要求检波器向高精度、宽频带方向发展，即超级检波器。
超级检波器与普通检波器相比，具有更宽的动态范围，更小的失真度(高保真度)，以及更高精度的参数一致性。
通常人们认为弹簧片是造成检波器谐波失真的原因。我们曾专门设计了几种弹簧片，尽最大能力保证弹簧片的线性一致性，并具备高假频的优良特性，在降低谐波失真方面也取得了一定的成效，但并不能彻底解决检波器的谐波失真。
根据我们的研究，认为以往的检波器，线圈通过不均匀磁场是产生谐波失真的原因之一。从检波器的工作原理可知，在恒定的磁场中，当振动速度一定时，线圈中产生的感生电动势正比于气隙中的磁感应强度和气隙中绕线的总长度。
发明内容
本发明的一个目的和特点是利用环形永磁体，给检波器提供一个更高的磁感应强度，以建立高强均匀磁场，提高检波器的灵敏度和更低的失真度，使得检波器能产生一个高分辨率的高保真度输出信号。
本发明的另一个目的和特点，环形永磁体的材料是钕铁硼，其内侧为一个极，外侧为一个极，磁力线在环的径向呈辐射状。
本发明的目的是这样实现的：
一种磁环式地震检波器，包括磁路系统和弹簧--质量系统，其特征在于：
磁路系统由环形永磁铁和纯铁制成的外壳、内环磁极、顶盖、底盖组成，装置于外壳内壁中部的环形永磁铁的内环面和装置于中心的内环磁极的外环面高度相应，该内外环面间有间隔适当距离的环形空隙，该环形永磁铁的内、外环面为不同磁极，环形永磁铁由装于外壳内壁的上、下隔离垫之间，该上、下隔离垫分别顶触顶盖、底盖的内端面；该内环磁极套装在顶盖和底盖的轴合上；
弹簧--质量系统包括对横向振动干扰有强抑制能力的上、下弹簧片，线架和装在线架上的绕线，该线架置放于环形永磁铁和内环磁极环面之间的环形空隙中，悬挂于上、下弹簧片上，该上、下弹簧片的材质为均匀的薄弹性材料，其板面由若干不与边沿连通的不连续环槽所分割而呈三点式结构，由“弓”形臂连接着内外环；该上、下弹簧片夹持于内环磁极与顶盖、底盖的端平面之间，线架上的绕线经接线柱从顶盖的绝缘子中引出；
所述磁路系统、弹簧--质量系统装在由外壳、顶盖、底盖所构成的用上、下密封圈封闭的内腔中。
所述磁路系统和弹簧--质量系统的的一种结构为：
磁路系统由环形永磁铁、内环磁极，以及外壳、顶盖、底盖组成：
外壳呈空心圆套形，其内孔中部有向内突出的高度适当的凸环，该凸环上部的外壳的内孔中装有隔离垫，该隔离垫呈空心圆柱形，在凸环下部的外壳的内孔中装有隔离垫，该隔离垫呈有阶梯孔的圆柱形且大阶孔朝上；
环形永磁铁呈空心圆套形，装于凸环的内孔且与凸环等高，其上、下分别由隔离垫的环边定位；
内环磁极为有上、下凸台的圆柱体，安装于环形永磁铁的内部，其高度与环形状磁铁等高，其外环面与磁铁的内环面之间保持一定间隙而构成环形空间；
上盖为有下伸圆套的圆盘形，其盘边上沿有安装密封圈的环形凹部，其下伸圆套端部有止口状的凸起与内环磁极的凹部相配，该圆套中心有通孔，该通孔顶部的凹部装有密封盖，所述上盖装于外壳的上部内孔中，其盘边与隔离垫相接，由外壳顶部的内缩折边加装密封圈将上盖紧固；
下盖为有上伸圆套的圆盘形，其盘边下沿有安装密封圈的环形凹部，其上伸圆套的外圆呈阶梯轴形，其上端较细轴颈与内环磁极的内孔相配，该圆套中心有通孔，通孔底部的凹部装有密封盖，所述下盖装于外壳的下部内孔中，其盘边与隔离垫相接，由外壳顶部的内缩折边加装密封圈将下盖紧固；
在内环磁极的上凸台的顶面与上盖止口的阶面之间装有弹簧片，在下凸台的底面与下盖阶梯轴的阶面之间装有弹簧片，所述弹簧片是由均匀的薄弹性材料制成的三支点式结构，由“弓形”臂连接着内、外环；
在上弹簧片的上端和下弹簧片的下端分别装有卡簧和用于弹簧片的定位；
弹簧--质量系统的线架为空心圆环状，由弹簧片悬挂于环形永磁铁与内环磁极之间的环状空间中；
在线架的对正环形永磁铁的内凹线槽中缠绕着绕线，该绕线的两个线头分别连接于线架上的两个接线柱，该接线柱通过顶盖上的绝缘子作为信号输出端。
所述内、外环形永磁铁的材质为稀土材料。
所述内、外环形永磁铁的材质为钕铁硼材料。
在所述以稀土材料为材质的环形永磁铁的外层镀有锌/镍层。
所述检波器的径向尺寸在10--100mm之间，轴向尺寸在10-100mm之间。
所述线架的绕线槽高度与环形永磁铁的高度相同且互相对正。
本发明有以下积极有益的效果
这种检波器包括一个对横向振动干扰有强抑制能力的弹簧片、线圈和线架组成的弹簧--质量系统。该系统置于由环形永磁体、内环磁极、铁外壳、铁顶盖和铁底盖组成的磁路的工作气隙中，当地面运动时，固定于地面的检波器随之运动，检波器中的弹簧--质量系统在磁场中产生相对运动，在线圈绕组中产生相应的电动势，由引线簧焊接输出，同时在线架中感应了涡电流，此涡电流产生一个与运动相反的阻尼力，即电磁阻尼，使弹簧--质量系统做标准的阻尼振动。
检波器的感生电动势U与地震波的速度V成正比。因此，这种速度型的检波器根据在震波动的状态，就可以反映地质构造的层位状况。
本发明的特征是检波器内工作气隙场是由环形永磁体产生，该磁环的内侧为一个极，外侧为一个极，磁力线在环向径向呈辐射状。本发明的另一特征是检波器内工作气隙场具有高强度均匀磁场，线圈在该磁场内上下运动能够产生低失真的输出电压信号，从而可以提高地震勘探的精度的分辨率。
附图说明
图1是本发明的检波器结构剖视图。
图2是图1的俯视图。
图3是本发明使用的弹簧片的一种实施例。
附图编号
1.密封圈
2.顶盖
201.下伸圆套 202.盘边环形凹部 203.止口状凸起
204，中心通孔 205.密封盖
3.接线柱 4.隔离垫 5.卡簧
6.弹簧片 7.线架
8.内环磁极
801.上凸台 802.下凸台
9.环形永磁铁
10.外壳
101.壳体向内凸出的凸环
11.弹簧片 12.卡簧 13.隔离垫
14.底盖
141.上伸圆套 142.盘边环形凹部 143.上端轴颈
144.中心通孔 145.密封盖
15.位于外环磁铁与内极磁铁之间的环形空隙
16.绕线 17.密封圈
具体实施方式
请参照图1图2，本发明的磁环式地震检波器，包括磁路系统和弹簧--质量系统。
在一具体实施例中，所述磁路系统主要由外环磁铁9、内环磁极8，以及外壳10、顶盖2、底盖14组成：
外壳10呈空心圆套形，其内孔中部有向内突出的高度适当的凸环101，该凸环101上部的外环磁铁10的内孔中装有隔离垫4，该隔离垫4呈空心圆柱形，在凸环101下部的外环磁铁10的内孔中装有隔离垫13，该隔离垫呈有阶梯孔的圆柱形且大阶孔朝上；
内环磁极9呈空心圆套形，装于凸环101的内孔且与凸环101等高，其上、下分别由隔离垫4和13的环边定位；该内环磁极9的内外环面为不同磁极，磁力线在环的径向呈辐射状。
内环磁极8为有上、下凸台801、802的圆柱体，安装于环形永磁铁9的内部，其高度与外环磁铁9等高，其外径与磁铁9的内径间保持一定间隙而构成环形空间15；
上盖2为有下伸圆套201的圆盘形，其盘边上沿有安装密封圈1的环形凹部202，其下伸圆套201端部有止口状的凸起203与内环磁极801的凹部相配，该圆套中心有通孔204，该通孔顶部的凹部装有密封盖205，所述上盖2装于外壳的上部内孔中，其盘边与隔离垫4相接，由外壳10顶部的内缩折边加装密封圈1将上盖2紧固；
下盖14为有上伸圆套141的圆盘形，其盘边下沿有安装密封圈17的环形凹部142，其上伸圆套141的外圆呈阶梯轴形，其上端较细轴颈143与内环磁极8的内孔相配，该圆套中心有通孔144，通孔底部的凹部装有密封盖145，所述下盖14装于外壳10的下部内孔中，其盘边与隔离垫13相接，由外壳10顶部的内缩折边加装密封圈17将下盖14紧固；
在内环磁极8的上凸台801的顶面与上盖止口303的阶面之间装有弹簧片5，在下凸台802的底面与下盖阶梯轴143的阶面之间装弹簧片12，所述弹簧片5、12是由均匀的薄弹性材料制成的三支点式结构，由“弓形”臂连接着内、外环；
在上弹簧片6的上端和下弹簧片11的下端分别装有卡簧5和12，用于弹簧片的定位；
弹簧--质量系统的线架7为空心圆环状，由弹簧片6、11悬挂于环形永磁铁9与内环磁极8之间的环状空间15中；
在线架7的对着外环磁铁9的内凹线槽中缠绕着绕线16，该绕线的两个线头分别连接于线架上的两个接线柱3，该接线柱3通过顶盖2上的绝缘子与外传感器连接。
实施时，所述内、外环磁铁可以用稀土材料制成；
所述内、外环磁铁可以用钕铁硼材料制成；
在所述用稀土材料制成的内外环磁铁的外层镀有锌/镍层；
所述检波器的径向尺寸在甲10--100mm之间，轴向尺寸在10-100mm之间。
所述线架7的绕线槽高度与环形永磁铁9的高度相同且互相对正。
本发明的结构特点：
图1中的检波器包括一个磁路和一个电路系统。磁路系统是由外环磁铁9、内环磁极8、外壳10、顶盖2和底盖14组成。在磁环和铁芯之间的工作气隙中产生均匀磁场。线架7上的线圈(弹簧--质量系统)置于均匀磁场的气隙中，线圈被上下两个弹簧片6、11悬挂于该环形空间，当检波器接受地震能量时，线圈架在磁场中发生相对运动，产生一个与运动速度成正比的电压信号。
电路系统是将线架上的两个线头分别焊到各自的两个接线柱3上。然后用两个引线簧将线架上的两个接线柱和纯铁顶盖上的两个绝缘子，分别焊接构成一个内部闭合电路。线架上的两个接线柱，引线簧是由镀银青铜丝制成，外面镶装聚四氟乙烯绝缘层，顶盖上的两绝缘子是采用可伐丝与玻璃粉烧结成绝缘层形成的。因此，闭合电路中的零件，即使用金属材料制作，也不会发生短路现象。
上、下弹簧片6、11均是由均匀的薄弹性材料制成的三支点式结构，由“弓形”臂连接着内外环，材料通常用薄铍青铜带制作。它的几何图形设计诀窍，使检波器低失真、高假频、高寿命。其最佳设计方案(见图3)已另案申请专利。
检波器的外壳10、内环磁极8、顶盖2、底盖14均由导磁的纯铁材料制造。密封圈1、17(橡胶密封件)将磁系、弹簧--质量系统各部件封装于外壳10和顶盖2、底盖14之内，组成了完整的超级检波器芯体。
本发明使用的永磁材料，具有足够强的磁场强度，并产生足够强的均匀磁场，从而在线圈上可以产生电压输出信号。可以认为，任何具有高矫顽力典型值大于4500奥斯特，剩磁大于7000高斯的磁性材料均可用做产生一个均匀磁场。稀土材料制的磁环性能很好，如钕铁硼磁环。
线圈长度也没有必要与磁环高度相等。
尽管本发明实现了引线簧式检波器，但是，本发明同样适用于接触导电(转芯)式检波器。
Claims (7)
1.一种磁环式地震检波器，包括磁路系统和弹簧--质量系统，其特征在于：
磁路系统由环形永磺铁(9)和纯铁制成的外壳(10)、内环磁极(8)、顶盖(2)、底盖(14)组成，装置于外壳(10)内壁中部的环形永磁铁(9)的内环面和装置于中心的内环磁极(8)的外环面高度相应，该内外环面间有间隔适当距离的环形空隙(15)，该环形永磁铁(9)的内、外环面为不同磁极，环形永磁铁(9)由装于外壳(10)内壁的上、下隔离垫(4)、(13)之间，该上、下隔离垫分别顶触顶盖(2)、底盖(14)的内端面；该内环磁极(8)套装在顶盖(2)和底盖(14)的轴台上；
弹簧--质量系统包括对横向振动干扰有强抑制能力的上、下弹簧片(6)、(11)，线架(7)和装在线架上的绕线(16)，该线架(7)置放于环形永磁铁(9)和内环磁极(8)环面之间的环形空隙(15)中，悬挂于上、下弹簧片上，该上、下弹簧片的材质为均匀的薄弹性材料，其板面由若干不与边沿连通的不连续环槽所分割而呈三点式结构，由“弓”形臂连接着内外环；该上、下弹簧片(6)、(11)夹持于内环磁极(8)与顶盖(2)、底盖(14)的端平面之间，线架(7)上的绕线(16)经接线柱(3)从顶盖(2)的绝缘子中引出；
所述磁路系统、弹簧--质量系统装在由外壳(10)、顶盖(2)、底盖(14)所构成的用上、下密封圈(1)、(17)封闭的内腔中。
2.如权利要求1所述的磁环式地震检波器，其特征在于：所述磁路系统和弹簧--质量系统的的一种结构为：
磁路系统由环形永磁铁(9)、内环磁极(8)，以及外壳(10)、顶盖(2)、底盖(14)组成：
外壳(10)呈空心圆套形，其内孔中部有向内突出的高度适当的凸环(101)，该凸环(101)上部的外壳(10)的内孔中装有隔离垫(4)，该隔离垫(4)呈空心圆柱形，在凸环(101)下部的外壳(10)的内孔中装有隔离垫(13)，该隔离垫呈有阶梯孔的圆柱形且大阶孔朝上；
环形永磁铁(9)呈空心圆套形，装于凸环(101)的内孔且与凸环(101)等高，其上、下分别由隔离垫(4)和(13)的环边定位；
内环磁极(8)为有上、下凸台(801)、(802)的圆柱体，安装于环形永磁铁(9)的内部，其高度与环形状磁铁(9)等高，其外环面与磁铁(9)的内环面之间保持一定间隙而构成环形空间(15)；
上盖(2)为有下伸圆套(201)的圆盘形，其盘边上沿有安装密封圈(1)的环形凹部(202)，其下伸圆套(201)端部有止口状的凸起(203)与内环磁极(801)的凹部相配，该圆套中心有通孔(204)，该通孔顶部的凹部装有密封盖(205)，所述上盖(2)装于外壳的上部内孔中，其盘边与隔离垫(4)相接，由外壳(10)顶部的内缩折边加装密封圈(1)将上盖(2)紧固；
下盖(14为)有上伸圆套(141)的圆盘形，其盘边下沿有安装密封圈(17)的环形凹部(142)，其上伸圆套(141)的外圆呈阶梯轴形，其上端较细轴颈(143)与内环磁极(8)的内孔相配，该圆套中心有通孔(144)，通孔底部的凹部装有密封盖(145)，所述下盖(14)装于外壳(10)的下部内孔中，其盘边与隔离垫(13)相接，由外壳(10)顶部的内缩折边加装密封圈(17)将下盖(14)紧固；
在内环磁极(8)的上凸台(801)的顶面与上盖止口(203)的阶面之间装有弹簧片(6)，在下凸台(802)的底面与下盖阶梯轴(143)的阶面之间装有弹簧片(11)，所述弹簧片(6)、(11)是由均匀的薄弹性材料制成的三支点式结构，由“弓形”臂连接着内、外环；
在上弹簧片(6)的上端和下弹簧片(11)的下端分别装有卡簧(5)和(12)用于弹簧片(6)、(11)的定位；
弹簧--质量系统的线架(7)为空心圆环状，由弹簧片(6)、(11)悬挂于环形永磁铁(9)与内环磁极(8)之间的环状空间(15)中；
在线架(7)的对正环形永磁铁(9)的内凹线槽中缠绕着绕线(16)，该绕线的两个线头分别连接于线架上的两个接线柱(3)，该接线柱(3)通过顶盖(2)上的绝缘子作为信号输出端。
3.如权利要求1所述的磁环式地震检波器，其特征在于：所述内、外环形永磁铁的材质为稀土材料。
4.如权利要求2所述的磁环式地震检波器，其特征在于：所述内、外环形永磁铁的材质为钕铁硼材料。
5.如权利要求2所述的磁环式地震检波器，其特征在于：在所述以稀土材料为材质的环形永磁铁的外层镀有锌/镍层。
6.如权利要求2所述的磁环式地震检波器，其特征在于：所述检波器的径向尺寸在10--100mm之间，轴向尺寸在10-100mm之间。
7.如权利要求1所述的磁环式地震检波器，其特征在于：所述线架(7)的绕线槽高度与环形永磁铁(9)的高度相同且互相对正。
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