CN111465875A - 地震传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于地震勘探的地震传感器，包括外壳体，该外壳体具有中心轴线、第一端部、以及与第一端部相反的第二端部。第一端部包括由透明材料制成的部分，该部分构造成透射频率在电磁波谱的可见或红外范围内的光。另外，地震传感器包括可移动地设置在外壳体中的检验质量块。检验质量块包括电源。此外，地震传感器包括设置在外壳体中并构造成检测外壳体相对于检验质量块的运动的传感器元件。另外，地震传感器包括联接至传感器元件和电源的电子电路。地震传感器还包括光导引组件，其具有与外壳体的第一端部的透明部分相邻的第一端部和与电子电路相邻的第二端部。光导引组件构造成使光在光导引组件的第一端部与透明部分之间沿轴向方向透射，并且使光在光导引组件的第二端部与电子电路之间沿非轴向方向透射。

Description

地震传感器

技术领域

本公开总体上涉及用于执行地震勘测的设备。更具体地，本公开涉及地震传感器或节点(node)。

背景技术

使用地震勘测或反射地震学来绘制地球的地下。受控地震源发出低频地震波，该低频地震波穿过地球的地下。在不同岩石层之间的交界面处，地震波被部分地反射。被反射的波返回至表面，在表面处，该被反射的波被一个或更多个地震传感器检测到。特别地，地震传感器检测并测量由波引起的振动。地震传感器在地表检测到的地面振动可以具有非常宽的动态范围，其中，位移距离范围从几厘米至几埃。分析由地震传感器记录的数据以揭示地下的结构和组成。

常规的地震传感器(例如，地震检波器)通常由浸没在强磁场中的电线圈制成。这些电磁传感器可以构造为动磁体或动线圈类型。在动线圈类型中，磁体固定至壳体，然后被牢固地植入大地中。动电线圈浸没在固定磁体的磁场间隙中，并且线圈通过软弹簧松弛地联接至传感器的外壳体，该软弹簧限制了线圈沿着单个轴线的移动。当线圈相对于固定磁体移动时，线圈逐渐切穿磁通线，从而在线圈的电端子处产生与地面位移(例如振动)的速度成比例的电压和电流。在动线圈类型中，线圈限定响应于地面振动而移动的地震传感器中的质量。

另一种类型的地震传感器依赖于电容来产生电信号。这种地震传感器通常使用微加工的硅构造为微机电系统(MEMS)，其中，金属镀层施加到位于较小的经电镀并被弹簧加载的质量块的相对侧上的相向组件上。与动线圈地震检波器相比，这些MEMS传感器通常具有尺寸小、重量轻的优势。MEMS检验质量块(proof mass)相对于外部固定板的运动产生可变电容，该可变电容作为与传感器位移的加速度成比例的信号而被检测到。

发明内容

本文中公开了用于地震勘测的地震传感器的实施方式。在一个实施方式中，地震传感器包括外壳体，该外壳体具有中心轴线、第一端部、以及与第一端部相反的第二端部。第一端部包括由透明材料制成的部分，该部分构造成透射具有在电磁波谱的可见的或红外范围内的频率的光。另外，地震传感器包括以可移动的方式设置在外壳体中的检验质量块。该检验质量块包括电源。此外，地震传感器包括设置在外壳体中并构造成检测外壳体相对于检验质量块的运动的传感器元件。另外，地震传感器包括联接至传感器元件和电源的电子电路。此外，地震传感器包括光导引组件，该光导引组件具有与外壳体的第一端部的透明部分相邻的第一端部和与电子电路相邻的第二端部。光导引组件构造成使光在光导引组件的第一端部与透明部段之间沿轴向方向透射，并且使光在光导引组件的第二端部与电子电路之间沿非轴向方向透射。

在另一个实施方式中，用于地震勘测的地震传感器包括外壳体，该外壳体具有中心轴线、第一端部、以及与第一端部相反的第二端部。另外，地震传感器包括以可移动的方式设置在外壳体中的检验质量块。检验质量块包括电源和联接至该电源的电子电路。此外，地震传感器包括传感器元件，该传感器元件设置在内腔中并构造成检测外壳体相对于检验质量块的运动。传感器元件联接至电子电路。另外，地震传感器包括构造成将光从电子电路传输至外壳体的光导引组件。光导引组件包括以可固定的方式联接至检验质量块的第一光导引件和以可固定的方式联接至外壳体的第二光导引件。

本文中所述的实施方式包括意在解决与某些现有设备、系统和方法相关的各种缺点的特征和优点的组合。前面已经相当广泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下对本发明的详细描述。通过阅读以下详细描述并参照附图，上述各种特征以及其他特性对本领域技术人员而言将是明显的。本领域技术人员应当理解的是，所公开的概念和特定实施方式可以容易地用作修改或设计其他结构以实现本发明相同目的的基础。本领域技术人员还应当认识到的是，这些等效构造不脱离所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了详细描述本发明的优选实施方式，现在将参照附图，在附图中：

图1是包括多个地震传感器的地震感测系统的示意图；

图2是根据本文中所述原理的地震传感器的实施方式的立体图；

图3是图2的地震传感器的纵向截面图；

图4是图2的端盖的立体端视图；

图5是图2的地震传感器的放大的局部截面图，其出了盖和与外壳体的本体之间的联接；

图6是图3的感应线轴组件的立体图；

图7是图3的承载件的立体侧视图；

图8是图3的承载件的立体侧视图；

图9是图2的地震传感器的放大截面图；

图10是图3的下连接构件和传感器元件的放大立体图；

图11是图2的地震传感器的局部截面立体图；

图12是图3的电池和电路板的立体图；

图13是图3的电池、电路板和一个凸部(tab)的放大立体图；

图14是根据本文中所述原理的地震传感器的实施方式的立体图；

图15是图14的地震传感器的纵向截面图；

图16是图14的地震传感器的俯视立体局部剖视图；

图17是图14的地震传感器的放大的立体局部剖视图；

图18是图14的地震传感器的放大截面图；

图19是图14的地震传感器的放大的立体局部剖视图；

图20是图14的地震传感器的放大截面图；

图21是图16的电池和凸部的立体图；以及

图22是根据本文中所述的原理的凸部的实施方式的俯视图。

具体实施方式

以下讨论针对各种示例性实施方式。然而，本领域技术人员将理解的是，本文中所公开的示例具有广泛的应用，并且对任何实施方式的讨论仅意着是该实施方式的示例，而并不意在暗示包括权利要求的本公开的范围限于该实施方式。

在以下的说明书和权利要求中使用特定术语来指代特定的特征或部件。如本领域技术人员将理解的，不同的人可以使用不同的名称来指代相同的特征或部件。本文献并不意在区分名称不同但功能相同的部件或功能。附图不一定按比例绘制。本文中的某些特征和部件可能按比例放大或以示意性的形式示出，并且出于清楚和简明的目的，常规元件的一些细节可能未示出。

在以下讨论中以及在权利要求中，以开放式方式使用术语“包括”和“包含”，因此术语“包括”和“包含”应当理解为表示“包括但不限于……”。同样，术语“联接”或“与……联接”意在表示间接或直接连接。因此，如果第一设备联接至第二设备，则该连接可以是通过直接连接、或者是通过经由其他设备、部件和连接部的间接连接的。另外，如本文中所使用的，术语“轴向的”和“轴向地”通常是指沿着或平行于中心轴线(例如，本体或端口的中心轴线)，而术语“径向的”和“径向地”通常是指垂直于中心轴线。例如，轴向距离是指沿着或平行于中心轴线测得的距离，并且径向距离是指垂直于中心轴线测得的距离。为了清楚起见，将在说明书和权利要求书中对上或下进行任何参照，其中，“上”、“上部”、“向上”、“下”、“下部”和“向下”是指正常使用中的位置或方向。

现在参照图1，示出了用于勘测地下地层形成51的地震勘测系统50的示意图。如图1中所示，地下51除了层52之外具有相对均匀的成分，该层52例如可以是与地下51的其余部分相比不同类型的岩石。因此，层52可以具有与地下51的其余部分相比不同的密度、弹性速度等。

勘测系统50包括设置在地球的表面56上的地震源54和牢固地联接至表面56的多个地震传感器64、66、68。地震源54产生并输出受控的地震波58、60、62，该地震波58、60、62被向下引导至地下51中并传播通过地下51。通常，地震源54可以是本领域中已知的任何合适的地震源，所述地震源包括但不限于爆炸性地震源、震动源卡车和还被称为桑普卡车(thumper trucks)的加速重物落下系统。例如，桑普卡车可以用重物或“锤”撞击地球的表面56，从而产生作为地震波而传播通过地下51的冲击。

由于层52与地下51的其余部分相比的不同密度和/或弹性速度，地震波58、60、62至少部分地从层52的表面被反射。反射的地震波58’、60’、62’从层52向上传播至表面56，反射的地震波58’、60’、62’在表面56通过地震传感器64、66、68检测到。

地震源54还可以诱发表面界面波57，该表面界面波57通常以相对较慢的速度沿着表面56传播并且与更深的经反射的地震波58’、60’、62’同时被检测到。由于在反射地震波58’、60’、62’的传播期间能量损耗的累积效应比如波阵面(wave front)的几何扩展、界面传输损耗、弱反射系数和传播路径吸收，因此表面界面波57通常具有比反射地震波58’、60’、62’更大的振幅。这些损耗的累积效应在传感器64、66、68记录的各种波形之间的振幅差异可以达到75dB、并且在某些情况下超过100dB。

传感器64、66、68检测各种波57、58’、60’、62’，然后存储和/或发送指示检测到的波57、58’、60’、62’的数据。可以分析该数据以确定有关地下51组成的信息、比如层52的位置。

尽管地震勘测系统50被示出并描述为表面系统或基于陆地系统，但是本文中描述的各实施方式也可以结合过渡区域(例如，沼泽(marsh)或沼泽地(bog lands)、比如陆地与海洋之间的浅水区域)中的地震勘测系统和具有土层形成的地下(例如，地下51)被水层覆盖的海洋地震勘测系统来使用。在基于海洋的系统中，地震传感器(例如，地震传感器64、66、68)可以定位在海床中或海床上、或者替代性地定位在水上或水中。另外，在这种基于海洋的系统中，可以使用替代性类型的地震源(例如，地震源54)，替代性类型的地震源包括但不限于气枪和等离子声源。

现在参照图2和图3，示出了地震传感器100的实施方式。通常，地震传感器100可以用在任何地震勘测系统中。例如，传感器100可以用于图1中示出的以及以上描述的地震勘测系统50的传感器64、66、68中的任何一个或更多个传感器。尽管传感器100可以用于陆地或海洋地震勘测系统中，但是传感器100尤其适合于基于陆地的地震勘测。

在该实施方式中，地震传感器100包括外壳体101、设置在壳体101中的感应线轴组件130、设置在壳体101中的与感应线轴组件130相邻的承载件140、以及设置在壳体101中的并联接至承载件140的传感器元件180。电力源或电源190和电子电路195以可拆卸的方式安装至壳体101内的承载件140。在该实施方式中，电源190是电池，并且电子电路195是电路板(例如，PCB)的形式。因此，电源190也可以称为电池190，并且电子电路195也可以称为电路板195。

仍参照图2和图3，壳体101具有中心或纵向轴线105、第一或上端部101a、第二或下端部101b、以及内室或腔102。如将在下面更详细地描述的，在该实施方式中，端部101a、101b是封闭的并且内腔102被密封并且与传感器100外部的周围环境隔离，从而保护设置在壳体101内的敏感部件免受环境(例如，水、污垢等)影响。

在该实施方式中，壳体101包括大致杯形的本体110和以可固定的方式附接至本体110的倒置杯形盖120。特别地，本体110具有与轴线105同轴地对准的中心或纵向轴线115、第一或上端部110a、以及限定壳体101的下端部101b的第二或下端部110b。此外，本体110包括位于下端部101b处的平坦筒形基部111和从基部111轴向向上延伸至上端部110a的管状套筒112。基部111在下端部110b处封闭套筒112，然而，套筒112和本体110在上端部110a处是敞开的。因此，本体110包括从上端部110a轴向延伸至基部111的接纳部113。接纳部113形成壳体101的内腔102的一部分。如将在下面更详细地描述的，敞开的上端部110a通过盖120被封闭。环形凸缘116在上端部110a处从套筒112径向向外延伸，并且环形的凸起的唇缘或肩部117从基部111轴向向上延伸到腔113中。在该实施方式中，整个本体110(包括基部111、套筒112和凸缘116)经由注射成型制成单个聚碳酸酯件(polycarbonate)。

现在参照图2至图4，盖120具有与轴线105同轴地对准的中心或纵向轴线125、限定壳体101的上端部101a的第一或上端部120a、以及第二或下端部120b。在该实施方式中，盖120具有倒置杯状的总体形状。具体地，盖120包括位于上端部120a处的平坦筒形顶部121和从顶部121轴向向下延伸至下端部120b的管状套筒122。顶部121在上端部120a处封闭套筒122，然而，套筒122和盖120在下端部120b处是敞开的。因此，盖120包括从下端部120b轴向延伸至顶部121的内室或腔123。环形凸缘126在下端部120b附近从套筒122径向向外延伸。另外，长形筒形光导引件127从顶部121轴向向下延伸到腔113中。导引件127同轴地设置在盖120内(例如，导引件127具有与轴线125同轴地对准的中心轴线)并且具有以可固定的方式附接至顶部121的第一或上端部127a和远离顶部121的第二或下端部127b。

如将在下面更详细地描述的，导引件127形成光导引组件的一部分，以通过顶部121经由光的透射将数据无线地传递至电路板195和/或从电路板195无线传递数据。在本文中所述的实施方式中，由光导引组件透射的光具有在电磁波谱的可见或红外范围内的频率(例如，频率为3.0THz至300.0THz并且波长为1.0μm至100μm)。在一个实施方式中，由光导引组件透射的光在电磁波谱的波长为850nm的红外范围内。为了促进光通过导引件127的透射，导引件127由清晰(clear)/透明材料制成，并且为了促进光通过顶部121的透射，光通过顶部121由透明/透明材料制成。在该实施方式中，整个盖120(包括顶部121、套筒122和导引件127)经由注射成型制成单个透明聚碳酸酯件。

如图2和图中3最佳所示，在该实施方式中，连接器128在上端部120a处设置在盖120的外侧上。在该实施方式中，连接器128是孔眼连接器或通孔，绳索、系索、钩、登山扣等可以以可释放的方式附接至连接器128。这可以促进在部署和取回期间承载传感器100和/或使传感器100的位置便于取回。

现在参照图3，盖120以可固定的方式附接至本体110。具体地，盖120与本体110同轴地对准，其中，盖120的下端部120b坐置在本体110的上端部110a内，并且环形凸缘116、126彼此轴向抵接。本体110和盖120的尺寸设定成使得在下端部120b坐置在上端部110a中时，在盖120的下端部120b与本体110的上端部110a之间提供过盈配合。在该实施方式中，本体110和盖120由相同的材料(聚碳酸酯)制成，因此可以超声焊接在一起以将盖120以可固定的方式紧固至本体110。更具体地，分别在端部120b、110a处相应地在相对的套筒122的径向外表面与套筒112的径向内表面之间形成环形超声焊接部W_110-120。焊接部W_110-120在盖120与本体110之间限定环形的主密封件，该环形的主密封件防止了腔113、123与传感器100周围的环境之间的流体连通。在该实施方式中，在盖120与本体110之间设置有辅助或备用的环形密封组件129。密封组件129包括坐置在设置于凸缘126的底部表面中的环形凹部中的O形环密封件。O形环密封件在凸缘116与凸缘126之间轴向被压缩。

现在参照图3和图6，感应线轴组件130用于从传感器100的外部对电池190进行感应充电(例如，无线充电)。在该实施方式中，感应线轴组件130包括筒形的套筒状本体131和绕本体131卷绕的线圈136。线圈136通过电线(未示出)电联接至电路板195，电线能够将电流传递至电路板195，进而在充电操作期间对电池190进行充电。

本体131具有中心轴线135、第一或上端部131a和第二或下端部131b。如图3中最佳所示，组件130设置在盖120内，其中，轴线135、105同轴地对准。如图6中所示，上端部131a是敞开的，而盘状部132延伸横过下端部131b。盘状部132大体上垂直于轴线135定向并且包括中心通孔133。本体131的径向外表面包括在端部131a与端部131b之间轴向延伸的环形凹部134。线圈136坐置在凹部134中，其中，线圈136的匝(turns)在轴向上彼此相邻。一对沿周向方向间隔开的闩锁137和一对沿周向方向间隔开的导引件138从下端部131b轴向向下延伸。闩锁137将线轴组件130以可释放的方式紧固至承载件140，使得组件130不能相对于承载件140旋转或平移地运动，并且导引件138滑动地接合承载件140的内表面，以便于本体131和承载件140在安装组件130期间同轴地对准。在该实施方式中，导引件138沿周向方向均匀地间隔开180°，并且闩锁137均匀地沿周向方向间隔开180°，其中，在每对周向地相邻的闩锁137之间设置一个导引件138。

现在参照图3、图7和图8，承载件140在外壳体110的本体111内以可释放的方式支承传感器元件180、电池190和电路板195，并响应于由地震波引起的振动在传感器元件180上操作。在该实施方式中，承载件140具有中央或纵向轴线145、靠近本体111的上端部111a的第一或上端部140a、以及抵靠本体110的肩部117坐置的第二或下端部140b。如图3中最佳所示，承载件140设置在本体110内，其中，轴线145、105同轴地对准。

现在参照图7和图8，在该实施方式中，承载件140包括位于上端部140a处的上连接构件150、位于下端部140b处的下连接构件160、和轴向定位在构件150、160之间的电池保持件170。长形上柱141将上连接构件150联接至电池保持件170，并且长形下柱142将下连接构件160联接至电池保持件170。因此，柱141轴向定位在电池保持件170与上连接构件150之间，并且柱142轴向地定位在电池保持件170与下连接构件160之间。在该实施方式中，连接构件150、160、保持件170以及柱141、142与壳体101同心地设置并与壳体101同轴地对准。另外，在该实施方式中，连接构件150、160、保持件170以及柱141、142一体地形成为整体件。具体地，在该实施方式中，整个承载件140通过注射成型为单个透明聚碳酸酯件而制成一个整体件。

上连接构件150具有限定承载件140的上端部140a的第一或上端部150a和与端部150a相反的第二或下端部150b。另外，上连接构件150包括在端部150a与端部150b之间轴向延伸的环形本体151、在下端部150b处安装至本体151的挠曲或偏置构件152、以及在下端部150b处从本体151径向地向外延伸的大体环形的安装凸缘153。一对沿周向方向均匀间隔开的通孔154径向地延伸穿过本体151。感应线轴组件130的导引件138设置成(例如，尺寸和位置设定成)在上端部150a处滑动地接合套筒151的内表面，同时闩锁137以可释放的方式接合孔154，从而将组件130与连接构件150对准并连接组件130与连接构件150。

再次参照图7和图8，安装凸缘153从本体151径向地向外延伸。在该实施方式中，凸缘153不是连续的环形凸缘，而是包括多个周向地延伸区段153a。每个区段153a具有径向外部的筒形表面153b，该径向外部的筒形表面153b是以与本体110的套筒112的内表面基本相同的半径设置的。具体地，区段153a的筒形表面153b在上端部110a附近以可固定的方式紧固至套筒112，如图3中所示。通常，区段153a可以通过本领域已知的任何合适的方式紧固至套筒112，所述方式包括但不限于粘合剂、过盈配合、焊接连接等。在该实施方式中，上连接构件150和壳体110由聚碳酸酯制成，因此，区段153a沿着表面153b被超声焊接至套筒112。

地震传感器100可以设置有电磁屏蔽件。电磁屏蔽件在本领域中是已知的，并且可以使传感器的部件免受传感器外部的射频信号的干扰，否则该射频信号可能会干扰部件的操作。

现在参照图3、图5和图7，偏置构件152是响应于外壳体101相对于电池保持件170及安装至电池保持件170的部件(例如，电池190和电路板195)的相对运动而挠曲和弹性变形的具有弹性的、挠性元件。在该实施方式中，偏置构件152包括环形盘状部或凸缘156，该环形盘状部或凸缘156包括均匀地沿周向方向间隔开的多个贯通切口(cut)或槽157。每个槽157沿轴向方向延伸穿过盘状部156。另外，每个槽157从靠近盘状部156的中心的径向内端部和靠近本体151的径向外端部径向向外螺旋地运动。在该实施方式中，设置了三个槽157，槽157的每对周向相邻的内端部绕轴线145成角度地间隔开120°，槽157的每对周向相邻的外端部绕轴线145成角度地间隔开120°，并且每个槽157沿着绕轴线145在槽的端部之间测得的约180°的螺旋角延伸。如本文中所使用的，术语“螺旋角”是指绕轴线在物体的末端部之间测得的角度(例如，绕轴线145在槽157的端部之间测得的角度)。槽157的径向内端部与盘状部156的中心和轴线145径向地间隔开。因此，盘状部156的中央部分在盘状部156上提供了实心区域，柱141的上端部以固定的方式紧固至该实心区域。

偏置构件152将电池保持件170和安装至电池保持件170的部件径向地偏置至与壳体101径向地间隔开的中央或同心位置，但是基本上不支承或承担电池保持件170和安装至电池保持件170的部件的重量。因此，偏置构件152屈服于电池保持件170和安装至电池保持件170的部件的重量。具体地，盘状部156是通常抵抗挠曲和弯曲的半刚性结构。然而，螺旋槽157的存在增强了盘状部156在槽157设置所沿的区域(例如，径向地定位在柱141与区段153a之间的区域)中的挠性，从而允许该区域在轴向方向上(向上和向下)相当容易地挠曲。螺旋槽157还增强了盘状部156在径向方向上的挠性。然而，螺旋槽157不允许盘状部156在径向上容易地挠曲。由于偏置构件152在轴向方向上的相对较高程度的挠性，因此当通过柱141将轴向载荷施加至偏置构件152时，槽157通常允许盘状部156的中央部分相对于区段153a自由地沿轴向方向向上和向下运动。然而，由于在径向方向上的较为受限制的挠性，因此当通过柱141将径向载荷施加至偏置构件152时，槽157通常抵抗盘状部156的中央部分相对于区段153a径向地运动，并且由于盘状部156的中央部分确实在径向方向上移动的范围有限，盘状部156使中央部分和柱141偏置回到与轴线105、145同轴地对准。

如图3和图8中最佳所示，在该实施方式中，长形弯曲L形光导引件143联接至上连接构件150。光导引件143具有靠近电路板195的第一端部143a、靠近光导引件127的下端部127b的第二端部143b、从端部143a径向地延伸的第一或水平部分144a、从端部143b轴向延伸的第二或竖向部分144b、以及在部分144a与部分144b之间延伸的90°弯曲部或弯折部。竖向部分144b延伸穿过偏置构件152的盘状部156的中心和线轴组件130的通孔133，并且与光导引件127和壳体101同轴地对准。类似于光导引件127，为了促进光的透射，导引件143由透明/透明材料、比如透明聚碳酸酯制成。如将在下面更详细地描述的，光导引件127、143形成光导引组件，该光导引组件通过顶部121将数据无线地传输至电路板195/从电路板195无线地传输数据。间隙Gg轴向地定位在端部127b与端部143b之间，以允许光导引件127与光导引件143之间的轴向相对运动。间隙Gg具有在端部127b与端部143b之间轴向测得的高度，该高度优选地被最小化以减少在光在光导引件127、143之间透射横跨间隙Gg的损失，同时允许光导引件127、143之间足够的相对轴向运动，如下面将更详细地描述的。在该实施方式中，光导引件127、143的相对轴向运动为大约10.0微米，因此，间隙Gg优选地为至少10微米。

现在参照图3和图7至图10，下连接构件160包括环形安装凸缘161和安装至凸缘156的挠曲或偏置构件162。在该实施方式中，凸缘161不是连续的环形凸缘，而是包括多个周向延伸区段161a。每个区段161a具有以与本体110的套筒112的内表面基本上相同的半径设置的径向外部的筒形表面161b。具体地，区段161a的筒形表面161b靠近下端部110b以可固定的方式紧固至套筒112，如图9中所示。通常，区段161a可以通过本领域中已知的任何合适的方式紧固至套筒112，本领域中已知的任何合适的方式包括但不限于粘合剂、过盈配合、焊接连接等。在该实施方式中，下连接构件160和壳体110由聚碳酸酯制成，因此，区段161a沿着表面161b超声焊接至套筒112。如图8和图10中最佳示出的，凸缘161包括一对沿周向方向间隔开的弹性指状部163，所述一对沿周向方向间隔开的弹性指状部163可以径向地向外弯曲以将传感器元件180定位在凸缘156内，然后被允许径向地向内弹起以将传感器元件180在凸缘161内保持在期望位置中。

现在参照图7至图9，偏置构件162类似于先前所描述的偏置构件152。具体地，偏置构件162响应于外壳体101相对于电池保持件170和安装至电池保持件170的部件(例如，电池190和电路板195)的相对运动而挠曲并弹性变形。另外，偏置构件162包括如前所述的环形盘状部或凸缘156。柱142的下端部以可固定的方式紧固至偏置构件162的盘状部156的实心中央区域。然而，在该实施方式中，偏置构件162包括半球形的偏转诱发器或按钮164以及从盘状部156的底部轴向地延伸的环形支承脊或唇缘166。按钮164位于盘状部156的中央，并且唇缘166与盘状部156同轴地对准。此外，唇缘166径向地定位在槽157与安装凸缘161之间。按钮164和唇缘166延伸从盘状部156的底部轴向测得的相同的距离。

现在参照图9和图10，传感器元件180是抵靠着按钮164和唇缘166坐置在安装凸缘161内的平坦的盘状部——按钮164的梢端与传感器元件180的上表面的中心接合并且唇缘166与传感器元件180的上表面的径向外周缘接合。指状部163保持传感器元件180在凸缘161内抵靠按钮164和唇缘166。如图9中最佳所示，本体110的肩部117以与唇缘166相同的半径设置并与传感器元件180的与唇缘166轴向相对的下表面的径向外周缘接合。因此，传感器元件180的外周缘被压缩并在肩部117与唇缘166之间固定就位。

以与先前描述的偏置构件152相同的方式，偏置构件162将电池保持件170和安装至电池保持件170的部件径向地偏置至与壳体101径向地间隔开的中央或同心位置，但是基本上不支承或承担电池保持件170及安装至电池保持件170的部件的重量。因此，偏置构件162屈服于电池保持件170和安装至电池保持件170的部件的重量。由于偏置构件162在轴向方向上的相对较高程度的挠性，因此当通过柱142将轴向载荷施加至偏置构件162时，槽157通常允许盘状部156的中央部分相对于区段153a自由地沿轴向方向向上和向下运动。然而，由于在径向方向上的较为受限制的挠性，因此当通过柱142将径向载荷施加至偏置构件162时，槽157通常抵抗盘状部156的中央部分相对于区段161a径向地运动，并且由于盘状部156的中央部分确实在径向方向上移动的范围有限，盘状部156使中央部分和柱142偏置回到与轴线105、145同轴地对准。

环形凸缘153、161以可固定的方式紧固至外壳体101，并且柱141、142将电池保持件170分别联接至偏置构件152、162。因此，电池保持件170和安装至电池保持件170的部件的重量导致偏置构件152、162在轴向方向上挠曲和屈服，从而使按钮164的梢端与传感器元件180的中心相接触并且将电池保持件170和安装至电池保持件170的部件的大致所有重量转移至传感器元件180的中心(经由按钮164)。

如图9中最佳所示，按钮164的梢端接触传感器元件180的中心，并将电池保持件170和安装至电池保持件170的部件的重量转移至传感器元件180，其中，外壳体101和电池保持件170静置(例如，外壳体101与电池保持件170之间没有相对运动)。传感器元件180的外周缘被限制在唇缘166与肩部117之间，因此，当按钮164在电池保持件170和安装至电池保持件170的部件的重量作用下抵靠传感器元件180时，传感器元件180的外周缘相对于壳体101是静态的。

再次参照图7和图8，电池保持件170具有第一或上端部170a和第二或下端部170b。另外，电池保持件170包括设置在上端部170a处的第一或上壁171、设置在下端部170b处的第二或下壁172、以及在壁171与壁172之间轴向延伸的半筒形体173。每个壁171、172是环形板或盘状部，该环形板或盘状部包括从盘状部的径向外边缘径向地向内延伸的矩形凹部174。壁171、172的凹部174在周向方向上对准并且尺寸设定成将电路板195接纳在该凹部174中，如图11中所示。如图3中最佳所示，每个壁171、172具有小于外壳体101的内径的外径。因此，间隙Gr径向地定位在每个壁171、172与外壳体101之间。每个间隙Gr具有在壁171、172与外壳体101之间径向地测得的宽度。在本文中所述的实施方式中，每个间隙Gr的径向宽度优选地大于0.0mm(例如，非零)且小于2.0mm、并且更优选地大于0.0mm且小于1.0mm，其中，电池保持件170同心地设置在外壳体101中。间隙Gr允许外壳体101在偏置构件152、162的盘状部156发生挠曲时相对于电池保持件170径向和横向运动，但是限制这种径向和横向运动的最大值。因此，壁171、172用作径向运动限制器或止挡件——电池保持件180可以在壳体101内径向运动直到壁171、172径向地接触壳体101为止。

再次参照图7和图8，一对在周向方向上均匀间隔开的柱176从每个壁171、172的径向外周缘轴向延伸。上壁171的柱176朝向偏置构件152轴向地向上延伸，并且壁172的柱176朝向偏置构件162轴向地向下延伸。然而，柱176的末端部与在轴向方向上相邻的偏置构件152、162轴向地间隔开。因此，在每个柱176的末端部与在轴向方向上相邻的偏置构件152、162之间轴向地定位有间隙Ga。每个间隙Ga具有在每个柱176的末端部与在轴向方向上相邻的偏置构件152、162之间在轴向方向上测得的高度。在本文中所述的实施方式中，每个间隙Ga的轴向高度在电池保持件170处于外壳体101中的中性位置的情况下优选地为约10.0微米。如将在下面更详细地描述的，间隙Ga允许外壳体101在偏置构件152、162的盘状部156发生挠曲时相对于电池保持件170轴向运动，但是将最大相对轴向运动限制为与间隙Ga的尺寸相对应的距离。因此，柱176用作轴向运动限制器或止挡件——外壳体101可以相对于电池保持件170轴向地向下运动直到偏置构件152接触从上壁171延伸的柱176为止，并且外壳体101可以相对于电池保持件170轴向地向上运动直到偏置构件162接触从下壁172延伸的柱176为止。当从壁171延伸的柱176轴向地抵接偏置构件152时，导引件127的端部127b与导引件143的端部143b之间的间隙Gg的最小轴向高度分别大于零，从而防止端部127b、143b彼此接触。

现在参照图7、图8和图11，本体173具有在壁171、172之间轴向延伸的侧向侧部173a、173b和在侧部173a与侧部173b之间沿周向方向延伸的半筒形径向内表面177。表面177限定接纳部178，接纳部178的尺寸和形状设定成以可移除的方式接纳电池190。接纳部178的与表面177径向相对的开口与壁171、172的矩形凹部174周向对准。肩部179a沿着表面177设置并从表面177径向向内延伸。肩部179a轴向地定位在壁172附近并在侧部173a与侧部173b之间周向地延伸。沿着每个侧部173a、173b设置有多个轴向地间隔开的凸部179b。凸部179b从侧部173a、173b周向地延伸。如图11中最佳所示的，电池190抵靠表面177坐置在接纳部178中，并且轴向地定位在壁171与肩部179a之间，这限制和/或防止电池190相对于保持件170的轴向运动。为了容许电池190的热膨胀并考虑到公差(例如，电池190的长度的公差)，壁171与肩部179a之间的轴向距离优选地大于电池190的长度并且比电池190的长度大不多于2.0mm、并且更优选地比电池190的长度大不多于1.0mm，甚至更优选地比电池190的长度大了约0.5mm。凸部179b围绕电池190沿周向方向延伸，从而将电池190保持在接纳部178内。凸部179b是弹性构件，该弹性构件在从接纳部178插入或取出电池190期间可以径向向外弯曲以使电池190在凸部179b之间穿过。

现在参照图7至图11，如先前所述，传感器元件180是设置在凸缘161内的平坦盘状部，其中，按钮164和唇缘166接触元件180的上表面并且肩部117和指状部163接触元件180的下表面。元件180的径向外周缘通常保持相对于外壳体101是静置的，然而，元件180的中央部分承受电池保持件170和安装至电池保持件170的部件的重量，并且还可以通过按钮164被偏转。在该实施方式中，传感器元件180由金属(例如，黄铜)盘状部制成，该金属盘状部具有设置在该金属盘状部上的一层或更多层压电陶瓷材料(例如，锆钛酸铅(PZT))。当由于变形或偏转而对传感器元件180施加机械应力时，压电陶瓷材料产生电势(压电效应)。传感器元件180通过电线电联接至电路板195，使得由压电陶瓷材料产生的电势由容纳在电路板195上的电子器件检测并测量并存储在电路板195上的存储器中。

现在参照图12和图13，电池190具有筒形形状，并通过一对凸部191联接至电路板195。具体地，凸部191设置在电池190的端部处并焊接至电池190。凸部191由金属(例如，镀镍的不锈钢或镀镍的钢)制成，并且提供电池190与电路板之间的物理联接和电连接两者。因此，凸部191使电池190能够在地震勘测操作期间向电路板195以及由板195的部件所执行的各种功能提供电力，并且使板195能够在感应充电操作期间向电池190提供电力。

在该实施方式中，每个凸部191是相同的。更具体地，每个凸部191由相对较薄的金属片材形成。片材被冲压然后弯曲成使得每个凸部191包括大致平坦的基部192、从基部192的侧向侧部垂直地延伸的一对支承部193、以及从每个支承部193延伸的叉状部194。每个基部192定位成与电池190的相应端部贴合并焊接至该相应端部。每个凸部191的叉状部194延伸穿过电路板195并焊接至电路板195。

现在参照图3和图11，电池190和电路板195以可固定的方式与凸部191联接，然后通过将电池190坐置在如前所述的接纳部178中，该组件以可释放的方式联接至电池保持件170，其中，电路板195与凹部174周向地对准。因此，当电池190设置在接纳部178中时，板195的端部设置在凹部174中。将电路板195定位在凹部174内使板195远离壳体101而间隔开，从而减小电路板无意间与壳体101接触或摩擦的可能性。另外，凹部174的侧向侧部防止电路板195和联接至电路板195的电池190相对于承载件140旋转。

在该实施方式中，电池190与承载件140和壳体101同轴地对准。如下面将更详细描述的，在地震勘测操作期间，外壳体101和连接构件150、160响应于由地震波引起的振动而相对于电池190、电路板195和电池保持件170轴向地往复运动。因此，在该实施方式中，电池190、板195和电池保持件170共同限定传感器100的检验质量块。凸部191设计并构造成提供足够的刚度和强度，以防止电池190和电路板195相对于彼此轴向运动。特别地，基部192通常垂直于轴线105、145定向。由于基部192在轴向方向上相对较薄，因此基部192可能易于在轴向方向上挠曲。然而，支承件193垂直于相应的基部192(例如，平行于轴线105、145)定向，因此增强了基部192在轴向方向上的刚性和强度，从而限制和/或防止基部192挠曲。

电路板195包括传感器100的电子电路。该电子电路联接至传感器元件180，并且设置成例如通过放大、数字采样、发送和/或存储传感器元件180的输出来处理传感器元件180的输出。另外，LED196和光电二极管197安装至电路板195并且联接至电子电路。LED 196和光电二极管197彼此相邻地定位在电路板195的紧邻光导引件143的端部143a的面部上。顶部121、光导引件127、143、LED 196和光电二极管197一起使数据能够向电路板195/从电路板195进行双向通信。具体地，传感器100外部的设备可以经由光从外部设备通过顶部121和导引件127至端部127b、从端部127b横穿间隙Gg至端部143b、通过导引件143至端部143a、并且横穿端部143a与光电二极管197之间的间隙至光电二极管的传输而与电路板195进行无线通信；并且电路板195可以经由光从LED 196横穿LED196与端部143a之间的间隙进入导引件143a中、通过导引件143至端部143b、从端部143b横穿间隙Gg至端部127b、并且通过导引件127和顶部121至外部设备而与外部设备进行无线通信。

在地震勘测期间，多个传感器100放置在地球表面上或地球表面中(例如，代替系统50中的传感器64、66、68)。每个传感器100可以例如附接至被推到地球中的钉状件。替代性地，整个传感器100可以被掩埋、或者位于井眼中的一深度处。不管传感器100如何联接至地球，每个传感器100优选地被定位成具有沿大体竖向方向定向的轴线105。偏置构件152、162在检验质量块的重量(例如电池190、板195和电池保持件170的组件的重量)的作用下挠曲，从而经由按钮164将检验质量块的重量传递至传感器元件180。

压缩地震波的到来导致外壳体101和以可固定的方式联接至外壳体101的部件(例如，线轴组件130、上连接构件150的本体151和安装凸缘153、以及下连接构件160的安装凸缘161)在大致竖向方向上运动并往复运动。外壳体101内的检验质量块的惯性(例如，电池190、板195和电池保持件170的组件)使检验质量块抵抗随外壳体101的位移而运动，因此存在外壳体101相对于检验质量块的轴向运动，如通过使偏置构件152、162、壁171、172和柱176所允许的。该运动引起偏置构件152、162挠曲或偏转。按钮164在传感器100静置和接收地震波期间抵靠传感器元件180。因此，偏置构件152、162的偏转改变了通过按钮164施加至感测元件180的负载。外壳体101相对于检验质量块的轴向往复运动通常随着压缩地震波横穿传感器100而继续。

在外壳体101相对于检验质量块的轴向往复运动期间，传感器元件180被按钮164周期性地偏转。如前所述，当由于通过按钮164引起的变形或偏转而对传感器元件180施加机械应力时，压电陶瓷材料产生电势(压电效应)。电势经由电线连接至电路板195，电势在电路板195处被检测到，并且电势可以作为地震振动幅度的度量被采样并存储在存储器中。如前所述，存储在电路板195上的存储器中的数据经由LED 196、光导引件27、143和顶部121传送至外部设备，以进行进一步的考虑和分析。

如上所述，电路板195形成检验质量块的一部分，外壳体101在地震勘测期间相对于检验质量块轴向地运动。因此，外壳体101相对于电路板195的LED 196和光电二极管197轴向地移动。包括光导引件127、143的两部分式光导引组件允许用于向/从电路板195进行双向通信，尽管外壳体101相对于检验质量块、相关的LED 196、以及光电二极管197进行相对轴向运动。特别地，当光导引件127与外壳体101轴向运动并且光导引件143与柱141轴向运动时，间隙Gg允许光导引件127、143相对于彼此轴向地运动。因此，在外壳体101相对于检验质量块的相对轴向运动期间，端部143a保持与LED 196和光电二极管197对准。导引件127、导引件143的部分144b、和外壳体101(包括盖120)的同轴地对准确保端部127b、141b的对准并且在尽管存在相对轴向移动的情况下也能够使光透射通过导引件127、143。另外，导引件127和导引件143的部分144b与盖120的中心同轴地对准，使得光能够透射通过导引件127、143和盖120，而与盖120相对于承载件140的旋转取向无关。应当理解的是，L形的光导引件143使得能够分别向/从光电二极管197和LED 196传输光，同时确保盖120、导引件127和部分144b的同轴和居中对准，其中，光电二极管197和LED 196通常面向径向方向(通常面向轴线105)。在本文中所描述的实施方式中，光导引组件依赖于经由如本领域中已知的全内反射(TIR)的光透射。不受该理论或任何特定理论的限制，对于本文中所述的由透明聚碳酸酯制成的光导引组件，以小于约43°的角度入射在光导引组件的内壁上的光被内部反射。然而，应当理解的是，导致内部反射的入射角可能取决于多种因素，所述多种因素包括光导引组件的材料。

如前所述，偏置构件152、162允许检验质量块相对于外壳体101的大致自由的相对轴向运动。在静置位置，按钮164接合传感器元件180，并且，传感器元件180又支承电池190的大部分或基本上全部重量。因此，传感器元件180在检验质量块处于静置位置的情况下承受应力。外壳体101相对于检验质量块的轴向往复运动使传感器元件180承受增加和减小程度的应力。传感器元件180所经受的应力变化被用于检测和测量地震波。然而，应当理解的是，传感器元件180的陶瓷材料可能被过度的应力损坏。因此，限制外壳体101相对于检验质量块的最大轴向运动，以保护传感器元件180并防止传感器元件180受到过大的应力。在上文示出和描述的传感器100的实施方式中，外壳体101相对于检验质量的最大轴向运动由柱176控制和限制，如前所述。另外，如前所述，偏置构件152、162将检验质量块偏置至与外壳体101同轴地对准的中央位置。结果，检验质量块与外壳体101径向地间隔开，并且通常被限制相对于外壳体101径向运动。因此，外壳体101相对于检验质量块的运动主要在轴向方向上，并且此外，检验质量块不会抑制或干扰外壳体101的轴向运动。应当理解的是，间隙Gr还限制外壳体101与检验质量块之间的相对径向运动，以确保主要的轴向运动。

尽管在传感器100的该实施方式中，采用具有螺旋几何形状的槽157来增强盘状部156和偏置构件152、162在轴向方向上的挠性，但是在其他实施方式中，可以使用不同的方法来增强盘状部的挠性。例如，可以采用具有不同几何形状的槽(例如，与螺旋槽相反的径向延伸的槽)。作为另一示例，每个偏置构件的盘状部(例如，每个偏置构件152、162的盘状部156)包括在盘状部的外周缘与盘状部的中央部分之间延伸的径向延伸的辐部或桥接件，从而在盘状部中于每对相邻的辐部之间的产生多个沿周向方向间隔开的扇形槽(pieshaped slot)。作为又一个示例，可以使用不同的材料来形成盘状部，或者可以改变盘状部的厚度或几何形状(例如，较薄的盘状部)等。如本文中所使用的，术语“槽”通常可以用来指代切口或孔，因此，除非明确说明，否则术语“槽”不应当解释为是指切口或孔的特定几何形状。

现在将结合图14至图21来描述地震传感器200的第二实施方式。在第二实施方式中，电池与电子电路之间的电连接是有弹性的，并且起到与前述偏置构件152、162相似的作用。通常，地震传感器200可以用于任何地震勘测系统中。例如，传感器200可以用于图1中所示和上面所描述的地震勘测系统50的传感器64、66、68中的任何一个或更多个传感器。尽管传感器200可以用在陆地地震勘测系统、过渡带地震勘测系统或海洋地震勘测系统中，但是传感器200特别适合于陆基地震勘测和过渡带地震勘测系统。

现在参照图14至图16，在该实施方式中，地震传感器200包括外壳体201、设置在壳体201中的感应线轴组件230、设置在壳体201中的承载件240、以及设置在壳体201内并联接至承载件240的传感器元件180。电子电路195在壳体201内以可固定的方式安装至承载件240，然而，电池190构造成相对于壳体201、承载件240和电路195轴向地移动。传感器元件180、电池190、以及传感器200的电路195与先前关于传感器100所描述的相同。因此，电子电路195呈电路板(例如，PCB)的形式。

壳体201与前述壳体101基本相同。特别地，壳体201具有中心或纵向轴线205、第一或上端部201a、第二或下端部201b以及内室或腔202。端部201a、201b是封闭的并且内腔室202是密封的并与传感器200外部的周围环境密封和隔离，从而保护设置在壳体201内的敏感部件不受环境(例如水，污垢等)的影响。另外，壳体201包括大致杯状的本体210和以可固定的方式附接至本体210的倒置杯状的盖220。

本体210具有与轴线205同轴地对准的中心或纵向轴线215、第一或上端部210a、和限定壳体201的下端部201b的第二或下端部210b。另外，本体210包括位于下端部210b处的基部21和从基部211轴向向上延伸至上端部110a的管状套筒212。基部211在下端部210b处封闭套筒212，然而，套筒212和本体210在上端部210a处是敞开的。结果，本体210包括从上端部210a轴向地延伸至基部211的接纳部213。接纳部213形成壳体201的内腔202的一部分。如图15和图19中最佳所示，在接纳部213的轴向邻近基部211的下端部处，本体210包括与套筒212径向地相邻的环形面向上方的平坦肩部214和同心地定位在肩部214内的面向上方的圆形平坦表面216。沿着肩部214的一部分设置凹部217。如下面将更详细描述的，敞开的上端部210a通过盖220封闭。

在该实施方式中，外壳体201的本体210包括一对连接器218a、218b。连接器218a设置在基部211上，并且连接器218b沿着套筒212设置。连接器218a包括径向地延伸穿过连接器218a的矩形通孔219a和从下端部210b轴向地延伸至通孔219a的孔219b。孔219b是内部带螺纹的，并且以可螺纹接合的方式接纳用于将传感器200紧固至地面的钉状件的外部带螺纹的端部。通孔219a使绳索等能够附接至传感器200以用于存储或调用。特别地，绳索可以被双重折叠并插入穿过孔219a。因此，孔219a具有是绳索直径的至少两倍的宽度。然后，将由折叠的绳索的延伸穿过孔219a的部分形成的环放置在传感器200周围。通过这种方式，可以将多个传感器200联接至单个绳索，而无需侧绳索、钩或可以使操作多个传感器复杂化的其他机制。

连接器218b靠近上端部201a沿着套筒212的外部设置。通常，连接器218b提供用于在部署和收回期间处理传感器200的替代性手段。在该实施方式中，连接器218b是孔眼连接器或通孔，绳索、挂绳、钩、登山扣等可以以可释放的方式附接至该孔眼连接器或通孔。也可以以类似于通孔219a的方式使用连接器218b，从而允许将绳索双重折叠并插入穿过连接器218b的孔。因此，连接器218a的孔具有是绳索直径的至少两倍的宽度。然后，由折叠的绳索的延伸穿过连接器218b的孔的部分所形成的环放置在传感器200的周围。通过这种方式，可以将多个传感器200联接至单个绳索，而无需侧绳索、钩或可以使操作多个传感器复杂化的其他机制。在该实施方式中，整个本体110(包括基部2 1和套筒212)是通过注射成型制成的。

仍参照图14至图16，盖220具有与轴线205同轴地对准的中心或纵向轴线225、限定壳体201的上端部201a的第一或上端部220a、以及第二或下端部220b。在该实施方式中，盖220具有倒置杯的总体形状。具体地，盖220包括位于上端部220a处的平坦筒形顶部221和从顶部221轴向地向下延伸至下端部220b的管状套筒222。顶部221在上端部220a处封闭套筒222，然而，套筒222和盖220在下端部220b处是敞开的。结果，盖220包括从下端部220b轴向地延伸至顶部221的内室或腔223。环形凸缘226靠近下端部220b从套筒222径向地向外延伸。沿着凸缘226的底部表面设置有环形凹部227。

如图15和图16中最佳所示，盖220以可固定的方式附接至本体210。具体地，盖220与本体210同轴地对准，其中，盖220的下端部220b坐置在本体210的上端部210a内，并且本体210的上端部210a坐置在凸缘226的环形凹部227内。本体210和盖220的尺寸设定成使得在盖220的下端部220b与本体210的上端部210a之间提供过盈配合，并且在本体210的上端部210a与凹部227之间提供过盈配合。在该实施方式中，本体210和盖220是由相同的材料(聚碳酸酯)制成的，因此本体210和盖220可以超声焊接在一起从而将盖220以可固定的方式紧固至本体210。更具体地，在套筒222、212分别在端部220b、210a处的相对的径向外表面与径向内表面之间形成环形的超声波焊接部W_210-220。焊接部W_210-220限定位于在盖220与本体210之间的环形密封部，该环形密封部防止腔213、223与传感器200周围的环境之间的流体连通。

仍参照图15和图16，感应线轴组件230用于从传感器100的外部对电池190进行感应充电(例如，无线充电)。在该实施方式中，线轴组件230与前述的感应线轴组件130基本相同，除了线轴组件230不包括闩锁137或导引件138。因此，线轴组件230包括环形本体131和绕本体131卷绕的线圈136。本体131绕承载件240的上部设置。线圈136通过电线(未示出)电联接至电路板195，该电线使电流能够传输至电路板195，从而在充电操作期间对电池190进行充电。

在该实施方式中，承载件240将电路板195和光导引件228支承在外壳体210的本体211内，此外，承载件240响应于由地震波引起的振动而在传感器元件180上操作。然而，与先前描述的传感器100不同，在该实施方式中，电池190以可移动的方式设置在承载件240内。具体地，承载件240、电路板195和光导引件228以可固定的方式联接至外壳体201，并且相对于外壳体210不移动，然而，电池190以可移动的方式联接至承载件240，因此，电池190可以相对于承载件240、电路板195、光导引件228和外壳体201轴向地移动。

如图15和图16中最佳所示，承载件240具有与轴线205同轴地对准的中心或纵向轴线245、延伸穿过感应线轴组件230的第一或上端部240a、轴向邻近基部211的第二或下端部240b、以及从上端部240a轴向延伸至下端部240b的径向外表面241。外表面241在端部240a与端部240b之间滑动地接合外壳体201的内部。具体地，外表面241包括靠近上端部240a的第一筒形表面241、与表面241a轴向地相邻的第二筒形表面241b、以及与表面241b轴向相邻且从下端部240b轴向延伸的第三筒形表面241c。因此，筒形表面241b轴向地定位在表面241a与表面241c之间。表面241a、241b、241c以不同的半径设置——表面241a以小于表面241b的半径设置，并且表面241b以小于表面241c的半径设置。因此，面向上方的平坦环形肩部在每对轴向相邻的表面241a、241b、241c之间径向延伸。表面241a延伸穿过本体131的筒形内表面并滑动接合本体131的筒形内表面，表面241b设置在盖220的筒形内表面内并滑动接合盖220的筒形内表面，并且表面241c设置在套筒212的筒形内表面内并滑动接合套筒212的筒形内表面。这些表面的径向接合防止承载件240相对于外壳体201径向或横向运动。在该实施方式中，套筒212的筒形内表面包括一对轴向延伸花键，所述一对轴向延伸的花键与设置在外表面241c上的相应的一对配合的轴向延伸凹部滑动地接合。这些配合花键和凹部的接合防止承载件240相对于外壳体201绕轴线205旋转。

尽管外表面241的表面241a、241b、241c被描述为筒形，但是应当理解的是，承载件240的外表面241可以包括腔或凹部(例如，以减轻承载件240的重量，从而便于通过注射成型等方式来制造承载件240)。另外，外表面241包括从上端部240a轴向地延伸至下端部240b的平坦表面242。平坦表面242平行于轴线245定向、径向地偏离于轴线245、并且提供可以安装电路板195的面部。尽管前面所述，但是外表面241在超过绕轴线205测得的至少180°的角距离上与盖211、套筒212和本体131中的一者滑动接合，从而防止承载件240相对于外壳体201径向地和侧向地运动。

承载件240具有与腔223的轴向长度基本相同的轴向长度。因此，上端部240a接合盖220的顶部221，并且下端部240b抵靠感测盘状部180安置，该感测盘状部180又由肩部214支承。更具体地，承载件240在盖220与外壳体210之间被轴向地压缩。结果，承载件240不能相对于外壳体201轴向地运动。

仍参照图15和图16，承载件240包括从外表面241、并且特别地从平坦表面242径向地向内延伸的凹部或凹穴244。凹穴244由上端部表面246、下端部表面247和在端部表面246、247之间轴向延伸的筒形表面248。电池190设置在凹穴244内但是不接触承载件240。具体地，凹穴244的尺寸大于电池190的尺寸(例如，表面248的半径大于电池190的外径，并且端部表面246、247之间的轴向距离大于电池190的长度)。在该实施方式中，电池190定向成平行于轴线205、245，但是略微径向地偏离于轴线205、245。具体地，电池190的中心轴线与轴线205、245径向地偏离约1.0mm至1.5mm。

现在参照图15至图20，环形凹部250从凹穴244径向地向外延伸并在上端部表面246附近延伸到表面248中，并且环形凹部251从凹穴244径向地向外延伸并靠近下端部表面247延伸到表面248中。如图18和图20中最佳所示，矩形孔252从凹部250和表面248径向地延伸至靠近上端部表面246的外表面241c，并且矩形孔253从凹部251和表面248径向地延伸至靠近下端部表面247的外表面241c。如图17和图18中最佳所示，端部表面246在凹部250和孔252上方轴向地间隔开，并且如图19和图20中最佳所示，端部表面247在凹部251和孔253下方轴向地间隔开。

现在参照图16和图18，长形弯曲的L形光导引件228以可固定的方式紧固至承载件240。在该实施方式中，光导引件228与承载件240成一体并与承载件240整体地形成。光导引件228具有靠近电路板195的第一端部228a、接合或紧邻顶部221的第二端部228b、从端部228a径向地延伸的第一或水平部分229a、从端部143b轴向延伸的第二或竖向部分229b、以及在部分229a、229b之间延伸大致90°的弯曲部或弯折部。水平部分229a延伸穿过表面241a，并且竖向部分229b延伸至上端部240a。另外，竖向部分229b与承载件240和壳体201同轴地对准。如下面将更详细描述的，光导引件228通过顶部221向/从电路板195无线地传送数据。为了促进光的透射，光导引件228和顶部221是由透明材料制成的。在该实施方式中，整个盖220(包括顶部221和套筒222)和导引件228由透明的聚碳酸酯制成。

现在参照图19和图20，在承载件240的下端部240b中设置大致圆形的凹部260。凹部260与电池190和凹穴244同轴地对准，并且凹部260具有比承载件240的在下端部240b处的半径略微小的半径。结果，承载件240的下端部240b是环形的面向下方的平坦表面。凹部260从下端部240b轴向地延伸至轴向地定位在凹部260与凹穴244之间的环形凸缘261。凸缘261的平坦上表面限定凹穴244的下端部表面247，并且凸缘261的平面下表面限定凹部260的上端部。中心通孔262沿轴向方向延伸穿过凸缘261，并且柱形柱263同轴地设置在通孔262中。凹部260、通孔262和柱263与电池190同轴地对准。薄臂或片状件264在柱263与凸缘261之间延伸，从而将柱263在通孔262内保持就位。如将在下面更详细地描述的，随着外壳体201和承载件240轴向地往复运动，柱263可以在通孔262内自由地轴向运动。在柱263与凸缘261之间延伸的薄壁不会妨碍外壳体201和承载件240相对于柱263的轴向运动。尽管在此实施方式中，柱263通过薄壁或片状件联接至凸缘261，但在其他实施方式中，柱(例如，柱263)不联接至凸缘，而是附接至电池凸部(例如，下面更详细描述的凸部290)或传感器元件180。

现在参照图16、图19和图20，传感器元件180是轴向地定位在下端部240b与肩部214之间的平坦盘状部。端部240b和肩部214以相同的半径设置，并且分别与元件180的上表面和下表面的径向外周缘接合。另外，柱263接合传感器元件180的上表面的中心。因此，传感器元件180的外周缘被压缩并在端部240b与肩部214之间固定就位。因此，元件180的径向外周缘通常相对于壳体201和承载件240保持静止，然而，元件180的中央部分可以通过柱263被偏转。平坦表面216在传感器元件180下方轴向地间隔开(例如，在平坦表面216与传感器元件180之间存在间隙)，从而允许柱263使元件180的中央部分偏转或挠曲。如前所述，传感器元件180由金属盘状部(例如，黄铜)制成，该金属盘状部具有设置在该金属盘状部上的一层或更多层压电陶瓷材料(例如，锆钛酸铅(PZT))。当由于变形或偏转而对传感器元件180施加机械应力时，压电陶瓷材料产生电势(压电效应)。传感器元件180通过电线电联接至电路板195，使得由压电陶瓷材料产生的电势由容纳在电路板195上的电子器件检测和测量并存储在电路板195上的存储器中。由于传感器元件180在柱263接合传感器元件180时相对于柱263的轴向运动在传感器元件180中产生应力，因此柱263在本文中还被称为推动器或致动器。

现在参照图16、图18和图21，电池190具有柱形形状，并通过一对凸部290联接至电路板195。具体地，凸部290设置在电池190的端部处并被弹簧加载成将电池190轴向地压紧在凸部290之间。凸部290由金属(例如，钢)制成，并且在电池190与电路板195之间提供物理和电连接。因此，凸部290使电池190能够在地震勘测操作期间向电路板195以及由板195的部件执行的各种功能提供电力，并且使板195能够在感应充电操作期间向电池190提供电力。

在该实施方式中，每个凸部290是弹性的半刚性元件，电池190通过该弹性的半刚性元件被支承在承载件240的凹穴244内。如图21中最佳所示，每个凸部290包括盘状部291、从盘状部291侧向地延伸的多个叉状部292和从盘状部291径向延伸的连接器293。如图21中最佳所示，盘状部291具有包括直边缘291a和从侧部291a延伸的半圆形边缘291b的半筒形形状。叉状部292从边缘291a延伸，并且连接器293从与叉状部292相对的半圆形边缘291b延伸。

为了清楚和进一步解释的目的，联接至电池190的顶部的凸部290可以被称为上凸部290，并且联接至电池190的底部的凸部290可以被称为下凸部290。如图5至图20中所示，上凸部290的半圆形边缘291b坐置在承载件240的凹部250中，下凸部290的半圆形边缘291b坐置在承载件240的凹部251中。如图18和图20中最佳所示，上凸部290的连接器293坐置在配合孔252中，下凸部290的连接器293坐置在配合孔253中。边缘291b在凹部250、251中的定位保持凸部290的外周缘相对于承载件240和外壳体201是静态的或固定的，并且连接器293在孔252、253中的定位防止凸部290相对于承载件240和外壳体201旋转。每个凸部290的叉状部292延伸穿过电路板195并焊接至电路板195。

现在参照图18和图20，每个凸部290包括从凸部290轴向延伸的中央突出部296和径向地定位在突出部296与边缘291a、291b之间的多个沿周向方向均匀间隔开的贯通切口或槽297。凸部290定向成使得中央突出部296面向电池190并朝向电池190延伸。另外，上凸部290的突出部296以可固定的方式联接至电池190的上端部，并且下凸部290的中央突出部296以可固定的方式联接至电池190的下端部。在该实施方式中，突出部296点焊至电池190的端部。柱263的上端部接触下凸部290的中心。

每个槽297沿轴向方向延伸穿过凸部290。另外，每个槽297从靠近中央突出部的径向内端部向边缘291a、291b径向地向外螺旋。在该实施方式中，设置有四个槽297，槽297的每对周向地相邻的内端部绕轴线245成角度地间隔开90°，槽297的每对周向地相邻的外端部绕轴线245成角度地间隔开90°，并且每个槽297沿着绕轴线245在其端部之间测得的约360°的螺旋角延伸。槽297的径向内端部是径向相邻的突出部296。

如前所述，凸部290在电池190与电路板195之间提供电联接。另外，凸部290以类似于前述偏置构件152、162的方式作用为挠曲件或偏置构件。因此，凸部290也可以被称为挠曲件或偏置构件。特别地，凸部290是具有弹性的挠性元件，该挠性元件响应于外壳体201和承载件240相对于电池190的相对轴向运动而挠曲并弹性变形，并且将电池190径向地偏置至凹穴244内的与承载件240径向地间隔开的中央或同心位置。具体地，螺旋槽297的存在增强了凸部290在设置槽297所沿的区域中的挠性，从而允许该区域相对容易地在轴向方向上挠曲(向上和向下)。螺旋槽297还增强了每个凸部290在径向方向上的挠性。然而，螺旋槽297不允许凸部290在径向方向上容易地挠曲。由于凸部290在轴向方向上的相对较高的挠性，因此当通过承载件240或电池190将轴向载荷施加至凸部290时，槽297通常允许中央突出部296与边缘291a、291b之间的自由相对轴向运动。然而，由于在径向方向上的更有限的挠性，因此当通过承载件240或电池190将径向载荷施加到凸部290时，槽297通常抵抗凸部290的中央突出部296与边缘291a、291b之间的相对径向运动，并且凸部290将电池190和承载件240偏置回到与轴205、245基本同轴的位置。

电池190与凹穴244同轴地对准，并且定向成平行于承载件240和壳体201。如下面将更详细描述的，在地震勘测操作期间，承载件240和壳体201响应于由地震波引起的振动而相对于电池190和柱263轴向地往复运动。承载件240和壳体201相对于电池190的轴向往复运动使凸部290挠曲。因此，在该实施方式中，传感器200的检验质量块包括电池190、柱263和凸部290(或凸部290的相对于电池190是静态的至少一部分)。

电路板195包括传感器200的电子电路。该电子电路联接至传感器元件180，并且设置成例如通过放大、数字采样、发送和/或存储传感器元件180的输出来处理传感器元件180的输出。另外，LED 196和光电二极管197彼此相邻地定位成在电路板195的紧邻光导引件228的端部228a的面部上。顶部221、光导引件228、LED 96和光电二极管197使得能够向/从电路板195进行双向数据通信。具体地，传感器200外部的设备可以经由将光从外部设备通过顶部221和导引件228透射至光电二极管197来与电路板195进行无线通信；并且电路板195可以经由光从LED 196通过导引件228和顶部221透射至外部设备而与外部设备进行无线通信。

在地震勘测期间，多个传感器200联接至地球的表面(例如，代替系统50中的传感器64、66、68)。每个传感器200可以例如附接至被推入地球中的钉状件。替代性地，整个传感器200可能被掩埋、或者安置在井眼中的一深度处。不管传感器200如何联接至地球，每个传感器200优选地定位成轴线205沿大致竖向方向定向。

压缩地震波的到来导致外壳体201和以可固定的方式联接至外壳体201的部件(例如，线轴组件230、承载件240、电路板195、光导引件228)在大致竖向方向上移动。检验质量块在外壳体201(电池190)中的惯性使检验质量块抵抗随外壳体201和承载件240的位移而运动，因此，外壳体201和承载件240相对于检验质量块轴向地往复运动，如凸部290所允许的那样。该运动导致凸部290弯曲或偏转，并且检验质量块的载荷被感测元件180承受。外壳体201和承载件240相对于检验质量块的轴向往复运动通常随着压缩地震波穿过传感器200而继续进行。

在外壳体201和承载件240相对于检验质量块轴向地往复运动期间，传感器元件180被柱263周期性地偏转。如前所述，当机械应力由于通过柱263变形或偏转而施加至传感器元件180时，压电陶瓷材料产生电势(压电效应)。电势经由电线连接至电路板195，电势在电路板195处被检测到，并且可以作为地震振动幅度的度量被采样并存储在内存中。如前所述，存储在电路板195上的存储器中的数据可以经由LED 196、光导引件228和顶部221传送至外部设备，以进行进一步的考虑和分析。

如前所述，凸部290允许检验质量块相对于外壳体201的大致自由的相对轴向运动。在静置位置，柱263接合传感器元件180，并且此外，传感器元件180支承检验质量块的大部分或基本上全部重量。外壳体201和承载件240相对于检验质量块的轴向往复运动使传感器元件180承受增大和减小程度的应力。传感器元件承受的应力变化用于检测和测量地震波。然而，应当理解的是，传感器元件180的陶瓷材料可能被过度的应力损坏。因此，外壳体201相对于检验质量块的最大轴向运动被限制，以保护传感器元件180并防止传感器元件180受到过大的应力。在上面示出和描述的传感器200的实施方式中，外壳体201至检验质量块的最大轴向运动由承载件240控制和限制——凸部290可以轴向地向上偏转直到上凸部290在凹穴244的上端部246处轴向地接合承载件240为止，并且凸部290可以轴向地向下偏转直到下凸部290在凹穴244的下端部247处轴向地接合承载件240为止。另外，如前所述，凸部290使检验质量块偏置至与外壳体201和承载件240同轴地对准的居中位置。结果，承载件240与检验质量块径向地间隔开，并且通常被限制相对于检验质量块径向移动。因此，外壳体201和承载件240相对于检验质量块的运动主要在轴向方向上，另外，检验质量块不会抑制或干扰承载件240和壳体201的轴向运动。检验质量块与凹穴244的筒形表面241b之间的径向间隙允许承载件240和外壳体201在凸部290挠曲时相对于检验质量块径向地和侧向地运动，但是限制最大相对径向和侧向运动。即，承载件240和壳体201可以相对于检验质量块径向和横向运动，直到检验质量块接合限定凹穴244的表面248为止。因此，表面248用作径向运动限制器或止挡件。

尽管在传感器200的该实施方式中，采用具有螺旋几何形状的槽297来增强盘状部291和偏置构件290在轴向方向上的挠性，但是在其他实施方式中，可以使用不同的方法来增强盘状部的挠性。例如，可以采用具有不同几何形状的槽(例如，与螺旋槽相反的径向延伸的槽)。作为另一示例，每个偏置构件的盘状部(例如，每个凸部290的盘状部291)包括在盘状部的外周缘与盘状部的中央部分之间延伸的径向延伸的辐部或桥接部，从而在盘状部中于每对相邻的辐部之间产生多个沿周向方向间隔开的扇形槽。图22示出了凸部390的替代性实施方式，凸部390以与前面所述的凸部290相同的方式作用并且可以用来代替凸部290。如图22中所示，在该实施方式中，凸部390包括盘状部391和如前面所描述的从盘状部391侧向地延伸的多个叉状部292。作为螺旋槽297替代方案，凸部390的盘状部391包括从盘状部391的中央部分径向延伸至盘状部391的外周缘的多个沿周向方向均匀间隔开的辐部393。作为又一个示例，可以使用不同的材料来形成盘状部，可以改变盘状部的厚度或几何形状(例如，更薄的盘状部)等。

在上面示出和描述的传感器200的实施方式中，承载件240是整体的、单件式部件。然而，在其他实施方式中，承载件(例如，承载件240)包括一个以上的部段，并且这些部段可以是不连续的。在其他实施方式中，承载件是不存在的。在这样的实施方式中，传感器的其他部件(例如，电路板195、凸部290和传感器元件180)可以直接联接至外壳体(例如，外壳体201)，或者借助于单独的承载件部件联接至外壳体。

尽管已经示出和描述了优选实施方式，但是本领域的技术人员可以在不脱离本文中的范围或教示的情况下对其进行修改。本文中描述的实施方式仅是示例性的，而不是限制性的。本文描述的系统、装置和过程的许多变型和改型是可能的并且在本公开的范围内。例如，可以改变各个零件的相对尺寸、制造各个零件的材料以及其他参数。因此，保护范围不限于本文中所描述的实施方式，而是仅由所附权利要求书限制，所附权利要求书的范围应当包括权利要求书的主题的所有等同形式。除非另有明确说明，否则方法权利要求中的步骤可以按任何顺序执行。在对方法权利要求中的步骤之前的诸如(a)、(b)、(c)或(1)、(2)、(3)之类的标识符的叙述既无意于也未指定步骤的特定顺序，而是用于简化后续对此类步骤的引用。

Claims (12)

1.一种用于地震勘测的地震传感器，所述地震传感器包括：

外壳体，所述外壳体具有中心轴线、第一端部、以及与所述第一端部相反的第二端部，其中，所述第一端部包括由透明材料制成的部分，所述部分构造成透射具有在电磁波谱的可见的或红外范围内的频率的光；

检验质量块，所述检验质量块以可移动的方式设置在所述外壳体中，其中，所述检验质量块包括电源；

传感器元件，所述传感器元件设置在所述外壳体中并构造成检测所述外壳体相对于所述检验质量块的运动；

电子电路，所述电子电路联接至所述传感器元件和所述电源；以及

光导引组件，所述光导引组件具有与所述外壳体的所述第一端部的透明的所述部分相邻的第一端部和与所述电子电路相邻的第二端部，其中，所述光导引组件构造成使光在所述光导引组件的所述第一端部与透明的所述部分之间沿轴向方向透射，并且使光在所述光导引组件的所述第二端部与所述电子电路之间沿非轴向方向透射。

2.根据权利要求1所述的地震传感器，其中，所述光导引组件包括位于所述光导引组件的第一端部与所述光导引组件的第二端部之间的弯曲部段，所述弯曲部段构造成改变沿着所述光导引组件透射的光的行进方向。

3.根据权利要求2所述的地震传感器，其中，所述弯曲部段包括90°弯曲。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的地震传感器，其中，所述电子电路构造成发射沿所述非轴向方向行进的光并接收沿所述非轴向方向行进的光。

5.根据权利要求4所述的地震传感器，其中，所述电子电路包括LED和光电二极管中的至少一者。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的地震传感器，其中，所述检验质量块包括所述电子电路，并且其中，所述光导引组件包括以可固定的方式联接至所述检验质量块的第一光导引件和以可固定的方式联接至所述外壳体的第二光导引件。

7.根据权利要求6所述的地震传感器，其中，所述外壳体包括本体和盖，其中，所述第二光导引件从所述盖轴向地延伸。

8.根据权利要求7所述的地震传感器，其中，所述盖由所述透明材料制成。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的地震传感器，其中，所述第二光导引件与所述外壳体的所述中心轴线同轴地对准。

10.根据权利要求6至9中的任一项所述的地震传感器，其中，所述第一光导引件与所述第二光导引件轴向地间隔开，以在所述第一光导引件与所述第二光导引件的相邻端部之间提供间隙，其中，所述间隙构造成允许所述第一光导引件相对于所述第二光导引件的轴向运动。

11.一种用于地震勘测的地震传感器，所述地震传感器包括：

外壳体，所述外壳体具有中心轴线、第一端部和与所述第一端部相反的第二端部；

检验质量块，所述检验质量块以可移动的方式设置在所述外壳体中，其中，所述检验质量块包括电源和联接至所述电源的电子电路；

传感器元件，所述传感器元件设置在内腔中并构造成检测所述外壳体相对于所述检验质量块的运动，其中，所述传感器元件联接至所述电子电路；

光导引组件，所述光导引组件构造成将光从所述电子电路透射至所述外壳体，其中，所述光导引组件包括以可固定的方式联接至所述检验质量块的第一光导引件和以可固定的方式联接至所述外壳体的第二光导引件。

12.根据权利要求11所述的地震传感器，其中，所述第一光导引件具有靠近所述电子电路的LED和光电二极管的第一端部和远离所述电子电路的第二端部；

其中，所述第二光导引件具有以可固定的方式联接至所述外壳体的第一端部和与所述第一光导引件的所述第二端部轴向地相邻的第二端部；

其中，在所述第一光导引件的所述第二端部与所述第二光导引件的所述第二端部之间轴向地定位有间隙。

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