CN1318862C - 加速度地震传感器 - Google Patents

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颜永安
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Abstract

本发明涉及一种加速度地震传感器，包括上电极、下电极和可移动的中间电极，上、下电极是以微机械加工技术形成的槽型电极，中间电极包括固定框、质量块、悬臂梁、横梁，质量块由悬臂梁和横梁组成的复合梁支撑。本发明中间电极在两固定电极间可以实现平动，传感器的线性及温度漂移性能好，过载保护能力强，温度补偿作用效果也好。本发明结构简单，体积小，安装方便，工作可靠性高。

Description

加速度地震传感器
技术领域
本发明涉及一种地震检波装置，具体地说是一种加速度地震传感器。
背景技术
我们知道，石油、煤炭行业进行地质勘探时，地震检波器是必备的工具。现有地震检波器主要采用磁电式速度传感器，其结构主要由外壳、上盖、下盖、线圈、弹片、磁体、轭铁、电极等组成，轭铁位于磁体上、下两端，磁体与轭铁的定位是通过轭铁上的凹孔实现，它们组成磁回路装置，线圈绕在磁体、轭铁外部，由弹片支撑，当外界发生震动，线圈在磁回路中做上下往复振动，切割磁力线，输出震动信号。磁电式地震检波器性能的好坏主要取决于磁体的性能，体积一般都比较大，造成磁回路装置体积较大、成本高，使装好的检波器成品体积也大、成本高，造成施工困难。同时，上述装置磁路分流和温度补偿作用也差，工作可靠性不高。另外还有电容式加速度传感器，其是变间距差动电容传感器，其芯片由两片固定的外侧电极和可移动的中间电极构成，中间电极的质量块由悬臂梁支撑，受加速度的作用而左右(或上下)移动，中间电极的质量块单靠悬臂梁的弯矩来形成变间距。其缺点是，中间电极与两固定电极间不能平动，传感器的线性及温度漂移性能误差大，过载保护能力弱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种构造紧凑、合理、装配容易、工艺性好、线性及温度漂移性能好，工作可靠的加速度地震传感器。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种加速度地震传感器，包括上电极、下电极和可移动的中间电极及C-V变换电路、放大电路、A/D转换电路，中间电极夹在上电极、下电极之间，和上下电极一起构成变间距差动电容，其特征在于：上电极、下电极是以微机械加工技术形成的槽型电极，中间电极包括固定框、质量块、悬臂梁、横梁，呈一体复合梁结构，质量块由悬臂梁和横梁组成的复合悬臂梁支撑，位于上电极、下电极和固定框形成的槽中，当感受到加速度时，复合悬臂粱产生上下振动，质量块与上下固定电极间产生一个变间距的差动，输出变动的电容量，经C-V变换电路、放大电路、A/D转换等，输出信号。
本发明由于采用上述悬臂梁、横梁组成的复合悬臂梁结构，对照现有技术，中间电极在两固定电极间可以实现平动，传感器的线性及温度漂移性能好，过载保护能力强，温度补偿作用效果也好。本发明结构简单，体积小，安装方便，工作可靠性高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的截面示意图。
图中1.上电极，2.中间电极，3.下电极，4.固定框，5.悬臂梁，6.横梁，7.质量块。
具体实施方式
从图1中可以看出，一种加速度地震传感器，包括上电极1、下电极3和可移动的中间电极2。中间电极2受加速度的作用上、下移动，和上下电极一起构成变间距差动电容。上电极1、下电极3可以是高硅玻璃，也可以用单晶硅。它们是以微机械加工技术形成的槽型电极。上电极1、下电极3同时起到过载保护作用。中间电极2夹在上电极1、下电极3之间，其是以[100]晶向的单晶硅为基体，用微机械加工技术形成一个包括固定框4、质量块7、悬臂梁5、横梁6的一体复合梁结构。质量块7由悬臂梁5和横梁6组成的复合悬臂梁支撑，位于上电极1、下电极3和固定框4形成的槽中。受振动时，悬臂梁5受弯矩作用产生应力，起弯矩梁的作用，横梁6受扭矩作用产生应力，起扭矩梁的作用。这样，当感受到加速度时，其受感部件质量块7在复合梁的支撑作用下，可以实现上下平动，避免了过去只有悬臂梁支撑，线性误差大、过载保护能力弱等缺点。
本发明以微机械加工和集成电路工艺为手段形成一个变间距差动电容传感器。当将传感器固定在要测量的振动物体上，由于质量块(M)的作用，使复合悬臂粱产生上下振动，质量块同时也是电容器的中间电极。质量块的振动与上下固定电极间产生一个变间距的差动。如图2所示。其中一个电容C1的电容量随极间距减小Δd，其电容量增加，而另一个电容C2随极间距增加一个Δd，则电容量减小，其特征方程分别为：
C1＝C0[1+Δd/d+(Δd/d)2+(Δd/d)3+……]
C2＝C0[1-Δd/d+(Δd/d)2-(Δd/d)3+……]
电容的相对变化量：
ΔC/C＝2(Δd/d)[1+(Δd/d)2+(Δd/d)4+……]
≈2(Δd/d)
本发明传感器的输出是电容量，为应用方便起见，备有相应的C-V变换电路等。经振荡电路作用于传感器，再经C-V变换电路、放大电路、A/D转换等，最后单片机输出。可获得模拟量输出，也可以实现数字量输出。具体的应用电路属于已有技术，这里不在详述。
本发明采用弯矩与扭矩同时作用的复合梁来实现差动。这样可以确保中间电极受振动后，能实现平行移动，大大改善传感器的非线性、温度漂移等特征。

Claims (1)

1.一种加速度地震传感器，包括上电极、下电极和可移动的中间电极及C-V变换电路、放大电路、A/D转换电路，中间电极夹在上电极、下电极之间，和上下电极一起构成变间距差动电容，其特征在于：上电极、下电极是以微机械加工技术形成的槽型电极，中间电极包括固定框、质量块、悬臂梁、横梁，呈一体复合梁结构，质量块由悬臂梁和横梁组成的复合悬臂梁支撑，位于上电极、下电极和固定框形成的槽中，当感受到加速度时，复合悬臂粱产生上下振动，质量块与上下固定电极间产生一个变间距的差动，输出变动的电容量，经C-V变换电路、放大电路、A/D转换等，输出信号。
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