CN202886620U - 高灵敏度地震检波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种地震检波器，包括外壳、上顶盖、下顶盖、惯性体系统、磁系统；所述惯性体系统包括上线圈、下线圈、调重线圈；所述磁系统包括磁体、上极靴、下极靴、补偿环；上极靴内端面设置有上凸台；下极靴的内端面设置有下凸台，上凸台和下凸台的直径与磁体直径相等；补偿环套在上凸台、磁体以及下凸台外侧。本实用新型采用了高矫顽力磁体，并且合理地使用了磁体长度与上下线架之间调重空间的长度比例关系；同时凸台型的极靴的使用得以有效增加上下线架之间调重空间的长度，通过以上技术协调，地震检波器的灵敏度明显的得到了提高，并为充分发挥高矫顽力稀土磁体长径比小的优势提供了最佳组合结构的特点。

Description

高灵敏度地震检波器

技术领域

本实用新型涉及一种地震检波器，尤其涉及一种用于地质勘探、地震测量和工程测量的内磁感应式地震检波器。

背景技术

地震检波器已广泛使用于油田、煤炭等地震勘探领域。在一些地理环境恶劣以及油气储存较深、较复杂的地区，对地震检波器的频率特性、灵敏度、抗干扰、信噪比提出了更高的要求。目前，在国内以及国际油气，油田的地震勘探过程中使用的地震检波器都围绕着磁路的改进，提高其灵敏度的技术原理和方法。

图1为现有技术的地震检波器的结构示意图，分为结构、磁路和电路三部分部分。分解如下：

1、结构：

（1）构件：①一个磁系统。沿轴向自下至上，下极靴23帽内嵌入磁体15的下端；磁体15上端嵌入上极靴13帽内；上极靴13上端面放有绝缘片8。②一个惯性体系统。沿轴向自下至上，下线架18绕有下线圈17；下线架18与上线架11粘结的中间部位绕有调重线圈16；上线架11绕有线圈12；下线架18下端嵌有下弹簧片21和下卡环24；上线架11上端嵌有上弹簧片10和上卡环2。

（2）构成及原理：磁系统置于惯性体系统内，由下顶盖19、上顶盖1（下顶盖19和上顶盖1分别顶入下极靴23和上极靴13的盲孔内）和外套外壳25组成地震检波器。地震检波器内的惯性体系统由惯性体上的上弹簧片10和下弹簧片21一起携带惯性体，相对于磁系统上下相对移动，接收震动信号。

2、磁路：（1）组成：磁路由磁系统和外壳25，以及由磁系统与外壳之间形成的环形气隙磁场组成。

（2）原理：惯性体上通过正、反绕制的上线圈12和下线圈17，由上弹簧片10和下弹簧片21一起携带，相对于磁系统在环形气隙磁场内上下移动，接收震动信号，切割磁力线，感应出以灵敏度为标量指标的电信号，由地震检波器的电路输出。

3、电路：接线柱4和接线柱5分别为地震检波器电信号输出的2个电极。电信号的电路回路是：接线柱4锡焊于上内接触簧片3；上内接触簧片3再与上极靴13、磁体15、下极靴23、下弹簧片21依序相继接触；下弹簧片21锡焊下线圈17的下出线端；下线圈17上出线端绝缘通过调重线圈16表面与上线圈12下出线端连通；上线圈12上出线端锡焊于上弹簧片10上；上弹簧片10通过绝缘片8与上极靴13绝缘隔离，并与上外接触簧片7接触；上外接触簧片7锡焊于接线柱5。

从以上结构分析可知，提高灵敏度可以从以下两方面进行：

一、在磁路结构的设计上：

毋庸置疑，地震检波器合理的磁路结构设计是改善地震检波器性能（即提高灵敏度）的关键因素之一。

上述已有的地震检波器所含技术，在美国专利US8098546B2和中国专利03262650.9说明书中，都围绕着磁路的改进，公布了其提高灵敏度的技术原理和方法。

US8098546B2专利说明书中所诠释的提高灵敏度的技术原理为：以加长极靴2磁极间距离（图3中Ex）形成磁场磁通量更多的集中于极靴的磁极，并明显减至少了两极靴间的寄生磁漏，进而有效地提高了检波器的灵敏度。

03262650.9专利说明书中则表明，提高灵敏度使用的是稀土钕铁硼加补偿环，作为磁路的一部分。但专利附图中的2极靴磁极间距离（图3中Ex），用眼睛即可明显看出，比专利US8098546B2引用的现有技术明显是加长了。

有关磁路结构设计的专利技术还有美国专利US005469408，中国专利93228234.2，中国专利98232597.5。

已有的地震检波器提高灵敏度的技术原理是：以加长极靴2磁极间距离（图3中Ex）形成磁场磁通量更多的集中于极靴的磁极，并明显减至少了两极靴间的寄生磁漏或是使用的是稀土钕铁硼加补偿环，作为磁路的一部分，进而有效地提高了检波器的灵敏度；

二、在磁体的使用上：

我们不妨对美国US8098546B2和中国03262650.9等已有专利技术中磁体的使用进行以下分析：

已有地震检波器技术使用的磁体分为两类。一类是低矫顽力磁体，一般小于160kA/m，具有代表性的材料是铝镍钴类磁体；一类是高矫顽力磁体，一般大于320kA/m，具有代表性的材料是稀土类磁体（常见于钐钴磁体和钕铁硼磁体）。

从使用永磁材料的角度来看，铝镍钴和稀土磁体材料的磁化特性有着显著的差别（两类材料的磁化特性见图5），磁化过程或者退磁特性也有显著的差别。铝镍钴有非线性特性，而稀土磁体几乎具有线性特性，并且退磁特性的斜率几乎等于空气磁导率。著名永磁结构专家Manlio G.Abele称此时的稀土磁体为透明的（Transparency），其意思，就是说外面的磁通可以像穿过空气一样的穿过稀土磁体。而低矫顽力的铝镍钴磁体就因为其有非线性特征而使磁体不具有这种透明特性。

这样的具有透明特性的永磁材料，可看作是被均匀磁化的。被均匀磁化的磁体，在其表面具有等于磁化强度的磁极密度。检验这一结论，用铁粉散布观察高矫顽力的稀土磁体表面的磁通漏磁，就可以看到漏磁通几乎集中在磁极端，磁体表面不存在任何漏磁通；而用低矫顽力的铝镍钴磁体做同样的试验，磁体表面的漏磁则不能忽略。

由以上结论进一步可知，

(1)、在磁感应强度相同的条件下，地震检波器使用高矫顽力的稀土类磁体，通过加长2磁极间距离（图3中Ex）减少漏磁，对提高灵敏度没有实际意义；

(2)、但对于使用低矫顽力的铝镍钴类磁体，通过加长2磁极间距离（图3中Ex）和增厚极靴（图3中Eh）减少漏磁，提高灵敏度是有效果的。

3、问题的引出：

问题在于美国专利US8098546B2通过加长2磁极间距离（图3中Ex）的同时，上线架11和下线架18之间的空间距离（图3Jx）也加长了。美国专利US8098546B2为这一加长的空间绕制了线圈，并将这一线圈的作用解释为调节惯性体的质量，保证阻尼指标的一致性。不仅如此，美国专利US8098546B2还以本国专利4159464没有告知这一线圈的作用为佐证，把这个线圈的作用作为实用新型的一个目的列入。

综上所述，

1、现有技术要想通过对其技术的解释和方法的改进做到更进一步有效提高检波器灵敏度已无可能。

2、现有技术通过加长2磁极间距离（图3中Ex）提高灵敏度，对稀土类磁体没有实际意义。

3、现有技术对惯性体调重空间的设计，不是唯一的结构形式。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是对上述现有技术加以改进，提供一种用于地质勘探、地震测量和工程测量的高灵敏度地震检波器。

本实用新型的技术方案是：

一种高灵敏度地震检波器，包括外壳、上顶盖、下顶盖、惯性体系统、磁系统；所述惯性体系统包括上线圈、下线圈、调重线圈；所述磁系统包括磁体、上极靴、下极靴、补偿环；其特殊之处在于：

所述上极靴内端面设置有上凸台；所述下极靴的内端面设置有下凸台，所述上凸台和下凸台的直径与磁体直径相等；

所述补偿环套在上凸台、磁体以及下凸台外侧；

所述磁体的矫顽力大于320kA/m；

所述磁体的直径Dc≥16.6mm，长度Lc≥4.6mm；

所述外壳直径D≥28mm；

所述调重空间的长度Jm≥3.7mm；

所述磁体的长度与磁体的直径之间满足如下关系：

0.28≤Lc／Dc≤0.9；

所述磁体的长度与调重空间的长度之间满足如下关系：

1.2≤Lc／Jm≤2.9；

所述补偿环的外径与磁体的直径之间满足如下关系：

0.08≤(Db²-Dc²)／Dc²≤0.48。

上述磁体为稀土磁体，所述补偿环为热磁补偿合金。

上述磁体为钕铁硼磁体，所述补偿环为铁镍锰热磁补偿合金。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型采用了高矫顽力磁体，并且合理地使用了磁体长度（图4中Lc）与上下线架之间调重空间的长度（图4中Jm）比例关系；同时凸台型的极靴113、123的使用得以有效增加上下线架之间调重空间的长度（图4中Jm），通过以上技术协调，地震检波器的灵敏度明显的得到了提高，并为充分发挥高矫顽力稀土磁体长径比小的优势提供了最佳组合结构的特点。

2、本实用新型使用凸台型的极靴113、123，得以有效增加磁极面积，更多的聚集工作磁场的磁通（磁力线），使得较小的磁体体积也能获得等同于现有技术所产生出的灵敏度。

附图说明

图1是现有技术的地震检波器的结构示意图；图中标号：1上顶盖，2上卡环，3上内接触簧片，4接线柱，5接线柱，6电路板，7上外接触簧片，8绝缘片，9、10上弹簧片，11上线架，12上线圈；13上极靴，15磁体，16调重线圈，17下线圈，18下线架，19下顶盖，20下密封圈，21下弹簧片，22下接触片，23下极靴，24下卡环，25外壳；

图2是本实用新型的地震检波器的结构示意图；图中标号：101上顶盖，102上卡环，103上内接触簧片，104接线柱，105接线柱，106电路板，107上外接触簧片，108绝缘片，109上密封圈，110上弹簧片，111上线架，112上线圈；113上极靴，114补偿环，115磁体，116调重线圈，117下线圈，118下线架，119下顶盖，120下密封圈，121下弹簧片，122下接触片，123下极靴，124下卡环，125外壳，126上凸台，127下凸台；

图3是现有技术的磁路结构设计示意图；

图4是本实用新型的磁路结构设计示意图；

图5是永磁材料的磁化特性变化示意图；

图6是本实用新型和现有技术的磁场分布曲线对比示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种高灵敏度地震检波器，包括上线架、上线圈、下线架、下线圈、调重线圈、磁体、绝缘片、上极靴、下极靴、上弹簧片、下弹簧片、上卡环、下卡环、上顶盖、下顶盖、外壳、接线柱、上内接触簧片、上外接触簧片；磁体外套有补偿环，沿轴向自下至上，下极靴内凸台嵌入补偿环的下端；上极靴内凸台嵌入补偿环的上端；上极靴上端面放有绝缘片；沿轴向自下至上，下线架下端嵌有下弹簧片和下卡环；下线架绕有下线圈，下线架与上线架粘结的中间部位绕有调重线圈；上线架绕有上线圈；上线架上端嵌有上弹簧片和上卡环；磁系统置于惯性体系统内，由下顶盖、上顶盖（下顶盖和上顶盖分别顶入下极靴和上极靴的盲孔内）和外壳组成地震检波器；地震检波器内的惯性体系统由惯性体上的上弹簧片和下弹簧片一起携带惯性体，相对于磁系统上下相对移动，接收震动信号；惯性体上通过正、反绕制的上线圈和下线圈，由上弹簧片和下弹簧片一起携带，相对于磁系统在环形气隙磁场内上下移动，接收震动信号，切割磁力线，感应出以灵敏度为标量指标的电信号，由地震检波器的电路输出；两接线柱分别为地震检波器电信号输出的2个电极；电信号的电路回路是接线柱锡焊于上内接触簧片；上内接触簧片再与上极靴、磁体、下极靴、下弹簧片依序相继接触；下弹簧片锡焊下线圈的下出线端；下线圈上出线端绝缘通过调重线圈表面与上线圈下出线端连通；上线圈上出线端锡焊于上弹簧片上；上弹簧片通过绝缘片与上极靴绝缘隔离，并与上外接触簧片接触；上外接触簧片锡焊于接线柱。

1、阐释

（1）给地震检波器使用高矫顽力磁体材料。如使用稀土钕铁硼磁体材料加温度补偿环材料的磁路技术。磁体为钕铁硼磁体，补偿环为铁镍锰热磁补偿合金。

（2）在性价比合理的情况下，加长上线架111和下线架118之间的空间距离（图4中的Jm），用于惯性体的调重。

（3）使用凸台型极靴113、123，得以有效增加磁极面积，更多的聚集工作磁场的磁通（磁力线），使得较小的磁体体积也能获得等同于现有技术所产生出的灵敏度。

本实用新型与现有技术磁路的磁场对比示意图见图6。

若不考虑行业使用标准，本实用新型对于已有检波器的灵敏度仍有提升余地。

2、技术特征

本实用新型在使用高矫顽力磁体材料和凸台型极靴的基础上，发现并合理地使用了高矫顽力磁体长度（图4中的Lc）与上下线架之间调重空间的长度（图4中的Jm）比例关系。通过这一比例关系的协调，地震检波器的灵敏度明显的得到了更加有效的提高。

本实用新型使用凸台型的极靴113、123得以为有效增加上下线架之间调重空间的长度（图4中的Jm），并为充分发挥高矫顽力稀土磁体长径比小的优势提供了最佳组合结构。

围绕本实用新型的特点形成如下比例和尺寸关系：

Lc／Jm≥1.2，≤2.9

Lc／Dc≥0.28，≤0.9

（Db²-Dc²）／Dc²≥0.08，≤0.48；

磁体直径Dc≥16.6mm。长度Lc≥4.6mm；

检波器外壳直径D≥28mm；

调重空间的长度（图4中Jm）≥3.7mm。

Claims (3)

1.一种高灵敏度地震检波器，包括外壳、上顶盖、下顶盖、惯性体系统、磁系统；所述惯性体系统包括上线圈、下线圈、调重线圈；所述磁系统包括磁体、上极靴、下极靴、补偿环；

其特征在于：

所述上极靴内端面设置有上凸台；所述下极靴的内端面设置有下凸台，所述上凸台和下凸台的直径与磁体直径相等；

所述补偿环套在上凸台、磁体以及下凸台外侧；

所述磁体的矫顽力大于320kA/m；

所述磁体的直径Dc≥16.6mm，长度Lc≥4.6mm；

所述外壳直径D≥28mm；

所述调重空间的长度Jm≥3.7mm；

所述磁体的长度与磁体的直径之间满足如下关系：

0.28≤Lc／Dc≤0.9；

所述磁体的长度与调重空间的长度之间满足如下关系：

1.2≤Lc／Jm≤2.9；

所述补偿环的外径与磁体的直径之间满足如下关系：

0.08≤(Db²-Dc²)／Dc²≤0.48。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度地震检波器，其特征在于：所述磁体为稀土磁体，所述补偿环为热磁补偿合金。

3.根据权利要求2所述的高灵敏度地震检波器，其特征在于：所述磁体为钕铁硼磁体，所述补偿环为铁镍锰热磁补偿合金。

Images