CN206497210U - 地震勘测设备 - Google Patents

Abstract

一种地震勘测设备包括本体、检测质量块、至少一个传感器、电子电路以及功率源，所述至少一个传感器被布置成探测所述检测质量块相对于所述本体的运动，所述电子电路连接到所述至少一个传感器，所述电子电路被构造成接收并处理所述传感器的输出，所述功率源被布置成向所述电子电路提供电功率，所述功率源是所述检测质量块的一体化部件。

Description

地震勘测设备

技术领域

本实用新型涉及一种用于在地震勘测中使用的设备。

背景技术

地震勘测或者反射地震学被用于勘查地球表层下的部分。受约束的地震源提供了低频的地震波，该地震波行进通过地球表层下的部分。在不同的岩层之间的交界处，地震波被部分地反射。该被反射的波返回到表层，在该表层处它们被地震传感器中的一个或多个探测到。在地表所探测到的地面振动能够具有非常宽的动态范围，质点位移距离的范围从厘米到埃。分析由传感器所记录的数据来揭示表层下部分的结构和组成。

地震传感器（也被称为地震仪或地震检波器）通常包括浸入强磁场中的导电线圈。这些电磁传感器可以被构造为动磁式或是动圈式中的一种，后者专有地受到地震勘探的青睐。在动圈形式中，磁体固定到箱体，该箱体然后被牢固地置于地层中，以使得该箱体和磁体与地面位移一致地运动。可动电线圈浸入固定磁体的磁场隙中并且该线圈被软弹簧松弛地联接到地震检波器的箱体，使得该线圈仅能够沿单一轴线行进。随着线圈沿着该轴线相对于固定的磁体移动，其将逐步地切割磁通线并且在线圈的电端子处产生与地面位移的速度成比例的电压和电流。在动圈式中，线圈形成检测质量块或反应质量块。

线圈和弹簧的布置将具有共振频率，该共振频率取决于线圈的质量和弹簧的柔度。在远低于共振的频率处，线圈和磁体一致地运动所以灵敏度低并且电压或电流的输出小。随着振动的频率向上提高达到并且超过地震检波器的共振频率，灵敏度和输出将分别地提高、达到峰值并变平缓。通常，地震检波器的共振频率落入10-30Hz的范围，低端是优选的。低频共振需要高的弹簧柔度。这导致需要软弹簧，其进而要求对传感器进行精密的设计和构造来实现所需要的灵敏度、鲁棒性、线性度以及抗离轴变形能力，这些对于地震探测是必要的。在场强、磁体尺寸/重量、线圈几何结构以及弹簧柔度之间的设计权衡对于设计和建造具有足够灵敏度、电压-电流输出、线性度以及鲁棒性的地震检波器是至关重要的，以便同时对上面所描述的大的和小的两种表面振动进行测量。

用于地震勘测的另一种类型的地震检波器使用电容量来产生电信号。这些通常被构造为微机电系统（MEMS），该微机电系统使用具有金属镀层的微加工的硅，该金属镀层被施加到小型的具有镀层且被弹簧加载的检测质量块的任一侧上的表面元件。这些MEMS传感器相比动圈式地震检波器可以具有小的尺寸和重量的优势。MEMS检测质量块相对于外固定板的运动产生出可变的电容量，该电容量能够作为与传感器位移的加速度成比例的振动信号被探测到。弹簧由薄切硅的区域形成，从而允许小的线性位移和大于1kHz的共振频率。小的电容表面积、高的共振频率和线性行程的受限的极限意味着灵敏度相较于动圈式地震检波器将是相当低的。为克服该问题，特定的电子元件被用于将MEMS地震检波器保持在力反馈状态中。这种必要的、额外的电子电路需要空间和功率，并且部分地削弱了MEMS相比无源动圈式地震检波器在尺寸和重量上的优势。

术语“检测质量块”也可以被称为反应质量块或测震质量块并且在现有技术中通常被认为指的是在地震传感器中的质量块，该质量块在地震探测勘测期间由于地层运动的缘故而运动。

实用新型内容

下文描述了一种适用于在地震勘测中使用的地震传感器。

依照至少一个实施例，提供了设备和系统来支持或实施进行地震勘测的功能。

这由在每项独立权利要求中所记载的特征的组合来实现。相应地，从属权利要求进一步限定了各种实施例的具体实施方式。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种地震勘测设备，所述地震勘测设备包括：主体；检测质量块；至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成探测所述检测质量块相对于所述本体的运动，所述传感器包括一个或多个压电元件，所述压电元件被布置成探测所述检测质量块的运动；电子电路，所述电子电路连接到所述至少一个传感器，所述电子电路被构造成接收并处理所述传感器的输出；以及功率源，所述功率源被布置成向所述电子电路提供电功率，其中，所述功率源是所述检测质量块的一体化部件。

已知的用于地震勘测的装置通常是大型、昂贵的并且具有相对高的重量。因为这样的设备需要被运输到将要勘测的位置，它们的尺寸和重量增加了实施勘测所需的时间和工作量。这样的设备的地震检波器或MEMS传感器能够将正在传播的地震波所引起的地面质点位移转换为成比例的电压信号并且随后记录为时间的函数。地面质点位移引起固定到地面的地震检波器或MEMS本体与空间中的该位置处正在传播的地震波的振幅一致地运动。地震检波器线圈或是MEMS硅检测质量块两者之一的惯性导致其将保持相对地静止，以使得本体随后相对于线圈或检测质量块运动。本体与线圈或检测质量块的相对运动被转换为成比例的电压波形，使得地震波能够被记录。为使装置能够有效运行，灵敏度必须足以低失真地响应极小的地面运动。这需要在地震检波器传感器中有强的、重的磁体和昂贵的绕制线圈，或者替代地在MEMS传感器中有昂贵的、精密的微加工部件和耗能电子器件。

通过提供一种检测质量块包括功率源的、用于在地震勘测中使用的设备，如此布置使得灵敏度、线性度和鲁棒性最大化，该设备相比传感器和功率源为独立实体的已知装置能够既节省体积又节省重量。这进而使得地震勘测更加高效。

功率源可以包括电池。传感器可以包括一个或多个压电元件，该压电元件被布置成探测检测质量块的运动。

根据另一个方面，提供一种地震勘测设备，所述地震勘测装置包括：本体；检测质量块，所述检测质量块可移动地定位在所述本体的空腔中；以及两个传感器，每个传感器包括平坦的压电元件；其中，所述压电元件被布置在所述检测质量块的相对侧上以探测所述检测质量块相对于所述本体的运动，并且其中，所述本体被布置成将所述检测质量块的运动约束为在压电元件之间沿第一方向的往复运动。

在该方面中，所述设备还可以包括：电子电路，所述电子电路连接到所述传感器，所述电子电路被构造成接收并处理所述传感器的输出；以及功率源，所述功率源被布置成向所述电子电路提供电功率，其中，所述功率源是所述检测质量块的一体化部件。所述功率源可以包括电池。

已知的用于地震勘测的装置通常使用复合传感器，例如在磁场内的动圈。发明人已经意识到能够使用压电元件构造更简单、更轻并且更有成本效益的设备。虽然压电式压力换能器广泛地用于离岸海上勘测，但将压电元件用于陆上传感器在现有技术中被认为是不合适的，因为压电元件的精度被认为是不足够的。然而，通过使检测质量块包括功率源而提供的成本、尺寸和重量方面的益处使得越来越多数量的这种设备得以被使用。与过往和当前的实践相比，更大数量的设备使得能够在整体上维持并提高系统的精度，而不论单个设备的精度有任何下降。

现在将描述能够与任一上面所描述的方面相结合使用的各种特征。

一个或多个压电元件可以包括刚性陶瓷。该刚性陶瓷可以包括锆钛酸铅（PZT）。

传感器可以包括基底，压电元件被支撑在基底上。该基底可以包括铍铜合金。

一个或多个压电元件可以被预加应力。换言之，压电元件被布置在设备中以使得即使在检测质量块不运动的情况下，压电元件仍是凹形的。

电子电路可以被布置成至少对传感器的输出进行放大和/或数字采样，由此来处理传感器的输出。

检测质量块可以可移动地联接到本体，并且该设备可以被布置成将检测质量块相对于本体的运动约束为沿第一方向的往复运动。至少一个传感器可以被布置成探测检测质量块沿第一方向的往复运动，由此来探测检测质量块相对于本体的运动。

对于检测质量块的运动的这种限制可以是对于朝向和远离压电元件的运动的限制。相应地，检测质量块在压电元件之间的往复运动可以大体垂直于压电元件的平面。

压电元件被布置成使得它们的平面是大体平行的。

通过将检测质量块相对于本体的运动约束为沿第一方向的往复运动，该设备能够选择性地探测质点位移的分量方向。例如，三个这样的压电传感器能够被布置成传感轴线处于与笛卡尔坐标系X、Y和Z相匹配的相互正交的方向中。在该构造中，每个单个的传感器对于不与其特定的传感轴线对准的运动是不敏感的或感测不到的。该布置允许使用三个传感器来获取包括正在传播的弹性波场的全空间矢量分量。

检测质量块可以可移动地定位在壳体的空腔中。检测质量块可以包括具有长轴的长形部件，本体可以包括具有长轴的长形套筒，并且长形部件的长轴可以与长形套筒的长轴同轴地定位。

所述第一方向可以与长形部件和长形套筒的同轴的长轴对准。长形套筒垂直于其长轴的截面的至少一部分可以与长形部件垂直于其长轴的截面的至少一部分相符合，由此将检测质量块相对于本体的运动约束为沿第一方向的往复运动。

为了使与功率源形成为一体的检测质量块能够高效地封装在本体内，检测质量块可以包括长形部件，该长形部件在套筒内运动。例如，该长形部件可以由带有或不带有尾端件或壳套的圆柱形电池形成。套筒可以被布置成具有与该电池和可选的任何尾端件或壳套相符合的直径。因此，在额外材料最少的情况下，检测质量块可以在运动时被约束（使得能够进行有效的操作），而同时具有与其形成为一体的功率源（电池）。

套筒可以包括在每个端部的盖组件，该盖组件布置成将长形部件保持在套筒内。盖组件中的至少一个可以包括至少一个传感器。

电池或端子或端盖或间隔部件可以由胶接、熔接、焊接、通孔螺栓或任何其他适合的机械紧固件被固定、粘附或以另外的方式机械地附接到传感器（例如到传感器的基底或陶瓷），以使得检测质量块能够交替地沿向前和反向两个方向压、推或拉该压电件和基底，以产生正级性和负级性的电压信号或者产生正级性和负级性的电流信号。

盖组件可以包括凹形表面，该凹形表面接触长形部件。凹形表面可以一起被布置成在长形部件上施加夹持力，由此将长形部件相对于本体的运动约束为沿第一方向的往复运动。长形部件可以包括可调节的元件，该可调节的元件被布置成使长形部件沿长轴的长度能够改变。盖组件由此可以被布置成使盖组件的凹形表面之间的距离能够改变。

套筒可以被加盖以使形成检测质量块的长形部件保持在套筒内。此外，盖组件可以被布置成夹持长形部件以使得该长形部件不能在套筒内侧向地运动（即沿垂直于长形部件长轴的方向朝向套筒的侧壁）。这确保了长形部件的运动被约束。此外，长形部件、套筒和/或盖组件可以被布置成是可调节的，以便确保表面接触或被机械地固定到长形部件。

每个盖组件可以包括扁平部件和保持部件，该扁平部件被布置成在扁平部件的第一表面上接触长形部件，该保持部件被布置成在扁平部件的第二表面的周边上施加夹持力，第二表面面对第一表面。在实施例中，保持部件可以与盖组件形成为一体。

由于该夹持力以及长形部件与第一表面的接触所引发的反力而导致的扁平部件的弯曲引起了第一表面的凹陷。

在实施例中，该设备可以被构造成使得扁平部件通过在其周边上的夹持力而朝向长形部件受力。这可以导致扁平部件发生弯曲，引起扁平部件的表面产生凹陷。这用于有效地将长形部件保持就位，同时使长形部件能够运动。

扁平部件中的至少一个可以包括至少一个传感器。扁平部件中的至少一个可以包括至少一个压电元件。平坦表面的凹陷可以导致压电元件被预加应力。

检测质量块的重量和/或体积的至少75%可以由功率源提供。

本体可以由如下的材料构造，该材料被选择为具有与地面的密度类似的密度，该本体意图在该地面中被使用。

前述权利要求的任一项所述的设备，其中，本体设置有凸起部以接合检测质量块以便限制检测质量块的运动。这能够防止检测质量块过分地推压电元件而使得其造成压电元件的损坏，例如在该设备发生坠落的情况下。

根据进一步的示例性实施例，提供了一种用于在地震勘测中使用的设备，所述设备包括：本体；检测质量块；至少一个传感器，所述至少一个传感器布置成探测检测质量块相对于本体的运动；电子电路，所述电子电路连接到至少一个传感器，所述电子电路被构造成接收和处理所述传感器的输出；以及功率源，所述功率源被布置成向所述电子电路提供电功率，其中，所述功率源是所述检测质量块的一体化部件。

附图说明

从仅以示例的方式给出的优选实施例的以下描述，进一步的特征和优点将变的明显，以下描述是参照附图作出的。

现在将要参照附图，仅以示例的方式将系统、设备和方法描述为实施例，附图中：

图1示出了地震传感系统；

图2示出了根据实施例的、用于在地震勘测中使用的设备的总体图；

图3示出了同一设备的截面图；

图4示出了图3的截面的一个端部的细节图；

图5示出了用于在地震勘测中使用的设备的进一步的实施例的截面图；以及

图6以三维分解图示出了图5的设备。

具体实施方式

本实用新型的若干零件和部件出现在不只一个附图中；为了清楚，将使用相同的参考数字来指示相同的零件。

将首先参照图1对地震感测的简要说明进行描述，随后参照图2、3和4对地震传感器进行描述。

图1示出了地震勘测系统50对地层的表层下部分51进行勘测的简化图示。对于该图示的目的，将假设表层下部分51除了层52外具有相对一致的组成。该层例如可以是与表层下部分51的其余部分不同类型的岩石，并且因此在例如密度和/或弹性速度上不同于表层下部分51的其余部分。

地震源54位于地层的表面56上。地震源54制造受约束的地震波以便传播经过表层下部分51。已知的地震源的例子包括但不限于：爆炸、震源卡车和也被称为桑普卡车（thumper truck）的加速重物下坠系统。例如，桑普卡车可以使用重物或“重锤”撞击地层的表面56来产生冲击，该冲击以地震波的形式传播通过表层下部分51。这些地震波由箭头58、60和62表示并且从地震源54向下传播经过表层下部分。

该地震波随后至少部分地从层52的表面被反射。这由层52和表层下部分51的其余部分之间的密度和/或弹性速度的差别而导致。被反射的地震波58’、60’和62’随后从层52向上传播到表面56。在表面56，地震传感器64、66和68探测到被反射的地震波58’、60’和62’。

地震传感器54也可以激发出高振幅表面界面波57，该界面波57以低速沿表面56行进并且与更深的回程反射58’、60’和62’同时被探测到，回程反射58’、60’和62’由于在传播期间能量损耗的累积效应（例如：波前的几何扩散、界面传输损耗、弱反射系数以及行进路径吸收）在振幅上低的多，这些损耗的累积效应在由传感器64、66和68所记录的各种波形之间的振幅差异上可以达到75dB，并且在某些情况下超过100dB。

基于这种波的探测，传感器可以对表示所探测的地震波的数据进行储存和/或传输。随后可以对该数据进行分析来确定有关表层下部分51的组成的信息，例如层52的位置。

上面描述了已知的地震勘测系统，其体现了地震传感器的目的。将要理解上述仅为示例并且更复杂的表层下部分的组成（即单个层52之外的情况）将可能存在于表层下部分中。作为结果，波的反射图可能相比所示出的显著地更复杂。例如，向下传播的地震波的一部分可能不被交界面反射并且由此行进通过层52。该波随后可被层52的更低的表面反射离开，意味着任何给定的地震传感器可能接收到多重反射。

上面所描述的原理不限于基于表面的地震感测，并且可以被应用到海上地震勘测。在该情况中，表层下部分51被水层占据。地震传感器64、66和68可以被设置在海底上，或替代地设置在水上或水中。可以为海上地震勘测提供替代的地震源54，例如气枪和等离子声源。

现在将参照图2、3和4描述用于在地震感测系统50（例如上面所描述的）中使用的设备100。图2示出了设备100的外表面。图3示出了沿在图2中所示出的线C-C的截面看到的同一设备100。图4示出了设备100的截面的一个端部的详细视图。

图2以总体图示出了设备100。设备100包括本体10，该本体在这个示例中包括套筒1，该套筒1具有端盖组件6，该端盖组件6位于套筒1的端部。检测质量块和至少一个传感器（未示出，在下面进行描述）设置在本体内，该至少一个传感器布置成探测检测质量块相对于本体的运动。设备100包括电子电路17（在本体的上部和在本体的侧部上均示出）。该电子电路连接到传感器，并且被布置成对至少一个传感器的输出进行处理，例如通过放大、数字采样、传输和/或储存传感器的输出。将要理解的是电子电路17可以替代性地位于本体内，或位于经由线被连接到本体的单元（未示出）中。

图3以沿线C-C截取的截面示出了图2的设备100。示出了套筒1，端盖组件6位于套筒1的每个端部。还示出了电子电路17，该电子电路17安装到本体。检测质量块14在套筒1内。在该实施例中，将假设套筒1和检测质量块14均为长形圆柱体（套筒1为中空圆柱体），长形的检测质量块14的长轴与长形的套筒1的长轴同轴地定位。这些长轴的方向由线3标出并且将自此之后被称为第一方向3。

因此，检测质量块14可移动地联接到并且被定位在设备的本体10内。凭借将要在下面详细描述的机制，该设备可以将检测质量块14相对于本体10的运动约束为沿第一方向3的往复运动（由双头箭头19示出）。也就是说，检测质量块14可以能够在至少受限的程度上沿第一方向3来回运动，但是在沿垂直于第一方向3的方向的运动上可以是受限制的。

检测质量块14包括功率源，例如一个或多个电池2，其向该设备提供电功率，并且具体地经由导线13向电子电路17提供电功率。此外，在一个实施例中，检测质量块14包括可调节元件4和9，表示为检测质量块的尾端件4和调节螺栓9。可调节元件4和9使检测质量块14沿其长轴的长度能够改变。检测质量块的总体长度由箭头16表示。可调节元件4和9可以被使用，由此对不同电池2之间的任何偏差或非标准化进行补偿。

将注意到检测质量块14的大部分由电池2形成。换言之，电池2与检测质量块14形成为一体。这可以表明检测质量块14的质量、体积和/或结构的实质部分由电池提供。例如，检测质量块的重量和/或体积的至少75%可以由电池2提供。

端盖组件6位于套筒1的每个端部，并且闭合套筒来使检测质量块14保持在设备100的本体内。端盖组件6还包括至少一个传感器，该至少一个传感器布置成探测检测质量块相对于套筒1沿第一方向3的运动。将在图4中更详细地描述这些端盖组件6；不过，在图3中示出了端盖组件本体18和保持部件5，端盖组件本体18经由一个或多个螺栓11附接到套筒，保持部件5保持扁平部件12。

图4示出了端盖组件6的更多细节。将要理解的是：至少在所呈现的实施例中，两个端盖组件是类似的，并且因此对一个的描述适用于两者。

如上面所描述，端盖组件6闭合套筒1的端部以使检测质量块14保持在设备的本体内。检测质量块14包括电池2以及可调节元件4和9。端盖组件6包括端盖本体18、保持部件5以及扁平部件12。

端盖本体18固定到套筒1的端部。这可以由所示出的固定螺栓11来实现。替代地，端盖本体18可以例如使用粘合剂、热焊、声学焊接、塑料包覆模制（plasticovermoulding）、压入或卡扣配合附连到套筒，或者可以具有螺纹以旋入套筒。

套筒内的保持部件5邻接端盖本体18。保持部件可以是如所示出的单独元件。然而，在其他实施例中，端盖本体18和保持部件5可以是单件。在这个实施例中，套筒1是圆筒形的，并且这样的话保持部件5可以是环形构造，与圆筒形套筒1的内表面相符合。保持部件5在扁平部件12的上表面22的周边上施加保持力（由箭头20表示）。在这个实施例中，将要理解扁平部件12是碟形件。

检测质量块14接触扁平部件12的下表面23。在这个实施例中，接触表面23的是可调节元件中的调节螺栓9。扁平部件12由此向检测质量块14上施加等于保持力20的夹持力21。检测质量块14可以在扁平部件12的中心处或者在扁平部件12的中心附近接触扁平部件的表面23，换言之，接触点离扁平部件12的中心比接触点离周边更近。

由于扁平部件12与垂直于第一方向3的方向相比在第一方向中是相对薄的，所以扁平部件12在第一方向3中是柔性的。因此，检测质量块14在被扁平部件12夹持的同时允许在第一方向3中往复运动。

扁平部件12可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器对扁平部件12的挠曲进行测量。例如，扁平部件可以包括一个或多个压电元件，该一个或多个压电元件探测检测质量块14相对于套筒1的运动。如在现有技术中已知的，压电元件当发生挠曲时产生与挠曲或应变成比例的电压或电荷输出。该电压或电荷输出能够被例如电子电路17探测到以产生表示检测质量块14的运动的信号。

一个或多个压电元件可以包括刚性陶瓷，例如锆钛酸铅（PZT）。一个或多个压电元件可以与支撑材料或基底结合（例如黏合到支撑材料或基底，或者被夹在支撑材料或基底中间），其给扁平部件12提供了足够的弹性柔度和强度来夹持检测质量块14而不发生断裂，并且其所具有的弯曲刚度大于刚性陶瓷压电元件的弯曲刚度。支撑材料可以是导电的。扁平部件12可以因此包括碟形压电传感器。

图4示出了扁平部件12的表面23，该表面23接触检测质量块14，朝向该检测质量块成凹形。这可以通过设计（即扁平表面12被构造成具有合适的形状），然而这也可以由在扁平部件12上的力而导致。换言之，由于夹持力20以及检测质量块14与扁平部件12的表面的接触（其如上所述被大致设置在扁平部件12的中心）所引发的反力而导致的扁平部件12的弯曲可引起表面23的凹陷。为了能够产生该预加载应力，该设备可以被构造成使得端盖组件6的保持部件5迫使各自的扁平部件12向内到足够使它们不可避免的发生弯曲（由于检测质量块14的不可压缩性）的程度。合适的预加载应力和因此产生的弯曲能够通过使用调节螺栓9改变检测质量块14沿第一方向3的长度来实现。

这具有确定的效果。首先，任何压电传感器元件能够被预加应力。这使得对于扁平部件12的任何弯曲，压电元件都能给出更加可预测的响应，并且由此改进了感测的精度。进一步地，凹形表面可以在检测质量块14上提供向内的径向力。这可以用于使检测质量块居中地处于套筒1内，由此确保检测质量块14和套筒1之间的接触（并且从而摩擦力）最小化。此外，如果压电元件是预加应力的，那么检测质量块远离压电元件的运动被感测为元件朝向更“静止（at rest）”的位置运动。若没有预加应力，该远离压电元件的运动不可以被探测到。

作为结果，端盖组件6凭借由保持部件5所保持的并且接触检测质量块14的扁平部件12，用于两个目的：第一，夹持检测质量块14，将其连接到传感器本体（套筒1和端盖组件6）并且将检测质量块相对于本体的运动限定为沿第一方向3的往复运动；以及第二，感测检测质量块相对于本体沿该第一方向3的任何运动。

已经发现检测质量块14的高度与直径的比在2：1和5：1之间对于用于在油气工业的地震勘测中使用的设备是有利的。当本体与检测质量块的形状和尺寸相符合时，这样的比例使得检测质量块的重量合适，同时提供该设备在地面中的相对简单的部署。

使用中，许多设备100被放置于地层表面上或表面中。每个这样的设备可以例如附接到被打入地层的尖钉。替代地，整个设备可以被掩埋或放置于钻孔中的深处。每个设备100可以被放置成使得第一方向竖直。压缩地震波的到达引起设备100的本体产生具有强竖直分量的运动。检测质量块14的惯性导致其抵抗随本体的位移而运动，并且作为结果，检测质量块14将相对于本体运动。该运动导致扁平部件12发生挠曲。能够看出的是检测质量块相对于本体沿第一方向的运动引起扁平部件的挠度相对于扁平部件在其“处于静止”时（即当检测质量块不相对于本体运动时）所挠曲的程度发生增加或减少。凭借在扁平部件12内的压电传感器，该挠曲被探测到，并且可以由电子电路17进行采样、传输和/或储存。随后分析所采样的数据来确定表层下部分51的组成。

作为结果，上面所描述的设备能够探测地震波，同时能够维持紧凑且轻量级的本体。

图5和6示出了用于在地震勘测中使用的设备的进一步实施例。该设备享有许多与上面所描述的设备相同的特征，类似的特征将提供有同样的参考数字。将要理解的是：该进一步实施例的特征可以与上面所描述的实施例的特征相结合。

就此而言，该设备包括套筒1，套筒1具有在其每个端部的端盖组件6。检测质量块2位于套筒内并且经由扁平部件12联接到套筒，扁平部件12由端盖本体18保持。套筒设置有肩部形式的凸起部26，凸起部26在设备坠落时能够限制检测质量块的运动来保护压电元件。

每个端盖包括空腔24，扁平部件12可以移位到空腔24中。每个空腔进一步包括位移限制器25。位移限制器25的目的是通过限制检测质量块2在设备内的位移来限制扁平部件所能变形的量。这可以防止扁平部件12被损坏。在设备的通常运行中，即，当感测地震信号时，检测质量块2的位移对于使扁平部件12接触位移限制器25将是不足够的，并且因此位移限制器25对于设备的运行没有副作用。然而，假若设备坠落或以其他方式承受大的加速度，检测质量块2的位移可以使扁平部件12变形，扁平部件12所变形的量足够使扁平部件接触到位移限制器25。位移限制器25防止或减少任何进一步的位移，由此防止扁平部件12由于过大的变形而损坏。就此而言，位移限制器25的位置可以基于例如扁平部件12的构造而被布置成使得扁平部件12的变形被限制到预定的量。

位移限制器25可以是刚性的，或者可以是柔性部件，该柔性部件能够吸收有限量的冲击并且由此减少对扁平部件12产生损坏的可能性。

在上文中已经描述了由扁平部件12在检测质量块14上所施加的夹持力将检测质量块14相对于本体的运动约束为沿第一方向3的往复运动。替代地或附加地，套筒1垂直于其长轴的截面的至少一部分可以与检测质量块14垂直于其长轴的截面的至少一部分相符合。这样做的效果是将检测质量块相对于本体的运动约束为沿第一方向的往复运动。例如，检测质量块尾端件4可以具有外直径，该外直径紧密地与套筒1的内直径相符合。因此，检测质量块14几乎不可能进行垂直于第一方向3的运动。套筒1与检测质量块14的相符合具有足够紧的公差以避免绕检测质量块14组件的重心的摇摆或旋转运动。

检测质量块和/或套筒1的邻接面可以覆盖有低摩擦的材料以使得检测质量块14能够相对于套筒运动。

检测质量块14和套筒1可以不是上面所描述的圆柱形的，并且可以采用任何形状。这可以部分地依赖于电池2的尺寸和形状。例如，立方形的电池可以与相应形状的套筒1一起使用。

在上文中，检测质量块14设置有可调节元件4和9以使检测质量块14的长度能够改变。这可能是有必要的，因为例如电池2的长度可能不是足够标准化的。在其他实施例中，可以通过如下方式来实现这样的长度调节：使用制造出来的合适尺寸的间隔件，使用不同尺寸的尾端件4，注射模制的零件，或者超长垫片（该超长垫片在制造期间被机加工或研磨到正确的尺寸）。在进一步的实施例中，可能的是：端盖组件6可以包括适合的可调节元件以使得扁平表面12（在每个端部）的面对的凹形表面23之间的距离能够改变。这可以通过在盖中提供调节元件来实现，例如通过布置螺栓11来使套筒和盖之间的间隙能够被调节。同样，可以通过使用多个不同长度的保持部件5中的一个或在制造期间将保持部件5机加工成期望的长度来对保持部件5沿第一方向的长度进行调节。总体上，适合的长度调节部件可以是检测质量块和/或压电基底的组成部分或者附接到检测质量块和/或压电基底。

在更进一步的实施例中，可以通过在制造过程期间改变套筒的长度，或通过使用从中可以选择出期望长度的不同的套筒长度来进行调节。同样，可以以适合用于对扁平部件12进行预张紧的目的的形状和长度来制造电池端子。

在实施例中，为了处理电池在多个设备中不是充分标准化的问题，检测质量块的总体重量中相对小的比例可以由静负载来提供。

检测质量块14的调节螺栓9确保扁平部件12和检测质量块之间的接触在一小区域上。在实施例中，该螺栓可以不存在并且适合的凸出部可以用于相同的目的，即在一区域上接触扁平部件，该区域相对于扁平部件12的表面23的总体区域是小的。

在一些实施例中，可以不使用压电传感器，并且磁换能器系统或电容换能器系统，或者静电换能器系统或光学照相换能器系统，或其他方式可以被用于感测检测质量块14的运动。

虽然上文已经就长形的圆柱体进行了描述，但可构想出其他构造，其中电池2与检测质量块14形成为一体。例如，一个或多个电池可以被保持为使得它们的长轴平行于传感器的平面，所述传感器例如是长形的刚性压电薄板。替代地，扁平部件12可被保持为夹在两个反应质量块电池之间，一个在压电传感器上面并且一个在压电传感器下面。这依然可提供上面所构想的对重量的节省。

在一些实施例中，地震检波器换能器包括偶数个扁平部件12，该偶数个扁平部件12均匀地布置在检测质量块14的相对的端部。每个扁平部件12可以进一步支撑一个或多个压电元件，该一个或多个压电元件黏合到扁平部件12的一个或多个表面以形成压电传感器。传感器可以被布置并接线成使得套筒1和反应质量块14的相对运动将使成对的扁平组件12沿相反的方向弯曲。在这种布置中，检测质量块14的相对运动将导致一个扁平部件12变得更凸而相对的扁平部件变得较不凸。在一个实施例中，其中压电元件黏合到每个扁平部件12的外部面22，于是检测质量块14的单一运动将在一个传感器中引发正电压或电流并且在另一个传感器中引发负电压输出，并且反之当检测质量块14的运动是沿相反方向时也是如此。当若干对传感器串联接线，注意到电输出的极性，电压幅度将是相比单个传感器的两倍大，即压电传感器的输出有利地相加使得信号得到增大。类似地，当若干对被正确地并联接线，电流输出将是两倍大。这使得对于几乎相同的花费和尺寸，能够构造出具有更高灵敏度的换能器。

这种构造可以被认为是差分推挽构造，还提供了更低的本底噪声，其大约减少了差分压电元件的数量的平方根。这种改进通过来自传感器的信号的电学相加以及任何噪声（例如由每个单个的换能器所产生的独立随机热离子自噪声）的部分相消来发生。这种构造以及模拟电路的差分输入还提供了对外部共模噪声源（例如感生电力线低频噪声或无线电波干扰）的额外衰减。

此外，该构造还提供了对谐波失真的减少，否则每个单个传感器所显示出的非线性度传输特性将导致该谐波失真。例如，因为扁平部件12可能具有不完美符合胡克定律的弹簧柔度，扁平部件12对检测质量块的运动的响应可能是非线性的。对于单个传感器，这将以传感器输出中的偶次谐波失真分量的形式被观测到，其依赖于扁平部件12弯曲的方向而不同。当一个传感器的输出与所配对的、在检测质量块14的相对端部处并且关于压电材料的取向发生相反意义上的弯曲的第二个传感器相结合时，失真分量也将具有相反的极性并且当输出由电路的差分输入进行相加时偶次谐波随后被抑制。

虽然检测质量块14和本体已经被描述为被附接，将要意识到这既可以表示物理上的附接（例如经由扁平部件12所施加的夹持力），也可以表示磁性或电性附接。换言之，在实施例中，检测质量块14可以经由磁场或电场悬浮在设备的本体中，而没有与本体的任何部分的物理接触。

要理解关于任何一个实施例描述的任何特征可以被单独使用，或者与所描述的其他特征相结合使用，并且还可以与任何其他实施例的一个或多个特征相结合使用，或者与任何其他实施例的任何组合相结合使用。此外，上文未描述的等同物和修改也可以被应用而不偏离本实用新型的范围，本实用新型的范围限定在所附的权利要求书中。例如，该设备可以被设计成一次性使用的或是可再次使用的。所描述的设备适合于在陆地和海洋地震探测活动中使用。权利要求的特征可以结合成不同于在权利要求中所指定的那样的组合。

Claims (22)

1.一种地震勘测设备，其特征在于包括：

本体；

检测质量块；

至少一个传感器，所述至少一个传感器被布置成探测所述检测质量块相对于所述本体的运动，所述传感器包括一个或多个压电元件，所述压电元件被布置成探测所述检测质量块的运动；

电子电路，所述电子电路连接到所述至少一个传感器，所述电子电路被构造成接收并处理所述传感器的输出；以及

功率源，所述功率源被布置成向所述电子电路提供电功率，

其中，所述功率源是所述检测质量块的一体化部件。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率源包括电池。

3.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于包括：

两个传感器，每个传感器包括平坦的压电元件；

其中，所述压电元件被布置在所述检测质量块的相对侧上以探测所述检测质量块相对于所述本体的运动，并且其中，所述本体被布置成将所述检测质量块的所述运动约束为在所述压电元件之间沿第一方向的往复运动。

4.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压电元件包括刚性陶瓷。

5.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压电元件是预加应力的。

6.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备被布置成将所述检测质量块相对于所述本体的运动约束为沿第一方向的往复运动，并且其中，所述至少一个传感器被布置成探测所述检测质量块沿所述第一方向的所述往复运动，由此来探测所述检测质量块相对于所述本体的运动。

7.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述检测质量块可移动地定位在所述本体的空腔中。

8.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述检测质量块可移动地联接到所述本体。

9.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述检测质量块包括具有长轴的长形部件，所述本体包括具有长轴的长形套筒，并且其中，所述长形部件的长轴与所述长形套筒的长轴同轴地定位。

10.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述检测质量块包括具有长轴的长形部件，所述本体包括具有长轴的长形套筒，并且其中，所述长形部件的长轴与所述长形套筒的长轴同轴地定位。

11.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述检测质量块包括具有长轴的长形部件，所述本体包括具有长轴的长形套筒，并且其中，所述长形部件的长轴与所述长形套筒的长轴同轴地定位。

12.如权利要求10或权利要求11所述的设备，其特征在于，所述第一方向与所述长形部件和所述长形套筒的所述同轴的长轴对准。

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述长形套筒垂直于其长轴的截面的至少一部分与所述长形部件垂直于其长轴的截面的至少一部分相符合，由此将所述检测质量块相对于所述本体的运动约束为沿所述第一方向的往复运动。

14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述长形部件包括可调节元件，所述可调节元件被布置成使所述长形部件沿所述长轴的长度能够改变。

15.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述套筒包括在每个端部的盖组件，所述盖组件被布置成将所述长形部件保持在所述套筒内，并且其中，所述盖组件中的至少一个包括至少一个传感器。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述盖组件包括凹形表面，所述凹形表面接触所述长形部件。

17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述凹形表面一并被布置成在所述长形部件上施加夹持力，由此将所述长形部件相对于所述本体的运动约束为沿所述第一方向的往复运动。

18.如权利要求16或权利要求17所述的设备，其特征在于，每个盖组件包括扁平部件和保持部件，所述扁平部件被布置成在所述扁平表面的第一表面上接触所述长形部件，所述保持部件被布置成在所述扁平部件的第二表面的周边上施加夹持力，所述第二表面面对所述第一表面。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，由于所述夹持力以及所述长形部件与所述第一表面的接触所引发的反力而导致的所述扁平部件的弯曲引起了所述第一表面的凹陷。

20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述扁平部件中的至少一个包括至少一个传感器。

21.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述检测质量块的重量和/或体积的至少75%由所述功率源提供。

22.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述本体设置有凸起部以接合所述检测质量块，以便限制所述检测质量块的运动。