專利名稱：一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于磁懸浮原理的電磁感應(yīng)檢波器，磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器 在石油地震勘探及天然地震監(jiān)測方面具有特殊用途，也可廣泛用于如機械振動、聲波及超 聲波測量及水聲監(jiān)測和聲納方面。此外，該裝置還可應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測，包括地震、海嘯、 山體滑坡以及高邊坡工程穩(wěn)定性的監(jiān)測以及大型建筑的振動安全監(jiān)測。
背景技術(shù)：
振動是工程技術(shù)以及科學(xué)研究中廣泛涉及的一個研究課題，如石油天然氣地震勘 探、機械振動以及聲波、超聲波測量等方面。振動測量包括位移、頻率、位相以及振動速度和 加速度等物理量。目前傳統(tǒng)的振動測量方法有機械式、電感式、電容式、壓敏電阻式、壓電式 等傳感器件。這些傳統(tǒng)傳感器件的局限在于靈敏度低，抗電磁干擾能力較差，測量頻帶較 窄，對環(huán)境要求苛刻等。而目前在許多領(lǐng)域，例如在石油地震勘探方面，由于對地質(zhì)深部構(gòu) 造的探測及相應(yīng)的分辨率有很高的要求，迫切需要高靈敏度及寬頻帶的振動傳感器，因此 新型振動傳感器的研制就成為許多工程領(lǐng)域迫切需要解決的技術(shù)問題。目前石油地震勘探數(shù)據(jù)采集和處理普遍采用對位Δ - Σ技術(shù)，動態(tài)記錄范圍可達(dá) 120dB，同時在國內(nèi)外石油物探行業(yè)廣泛使用的是傳統(tǒng)的“活動線圈速度型檢波器”，可記錄 的最大動態(tài)范圍僅為60dB，接收信號的畸變大，響應(yīng)頻帶窄，需幾個至幾十個檢波器組合以 降低噪音干擾，這樣加大了油氣勘探的成本。隨著勘探目的層深度的加大，深部石油地震反 射信號中的高頻信號衰減快，主要表現(xiàn)為低頻特征，而傳統(tǒng)“活動線圈速度型檢波器”卻對 低頻信號(特別是小于6Hz的信號)接收能力差。同時，傳統(tǒng)檢波器的高頻響應(yīng)能力也差， 不利于高分辨率勘探，因此檢波器技術(shù)成為高精度和深部地震勘探技術(shù)的一瓶頸環(huán)節(jié)。高分辨率地震勘探要求檢波器類型從單分量向多分量發(fā)展；從模擬型向數(shù)字型發(fā) 展；從低靈敏度、小動態(tài)范圍向高靈敏度大動態(tài)范圍發(fā)展；從檢波器組合接收方式向單點 接收方式發(fā)展(即單道單只檢波器接收信號)；檢波器施工方法由大道距多只檢波器串并 組合方式向單道單只小道距接收方式發(fā)展。用于石油物探的“活動線圈速度型檢波器”是將活動的線圈固定在與磁鐵同軸的 彈簧上，通過感應(yīng)外部振動使彈簧和線圈相對于磁鐵產(chǎn)生移動而由線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 由于彈簧的固有頻率，因此“活動線圈速度型檢波器”的探測頻帶很窄，不足以探測由人工 爆炸產(chǎn)生的全部寬頻帶彈性波。而且這類傳統(tǒng)的速度型檢波器噪音干擾較大，為了壓制噪 音，必須采用幾個至幾十個的串并組合。傳統(tǒng)振動傳感器的數(shù)學(xué)模型均基于配重物受振動而使承受配重物體的彈簧或簧 片產(chǎn)生振動。并將這種彈性振動轉(zhuǎn)變成可測的物理量。因此彈簧或簧片的固有頻率及阻尼 是兩個十分重要的物理量。由于成千上萬只用于石油物探的速度型檢波器的一致性要求很 高，對彈簧的剛性系數(shù)及加工工藝要求也很高，因此尋找替換彈簧震動的新技術(shù)是研制新 型振動傳感器的關(guān)鍵。本申請人于2005年申請名為“一種基于磁懸浮原理的振動傳感器”的發(fā)明專利(專利號2005101118938)，在該專利的技術(shù)方案中，如圖2所示，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計限制，此技 術(shù)不能將懸浮磁體的振動局限在沿線圈軸向的上下方向，懸浮磁體與線圈套管的內(nèi)壁發(fā)生 磨擦，抵消懸浮磁體的上下振動，導(dǎo)致懸浮磁體的振動不連續(xù)，靈敏度的幅頻特性不光滑。 此外，該技術(shù)方案中磁場方向不能約束在線圈軸向，通過線圈的磁通量較小，靈敏度較低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器。本實用新型的目的是通過如下途徑實現(xiàn)的一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器，感應(yīng)振 動的磁體懸浮于與其磁極相反的支撐磁體之上，線圈的軸向與磁體的振動方向平行；磁體 固定在抗磁導(dǎo)軸上，抗磁導(dǎo)軸兩端穿過兩個軸承的中心孔。更進(jìn)一步的，磁體與支撐磁體相對的頂端裝有牽引鐵磁體。更進(jìn)一步的，所述的牽引鐵磁體為鐵磁材料或永磁材料制成。更進(jìn)一步的，所述的抗磁導(dǎo)軸為金屬彈簧。本實用新型提供的一種寬頻帶高靈敏度的磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器，與前述的專利 號為2005101118938的技術(shù)方案(以下簡稱原技術(shù))相比，在結(jié)構(gòu)上有了根本性的改變，在 效果上也有顯著提升。從原理和效果上本實用新型與原技術(shù)有以下不同結(jié)構(gòu)上本技術(shù)實用新型包含牽引鐵磁體、抗磁導(dǎo)軸和軸承，原技術(shù)沒有。由于原技術(shù)不包含抗磁導(dǎo)軸和軸承，故不能將懸浮磁體的振動局限在沿線圈軸向 的上下方向，懸浮磁體與線圈套管的內(nèi)壁發(fā)生磨擦，抵消懸浮磁體的上下振動。因此原技術(shù) 中懸浮磁體的振動不連續(xù)，靈敏度的幅頻特性不光滑。由于原技術(shù)不包含牽引鐵磁體，故磁場方向不能約束在線圈軸向，通過線圈的磁 通量較小，靈敏度較低?；谝陨辖Y(jié)構(gòu)上的差異，本技術(shù)實用新型在技術(shù)效果上相對于原技術(shù)有顯著的改 善。圖3為不同振動頻率下磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器的速度靈敏度。圖4為原技術(shù)振動傳 感器的靈敏度幅頻特性。圖4與圖3相比，幅頻特性不光滑。本實用新型的結(jié)構(gòu)包含牽引 鐵磁體、抗磁導(dǎo)軸和軸承，克服了原技術(shù)的缺陷，為高精度石油地震勘探提供一種高靈敏度 225^/0:^1)]、寬動態(tài)范圍(113dB)的新型磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明

圖1為本實用新型磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為原技術(shù)振動傳感器(專利號2005101118938)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器在不同振動頻率下的速度靈敏度示意 圖；圖4為原技術(shù)振動傳感器(專利號2005101118938)在不同振動頻率下的速度靈
敏度示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器，感應(yīng)振動的磁體2懸浮于與其磁極相反的支撐磁體1之上，線圈6的軸向與磁體2的振動方向平行；磁體2固定在抗磁 導(dǎo)軸3上，抗磁導(dǎo)軸3兩端穿過兩個軸承4的中心孔，抗磁導(dǎo)軸3為金屬彈簧，軸承4為固 定彈簧的面板。磁體2與支撐磁體1相對的頂端裝有牽引鐵磁體5，牽引鐵磁體5為鐵磁材 料或永磁材料制成。本實用新型的原理如下將一塊永久磁體2磁鐵和釹鐵硼材料等置于另一塊磁體1上方，如圖1所示，如 果兩塊永久磁體的磁場方向相反，而且兩磁場的相互作用力μΗ2Α/2大于上方磁體的重力 mgy 磁體的磁導(dǎo)率；H 磁場強度；A 相互平行的兩磁體的平面面積；m 上方磁體質(zhì)量即 μ H2A/2 > mg,則磁體2懸浮于磁體1之上。牽引鐵磁體5由鐵磁材料和永磁材料構(gòu)成。如 牽引鐵磁體5由磁性較弱的永磁材料構(gòu)成，則牽引鐵磁體5下端的磁場方向與懸浮磁體2 頂端的磁場方向相同。牽引鐵磁體5的功能之一是將懸浮磁柱體2的軸向牽引保持在線圈 6的軸向；功能之二是將懸浮磁體2的磁場方向保持在線圈6的軸向，使通過線圈6的磁通 量為最大。抗磁導(dǎo)軸3固定于懸浮磁體2的軸向，其兩端穿過上下軸承4的中心孔?？勾?導(dǎo)軸3的作用是將懸浮磁體2振動局限在沿線圈軸向的上下振動。軸承4由摩擦系數(shù)小， 且具有自潤滑作用的聚四氟乙烯制成。將支撐磁體1固定于被測振動體上并感應(yīng)外部振動時，則懸浮磁體2在重力和磁 力作用下相對于支撐磁體1產(chǎn)生反向振動。線圈6固定于振動傳感器上，由于懸浮磁體2 的上下振動，通過線圈6的磁通量Φ = ΒΑ，B為懸浮磁體的磁感應(yīng)強度發(fā)生變化，根基法拉 第電磁感應(yīng)定律，線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢U。感應(yīng)電動勢u的大小正比于磁通量Φ對時 間t的導(dǎo)數(shù)，即
權(quán)利要求1.一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器，感應(yīng)振動的磁體( 懸浮于與其磁極相反的支撐磁體 (1)之上，線圈(6)的軸向與磁體O)的振動方向平行；其特征在于磁體O)固定在抗磁 導(dǎo)軸( 上，抗磁導(dǎo)軸( 兩端穿過兩個軸承的中心孔。
2.如權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器，其特征在于磁體(2)與支撐磁 體(1)相對的頂端裝有牽引鐵磁體(5)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器，其特征在于所述的牽引鐵磁體 (5)為鐵磁材料或永磁材料制成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器，其特征在于所述的抗磁導(dǎo)軸(3) 為金屬彈簧。
專利摘要本實用新型涉及一種磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器，它由支撐磁體、懸浮磁體、抗磁導(dǎo)軸、軸承、牽引鐵磁體和線圈組成。感應(yīng)振動的磁體懸浮于與其磁極相反的支撐磁體之上。線圈的軸向與懸浮磁體的振動方向平行，當(dāng)檢波器感應(yīng)外部振動時懸浮磁體相對于支撐磁體發(fā)生相對運動。由于懸浮磁體的上下振動，通過線圈的磁通量發(fā)生變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈產(chǎn)生隨振動速度呈正比的感應(yīng)電動勢。磁懸浮電磁感應(yīng)檢波器由于無需固定懸浮磁體的金屬簧片和彈簧，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，感應(yīng)的振動頻譜范圍廣泛，為一種新型無源速度型檢波器。
文檔編號G01V1/18GK201852944SQ201020582009
公開日2011年6月1日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者譚成忠 申請人:譚成忠