一種低失真全向地震檢波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種低失真全向地震檢波器，包括外殼、上頂蓋、下頂蓋、慣性體系統(tǒng)、磁系統(tǒng)；慣性體系統(tǒng)包括上線圈、下線圈、調(diào)重線圈；磁系統(tǒng)包括磁體、上極靴、下極靴、補(bǔ)償環(huán)。將上極靴遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面A，下極靴遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面B，上線圈遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面C，下線圈遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面D，端面C和端面D位于端面A和端面B之間。將地震檢波器按比例放大或縮小，使端面A和端面B之間的距離HAB基準(zhǔn)化為HAB＝25.4mm時(shí)，端面C和端面A、端面D和端面B之間的距離滿足0.6mm≤SCA＝SDB≤3mm。本發(fā)明通過限定線圈端面到極靴端面的距離，使檢波器失真度得到了很大的改善，同時(shí)對(duì)靈敏度的影響極小。
【專利說明】
一種低失真全向地震檢波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種地震檢波器，尤其涉及一種用于復(fù)雜地況(諸如地下、海洋等難以正確埋置)勘探、地震測(cè)量和工程測(cè)量的內(nèi)磁感應(yīng)式全向地震檢波器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著地球物理勘探向深海、深部層系及復(fù)雜地況延伸，為解決埋置及復(fù)雜的耦合問題，行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了規(guī)格、種類繁多的全向地震檢波器。但隨之而來的問題是現(xiàn)有的全向地震檢波器無法提供更高的勘探分辨率，原本很有前景的全向技術(shù)在應(yīng)用上受到了很大的限制:現(xiàn)有技術(shù)無法在全向地震檢波器的失真上取得突破，其諧波失真都在< 0.6 %?0.9 %(17.8mm/s激勵(lì))范圍，這就無法實(shí)現(xiàn)高精度勘探(一般來講，失真度越低的檢波器其分辨率越高，也就越有利于分辨淹沒在低頻強(qiáng)噪聲中的弱小高頻信號(hào)，也就是說有更大的動(dòng)態(tài)范圍)；另一方面，高分辨率勘探又有更廣泛的市場(chǎng)需求，按照國內(nèi)外同行業(yè)的技術(shù)和裝備的發(fā)展趨勢(shì)，以及海洋勘探的迫切要求，低失真全向地震檢波器的需求是不可估量的。
[0003]由于彈性材料的固有特性和慣性體質(zhì)量受地球引力等自然現(xiàn)象，使得彈性材料所承載的慣性體在全向角度范圍內(nèi)相對(duì)于磁系統(tǒng)的磁中心，除定義的對(duì)稱位移工作角度(例如水平位置)外，均為非對(duì)稱位移工作。這種自然現(xiàn)象，容易產(chǎn)生諸如頻率、靈敏度指標(biāo)的非對(duì)稱允差和諧波失真增大(諧波失真是以一個(gè)輸入頻率會(huì)產(chǎn)生諧波為特征的一種非線性失真)。
[0004]一般來說，當(dāng)自然頻率超過18Hz時(shí)，地震檢波器在全向角度采集和檢測(cè)震源信號(hào)均可獲得滿意的數(shù)據(jù)；當(dāng)自然頻率低于18Hz，地震檢波器能夠在全向角度工作的自然頻率在1Hz?18Hz之間，但隨著自然頻率的降低，全向角度的頻率允差、靈敏度允差、諧波失真等指標(biāo)將明顯增大。過去幾十年，人們主要對(duì)自然頻率為13Hz?15Hz的全向地震檢波器進(jìn)行研究，但無論選擇多大的自然頻率，所追求的目標(biāo)都是自然頻率盡可能的小，指標(biāo)允差盡可能的窄、諧波失真盡可能的低。
[0005]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的全向地震檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖，分為結(jié)構(gòu)、磁路和電路三部分。分解如下:
[0006]1、結(jié)構(gòu):
[0007](I)構(gòu)件:①一個(gè)磁系統(tǒng)。沿軸向自下至上，下極靴123帽內(nèi)嵌入磁體115的下端;磁體115上端嵌入上極靴113帽內(nèi)；上極靴113上端面放有絕緣片108。②一個(gè)慣性體系統(tǒng)。沿軸向自下至上，下線架118繞有下線圈117;下線架118與上線架111粘結(jié)的中間部位繞有調(diào)重線圈116;上線架111繞有上線圈112;下線架118下端嵌有下彈簧片121和下卡環(huán)124;上線架111上端嵌有上彈簧片110和上卡環(huán)102。
[0008](2)構(gòu)成及原理:磁系統(tǒng)置于慣性體系統(tǒng)內(nèi)，由下頂蓋119、上頂蓋101(下頂蓋119和上頂蓋101分別頂入下極靴123和上極靴113的盲孔內(nèi))和外殼125組成地震檢波器。地震檢波器內(nèi)的慣性體系統(tǒng)由慣性體上的上彈簧片110和下彈簧片121—起攜帶慣性體，相對(duì)于磁系統(tǒng)上下相對(duì)移動(dòng)，接收震動(dòng)信號(hào)。
[0009]2、磁路:(1)組成:磁路由磁系統(tǒng)和外殼125，以及由磁系統(tǒng)與外殼125之間形成的環(huán)形氣隙磁場(chǎng)組成。
[0010](2)原理:慣性體上通過正、反繞制的上線圈112和下線圈117，由上彈簧片110和下彈簧片121—起攜帶，相對(duì)于磁系統(tǒng)在環(huán)形氣隙磁場(chǎng)內(nèi)上下移動(dòng)，接收震動(dòng)信號(hào)，切割磁力線，感應(yīng)出以靈敏度和失真度為標(biāo)量指標(biāo)的電信號(hào)，由地震檢波器的電路輸出。
[0011]3、電路:接線柱104和接線柱105分別為地震檢波器電信號(hào)輸出的2個(gè)電極。電信號(hào)的電路回路是:接線柱104錫焊于上內(nèi)接觸簧片103 ；上內(nèi)接觸簧片103再與上極靴113、磁體115、下極靴123、下彈簧片121依序相繼接觸;下彈簧片121錫焊下線圈117的下出線端;下線圈117上出線端絕緣通過調(diào)重線圈116表面與上線圈112下出線端連通;上線圈112上出線端錫焊于上彈簧片110上；上彈簧片110通過絕緣片108與上極靴113絕緣隔離，并與上外接觸簧片107接觸;上外接觸簧片107錫焊于接線柱105。
[0012]結(jié)合上述全向地震檢波器的構(gòu)成和原理，目前人們認(rèn)為引起諧波失真的原因主要有兩方面:一是由彈性材料產(chǎn)生的諧波失真，稱之為彈性失真;二是由磁材料產(chǎn)生的諧波失真，稱之為磁場(chǎng)失真。
[0013]一、對(duì)于彈性失真:
[0014]眾所公認(rèn)地震檢波器的簧片是產(chǎn)生彈性失真的原因，因而已研制了幾種不同的地震檢波器簧片的結(jié)構(gòu)，試圖減小額外諧波的產(chǎn)生，包括在美國專利號(hào)US5555222和US4623991中公開的簧片。雖然在減小諧波失真方面多少有些成效，但新研制的簧片不能完全解決問題，且殘余失真對(duì)輸入信號(hào)的分辨率有明顯的影響。而對(duì)于全向工作的自然頻率為1Hz?18Hz的地震檢波器來說，由于受地球引力影響產(chǎn)生的不對(duì)稱，要使之進(jìn)一步突破還有待研究。
[0015]二、對(duì)于磁場(chǎng)失真:
[0016]磁場(chǎng)失真是由于在全向工作角度內(nèi)，無法保證地震檢波器的線圈與磁場(chǎng)垂直切割磁力線或處于均勻的平行磁場(chǎng)內(nèi)所引起的。
[0017]為了獲得高靈敏度的有效輸出，幾乎所有的設(shè)計(jì)都以磁中心對(duì)稱為原則盡可能大的擴(kuò)大線圈長度與極靴長度的比例(其中極靴長度是從與磁體接觸的一端到該極靴相對(duì)的那一端的長度)，但這樣帶來的后果是諧波失真很大。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的全向地震檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖，線圈長度明顯大于極靴長度，這類結(jié)構(gòu)的全向地震檢波器的真實(shí)失真雷達(dá)圖如圖2A和圖2B，諧波失真很大(諧波失真< 0.8 %，17.8mm/s激勵(lì))。
[0018]美國專利US5469408(ZL95195123.8)，使用了線圈長度小于極靴長度的設(shè)計(jì)。但該技術(shù)沒有考慮到自然頻率為1Hz?18Hz的地震檢波器在全向工作環(huán)境下，線圈相對(duì)于磁中心的不對(duì)稱性對(duì)諧波失真的影響，而僅是針對(duì)地震檢波器在垂直或水平固定角度工作時(shí)，使線圈的相對(duì)位移以磁中心對(duì)稱，并且線圈的相對(duì)位移很小(峰-峰位移< 2mm)，以便最大限度的利用均勻磁場(chǎng)，達(dá)到降低失真度的目的。該專利中給出了其所提供的地震檢波器在最佳位置時(shí)的諧波失真圖，諧波失真的典型值為0.02%。人們?cè)谠摷夹g(shù)帶來的啟示下，嘗試不斷地增大線圈相對(duì)于磁中心的相對(duì)位移，以期降低全向地震檢波器的諧波失真，但是效果很不理想，始終未能找到使諧波失真顯著降低的臨界點(diǎn)，無法滿足全向地震檢波器對(duì)諧波失真的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]為解決上述背景中全向地震檢波器諧波失真高的問題，本發(fā)明提供了一種低失真全向地震檢波器。
[0020]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是地震檢波器在任意角度工作時(shí)，使線圈的相對(duì)位移以磁中心對(duì)稱，對(duì)均勻磁場(chǎng)的利用留有更大冗余的設(shè)計(jì)，能夠在對(duì)地震檢波器的靈敏度幾乎沒有影響的情況下獲得顯著降低諧波失真的效果。
[0021]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0022]—種低失真全向地震檢波器，包括外殼、上頂蓋、下頂蓋、慣性體系統(tǒng)、磁系統(tǒng);所述慣性體系統(tǒng)包括上線圈、下線圈、調(diào)重線圈；所述磁系統(tǒng)包括磁體、上極靴、下極靴、補(bǔ)償環(huán);所述上極靴遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面A，下極靴遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面B;上線圈遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面C，下線圈遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面D;其特殊之處在于:所述端面C和端面D位于端面A和端面B之間;將地震檢波器按比例放大或縮小，使所述端面A和端面B之間的距離Hab基準(zhǔn)化為Hab = 25.4mm時(shí)，端面C和端面A之間的距離、端面D和端面B之間的距離滿足0.6mm < Sca=Sdb < 3mm。
[0023]上述sCA=Sdb= 1.1mm時(shí)效果最佳，諧波失真降至最低。
[0024]上述地震檢波器適用于自然頻率為1Hz?18Hz的全向角度工作環(huán)境。
[0025]上述地震檢波器在自然頻率為13Hz?15Hz的全向角度工作環(huán)境中檢測(cè)效果最佳。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:
[0027]1、本發(fā)明考慮到地震檢波器在全向工作環(huán)境下，尤其是在低頻(自然頻率為1Hz?18Hz)的全向工作環(huán)境下，線圈相對(duì)于磁中心的不對(duì)稱性對(duì)諧波失真的影響，確定線圈的端面距相應(yīng)的極靴的端面之間的距離大于0.6mm，在損失極少量靈敏度的情況下，失真度得到了極大的改善。
[0028]2、當(dāng)Sca=Sdb = 0.6mm時(shí)，諧波失真急劇降低至 < 0.5%(17.8mm/s激勵(lì))；當(dāng)Sca=Sdb=1.1mm時(shí)，諧波失真進(jìn)一步降低至<0.3%(17.81111]1/8激勵(lì))。
[0029]3、本發(fā)明的地震檢波器適用于自然頻率為1Hz?18Hz的全向工作環(huán)境，自然頻率為13Hz?15Hz的全向工作環(huán)境中檢測(cè)效果最佳。
[0030]說明書附圖
[0031]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的全向地震檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào):101上頂蓋，102上卡環(huán)，103上內(nèi)接觸簧片，104、105接線柱，106電路板，107上外接觸簧片，108絕緣片，109上密封圈、110上彈簧片，111上線架，112上線圈；113上極靴，115磁體，116調(diào)重線圈，117下線圈，118下線架，119下頂蓋，120下密封圈，121下彈簧片，122下接觸片，123下極靴，124下卡環(huán)，125外殼；
[0032]圖2A為現(xiàn)有全向地震檢波器的失真雷達(dá)圖(5.08mm/s激勵(lì))；
[0033]圖2B為現(xiàn)有全向地震檢波器的失真雷達(dá)圖(17.8mm/s激勵(lì))；
[0034]圖3為本發(fā)明的全向地震檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號(hào):301上頂蓋，302上卡環(huán)，303上內(nèi)接觸簧片，304、305接線柱，306電路板，307上外接觸簧片，308彈簧墊片，309絕緣片，310上彈簧片，311上密封圈；312上線架，313上線圈；314上極靴，315補(bǔ)償環(huán)，316磁體，317調(diào)重線圈，318下線圈，319下極靴，320下線架，321下頂蓋，322下密封圈，323下彈簧片，324下接觸片，325下卡環(huán)，326外殼；
[0035]圖4A為本發(fā)明的失真雷達(dá)圖(ScA=SDB = 0.6mm，5.08mm/s激勵(lì))；
[0036]圖4B為本發(fā)明的失真雷達(dá)圖(Sca=Sdb = 0.6mm，17.8mm/s激勵(lì))；
[0037]圖4C為本發(fā)明的失真雷達(dá)圖(Sca=Sdb=I.lmm，5.08mm/s激勵(lì))；
[0038]圖4D為本發(fā)明的失真雷達(dá)圖(Sca=Sdb = I.Imm,17.8mm/s激勵(lì))。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0040]本發(fā)明提供了一種低失真全向地震檢波器，包括上線架312、上線圈313、下線架320、下線圈318、調(diào)重線圈317、磁體316、絕緣片309、上極靴314、下極靴319、上彈簧片310、下彈簧片323、上卡環(huán)302、下卡環(huán)325、上頂蓋301、下頂蓋321、外殼326、彈簧墊片308、接線柱304、接線柱305、上內(nèi)接觸簧片303、上外接觸簧片307;
[0041 ]兩接線柱304和305分別為全向地震檢波器電信號(hào)輸出的2個(gè)電極；電信號(hào)的電路回路是接線柱304錫焊于上內(nèi)接觸簧片303;上內(nèi)接觸簧片303再與上極靴314、磁體316、下極靴319、下彈簧片323依序相繼接觸；下彈簧片323錫焊下線圈318的下出線端；下線圈318上出線端絕緣通過調(diào)重線圈317表面與上線圈313下出線端連通;上線圈313上出線端錫焊于上彈簧片310上；上彈簧片310通過絕緣片309與上極靴314絕緣隔離，并與上外接觸簧片307接觸;上外接觸簧片307錫焊于接線柱305。
[0042]本發(fā)明的磁系統(tǒng):磁體316外套有補(bǔ)償環(huán)315，磁體316的下端嵌入下極靴319帽內(nèi)，磁體316的上端嵌入上極靴314帽內(nèi)；上極靴314上端面放有絕緣片309 ；
[0043]本發(fā)明的慣性體系統(tǒng):沿軸向自下至上，下線架320下端嵌有下彈簧片323和下卡環(huán)325;下線架320繞有下線圈318，下線架320與上線架312粘結(jié)的中間部位繞有調(diào)重線圈317;上線架312繞有上線圈313;上線架312上端嵌有上彈簧片310和上卡環(huán)302;
[0044]磁系統(tǒng)置于慣性體系統(tǒng)內(nèi)，由下頂蓋321、上頂蓋301(下頂蓋321和上頂蓋301分別頂入下極靴319和上極靴314的盲孔內(nèi))和外殼326組成全向地震檢波器。
[0045]本發(fā)明的工作過程是:全向地震檢波器內(nèi)的慣性體系統(tǒng)由慣性體上的上彈簧片310和下彈簧片323—起攜帶慣性體，相對(duì)于磁系統(tǒng)上下相對(duì)移動(dòng)，接收震動(dòng)信號(hào);慣性體上通過正、反繞制的上線圈313和下線圈318，由上彈簧片310和下彈簧片323—起攜帶，相對(duì)于磁系統(tǒng)在環(huán)形氣隙磁場(chǎng)內(nèi)上下移動(dòng)，接收震動(dòng)信號(hào)，切割磁力線，感應(yīng)出以靈敏度和失真度為標(biāo)量指標(biāo)的電信號(hào)，由全向地震檢波器的電路輸出。
[0046]為了在保證全向地震檢波器靈敏度的前提下，盡可能的降低全向地震檢波器的諧波失真，如圖3所示，本發(fā)明對(duì)上線圈313的上端面(端面C)距上極靴314的上端面(端面A)之間的距離、下線圈318的下端面(端面D)距下極靴319的下端面(端面B)之間的距離作出了如下限定:
[0047]首先將地震檢波器按比例放大或縮小，使端面A和端面B之間的距離Hab基準(zhǔn)化為Hab = 25.4mm時(shí)，則端面C和端面A之間的距離、端面D和端面B之間的距離滿足0.6mm < Sca =SDB< 3mm，且端面C和端面D位于端面A和端面B之間(即上線圈的長度小于上極靴的長度，下線圈的長度小于下極靴的長度)。
[0048]1、當(dāng)Sca=Sdb = 0.6mm時(shí)，本發(fā)明的諧波失真可降至:
[0049](I)諧波失真^ 0.2%(5.08mm/s激勵(lì))，相應(yīng)的失真曲線如圖4A所示，圖中90°、270°是芯體水平位置；
[0050](2)諧波失真<0.45% (17.8mm/s激勵(lì))，相應(yīng)的失真曲線如圖4B所示，圖中90°、270°是芯體水平位置。
[0051]2、當(dāng)Sca=Sdb= 1.1時(shí)，本發(fā)明的諧波失真可降至:
[0052](1)諧波失真^0.1%(5.08!11111/8激勵(lì))，相應(yīng)的失真曲線如圖4(:所示，圖中90°、270°是芯體水平位置；
[0053](2)諧波失真<0.2% (17.8mm/s激勵(lì))，相應(yīng)的失真曲線如圖4D所示，圖中90°、270°是芯體水平位置。
[0054]3、當(dāng)Sca= Sdb在[I，3]區(qū)間內(nèi)逐漸增大時(shí)，本發(fā)明的諧波失真基本沒有變化，失真曲線圖與Sca=Sdb = 1.1mm的失真曲線圖相同，同時(shí)本發(fā)明的靈敏度損失極小;但是，當(dāng)Sca=SDB>3mm時(shí)，本發(fā)明靈敏度下降，已不能滿足勘探要求，此時(shí)失真度已無意義。
[0055]而現(xiàn)有技術(shù)的全向地震檢波器的諧波失真為:
[0056](1)諧波失真<0.25%(5.08!11111/8激勵(lì))，相應(yīng)的失真曲線如圖24所示，圖中90°、270°是芯體水平位置；
[0057](2)諧波失真<0.8% (17.8mm/s激勵(lì))，相應(yīng)的失真曲線如圖2B所示，圖中90°、270°是芯體水平位置。
[0058]注:以上失真曲線圖都是按照GB/T24260-2009對(duì)全向地震檢波器進(jìn)行失真度檢測(cè)所得數(shù)據(jù)生成的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低失真全向地震檢波器，包括外殼、上頂蓋、下頂蓋、慣性體系統(tǒng)、磁系統(tǒng);所述慣性體系統(tǒng)包括上線圈、下線圈、調(diào)重線圈；所述磁系統(tǒng)包括磁體、上極靴、下極靴、補(bǔ)償環(huán)；所述上極靴遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面A，下極靴遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面B;上線圈遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面C，下線圈遠(yuǎn)離磁體的端面記為端面D;其特征在于: 所述端面C和端面D位于端面A和端面B之間； 將地震檢波器按比例放大或縮小，使所述端面A和端面B之間的距離Hab基準(zhǔn)化為Hab =25.4mm時(shí)，端面C和端面A之間的距離、端面D和端面B之間的距離滿足0.6mm < Sca = Sdb <3mm ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低失真全向地震檢波器，其特征在于:所述Sca=Sdb=I.Imm03.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低失真全向地震檢波器，其特征在于:所述全向地震檢波器的自然頻率為I OHz?18Hz。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低失真全向地震檢波器，其特征在于:所述全向地震檢波器的自然頻率為13Hz?15Hz。
【文檔編號(hào)】G01V1/18GK105866830SQ201610244159
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】王書克, 夏亞舟, 賀蕾, 林月梅, 馮京川, 馮克軍
【申請(qǐng)人】東莞市達(dá)耐美機(jī)電科技有限公司