高灵敏度地震检波器的制作方法

本实用新型涉及一种速度型10Hz高灵敏度地震波采集设备。

背景技术：

在使用常规检波器串的勘探中，常规地震道是一个检波器组合记录的所有道的综合结果。道综合通过压制环境噪音和相干噪音，同时突出信号，进而提高信噪比。常规的检波器串并组合压制野外的相干规则噪声，但在压制了噪声的同时也压制了有效信号，使得地震频率下降；常规串并组合的同时也引进了一串中各检波器的相位误差，减小了信号的动态范围，增加了地震波的失真度。因此，常规采集方法记录的资料细节一旦从原始资料中去除，后期资料处理就缺少了灵活性。而单检波器采集技术是一个单点接收点记录一道原始资料。而单点检波器接收技术能有效地消除因地形高差和近地表速度变化所带来的地震道信号差异的影响，避免因空间欠采样而产生的采样信号畸变失真，有利于提高地震采集信号的保真度，改善地震数据对地下地质目标的分辨能力，有利于野外静校正的实施，并为储层描述、地震属性分析、地震参数提取等提供高质量的数据。单检波器道是原始数据，可提供最大的处理灵活性。全方位角、大偏移距和高覆盖次数资料需要用多道高密度勘探方法采集。

随着三维地震勘探精度要求越来越高、接收道数越来越多，采样密度不断增加，对于5万道以上的有线采集仪器在进行宽方位、高密度、大道数数据采集中存在电缆管理和维护困难，作业成本高等局限。无缆、节点地震数据采集系统能减轻系统重量，提高操作灵活性，能满足地震作业提高施工效率、降低作业成本要求，是当前地震采集的一个重要发展方向。另外陆上低频震源的使用，大大降低了多次覆盖的成本，使高密度采集，多次覆盖采样成为可能。

三维地震勘探精度的提高，对检波器的参数精度，倾角表现，可靠性的要求也成倍增加。野外采集中，为得到更好的采集资料，要求检波器排列时做到水平、正直、耦合良好，这是野外地震队面临的一大难题，也使影响采集作业效率的关键因素，而对于复杂地形，更是难以实现。

在此背景下需要一款能满足大倾角施工要求，性能可靠，经久耐用的高灵敏度接收设备与之匹配，即一款新型的10Hz高灵敏度地震检波器。

高灵敏度地震检波器作为地震数据接收的设备，要求能够大倾角下可靠工作，提供与地震检波器阵列的输出相当的灵敏度，能够满足仪器单点接收的要求，具备低失真，提高输入信号分辨率。本实用新型满足以上要求，并且能更好地与采集记录设备相匹配，为节点地震数据采集设备提供可靠真实的数据。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高灵敏度地震检波器，以解决能够在野外恶劣条件下能稳定可靠工作，既能满足大倾角作业，灵敏度高达85.8V/m/s，失真符合超级检波器失真要求，又能更好地与采集记录设备相匹配，为节点地震数据采集设备提供可靠真实的数据等技术问题。

为了实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种高灵敏度地震检波器，包括顶盖组件1、密封圈2、线圈组件3、外壳4、上下弹簧片5、卡簧6、下接触片7、底盖8、磁靴9、磁钢10、补偿环11和绝缘垫片12；磁靴9位于磁钢10上下两端，磁钢10位于线圈中心位置，磁钢10外套有补偿环11，磁钢 10外部设有外壳4，磁钢10充磁后，通过磁靴9及外壳4形成磁回路，即为检波器提供能量的磁系统；外壳4上下分别设有顶盖组件1、底盖8，并在连接处设有绝缘垫片12；在外壳4与磁钢10、磁靴9之间设有线圈组件3，线圈组件3由两组绕向相反的线圈绕组及线圈骨架组合而成，并由分别卡在线圈组件3上的两只弹簧片5支撑，悬浮于磁靴9 与外壳4之间的磁场中；上下弹簧片5分别通过卡簧6固定在线圈组件两端。以上线圈组件(3)与两只弹簧片(5)构成弹簧-质量阻尼振动系统；线圈绕组两端的引出漆包线分别焊接在上下弹簧片5上，上端引线通过上弹簧片5经由顶盖组件1的外接触片13，引到绝缘子14正极一端；下端引线通过下弹簧片5，经由磁靴9、磁钢10、顶盖组件1 的内接触片15，引到绝缘子14负极一端；下接触片7设在弹簧片5和底盖8之间；上下弹簧片5的弹簧片纹路为外环中有三支撑臂，均匀分布在同心圆上，三支撑臂形状尺寸完全一样，为L状弧形，并且依次叠加，所述支撑臂的每个外侧端为悬臂外支点，每个内侧端为悬臂内支点，支撑悬臂外面弧度满足R16.4，内圈弧度满足R12.8；支撑臂之间与实体连接部分的两端粗，中间细，两端宽度W2与中间最细处宽度W1比为2，单一支撑臂的整体长度L与支撑臂最外端到圆心的半径R1之比为1.5；弹簧片纹路在内环为两只开口环形变径且互相叠加结构的减振臂，每个减振臂外端与另一个减振臂变径处之间形成内外悬臂连接支点，减震臂的整体

长度L22与减震臂最外端到圆心的半径R2比为2.8，减震臂的弹性系数要与外环三支撑臂的弹性系数一致，减震臂中间部分的宽度W3与三支撑臂中间部位W1的比为0.8。

磁钢10的长径比应满足0.48，磁钢10的长度与磁靴9导磁面长度L6比1.1，磁靴导磁面长度L6与线圈组件3中线槽宽度L1比1.14，磁靴9上凸台L5与磁靴下沿L4的长度比为1.04，线圈骨架绕线槽宽度L1与磁靴导磁面宽度L6比值为0.88，磁靴9上凸台的下沿距绕线槽上沿距离L2与磁靴下沿距绕线槽下沿的距离L3的比为1.44。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点及效果：

1.弹簧片外悬臂的合理设计以及内外悬臂的良好配合保证该产品的可靠性，抗冲击性能更强。

2.磁靴结构设计使有效磁场更宽，更加均匀，增量参数更宽，失真度更小。

3.线圈骨架设计使产品的跌落性能更出色，提高产品寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构剖视图。

图2是本实用新型的顶盖组件剖视图。

图3是本实用新型的阻尼系统剖视图。

图4是本实用新型的弹簧片结构示意图。

图5是本实用新型的增量分析图。

具体实施方式

本实用新型所述一种10Hz高灵敏度地震检波器，参见图1所示。包括顶盖组件1、密封圈2、线圈组件3、外壳4、上下弹簧片5、卡簧6、下接触片7、底盖8、磁靴9、磁钢10、补偿环11和绝缘垫片12。磁靴9位于磁钢10上下两端，磁钢10位于线圈中心位置，磁钢10外套有补偿环11，磁钢10外部设有外壳4，磁钢10充磁后，通过磁靴9及外壳4形成磁回路，即为检波器提供能量的磁系统；外壳4上下分别设有顶盖组件1、底盖8，并在连接处设有绝缘垫片12；在外壳4与磁钢10、磁靴9之间设有线圈组件3，线圈组件3由两组绕向相反的线圈绕组及线圈骨架组合而成，并由分别卡在线圈组件3 上的两只弹簧片5支撑，悬浮于磁靴9与外壳4之间的磁场中。上下弹簧片5分别通过卡簧6固定在线圈组件两端。以上构成弹簧-质量阻尼振动系统。

参见图2所示。电路上：线圈绕组两端的引出漆包线分别焊接在上下弹簧片5上，上端引线通过上弹簧片5经由顶盖组件1的外接触片13，引到绝缘子14正极一端；下端引线通过下弹簧片5，经由磁靴9(下接触片7设在弹簧片5和底盖8之间，位于下弹簧片5和磁靴9下方，保证下弹簧片5和磁靴9紧密相连，形成导通)、磁钢10、顶盖组件1的内接触片15，引到绝缘子14负极一端；

静止时，弹簧片支撑线圈绕组，保证线圈绕组处于平衡位置，外界振动时，线圈绕组与导磁外壳发生相对运动，线圈绕组切割磁力线，进而从检波器的正负极之间形成电流。

本实用新型是一种能满足大倾角作业，灵敏度高达85.8V/m/s，失真符合超级检波器失真要求，在野外恶劣条件下能稳定可靠工作的地震采集设备。

大倾角即要求产品在倾斜过程，频率和失真无明显变化，即本设计的弹性系统-弹簧片拥有很好的线性度。可靠耐用主要体现在产品在受到物理冲击时，弹簧片能禁售上万次的疲劳考研，具体体现为弹簧片支撑力和弹性系数的变化最小。为解决上述要求，本实用新型设计了线性度更好的弹簧片纹路。其纹路特征主要是：

参见图4所示。

1)外环中有三支撑臂，均匀分布在同心圆上，三支撑臂形状尺寸完全一样，且支撑悬臂外面弧度满足R16.4，内圈弧度满足R12.8。支撑臂与实体连接的两端粗，中间细，两端宽度W2与中间最细处宽度W1比为2，单一支撑臂的长度L与支撑臂最外端到圆心的半径R1之比为1.5，两端粗使弹簧片轴向支撑力增大，中间细，超长的悬臂降低了弹性系数。这种设计同样降低了弹簧片的非线性度，极大改善频率随倾角的变化，同时降低了本实用的谐波失真。

2)内部设计两只减振臂，两只减震臂的设计同样重要，减震臂的设计能降低弹簧片在受到横向冲击力时的机械损伤，合理的内环，能够提高产品的抗冲击能力，提高可靠性。本设计要求减震臂长度L22与减震臂最外端到圆心的半径R2比为2.8，减震臂的弹性系数要与外环三支撑臂的弹性系数一致，保证在检波器在受到横向或斜向的冲击时，首先形变的同时具有一定的强度，以便卸掉大部分冲量，保护外环支撑臂，要求减震臂中间部分的宽度W3与三支撑臂中间部位W1的比为0.8。

在图4中，17是悬臂外支点，18是悬臂内支点，19是内外悬臂连接支点。

本实用新型灵敏度高达85.8V/M/s，因此，磁钢10采用钕铁硼材料，表面镀镍铜镍，钕铁硼材料相较以往技术的铝镍钴材料，具有更高的磁能积，且退磁曲线的方形度较铝镍钴材料好很多，因此能够在磁靴9与外壳4之间的环形区域形成近似均匀的、磁通密度更高的磁场，为本实用新型的高输出提供能量保证。

通过研究发现，不仅弹簧片的非线性会产生多次谐波，线圈所处磁场的非均匀性同样产生多次谐波，尤其是影响检波器失真的二次谐波。为降低谐波失真，满足大倾角工作要求，本实用设计了更厚的磁靴，来降低检波器两端的漏磁。参见图3所示。通过改变磁靴的形状，来改变磁力线的走向，以便最大程度的降低线圈所处区域磁场的非线性。为提高磁钢性能的利用率，磁钢的长径比应满足0.48，磁钢10的长度与磁靴9导磁面长度L6比1.1，磁靴导磁面长度L6与线圈组件3中线槽宽度L1比1.14，磁靴9上凸台L5与磁靴下沿L4的长度比为1.04，磁靴9上凸台的下沿距绕线槽上沿距离L2与磁靴下沿距绕线槽下沿的距离 L3的比为1.44。本设计的相对磁场宽度较以往设计有了明显的改善。相应的，本实用新型的增量(线圈在不同位置时候的失真)也明显的拓宽了很多，如图4所示，保证本实用新型能够适应更大的倾角，为野外的施工提供了方便。

钕铁硼的矫顽力很高，降低了检波器磁衰减，提高了检波器的稳定性和抗疲劳性。然而，钕铁硼温度系数大，为解决这一问题，磁钢外设计了补偿环11，补偿环吸收磁力线的能力与温度成反比，进尔降低磁靴与外壳之间的环形区域内磁通密度变化，保证了检波器电气参数一致性。

在线圈骨架的设计上：

1)考虑到单点检波器悬体质量大，使用过程受到的冲量大等因素，本实用新型采用线架中部限位结构，来改善产品的可靠性，提高抗跌落性能。常规检波器跌落过程中，线架顶、底端直接与顶盖、底盖碰撞，这个过程容易造成卡簧槽变形，或卡簧松动，进而导致跌落后检波器的频率参数发生明显变化。本实用新型采取中部限位方式，跌落过程中，线架顶底端与顶盖、底盖的碰撞转换为线架内部中间限位台阶与磁靴下沿的碰撞。有效减小了跌落过程频率的变化量。

2)为了得到更宽的增量了，本实用新型设计可如图3所示结构，要求线圈骨架绕线槽宽度L1与磁靴导磁面宽度L6比值为0.88，磁靴9上凸台的下沿距绕线槽上沿距离L2与磁靴下沿距绕线槽下沿的距离L3的比为1.44。

本实用新型作为地震数据接收的设备，能够大倾角下可靠工作，经受上万次的跌落考验；能够提供与地震检波器阵列的输出相当的灵敏度，满足仪器单点接收的要求；具备低失真，提高输入信号分辨率，参见图5所示，图中上部曲线为现有技术的增量，下部曲线为本实用新型技术方案的增量。本实用新型能更好地与采集记录设备相匹配，为节点地震数据采集设备提供可靠真实的数据。同时极大的减轻了设备重量，使数万乃至数百万道高密度采集成为可能。