地震检波器
水中的地震波转换成电信号的机电转换装置
地震检波器是把传输到地面或水中的地震波转换成电信号的机电转换装置,它是地震仪野外数据采集的关键部件。陆上地震勘探普遍使用电动式检波器,海上地震勘探普遍采用压电式检波器。涡流检波器是20世纪80年代发展起来的一种新型检波器,(2016年)受到关注与重视的是基于微机电机械传感技术(MEMS技术)的数字地震检波器。
电动式地震检波器
电动式地震检波器的外形和结构如图1所示。它由永久磁铁、线圈和弹簧片组成,磁铁具有很强的磁性,它是地震检波器的关键部件;线圈由铜漆包线绕在框架上而成,有两个输出端,它也是地震检波器的关键部件;弹簧片由特制的磷青铜做成一定的形状,具有线性弹性系数,它使线圈与塑料盖连在一起,使线圈与磁铁形成一个相对运动体(惯性体)。当地面存在机械振动时,线圈对磁铁做相对运动而切割磁力线,根据电磁感应原理,线圈
中产生感生电动势,且感生电动势的大小与线圈和磁铁的相对运动速度成正比,线圈输出的模拟电信号与地面机械振动的速度变化规律是一致的。
压电式地震检波器
某些电介质,当沿一定方向对其施力而使它变形时,其内部就产生极化现象,同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷(作用力方向改变时,电荷的极性也随着改变)。当外力去掉后,它又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应。海上用地震检波器就是利用这种压电效应将地震波引起的水压变化转变为电信号的一种机电转换装置。
具有压电效应的物质很多,如天然石英晶体、人工制造的压电陶瓷锆酸铅等。由于人工制造的经过极化处理的压电陶瓷具有非常高的压电系数,为石英晶体的几百倍,所以海上用地震检波器普遍采用压电陶瓷作为敏感元件。
涡流式地震检波器
涡流式地震检波器是美国OYO公司1984年研制成的一种检波器。它是利用惯性部件和固定在机壳里的永久磁场的相对运动产生涡流,涡流又使固定在机壳里的线圈感应出电压和电流的原理而制成的。一个固定的圆柱形磁铁沿中央轴安装在机壳内,线圈固定地绕在永久磁铁的外面,非磁性可运动的铜环由弹簧悬挂在磁铁和线圈之间构成惯性部件。当机壳被地面振动驱动时,固定在机壳内的永久磁铁和铜环之间的相对运动在铜环中形成涡流,涡流的变化引起次生的变化磁场,变化的磁场在固定的线圈中产生电动势。铜环内涡流的大小与检波器外壳的运动有关,它本质上是一种对外壳位移加速的传感器。它的结构特点是活动的惯性体,与输出端没有电连接,这就大大提高了检波器的可靠性,并且其感应电动势随频率的增加按6dB/oct斜率上升(dB为分贝,oct为倍频程),这种特性可以部分补偿地震信号因大地吸收衰减而造成的高频损失。因此,用这种检波器可以提高地震勘探的分辨率。
涡流检波器是在常规动圈式检波器的基础上演变出来的,它的结构与动圈式检波器的主要区别在于:一方面,动圈式检波器的线圈悬挂在弹簧上,线圈在磁场中运动,产生电动势,以这个电动势作为输出信号源;涡流检波器把筒状铜环悬挂在弹簧上,铜环在磁场中运动,产生涡流,涡流产生的变化磁场与固定在永久磁铁外面的线圈交链,从而在固定线圈中产生感应电动势,用这个电动势作为输出信号源。另一方面,在动圈式检波器中,信号源产生于活动线圈,将信号源可靠地连接到检波器的输出端,需要采用精细的连接技术,这也是检波器常出故障的部位;在涡流检波器中,信号源产生于固定线圈,因此,将信号源连接到检波器端子,十分简便可靠。
数字地震检波器MEMS
数字地震检波器(MEMS)是微机电机械传感器(Micro—Machined Electro Mechanical Sen—sor)的简称。它是一种微米级的类似于集成电路的装置和工具,现已应用于工业、汽车、国防、生命科学和日常生活。MEMS技术是从早期的汽车轮胎压力传感器到为开发气囊而进行的汽车撞毁试验以及航空电子等大冲击量检测设备而逐渐发展而来的。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 15:20
目录
概述
电动式地震检波器
压电式地震检波器
参考资料