[发明专利]一种超低频高灵敏度动圈芯体

说明书

本发明公开了一种超低频高灵敏度动圈芯体，属于无源类速度传感器技术领域，该超低频高灵敏度动圈芯体包括磁钢、磁靴、端盖、弹簧和线圈架等，其中，弹簧片采用新型结构，改变了弹性臂的长度和夹角，显著提升了超低频的响应效果，线圈架采用非金属线架，从根本上解决了标称灵敏度与实际采集灵敏度之间的误区，使得实际有效灵敏度有了极大的提高，本发明采用多组线架和多组磁路，一方面使芯体的带载和抗干扰能力显著提高，另一方面使灵敏度有了显著提高、且降低了检波器的重量和体积。

技术领域

本发明属于无源类速度传感器技术领域，尤其涉及一种超低频高灵敏度动圈芯体，可广泛应用于深部地震勘探、工程脉动测量及其它振动分析领域。

背景技术

目前，矿产资源领域勘探所使用的动圈检波器最低的自然频率fn为4.5Hz，而上述所涉及的自然频率fn为2Hz，远低于通常的自然频率fn，因此称之为超低频检波器。对于这类超低频高灵敏度检波器而言，其关键技术取决于三个方面：一是自然频率fn的获取方法；二是灵敏度与阻尼，在关键采集频段1～10Hz时的匹配好与坏；三是灵敏度的获取方法。

现有的超低频检波器的自然频率fn制做起来具有一定技术难度，根据公式：可知，要获得确定的fn值，要么确定惯性体质量m值，调整弹簧系数k；要么确定弹簧系数k值，调整惯性体质量m值；要么分别调整惯性体质量m和弹簧系数k值。实际情况是：分别调整m、k的方法太过麻烦，几乎没有技术人员愿意采用。通常采用的是：固定惯性体质量m值，调整弹簧系数k值，以目前比较成熟领先的山东威海双丰传感器厂产品PS【H】-2为例，其产品通常至少会使用12个以上的弹性元件，如图1所示，来调整k值，其中，弹簧片4个，如图2所示，外圈4个，如图3所示、内圈4个，如图4所示，其结果是：制做过程麻烦、制做成本高、稳定性不高。

由于超低频检波器接收的信号，是来自地脉动，属于天然震源，这些来自地层深部的震动信号能量非常微弱。因此，希望接收的检波器灵敏度越高越好。当前所有的动圈检波器所用线圈架都是用金属材料制作的，通常这种金属材料线圈架切割磁力线后，所产生的涡流阻尼约在：25％～35％之间，称之为开路阻尼系数，根据总阻尼公式可知，总阻尼系数由开路阻尼系数和电磁阻尼系数相加而成。其中，R_C为检波器线圈电阻，R_B为检波器并联电阻，也就是采集仪器的输入电阻，现仍以威海双丰传感器厂推出的超高灵敏度PS【H】-2为例，研究超高灵敏度检波器接入野外采集仪器后带来的阻尼系数变化，检波器接入野外采集仪器等效电路图，如图5所示，PS【H】-2的标称G_o＝260v/m/s，f_n＝2Hz,m＝60g，R_C＝6400Ω，R_B＝40000Ω，将上述数据代入根据总阻尼公式B_t＝B_o+B_d中，其中表明B_d数值已达到了临界阻尼值，根据总阻尼公式B_t＝B_o+B_d可知，此时，B_t＝25％～35％+100％＝(1.25～1.35)，检波器呈现严重的过阻尼状态，产品幅频特性曲线上的关注频段数据如下表所示。

从幅频特性曲线上可以明显地看出：因为过阻尼原因，使得频率都到达10Hz时，其灵敏度才达到标称的72％，使得最关注频段的灵敏度受到了很大的压制，且检波器设计者仍然不知内情，但测量地脉动又必须要高灵敏度做保障，如何解决上述矛盾，是这个行业高端技术能否突破瓶颈的关键所在。