[其他]地震检波器弹簧

说明书

一种用于地震检波器用以将线圈悬挂在磁场组件内的弹簧。弹簧用圆片制成，含有一外环、一内环和连接内外环的三条腿，这些腿是通过按一预定图形将圆片一些部分去掉而形成。每条腿（７）的内缘落在一个具有一个半径至少比从弹簧（４）的中心（９）到在腿跟内环（６）接合的点（１１）上的腿（７）的内缘的距离大１．２５倍的圆弧上。腿跟内外环连接点（１０、１１）间的直线距离大于从弹簧中心到外环（５）的外缘的距离。每条腿（７）最好两端（１０、１１）比其中间（１２）大。

本发明涉及地震检波器，具体涉及地震检波器的悬挂弹簧。

地震检波器是一种通过从一个刚性的固定的支承结构悬挂着一个惯性参考质量来检测运动的装置。典型结构是此质量是一种每端用一个弹簧悬挂着在一个磁场中的线圈。这些弹簧将线圈放置在这磁场内使它在这磁场内沿其轴线中心定位。这些弹簧同时形成一个具有一个预定谐振频率的悬挂系统。

地震发生时，地震波传到在或接近地球表面的地壳，部分地震波从地下岩层的界面反射或折射。地震检波器成排成组地布置在地面上，当反射波或折射波碰到一个地震检波器时，悬挂在两个弹簧之间的线圈在地震检波器的外壳连同与它相连的磁路随着地面运动时会保持静止不动。线圈穿过磁场的运动使一个电压产生在地震检波器的输出端。地震检波器排列的输出记录成一个能进行分析的格式。有经验的分析人员能够从分析中鉴别地下岩层的形状，有可能找出诸如油和气之类的矿藏。

现时的地震检波器广泛使用辐条状弹簧。这种弹簧通常用弹簧材料圆片制造并具有用多条腿连起来的一个内环和一个外环。这些腿是按一个预定的图形用腐蚀方法或冲压方法形成。通常采用三条腿，这种三腿布置通常被认为是最有利的。

地震检波器弹簧的腿通常具有矩形截面并在跟弹簧内外环的接合处之间沿其长度弯曲。弹簧在腐蚀后用公知技术预成型。预成型完成后，内环跟外环错开，使每个弹簧的内环、腿和外环在一个质量悬挂在两个这样的弹簧之间时处在同一平面上。

地震检波器是用来检测来自大致平行于线圈相对于地震检波器外壳的运动轴线的方向的运动，因此需要将由不平行于在地震检波器内悬挂着的线圈的运动轴线的力引起的线圈的任何侧向运动的影响消除掉或降到最小。

地震发生时，一个不是完全平行于地震检波器轴线的并且含有一个在寄生频率上或非常靠近寄生频率的频率成份的脉冲导致地震检波器在线圈里产生一个不合乎需要的或错误的电动势。由于品质因素Q很高，这个运动将会在使它发生的力消退后仍然持续一些时间。这个谐振被认为是地震检波器的主要寄生振荡，由于它限制了地震检波器净带宽的上限，所以它是非常不希望有的。

由于一种给定型号的地震检波器的线圈的几何形状与质量在制造容差范围内是固定的，寄生振荡也是固定的。因此寄生振荡的频率可以通过改变悬挂弹簧的几何形状来提高或降低。这个特征已被用来提高这些错误的信号的频率使它落在地震检波器需用的频谱之外，通过提高弹簧的侧向刚度来实现。用这个方法，这些错误的信号就不会干扰有用的信号。提高弹簧的侧向刚度的普遍的方法是缩短弹簧腿。可惜在弹簧腿比较短时由于弹簧的非线性导致的信号失真增大了，并且弹簧寿命缩短了。

在美国专利3，602，490中公开了一种用于地震检波器的弹簧，这弹簧由一个圆片制成，用来将线圈悬挂在一个磁场组件内，所述弹簧含有一个外环、一个内环和将内外环连接起来的多条腿，这些腿通过按一个预定图形将圆片的一些部分去掉而形成，每条腿的内缘与外缘基本上由圆弧段构成并且每条腿两端比当中宽。

希望有一种弹簧它的寄生振荡频率比现有技术的弹簧高出很多而同时保持住这弹簧的线性响应。

根据本发明的地震检波器弹簧的特征在于每条腿的内缘落在一个具有一个半径至少比从弹簧中心到腿跟内环接合的点上的腿的内缘的距离大1.25倍的圆弧上。

本发明实现一个大为改善的弹簧的寄生振荡频率对固有频率的比值而不给弹簧响应的线性带来有害的影响。首先通过分析将作用在弹簧内的基本的非线性力分离出，然后设计特定的结构以抗衡该非线性力，同时提高弹簧的侧向刚度以取得一个高的弹簧的寄生振荡频率对固有频率的比值。