[发明专利]多线圈多端子闭环地震检波器加速计

说明书

本发明公开了一种用于检测振动的装置和方法。装置包括壳体，磁体结构，该磁体结构在壳体中形成磁场，以及线圈结构，该线圈结构在磁场中，与磁体结构同心。响应外部振动，线圈结构和磁体结构可彼此相对运动。线圈结构包括至少两组线圈，这些线圈在空间中交叠，且这些线圈组中的第一线圈组用于检测振动，第二线圈组用于根据控制信号来施加控制。

技术领域

本发明通常涉及一种地震数据获取装置，特别是涉及一种多线圈、多端子的地震检波器加速计。

背景技术

振动传感器已经用于多种领域，例如油和天然气的探测、建筑物、桥梁和其它民用建筑的振动监测。因为用于地震探测、地震和建筑物振动监测的振动传感器通常由电池供电，因此通常优选具有低功率消耗的振动传感器。此外，优选的是，振动传感器为低成本和可靠的，并具有较宽的频率带宽。

传统的地震检波器是一种已经广泛使用很多年的振动传感器。地震检波器具有在磁场中可运动的线圈。由外部振动触发的线圈运动产生横过线圈端子的电压，该电压可以用于确定外部振动的特征。

例如，欧洲专利申请No.0110431教导了一种使用换能器的加速度响应地震检波器，该换能器包括传感器线圈和驱动线圈，它们都布置在由磁体结构产生的磁场中。磁体结构和线圈安装在壳体内，用于彼此相对运动。磁体结构布置成使得在传感器线圈和驱动线圈之间的电磁耦合降低至基本为零。传感器线圈与电子放大器的输入耦合，该电子放大器的输出与驱动线圈耦合，以提供反馈电路。换能器-放大器的组合具有带通滤波器的性能。为了使得该组合基本与温度无关，同时在很宽的温度范围内保持它的带通特征，该放大器是具有输入阻抗和输出阻抗的跨导放大器，该输入阻抗和输出阻抗分别与传感器线圈的阻抗和驱动线圈的阻抗高度相关。基本与温度无关的电阻与驱动线圈串联连接，并与输出端子连接，换能器-放大器的输出信号能够通过该输出端子可以被收集。

美国专利No.5172345(也公开为欧洲专利No.0434702和PCT专利申请No.PCT/NL89/00063)教导了一种用于测量机械振动(例如地震波)的地震检波器系统。该地震检波器系统包括机械换能器，该机械换能器有电子处理电路。机械换能器包括惯性质量，该惯性质量适用于通过输入加速度信号和通过力换能器来激励。该激励通过传感器元件来检测，且地震检波器的处理电路控制力换能器，并通过传输线路与中心站相连接。

传统的地震检波器有合适的低成本、电效率高和基本可靠。不过，它们的频率带宽通常较窄(频率响应下降大约12dB/倍频程)，且它们的总谐波失真(THD)通常较高(大约0.1％或-60dB)，从而导致在发展市场方面并不令人满意。

传统的地震检波器通常在低频范围内具有较差的频率响应。因为低频地震信号更通常地用于地震工业中(例如，目前振动器扫描频率通常开始于大约2Hz或更低)，因此传统的地震检波器不能满足监测低频振动的要求。因此希望具有较宽带宽的，特别是在低频范围中具有良好的频率响应的传感器。

也可以利用其它振动传感器，例如开环或闭环微机电系统(MEMS)传感器。根据传感器结构，它们分成两类：开环振动传感器和闭环振动传感器。传统的地震检波器也是开环振动传感器。

与传统的地震检波器类似，开环振动传感器通常是经济的、可靠的和电效率高的。一些开环振动传感器装置甚至根本不需要电源，尽管开环MEMS传感器确实需要电力，并且是节能普遍化的例外情况的例子。不过，开环振动传感器通常有非常有限的频率带宽和较差THD质量。

与开环振动传感器相比，闭环振动传感器(例如闭环MEMS传感器)通常有在大约3至375Hz范围内的更大带宽和大约0.001％或-100dB的更低的THD。不过，这些传感器昂贵并脆弱，从而使得它们在一些使用情况下并不可靠。

另外，闭环MEMS振动传感器功率效率低。例如，闭环MEMS传感器的功率消耗可以高至125mw或更高。这种相对较高的功率消耗需要严重阻碍了闭环MEMS传感器成功进入地震市场。