[发明专利]地震计磁场结构及其设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及地震监测技术领域，具体涉及一种地震计磁场结构及其设置方法。

背景技术

地震计作为一种振动传感器，是地震监测仪器的最前端设备。地震计用于采集和记录地震波信号，准确的反映地面运动情况，并将其转变为对应的电信号，其性能的优劣直接影响地震监测结果的可靠性。地震计所记录到的信号是地震研究的基础，是整个地震学科的发展的关键。

地震计作为一种测量振动的仪器，其最基本的工作原理惯性原理。实际中一般把重的物体悬挂起来，通俗称之为“摆”。重物与地面间存在着这种相对运动，客观上也反映了实际的地面运动函数。我国在地震监测方面始终位于世界前列，国内大小观测台站所用到的地震仪普遍为摆式地震仪。

磁电式地震计作为一种常见的摆式地震计，目前广泛应用在我国大小观测台站。磁电式地震计的最基本的工作原理是电磁感应。磁电式地震计主体部分一般由质量块(重锤)、簧片、磁铁和线圈组成。当地面发生振动时，线圈由于自身的惯性运动在空气隙中运动切割磁感线，随即产生了对应的感应电动势，检测有电压输出。磁电式地震计是一种振动传感器,由于其具有无源性、可靠性好、频带宽以及动态范围大等优点,因此在地震监测领域有着广泛的应用。

在磁电式地震计中，永磁体的作用是为线圈提供一个均匀的磁场。永磁体是该类地震计的核心部件之一,不同的永磁体具有不同的参数指标和特性表征,因此永磁体材料或者永磁体形状结构的不同会影响到线圈切割磁感线的工作空间。

在理想状况下，线圈只有工作在均匀的磁场中其生成的电压才会与线圈的运动速度呈线性关系。即E＝BLV。一般情况下，地震计中磁场分布的均匀度会影响传感器的整个性能,如果设置的不合理则会引起谐波失真。研究发现,线圈在非线性的磁场中运动时,检波器的输出电压不与线圈的相对速度成正比,而按其切割磁力线的瞬时密度而变化。这样,使检波器的输出波形产生了明显的非线性畸变,也就使检波器产生了谐波失真。

传统的磁电式地震计中磁场结构的设置，常常采用单个圆柱型永磁体，结合磁靴在空气隙中形成工作磁场。然而，这样的设置由于采用半开放结构，会产生磁漏，使空气隙中磁感应强度降低，同时这种结构的磁场没有较好的均匀性，使输出结果失真。传统磁电式地震计中的磁场设置虽然考虑到了磁场均匀程度的重要性，但其结构很难保障线圈的实际工作环境。

因此如何提高空气隙中的磁场强度和均匀性，是改进磁电式地震计的方向。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种地震计磁场结构，能够提高磁场的磁感应强度和均匀性，从而可以使地震计的输出结果较为真实的反映客观地面变化。

本发明的第二目的在于提供一种地震计磁场结构的设置方法，利用该设置方法，通过合理设置圆柱体永磁体与磁靴的分布结构，增加位于磁靴中部位置的磁场密度，并设置磁靴结构和导磁外壳内壁凸起结构，以梳导磁感线的分布，保证磁场的均匀性。

基于上述第一目的，本发明提供的地震计磁场结构，包括导磁外壳以及设置在所述导磁外壳内的磁靴和永磁体；

所述磁靴的两端部分别设置有安装槽口，以使所述磁靴形成H形结构；

所述安装槽口内分别安装所述永磁体；

所述导磁外壳、所述磁靴和所述永磁体共同组成的磁场结构使得在空气隙中产生分布在所述磁靴周围的环形柱状结构的匀强磁场，以形成上下对称且呈差分式的磁场结构。

进一步的，所述导磁外壳内壁有一圈环状凸起，以梳理磁感线，使磁场更加均匀。

进一步的，所述环状凸起位于所述导磁外壳内壁中央，所述环状凸起的高度与磁靴等高。

进一步的，所述磁靴的高度要大于所述磁靴上缠绕的线圈的宽度，以保证所述线圈在切割磁感线的工作范围内。

进一步的，位于所述磁靴的两端的两个所述永磁体极性相同的一端相对设置，以使磁场范围充分分布在空气隙中。

进一步的，所述磁场由两个所述圆柱形永磁体产生的磁场叠加而成，呈差分式结构分布。

基于上述第二目的，本发明提供的地震计磁场结构的设置方法，包括以下步骤：

步骤1设置圆柱体永磁体与磁靴的分布结构，以增加位于磁靴中部位置的磁场密度；

步骤2设置磁靴结构，以梳导磁感线的分布，保证磁场的均匀性；

步骤3设置导磁外壳内壁凸起结构，以使从磁靴发出的磁感线经过空气隙后沿着外壳凸起结构的路径，使得空气隙中的磁感线更加均匀。

进一步的，所述步骤1包括：

步骤1.1建立圆柱体永磁体数学模型，计算圆柱体永磁体在空间任一点P的磁感应强度公式；