[发明专利]一种环形悬臂梁压电检波器机芯

说明书

本发明提供一种环形悬臂梁压电检波器机芯,包括中心轴及安装在中心轴的径向外周表面上的基片，基片上安装有压电晶片，压电晶片上引出输出导线以进行信号的输出；基片的远离中心轴端连接有质量体；质量体的重心通过中心轴的中轴线；基片的顶面垂直于中心轴的中轴线。本发明环形悬臂梁压电检波器具有机芯谐振频率低、压电晶体易弯曲、易接收低频率的信号的优点。

技术领域

本发明涉及地震勘探领域，更具体地说，涉及一种环形悬臂梁压电检波器机芯。

背景技术

地震检波器是把人为激发震源的直达波或各地层的反射波转换成电信号，然后输入到地震仪器的一种应用于地质勘探及工程测量领域的专用传感器。按工作原理上可分为磁电式、涡流式、和压电式等检波器。按应用环境可分为陆地勘探地震检波器、应用于江河湖海中勘探的水中地震检波器、应用于地震测井中的井中地震检波器。按能量转换机制分为速度型检波器和加速度型检波器两种。从勘探方法上可以分为纵波检波器也称垂直检波器，和横波检波器也称水平检波器以及三分量检波器。此外，地震检波器还可分为有源检波器和无源检波器。传统的机械动圈式与涡流检波器都属于无源类检波器，而压电检波器属于有源类检波器。

目前，国内应用最广泛的还是传统的模拟地震检波器，这种地震波传感装置输出的是模拟信号，陆地上主要使用常规或者超级速度型检波器。这类检波器基本上都是磁电式检波器、涡流式检波器，他们的内部构造都是由永久磁铁和线圈构成，基本上都是应用电磁感应原理，通过线圈和永久磁铁的相互作用从而达到地震勘探的目的。这些检波器内部有线圈这样的高度弹性结构，各部件间容易发生较大的相对运动产生形变，所以波形容易产生形变，进而造成信号失真，并且由于永久磁铁的性能会发生变化且磁性会随着时间而消退，其寿命都不长而且易受到环境的影响，稳定性低，从而不能满足高精度和高分辨率的地震勘探要求。作为第一步地震信号采集工序，这种检波器装置不能得到较好的原始地震信号，直接影响到了采集地震数据的质量，限制了采用地震勘探方法得到复杂地质结构的能力，成为制约石油物探技术发展的主要瓶颈之一。随着高精度油气勘探技术的提高和油气勘探复杂程度的增加，地震检波器正在朝着低失真、高灵敏度，宽频带的方向发展，动态范围大、频率响应宽、等效输入噪声小、体积小、重量轻且抗电磁干扰能力强，满足高分辨率采集要求，是当前地震检波器发展的趋势。应用不同新技术、新材料的各种新型检波器开始出现。

简支梁压电加速度地震检波器就是近年来出现的新型检波器。如图1所示，现有简支梁结构的压电检波器机芯，谐振频率大于600Hz，在压电晶体 5的中间装配了一个质量体4，然后将压电晶体和质量体的组合体安装到外壳100上，最后用压盖101旋紧压紧压电晶片的边缘。压电晶片包括压电晶体上片51、压电晶体下片52，当机芯震动，受到向上的力时，由于惯性，中心质量块4向下运动，此时上片被弯曲压缩，下片被弯曲拉伸。

同样道理，当机芯震动，受到向下的力时，由于惯性，中心质量块4向上运动，此时压电晶体上片51被弯曲拉伸，压电晶体下片52被弯曲压缩。压电晶体上片51、压电晶体下片52的表面分别产生异性电荷，输出电荷。同样道理，当机芯震动，受到向下的力时，由于惯性，中心质量块4向上运动，此时压电晶体上片51被弯曲拉伸，压电晶体下片52被弯曲压缩。压电晶体上片51、压电晶体下片52的表面分别产生异性电荷，输出电荷。

现在简支梁结构的压电检波器机芯，质量体设计在机芯内部的中部。设计低频检波器机芯，需要降低机芯钢型耦合的谐振频率，在压电晶体K值不变的条件下(为了相同条件下保证机芯输出的灵敏度不变)，依据压电加速度检波器的谐振频率公式：

公式中，Fn是压电加速度检波器的谐振频率，k是检波器等效刚度系数， m是质量体的质量，需要加大质量体的体积，现在简支梁结构机芯的内部空间有限，结构上不太好实现，导致机芯谐振频率高、压电晶体不易弯曲、不易接收低频率的信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为克服现有压电地震检波器机芯谐振频率低，压电晶体易弯曲，易接收低频率的信号的问题。