[其他]地震检波器弹簧

说明书

本发明主要述及地震检波器，特别是地震检波器或地震仪用的悬挂弹簧。

地震检波器是一种感测运动的装置，是在一个刚性固定的支架结构中悬挂一个惯性参考质量结构所组成的。典型地说，此质量是一个线圈，两端各用弹簧连接悬挂在磁场中，这些弹簧使线圈水平地处于它们之中，并沿着它们的轴线，穿过磁场。这些弹簧也同时组成一个悬挂系统，具有已知的共振频率。地震发生时，地震波传入地壳，处于或近于地表面，部份地震波被地表下岩层反射或折射。地震检波器在地面上被布成阵或组，当反射或折射来的波到达地震检波器时，悬挂在两个弹簧间的线圈企图保持不动，而地震检波器外壳和它连接的磁路跟着地表面一起运动。线圈在磁场中运动使地震检波器的输出端产生电压。阵列内各地震检波器的输出被记录下来以进行分析。有经验的分析人员能根据分析的结果判定地表下岩层的形状，以此来找出油田或气田的聚集所在。

现时的地震检波器广泛地使用十字形弹簧。这种弹簧从弹性材料的圆片制得，它有一个内圈和一个外圈以及连接这内外圈的几条腿。腿是用按予定型式把弹性材料蚀去或冲去而形成。一般采用三条腿，因为三条腿的布局被公认为最佳。

地震检波器弹簧的腿通常具有长方形的断面，并且在它连接弹簧内圈和外圈这两交点的长度上是呈弯曲形的，在腐蚀工序以后，用现有技术将弹簧予先成型。予先成型后，内圈和外圈就错开了，但当把一个质量悬挂在两个这样的弹簧之间时，则每个弹簧的内圈外圈和几条腿又在一个平面上了。

地震检波器是用来感测某一方向的运动的，这个方向和线圈相对于地震检波器外壳运动方向大致平行。因此对于那些不平行于地震检波器中悬挂线圈相对运动方向的力所造成的线圈的水平运动的影响，就要设法消除或减小。

地震发生时，脉冲不是和地震检波器的轴线绝对平行时，就会包含寄生振荡的频率因素使地震检波器线圈产生不希望发生的或称虚假的电动势。因为线圈的Q值很高，这作用产生的运动会在外力消失后仍继续存在很久。这种共振被认为就是地震检波器中最主要的寄生频率，因此是要尽量避免的，因为它限止了地震检波器波带宽度清晰点的上限。

对于一给定型式的地震检波器，其线圈的质量和几何形状在制造范围内是不变的，因此寄生振荡也是不变的。通过改变悬挂弹簧的几何形状可以提高或降低寄生振荡的频率。这个特性已经被用来提高这些假象讯号的频率，使它落在地震检波器所需用的范围之外，具体做法是加强弹簧水平方向的稳定性。用此方法，虚假讯号不干扰我们所需的讯号了。加强弹簧水平方向稳定性的普通方法是把腿缩短。可惜当腿缩短了会使弹簧的非线性现象增加，从而使讯号失真，再有，弹簧的寿命也因此缩短。

在美国专利4323994中，述及一种直腿的地震检波器弹簧。在美国专利4458344中，述及一种地震检波器弹簧，它的腿在其整个长度上具有相同的弯曲应力，这是通过把腿的受最大扭矩处的宽度加宽而取得的。

理想的做法是保持弹簧线性特性的同时把寄生振荡频率尽量提高。

本发明的地震检波器弹簧有一个外圈，一个内圈，以及连接这内外圈的几条腿。腿是用按予定型式把部份弹性材料移去而形成，在本发明中，腿的长度放长到最大限度，腿可以是直的，也可以是弯曲的，各腿的长度相同，彼此的距离也相同。

本发明的优点是使弹簧的寄生频率对于固有频率之比值大大改善，同时又不损害弹簧的线性特性的效果。这优点的获得，一方面是由于通过分析，使得弹簧不受原始非线性力的作用，其次，特地设计的结构，以对抗非线性力，同时也增加了弹簧水平方向的稳定性，以获得弹簧寄生振荡频率对于固有频率之大比值。

为了对抗非线性力，把每条腿做成两端大中间窄的退拔形，这种退拔形使进入腿中的非线性力造成的讯号失真减小，这种退拔形也减小了出现在每条腿和内外圈连接处的破坏应力，把每条腿尽可能地放长也使非线性力减小。

为了改善水平方向的稳定性，每条腿尽量少地弯曲，尽可能地直，这样做是因为照顾本发明所配用的地震检波器原有的结构。这样，每条腿内边的圆弧半径，至少是从弹簧的中心到腿的内边连接内圈的交点这段距离的1.25倍以上。

本发明的地震检波器弹簧比起以前所用的弹簧来，其优点是把水平方向稳定性提高到如此的程度，即实际寄生频率至少比以前所用的弹簧的频率高40倍。这就使波带宽度清晰点向高频端提高而不牺牲弹簧的线性特性。

本发明可参照附图进一步阐明。

图1是地震检波器以前所用的弹簧的平面图。

图2a和2b是部份弹簧的示意平面图。