壓電檢波裝置及其壓敏結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請實施例涉及地震勘探中地震信號拾取技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種壓電檢波裝置及其壓敏結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前地震勘探大規(guī)模采用磁電式檢波器拾取地震信號。一般的，磁電式檢波器主要由磁鋼、線圈、彈簧片等組件構(gòu)成，并且采用線圈切割磁力線原理進行地震波信號拾取，屬于一種無源速度型檢波器。由于磁電式檢波器是由磁鋼、軛鐵、上下線圈架、彈簧片和上下接觸片等十余個精密的零部件組成，且互相配合緊密，所以該種機械結(jié)構(gòu)較為復雜，且對溫度變化和電磁干擾比較敏感。因此，目前亟需一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的地震波拾取裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本申請實施例的目的在于提供一種壓電檢波裝置及其壓敏結(jié)構(gòu)，以降低壓電檢波裝置的結(jié)構(gòu)復雜度，并提高其穩(wěn)定性。
[0004]為達到上述目的，一方面本申請實施例提供了一種壓敏結(jié)構(gòu)，包括:
[0005]扁平質(zhì)量塊；
[0006]至少兩片相耦合的壓電片，用于感應(yīng)所述扁平質(zhì)量塊的振動并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的加速度電壓信號;其中，所述至少兩片相耦合的壓電片固定安裝于所述扁平質(zhì)量塊上，且與所述扁平質(zhì)量塊平行相對設(shè)置。
[0007]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述壓電片上開設(shè)有若干個等間隔均勻分布的失真壓制孔，所述失真壓制孔為弧形孔且其兩端部平滑過渡。
[0008]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述壓電片上開設(shè)有至少兩層所述失真壓制孔，每層的失真壓制孔位于同一圓周內(nèi)，其中，相鄰的兩層失真壓制孔中:
[0009]內(nèi)層中每相鄰兩個失真壓制孔的間隔處的中部與外層中一個失真壓制孔的中部相對應(yīng)。
[0010]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述的耦合為串聯(lián)。
[0011]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面上分別安裝有至少一片所述壓電片。
[0012]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面的中部分別設(shè)有一凸臺，位于所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面上的壓電片分別固定在對應(yīng)凸臺的端面上。
[0013]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述扁平質(zhì)量塊的中軸線上開設(shè)有軸向通孔，位于所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面上的壓電片通過一貫穿所述軸向通孔的螺桿連接固定。
[0014]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面上分別安裝有相同片數(shù)的壓電片，且每片所述壓電片的材質(zhì)及厚度相同。
[0015]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述扁平質(zhì)量塊的材質(zhì)為黃銅。
[0016]本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)，所述壓電片為壓電晶體片或壓電陶瓷片。
[0017]另一方面，本申請實施例還提供了一種壓電檢波裝置，包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有上述的壓敏結(jié)構(gòu)。
[0018]本申請實施例的壓電檢波裝置，所述壓電檢波裝置還包括:
[0019]用于將所述加速度電壓信號放大后輸出的放大電路，其包括依次相連的前級放大單元、低通濾波單元、后級功放單元和輸出單元。
[0020]本申請實施例中，當?shù)卣鸩ㄟ_到壓電檢波裝置時，地震波通過殼體等將地震波傳導至壓敏結(jié)構(gòu)中的扁平質(zhì)量塊上，扁平質(zhì)量塊振動，進而帶動壓電片產(chǎn)生微小應(yīng)變，從而轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的加速度電壓信號輸出，壓敏結(jié)構(gòu)輸出的加速度電壓信號經(jīng)過放大電路處理后作為該地震波的加速度信號。由此可見，本申請實施例采用至少兩片相耦合的壓電片加一塊扁平質(zhì)量塊簡單結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了地震波的拾取，且本申請實施例沒有磁電式檢波器那種對溫度和電磁干擾較為敏感的元器件，從而增強了其穩(wěn)定性。
【附圖說明】

[0021]此處所說明的附圖用來提供對本申請實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請實施例的一部分，并不構(gòu)成對本申請實施例的限定。在附圖中:
[0022]圖1為本申請一實施例的壓敏結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本申請一實施例的壓電檢波裝置中放大電路的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖3為本申請一實施例的壓電檢波裝置的幅頻特性曲線；
[0025]圖4為本申請一實施例的壓電片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本申請實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本申請實施例做進一步詳細說明。在此，本申請實施例的示意性實施例及其說明用于解釋本申請實施例，但并不作為對本申請實施例的限定。
[0027]下面結(jié)合附圖，對本申請實施例的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0028]參考圖1所示，本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)包括:
[0029]扁平質(zhì)量塊2;
[0030]用于感應(yīng)所述扁平質(zhì)量塊2的振動并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的加速度電壓信號的兩片相耦合的壓電片I，兩片相耦合的壓電片I固定安裝于扁平質(zhì)量塊2上，且與扁平質(zhì)量塊2平行相對設(shè)置。
[0031]本申請實施例中，扁平質(zhì)量塊2的上、下表面上分別安裝有一片壓電片I，且每片壓電片I的材質(zhì)及厚度相同，這樣不僅結(jié)構(gòu)簡單，還使得兩片壓電片I能夠很好的貼近扁平質(zhì)量塊2，從而能夠以很小的相位滯后感應(yīng)地面微震。
[0032]本申請實施例中所述的耦合為串聯(lián)。多片壓電片I的串聯(lián)可以疊加應(yīng)變電壓，從而有利于提尚探測振動的靈敏度。
[0033]本申請實施例中，扁平質(zhì)量塊2的上、下表面的中部分別設(shè)有一凸臺4，位于扁平質(zhì)量塊2的上、下表面上的壓電片I分別固定在對應(yīng)凸臺4的端面上，這種設(shè)計使得扁平質(zhì)量塊2和壓電片I之間的接觸面僅限于凸臺4的端面上這一小片區(qū)域，從而有利于有利于將應(yīng)力集中至壓電片I的中央位置，進而有利于使壓電片2發(fā)生較大的形變(應(yīng)變)，從而提高了其對地震波的檢測靈敏度。
[0034]本申請實施例中，扁平質(zhì)量塊2的中軸線上開設(shè)有軸向通孔，位于扁平質(zhì)量塊2的上、下表面上的壓電片I通過一貫穿所述軸向通孔的螺桿3夾緊固定，從而進一步簡化了本申請實施例的結(jié)構(gòu)。
[0035]本申請實施例中，扁平質(zhì)量塊2的材質(zhì)可采用黃銅等，這是因為黃銅的密度較為合適且抗沖擊性較好。
[0036]在本申請另一實施例中，也可以將多片壓電片I并聯(lián)或串并聯(lián)相結(jié)合使用。
[0037]在本申請另一實施例中，壓電片I材質(zhì)可以為壓電晶體片或壓電陶瓷片。
[0038]在本申請另一實施例中，壓電片I的數(shù)量和位置根據(jù)可以適當調(diào)整，比如三片壓電片I均固定安裝于扁平質(zhì)量塊2的同一表面(上表面或下表面)。
[0039]參考圖4所示，作為本申請實施例中的另一重要改進點，本申請實施例的壓敏結(jié)構(gòu)中的壓電片上開設(shè)有至少兩層失真壓制孔，每層的失真壓制孔位于同一圓周內(nèi)且等間隔均勻分布，每個失真壓制孔為弧形孔且其兩端部平滑過渡;其中，相鄰的兩層失真壓制孔中:內(nèi)層中每相鄰兩個失真壓制孔的間隔處的中部與外層中一個失真壓制孔的中部相對應(yīng)。實用新型人通過長期的理論研究及大量的實驗發(fā)現(xiàn):這種壓電片結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和應(yīng)變分布最優(yōu)，從而使得其剛度可以降到最低，因而最大程度的降低了壓電片的失真，大大提高了其低頻響應(yīng)的靈敏度。
[0040]本申請實施例的壓電檢波裝置包括殼體和供電系統(tǒng)，該殼體內(nèi)設(shè)置有上述實施例的壓敏結(jié)構(gòu)；以及放大電路。該放大電路用于將所述壓敏結(jié)構(gòu)輸出的加速度電壓信號進行放大后輸出。
[0041 ]結(jié)合圖2所示，本申請實施例的放大電路包括依次相連的前級放大單元、低通濾波單元、后級功放單元和輸出單元。其中:
[0042]前級放大單元用于將壓敏結(jié)構(gòu)輸出的微弱的加速度電壓信號進行固定增益的信號放大后分成兩路；
[0043]低通濾波單元為兩組(例如兩組二階低通濾波單元)，兩組低通濾波單元用于分別對前級放大單元輸出的一路初級放大信號進行選擇性濾波;其中一個低通濾波單元用于使得第一設(shè)定頻率范圍(例如5?200Hz)的信號通過濾波，且基本不衰減或衰減較?。欢硪粋€低通濾波單元用于使得第二設(shè)定頻率范圍(例如200?500Hz)的信號進行設(shè)定尺度(例如40dB/倍頻)的衰減；
[0044]后級功放單元與低通濾波單元對應(yīng)，同樣為兩組，分別用于將對應(yīng)低通濾波單元輸出的濾波信號進行功率放大；
[0045]輸出單元用于將兩組后級功放單元輸出的放大信號合稱為一路信號后輸出。
[0046]本申請實施例中，當?shù)卣鸩ㄟ_到壓電檢波裝置時，地震波通過殼體或支架等將地震波傳導至壓敏結(jié)構(gòu)中的扁平質(zhì)量塊上，扁平質(zhì)量塊振動，進而帶動位于其上下兩端的壓電片產(chǎn)生微小應(yīng)變，這種微小應(yīng)變被壓電片轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的加速度電壓信號輸出，其中，當多個壓電片串聯(lián)時，壓敏結(jié)構(gòu)輸出的實際為各個壓電片產(chǎn)生的加速度電壓信號的疊加信號；壓敏結(jié)構(gòu)輸出的加速度電壓信號經(jīng)過放大電路處理后作為該地震波的加速度信號。其中，放大電路的處理過程在上文已經(jīng)說明，在此不再贅述。
[0047]由此可見，本申請實施例采用兩片壓電片中間夾扁平質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了地震波的拾取，其結(jié)構(gòu)較為簡單，且本申請實施例沒有磁電式檢波器那種對溫度和電磁干擾較為敏感的元器件，從而增強了穩(wěn)定性。
[0048]此外，結(jié)合圖3所示，通過仿真實驗表明，本申請實施例的壓電檢波裝置在20Hz?400Hz擁有類似速度型檢波器的特征，從而有效避免了加速度檢波器低頻下靈敏度過低而高頻靈敏度過高的弊端，從而使得信號的低頻成分大大增強，同時增大了裝置的響應(yīng)頻帶，可為高分辨率勘探提供優(yōu)質(zhì)的地震資料。與此同時，本申請實施例在使用頻段(5Hz至500Hz)下可使得系統(tǒng)靈敏度保持在50dB?60dB之間，既保障了有效微小信號的拾取，又不會帶來過多的系統(tǒng)干擾。
[0049]本申請實施例的壓電檢波裝置可以在常規(guī)以及非常規(guī)地震勘探中起到替代傳統(tǒng)磁電式檢波器的作用；作為一種單點檢波器，其結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，這大大降低野外施工隊的工作強度，節(jié)約用工成本，也有利于提高地質(zhì)勘探資料的品質(zhì)。
[0050]以上所述的具體實施例，對本申請的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本申請實施例的具體實施例而已，并不用于限定本申請的保護范圍，凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 扁平質(zhì)量塊； 至少兩片相耦合的壓電片，用于感應(yīng)所述扁平質(zhì)量塊的振動并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的加速度電壓信號;其中，所述至少兩片相耦合的壓電片固定安裝于所述扁平質(zhì)量塊上，且與所述扁平質(zhì)量塊平行相對設(shè)置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壓電片上開設(shè)有若干個等間隔均勻分布的失真壓制孔，所述失真壓制孔為弧形孔且其兩端部平滑過渡。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壓電片上開設(shè)有至少兩層所述失真壓制孔，每層的失真壓制孔位于同一圓周內(nèi)，其中，相鄰的兩層失真壓制孔中: 內(nèi)層中每相鄰兩個失真壓制孔的間隔處的中部與外層中一個失真壓制孔的中部相對應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的耦合為串聯(lián)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面上分別安裝有至少一片所述壓電片。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面的中部分別設(shè)有一凸臺，位于所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面上的壓電片分別固定在對應(yīng)凸臺的端面上。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述扁平質(zhì)量塊的中軸線上開設(shè)有軸向通孔，位于所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面上的壓電片通過一貫穿所述軸向通孔的螺桿連接固定。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述扁平質(zhì)量塊的上、下表面上分別安裝有相同片數(shù)的壓電片，且每片所述壓電片的材質(zhì)及厚度相同。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述扁平質(zhì)量塊的材質(zhì)為黃銅。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓敏結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述壓電片為壓電晶體片或壓電陶瓷片。11.一種壓電檢波裝置，包括殼體，其特征在于，所述殼體內(nèi)設(shè)置有權(quán)利要求1-10任意一項所述的壓敏結(jié)構(gòu)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓電檢波裝置，其特征在于，所述壓電檢波裝置還包括: 用于將所述加速度電壓信號放大后輸出的放大電路，其包括依次相連的前級放大單元、低通濾波單元、后級功放單元和輸出單元。
【專利摘要】本申請實施例提供了一種壓電檢波裝置及其壓敏結(jié)構(gòu)，其中該壓電檢波裝置包括殼體所述殼體內(nèi)設(shè)置有：壓敏結(jié)構(gòu)，其包括扁平質(zhì)量塊，以及用于感應(yīng)所述扁平質(zhì)量塊的振動并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的加速度電壓信號的至少兩片相耦合的壓電片，所述至少兩片相耦合的壓電片固定安裝于所述扁平質(zhì)量塊上，且與所述扁平質(zhì)量塊平行相對設(shè)置；放大電路，用于將所述加速度電壓信號放大后輸出。本申請實施例的壓電檢波裝置結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定。
【IPC分類】G01V1/18
【公開號】CN205384377
【申請?zhí)枴緾N201521101579
【發(fā)明人】薛立武, 王萌, 陳永兵, 韓曉波, 邵欣, 王霞
【申請人】中國石油天然氣集團公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2015年12月25日