压电检波装置及其压敏结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请实施例涉及地震勘探中地震信号拾取技术领域，尤其是涉及一种压电检波装置及其压敏结构。
【背景技术】
[0002]目前地震勘探大规模采用磁电式检波器拾取地震信号。一般的，磁电式检波器主要由磁钢、线圈、弹簧片等组件构成，并且采用线圈切割磁力线原理进行地震波信号拾取，属于一种无源速度型检波器。由于磁电式检波器是由磁钢、轭铁、上下线圈架、弹簧片和上下接触片等十余个精密的零部件组成，且互相配合紧密，所以该种机械结构较为复杂，且对温度变化和电磁干扰比较敏感。因此，目前亟需一种结构简单、性能稳定的地震波拾取装置。
【实用新型内容】
[0003]本申请实施例的目的在于提供一种压电检波装置及其压敏结构，以降低压电检波装置的结构复杂度，并提高其稳定性。
[0004]为达到上述目的，一方面本申请实施例提供了一种压敏结构，包括:
[0005]扁平质量块；
[0006]至少两片相耦合的压电片，用于感应所述扁平质量块的振动并将其转换成相应的加速度电压信号;其中，所述至少两片相耦合的压电片固定安装于所述扁平质量块上，且与所述扁平质量块平行相对设置。
[0007]本申请实施例的压敏结构，所述压电片上开设有若干个等间隔均匀分布的失真压制孔，所述失真压制孔为弧形孔且其两端部平滑过渡。
[0008]本申请实施例的压敏结构，所述压电片上开设有至少两层所述失真压制孔，每层的失真压制孔位于同一圆周内，其中，相邻的两层失真压制孔中:
[0009]内层中每相邻两个失真压制孔的间隔处的中部与外层中一个失真压制孔的中部相对应。
[0010]本申请实施例的压敏结构，所述的耦合为串联。
[0011]本申请实施例的压敏结构，所述扁平质量块的上、下表面上分别安装有至少一片所述压电片。
[0012]本申请实施例的压敏结构，所述扁平质量块的上、下表面的中部分别设有一凸台，位于所述扁平质量块的上、下表面上的压电片分别固定在对应凸台的端面上。
[0013]本申请实施例的压敏结构，所述扁平质量块的中轴线上开设有轴向通孔，位于所述扁平质量块的上、下表面上的压电片通过一贯穿所述轴向通孔的螺杆连接固定。
[0014]本申请实施例的压敏结构，所述扁平质量块的上、下表面上分别安装有相同片数的压电片，且每片所述压电片的材质及厚度相同。
[0015]本申请实施例的压敏结构，所述扁平质量块的材质为黄铜。
[0016]本申请实施例的压敏结构，所述压电片为压电晶体片或压电陶瓷片。
[0017]另一方面，本申请实施例还提供了一种压电检波装置，包括壳体，所述壳体内设置有上述的压敏结构。
[0018]本申请实施例的压电检波装置，所述压电检波装置还包括:
[0019]用于将所述加速度电压信号放大后输出的放大电路，其包括依次相连的前级放大单元、低通滤波单元、后级功放单元和输出单元。
[0020]本申请实施例中，当地震波达到压电检波装置时，地震波通过壳体等将地震波传导至压敏结构中的扁平质量块上，扁平质量块振动，进而带动压电片产生微小应变，从而转换成相应的加速度电压信号输出，压敏结构输出的加速度电压信号经过放大电路处理后作为该地震波的加速度信号。由此可见，本申请实施例采用至少两片相耦合的压电片加一块扁平质量块简单结构实现了地震波的拾取，且本申请实施例没有磁电式检波器那种对温度和电磁干扰较为敏感的元器件，从而增强了其稳定性。
【附图说明】
[0021]此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请实施例的一部分，并不构成对本申请实施例的限定。在附图中:
[0022]图1为本申请一实施例的压敏结构的结构示意图；
[0023]图2为本申请一实施例的压电检波装置中放大电路的结构框图；
[0024]图3为本申请一实施例的压电检波装置的幅频特性曲线；
[0025]图4为本申请一实施例的压电片的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请实施例做进一步详细说明。在此，本申请实施例的示意性实施例及其说明用于解释本申请实施例，但并不作为对本申请实施例的限定。
[0027]下面结合附图，对本申请实施例的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0028]参考图1所示，本申请实施例的压敏结构包括:
[0029]扁平质量块2;
[0030]用于感应所述扁平质量块2的振动并将其转换成相应的加速度电压信号的两片相耦合的压电片I，两片相耦合的压电片I固定安装于扁平质量块2上，且与扁平质量块2平行相对设置。
[0031]本申请实施例中，扁平质量块2的上、下表面上分别安装有一片压电片I，且每片压电片I的材质及厚度相同，这样不仅结构简单，还使得两片压电片I能够很好的贴近扁平质量块2，从而能够以很小的相位滞后感应地面微震。
[0032]本申请实施例中所述的耦合为串联。多片压电片I的串联可以叠加应变电压，从而有利于提尚探测振动的灵敏度。
[0033]本申请实施例中，扁平质量块2的上、下表面的中部分别设有一凸台4，位于扁平质量块2的上、下表面上的压电片I分别固定在对应凸台4的端面上，这种设计使得扁平质量块2和压电片I之间的接触面仅限于凸台4的端面上这一小片区域，从而有利于有利于将应力集中至压电片I的中央位置，进而有利于使压电片2发生较大的形变(应变)，从而提高了其对地震波的检测灵敏度。
[0034]本申请实施例中，扁平质量块2的中轴线上开设有轴向通孔，位于扁平质量块2的上、下表面上的压电片I通过一贯穿所述轴向通孔的螺杆3夹紧固定，从而进一步简化了本申请实施例的结构。
[0035]本申请实施例中，扁平质量块2的材质可采用黄铜等，这是因为黄铜的密度较为合适且抗冲击性较好。
[0036]在本申请另一实施例中，也可以将多片压电片I并联或串并联相结合使用。
[0037]在本申请另一实施例中，压电片I材质可以为压电晶体片或压电陶瓷片。
[0038]在本申请另一实施例中，压电片I的数量和位置根据可以适当调整，比如三片压电片I均固定安装于扁平质量块2的同一表面(上表面或下表面)。
[0039]参考图4所示，作为本申请实施例中的另一重要改进点，本申请实施例的压敏结构中的压电片上开设有至少两层失真压制孔，每层的失真压制孔位于同一圆周内且等间隔均匀分布，每个失真压制孔为弧形孔且其两端部平滑过渡;其中，相邻的两层失真压制孔中:内层中每相邻两个失真压制孔的间隔处的中部与外层中一个失真压制孔的中部相对应。实用新型人通过长期的理论研究及大量的实验发现:这种压电片结构的应力分布和应变分布最优，从而使得其刚度可以降到最低，因而最大程度的降低了压电片的失真，大大提高了其低频响应的灵敏度。
[0040]本申请实施例的压电检波装置包括壳体和供电系统，该壳体内设置有上述实施例的压敏结构；以及放大电路。该放大电路用于将所述压敏结构输出的加速度电压信号进行放大后输出。
[0041 ]结合图2所示，本申请实施例的放大电路包括依次相连的前级放大单元、低通滤波单元、后级功放单元和输出单元。其中:
[0042]前级放大单元用于将压敏结构输出的微弱的加速度电压信号进行固定增益的信号放大后分成两路；
[0043]低通滤波单元为两组(例如两组二阶低通滤波单元)，两组低通滤波单元用于分别对前级放大单元输出的一路初级放大信号进行选择性滤波;其中一个低通滤波单元用于使得第一设定频率范围(例如5?200Hz)的信号通过滤波，且基本不衰减或衰减较小；而另一个低通滤波单元用于使得第二设定频率范围(例如200?500Hz)的信号进行设定尺度(例如40dB/倍频)的衰减；
[0044]后级功放单元与低通滤波单元对应，同样为两组，分别用于将对应低通滤波单元输出的滤波信号进行功率放大；
[0045]输出单元用于将两组后级功放单元输出的放大信号合称为一路信号后输出。
[0046]本申请实施例中，当地震波达到压电检波装置时，地震波通过壳体或支架等将地震波传导至压敏结构中的扁平质量块上，扁平质量块振动，进而带动位于其上下两端的压电片产生微小应变，这种微小应变被压电片转换成相应的加速度电压信号输出，其中，当多个压电片串联时，压敏结构输出的实际为各个压电片产生的加速度电压信号的叠加信号；压敏结构输出的加速度电压信号经过放大电路处理后作为该地震波的加速度信号。其中，放大电路的处理过程在上文已经说明，在此不再赘述。
[0047]由此可见，本申请实施例采用两片压电片中间夹扁平质量块的结构设计实现了地震波的拾取，其结构较为简单，且本申请实施例没有磁电式检波器那种对温度和电磁干扰较为敏感的元器件，从而增强了稳定性。
[0048]此外，结合图3所示，通过仿真实验表明，本申请实施例的压电检波装置在20Hz?400Hz拥有类似速度型检波器的特征，从而有效避免了加速度检波器低频下灵敏度过低而高频灵敏度过高的弊端，从而使得信号的低频成分大大增强，同时增大了装置的响应频带，可为高分辨率勘探提供优质的地震资料。与此同时，本申请实施例在使用频段(5Hz至500Hz)下可使得系统灵敏度保持在50dB?60dB之间，既保障了有效微小信号的拾取，又不会带来过多的系统干扰。
[0049]本申请实施例的压电检波装置可以在常规以及非常规地震勘探中起到替代传统磁电式检波器的作用；作为一种单点检波器，其结构简单，性能稳定，这大大降低野外施工队的工作强度，节约用工成本，也有利于提高地质勘探资料的品质。
[0050]以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1.一种压敏结构，其特征在于，包括: 扁平质量块； 至少两片相耦合的压电片，用于感应所述扁平质量块的振动并将其转换成相应的加速度电压信号;其中，所述至少两片相耦合的压电片固定安装于所述扁平质量块上，且与所述扁平质量块平行相对设置。2.根据权利要求1所述的压敏结构，其特征在于，所述压电片上开设有若干个等间隔均匀分布的失真压制孔，所述失真压制孔为弧形孔且其两端部平滑过渡。3.根据权利要求2所述的压敏结构，其特征在于，所述压电片上开设有至少两层所述失真压制孔，每层的失真压制孔位于同一圆周内，其中，相邻的两层失真压制孔中: 内层中每相邻两个失真压制孔的间隔处的中部与外层中一个失真压制孔的中部相对应。4.根据权利要求1所述的压敏结构，其特征在于，所述的耦合为串联。5.根据权利要求1所述的压敏结构，其特征在于，所述扁平质量块的上、下表面上分别安装有至少一片所述压电片。6.根据权利要求5所述的压敏结构，其特征在于，所述扁平质量块的上、下表面的中部分别设有一凸台，位于所述扁平质量块的上、下表面上的压电片分别固定在对应凸台的端面上。7.根据权利要求5所述的压敏结构，其特征在于，所述扁平质量块的中轴线上开设有轴向通孔，位于所述扁平质量块的上、下表面上的压电片通过一贯穿所述轴向通孔的螺杆连接固定。8.根据权利要求5所述的压敏结构，其特征在于，所述扁平质量块的上、下表面上分别安装有相同片数的压电片，且每片所述压电片的材质及厚度相同。9.根据权利要求1所述的压敏结构，其特征在于，所述扁平质量块的材质为黄铜。10.根据权利要求1所述的压敏结构，其特征在于，所述压电片为压电晶体片或压电陶瓷片。11.一种压电检波装置，包括壳体，其特征在于，所述壳体内设置有权利要求1-10任意一项所述的压敏结构。12.根据权利要求11所述的压电检波装置，其特征在于，所述压电检波装置还包括: 用于将所述加速度电压信号放大后输出的放大电路，其包括依次相连的前级放大单元、低通滤波单元、后级功放单元和输出单元。
【专利摘要】本申请实施例提供了一种压电检波装置及其压敏结构，其中该压电检波装置包括壳体所述壳体内设置有：压敏结构，其包括扁平质量块，以及用于感应所述扁平质量块的振动并将其转换成相应的加速度电压信号的至少两片相耦合的压电片，所述至少两片相耦合的压电片固定安装于所述扁平质量块上，且与所述扁平质量块平行相对设置；放大电路，用于将所述加速度电压信号放大后输出。本申请实施例的压电检波装置结构简单，性能稳定。
【IPC分类】G01V1/18
【公开号】CN205384377
【申请号】CN201521101579
【发明人】薛立武, 王萌, 陈永兵, 韩晓波, 邵欣, 王霞
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司
【公开日】2016年7月13日
【申请日】2015年12月25日