本实用新型涉及一种速度型低频高灵敏度地震波采集设备。
背景技术：
随着三维地震勘探精度要求越来越高、接收道数越来越多，采样密度不断增加，预计到2025年，可能会需要载道能力达25万道的地震采集仪器，对于5万道以上的有线采集仪器在进行宽方位、高密度、大道数数据采集中存在电缆管理和维护困难，作业成本高等局限。
无缆、节点地震数据采集系统能减轻系统重量，提高操作灵活性，能满足地震作业提高施工效率、降低作业成本要求，是当前地震采集的一个重要发展方向。另外陆上低频震源可以产生更长时间的激发，增加低频能量向地层的深层传递，新采集技术能够将带宽扩展到低频，在此背景下需要一款低频高灵敏度的接收设备与之匹配，即一款新型的低频高灵敏度地震检波器。
低频高灵敏度检波器作为地震数据接收的设备，要求技术参数具备频率5Hz，提供与地震检波器阵列的输出相当的灵敏度，能够满足仪器单点接收的要求，具备低失真，提高输入信号分辨率。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种速度型磁电式低频地震检波器，以解决将带宽扩展到低频，更好地与采集记录设备相匹配，为接点地震数据采集设备提供可靠真实的数据，以及为百万道高密度的采集提供匹配设备等技术问题。
为了实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种速度型磁电式低频地震检波器，包括顶盖组件1、密封圈2、线圈组件3、外壳 4、弹簧片5、卡簧6、下接触片7、平垫片8、磁靴9、磁钢10、绝缘垫片11、补偿环 12、底盖13；两个磁靴9位于磁钢10上下两端，磁钢10位于线圈中心位置，磁钢10 充磁后，通过磁靴9及磁靴9与磁钢10外部设的外壳4形成磁回路，即为检波器提供能量的磁系统；外壳4上下分别设有顶盖组件1、底盖13，在外壳4与磁钢10、磁靴9 之间设有线圈组件3，线圈组件3由两组绕向相反的线圈绕组及线圈骨架组合而成，并由分别卡在线圈组件3上的两只弹簧片5支撑，悬浮于磁靴9与外壳4之间的磁场中；上下弹簧片5分别通过卡簧6固定在线圈组件两端，以上构成弹簧-质量阻尼振动系统；线圈绕组两端的引出漆包线分别焊接在上下弹簧片5上，阻止上弹簧片与上磁靴导通的绝缘垫片11处于上弹簧片和上磁靴之间，外接触片15套在顶盖上，并与绝缘子16焊接在一起，凹面向下；保证质量-阻尼系统在外壳内顺畅转动的平垫片8处于上下弹簧片和内外接触片之间，上端引线通过上弹簧片5经由平垫片8，顶盖组件1的外接触片15，引到绝缘子16正极一端；下接触片7套在底盖13上，凹面向上，使下弹簧片与下磁靴始终保持联通，下端引线通过下弹簧片5，经由磁靴9，磁钢10，顶盖组件1的内接触片14，引到绝缘子16负极一端；所述弹簧片5是由内、中、外环及三支撑臂、两只减振臂组成；弹簧片5的外环通过卡簧6固定在线圈组件两端，内环固定在底盖13上；三支撑臂位于中、外环之间，均匀分布在同心圆上，三支撑臂形状尺寸完全一样，支撑臂与中、外环连接的两端粗，中间细，且两者比例为2，单一支撑臂的长度与支撑臂最外端到圆心的半径比为1.8-1.9；两只减振臂位于中、内环之间，均匀分布在同心圆上，减震臂长度与减震臂最外端到圆心的半径比为0.7-0.9，减震臂的弹性系数要与外环三支撑臂的弹性系数一致，减震臂中间部分的宽度与三支撑臂中间部位的宽度比为0.8-0.9。
所述磁钢外设计了补偿环。
磁钢10采用钕铁硼材料，表面镀镍铜镍；磁钢的长径比应满足0.45-0.5，磁钢10 的长度与磁靴9导磁面长度H6比为0.95-1.1,磁靴导磁面长度H6与线圈组件3中线槽宽度H1比为0.95-1.2,磁靴9上凸台H5与磁靴下沿H4的长度比为0.9-1，磁靴9上凸台的下沿距绕线槽上沿距离H2与磁靴下沿距绕线槽下沿的距离H3的比为0.9-1；线圈骨架绕线槽宽度H1与磁靴导磁面宽度H6比值为0.8-0.9，磁靴9上凸台的下沿距绕线槽上沿距离H2与磁靴下沿距绕线槽下沿的距离H3的比为0.9-1。
本实用新型的优点是：
1、本实用新型的弹簧片设计降低了弹簧片的非线性度和谐波失真，减震臂保证在检波器在受到横向或斜向的冲击时，首先形变的同时具有一定的轻度，以便卸掉大部分冲量，保护外环支撑臂，大大提高了检波器的使用寿命。
2、磁钢10相较以往技术的铝镍钴材料，具有更高的磁能积，且退磁曲线的方形度较铝镍钴材料好很多，因此能够在磁靴9与外壳4之间的环形区域形成近似均匀的、磁通密度更高的磁场，为本实用新型的高输出提供保证。
3、本实用新型设计了更厚的磁靴，来降低检波器两端的漏磁。通过改变磁靴的形状，来改变磁力线的走向，以便最大程度的降低线圈所处区域磁场的非线性，提高磁钢性能的利用率。
4、通过有限元分析，本实用新型的相对磁场宽度较以往设计有了明显的改善。相应的，本实用新型的增量(线圈在不同位置时候的失真)也明显的拓宽很多，保证本实用新型能够适应更大的倾角，为野外的施工提供了方便。
5、线圈骨架绕线槽宽度H1与磁靴倒磁面宽度H6比值，磁靴9上凸台的下沿距绕线槽上沿距离H2与磁靴下沿距绕线槽下沿的距离H3的比值设定，可以得到更宽的增量了，参见表1所示。
6、本实用新型结构主频低至5Hz，在物探领域，能满足野外恶劣施工条件，批量应用尚属首次。灵敏度高达80v/m/s，满足仪器单点接收的要求，降低了野外施工难度，为日后百万道高密度的采集提供了可能，更为全球深层勘探提供了硬件支持。
附图说明
图1是本实用新型的结构剖视图。
图2是本实用新型的顶盖组件结构示意图。
图3是本实用新型的弹簧片剖视图。
具体实施方式
本实用新型的结构参见图1，其结构上：包括顶盖组件1、密封圈2、线圈组件3、外壳4、弹簧片5、卡簧6、下接触片7、平垫片8、磁靴9、磁钢10、绝缘垫片11、补偿环12、底盖13。磁靴9位于磁钢10上下两端，磁钢10位于线圈中心位置，磁钢10外部设有外壳4，磁钢10充磁后，通过磁靴9及外壳4形成磁回路，即为检波器提供能量的磁系统；外壳4上下分别设有顶盖组件1、底盖13，在外壳4与磁钢 10、磁靴9之间设有线圈组件3，线圈组件3由两组绕向相反的线圈绕组及线圈骨架组合而成，并由分别卡在线圈组件3上的两只弹簧片5支撑，悬浮于磁靴9与外壳4 之间的磁场中。上下弹簧片5分别通过卡簧6固定在线圈组件两端。以上构成弹簧- 质量阻尼振动系统。
电路上：线圈绕组两端的引出漆包线分别焊接在上下弹簧片5上。上端引线通过上弹簧片5经由顶盖组件1的外接触片15，引到绝缘子16正极一端；下端引线通过下弹簧片5，经由磁靴9，磁钢10，顶盖组件1的内接触片14，引到绝缘子16负极一端。如图2所示。
本实用新型是一种主频低至5Hz，灵敏度高达80V/m/s，失真小于0.1，符合超级检波器失真要求，在野外恶劣条件下能稳定可靠工作的产品。
由公式得，为达到低频要求，需要降低弹簧片的弹性系数K，增加惯性体的质量m，惯性体质量的增加需要弹簧片轴向支持力增加。为解决上述要求，本实用新型设计了弹性系数更低支撑力更高的弹簧片纹路(见图3)。其纹路特征主要是：
①外环中有三支撑臂，均匀分布在同心圆上，三支撑臂形状尺寸完全一样，支撑臂与实体连接的两端粗，中间细，且两者比例为2，单一支撑臂的长度与支撑臂最外端到圆心的半径比为1.8-1.9，两端粗使弹簧片轴向支撑力增大，中间细，超长的悬臂降低了弹性系数。这种设计同样降低了弹簧片的非线性度，降低了本实用的谐波失真。
②内部设计两只减振臂，两只减震臂的设计同样重要，减震臂的设计能降低弹簧片整体的弹性系数，要求减震臂长度与减震臂最外端到圆心的半径比为0.7-0.9，减震臂的弹性系数要与外环三支撑臂的弹性系数一致，保证在检波器在受到横向或斜向的冲击时，首先形变的同时具有一定的强度，以便卸掉大部分冲量，保护外环支撑臂，要求减震臂中间部分的宽度与三支撑臂中间部位的比为0.8-0.9，因此这种设计不仅降低了弹簧片的刚度，同时还大大提高弹簧片的支撑力，保证了检波器的使用寿命。
本实用新型的灵敏度高达80V/M/s，因此，本实用新型的磁钢10采用钕铁硼材料，表面镀镍铜镍，钕铁硼材料相较以往技术的铝镍钴材料，具有更高的磁能积，且退磁曲线的方形度较铝镍钴材料好很多，能够在磁靴9与外壳4之间的环形区域形成近似均匀的、磁通密度更高的磁场，为本实用的高输出提供能量保证。
通过研究发现，不仅弹簧片的非线性会产生多次谐波，线圈所处磁场的非均匀性同样产生多次谐波，尤其是影响检波器失真的二次谐波。为降低谐波失真，本实用新型设计了更厚的磁靴，来降低检波器两端的漏磁。通过改变磁靴的形状，来改变磁力线的走向，以便最大程度的降低线圈所处区域磁场的非线性。为提高磁钢性能的利用率，磁钢的长径比应满足0.45-0.5，磁钢10的长度与磁靴9导磁面长度H6比为0.95-1.1,磁靴导磁面长度H6与线圈组件3中线槽宽度H1比为0.95-1.2,磁靴9上凸台H5与磁靴下沿 H4的长度比为0.9-1，磁靴9上凸台的下沿距绕线槽上沿距离H2与磁靴下沿距绕线槽下沿的距离H3的比为0.9-1。通过有限元分析，本设计的相对磁场宽度较以往设计有了明显的改善。相应的，本实用新型的增量(线圈在不同位置时候的失真)也明显的拓宽很多，如表1所示，保证本实用新型能够适应更大的倾角，为野外的施工提供了方便。
本设计的相对磁场宽度较以往设计有了明显的改善。相应的，本实用新型的增量(线圈在不同位置时候的失真)也明显的拓宽了很多，如表1所示，保证本实用能够适应更大的倾角，为野外的施工提供了方便。
钕铁硼的矫顽力很高，降低了检波器磁衰减，提高了检波器的稳定性和抗疲劳性。然而，钕铁硼温度系数大，为解决这一问题，磁钢外设计了补偿环12，补偿环吸收磁力线的能力与温度成反比，进尔降低磁靴与外壳之间的环形区域内磁通密度变化，保证了检波器电气参数一致性。
在线圈骨架的设计上，为了得到更宽的增量了，本实用设计了如图1所示结构，要求线圈骨架绕线槽宽度H1与磁靴导磁面宽度H6比值为0.8-0.9，磁靴9上凸台的下沿距绕线槽上沿距离H2与磁靴下沿距绕线槽下沿的距离H3的比为0.9-1。
表1：增量分析图