微震传感器的制作方法

本发明属于微震监测技术领域，尤其涉及一种微震传感器。

背景技术：

随着工程建设水平的不断提高，以及工程围岩地质条件的逐渐复杂化，如何防治岩爆已成为地下工程面临的主要问题之一。微震监测技术作为一种切实有效的监测和预警岩爆方法，其通过监测施工过程中岩石破裂产生的微震动波，可计算岩石破裂事件发生的时间、空间和能量分布，进而对工程围岩的能量富集状态进行评估，实现岩爆的监测和预警，已广泛应用于矿山、隧道和水利水电工程建设领域。

微震波的监测需要依靠微震传感器进行捕获，因此微震传感器的震动捕获能力决定了微震监测系统监测岩爆的准确性。现有微震传感器按照工作机理可分为动圈式、压电式、mems等，其中动圈式微震传感器出现的最早，由于结构简单可靠、成本低、性能优秀等优点，至今仍然是微震监测领域应用最广的微震传感器类型。

动圈式传感器按照信号监测范围可分为单向传感器和三向传感器。三向传感器本质上是由三个单向传感器相互正交组合而成，其体积臃肿且成本高昂，故实际应用中往往作为单向传感器阵列的补充，单向传感器仍旧是微震监测传感器的主要构成。

现有动圈式单向微震传感器受限于其结构，仅对单一固定方向的震动敏感。一旦震动波的传播方向与单向传感器的敏感方向不同，单项传感器的震动捕获能力就会大幅降低，即如果震动波的传播方向与传感器敏感方向正交，单向传感器甚至完全无法捕获震动，因此迫切需要对动圈式单向微震传感器进行改进。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种微震传感器，以解决现有技术中如果震动波的传播方向与传感器敏感方向正交，单向传感器甚至完全无法捕获震动的技术问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种微震传感器，所述微震传感器包括：

壳体；

振子模块，所述振子模块设置在所述壳体内，所述振子模块包括主振子、辅振子以及导向框架，所述导向框架固定设置在所述壳体内，所述主振子可在所述导向框架内沿竖向移动，所述辅振子设置有两个，两个所述辅振子分别为第一辅振子和第二辅振子，所述第一辅振子可在所述导向框架内沿水平横向移动，所述第二辅振子可在所述导向框架内沿水平纵向移动，所述主振子的竖向顶端和所述导向框架之间设置有第一弹性件，所述主振子的水平横向的侧面和所述第一辅振子的顶侧连接，所述第一辅振子的水平横向的侧面和所述壳体之间设置有第二弹性件，所述主振子的水平纵向的侧面和所述第二辅振子的顶侧连接，所述第二辅振子的水平纵向的侧面和所述壳体之间设置有第三弹性件；

动圈模块，所述动圈模块设置在所述壳体内，所述动圈模块包括永磁铁以及线圈，所述永磁铁固定设置，所述永磁铁的竖向一端具有开口，所述线圈可在所述永磁铁的开口内沿竖向移动，所述线圈和所述主振子连接，所述线圈通过导线连接到传感器输出线。

进一步地，所述主振子通过第一连接件和所述第一辅振子连接，所述第一连接件包括第一连接板、第一连接杆以及第二连接板，其中：

所述第一连接板固定设置在所述主振子的水平横向的侧面上，所述第一连接板背向所述主振子的一侧设置有第一安装槽；

所述第二连接板设置在所述第一辅振子的顶侧上，所述第二连接板背向所述第一辅振子的一侧设置有第二安装槽；

所述第一连接杆的一端可转动地连接在所述第一连接板的第一安装槽中，所述第一连接杆的另一端可转动地连接在所述第二连接板的第二安装槽中。

进一步地，所述主振子通过第二连接件和所述第二辅振子连接，所述第二连接件包括第三连接板、第二连接杆以及第四连接板，其中：

所述第三连接板固定设置在所述主振子的水平纵向的侧面上，所述第三连接板背向所述主振子的一侧设置有第三安装槽；

所述第四连接板设置在所述第二辅振子的顶侧上，所述第四连接板背向所述第二辅振子的一侧设置有第四安装槽；

所述第二连接杆的一端可转动地连接在所述第三连接板的第三安装槽中，所述第二连接杆的另一端可转动地连接在所述第四连接板的第四安装槽中。

进一步地，所述导向框架包括主导轨、辅导轨以及底座，其中；

所述底座固定设置在所述壳体内；

所述主导轨为中空长方体，所述主导轨固定安装在所述底座上，所述主振子在所述主导轨内滑动设置，所述主导轨的水平横向的一个侧面上设置有供所述第一连接板滑动的第一镂空槽，所述主导轨的水平纵向的一个侧面上设置有供所述第三连接板滑动的第二镂空槽；

所述辅导轨设置有两个，两个所述辅导轨均固定安装在所述底座上，两个所述辅导轨均为中空长方体，两个所述辅导轨分别为第一辅导轨以及第二辅导轨，所述第一辅导轨固定设在所述主导轨的水平横向的侧面上，所述第二辅导轨固定设置在所述主导轨的水平纵向的侧面上，所述第一辅振子在所述第一辅导轨内滑动设置，所述第一辅导轨的顶侧设置有供所述第二连接板滑动的第三镂空槽，所述第二辅振子在所述第二辅导轨内滑动设置，所述第二辅导轨的顶侧设置有供所述第四连接板滑动的第四镂空槽。

更进一步地，所述主导轨背向所述底座的一端设置有螺纹孔，所述螺纹孔内设置有螺钉，所述主导轨通过所述螺钉和所述壳体固定连接。

进一步地，所述第一弹性件设置在所述主导轨背向所述底座的一端和所述主振子的第一方向的一端。

进一步地，所述线圈通过第三连接件和所述主振子连接，所述第三连接件包括第四连接杆、第五连接杆以及第六连接杆，其中：

所述第四连接杆的一端和所述线圈固定连接，所述第四连接杆的另一端沿水平横向设置；

所述第五连接杆的一端和所述第四连接杆的另一端固定连接，所述第五连接杆的另一端沿水平纵向设置，所述第五连接杆的另一端和所述第一连接件的第一连接板固定连接，所述第六连接杆的一端固定连接在所述第五连接杆的中部，所述第六连接杆的另一端沿水平纵向设置，所述第六连接杆的另一端和所述第二连接件的第三连接板固定连接。

进一步地，所述壳体包括外壳以及端盖，所述外壳呈柱状，所述外壳的顶端敞口，所述外壳的顶端通过所述端盖密封连接。

更进一步地，所述外壳的顶端和所述端盖通过金属胶或焊接密封连接。

进一步地，所述动圈模块还包括电阻，所述线圈和所述电阻的一端连接，所述电阻的另一端通过导线连接到传感器输出线。

本发明的有益效果至少包括：

本发明的一种微震传感器，由于振子模块设置在壳体内，振子模块的主振子可在导向框架内沿竖向移动，第一辅振子可在导向框架内沿水平横向移动，第二辅振子可在导向框架内沿水平纵向移动，主振子的竖向顶端和导向框架之间设置有第一弹性件，主振子的水平横向的侧面和第一辅振子的顶侧连接，第一辅振子的水平横向的侧面和壳体之间设置有第二弹性件，主振子的水平纵向的侧面和第二辅振子的顶侧连接，第二辅振子的水平纵向的侧面和壳体之间设置有第三弹性件，当微震传感器工作时，任意方向传播的微震波，能够将其分解为三个相互正交的震动分量，导致分布在三个方向上的弹性件发生震动，进而带动主振子和辅振子震动。

由于动圈模块的线圈和主振子连接，线圈可在永磁铁的开口内沿竖向移动，线圈和主振子连接，线圈通过导线连接到传感器输出线，因此，主振子的震动可带动线圈在永磁铁的开口内上下震动，并切割磁感线产生感应电流，从而实现微震传感器对任意方向震动的敏感性，提高震动捕获能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种微震传感器的结构示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为图1中的振子模块的结构示意图；

图4为图3的主振子的结构示意图；

图5为图3中的第一辅振子的结构示意图；

图6为图3中的第二辅振子的结构示意图；

图7为图3中的导向框架的结构示意图；

图8为线圈和主振子的连接示意图。

其中：1-外壳，2-端盖，3-主振子，4-导向框架，5-第一辅振子，6-第二辅振子，7-第一弹性件，8-第二弹性件，9-第三弹性件，10-第一连接板、11-第一连接杆，12-第二连接板，13-第三连接板，14-第二连接杆，15-第四连接板，16-主导轨，17-底座，18-第一辅导轨，19-第二辅导轨，20-永磁铁，21-线圈，22-第四连接杆，23-第五连接杆，24-第六连接杆，25-电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种微震传感器，以提高动圈式单向微震传感器的震动捕获能力。

图1为本发明实施例的一种微震传感器的结构示意图，图2为图1的俯视示意图，结合图1以及图2，本发明实施例的微震传感器包括壳体、振子模块以及动圈模块。

结合图1以及图2，本发明实施例的壳体主要起保护和固定传感器各组件的功能，并具有保护和屏蔽电磁干扰的作用，其包括外壳1以及端盖2，外壳1整体可呈柱状，外壳1的顶端敞口，外壳1的顶端通过端盖2密封连接，外壳1的顶端和端盖2可通过金属胶或焊接密封连接，以保证密封性。

当然，本发明实施例的外壳1还可以呈方形等其他结构形式，本发明实施例对此不作限制。

结合图1以及图2，本发明实施例的振子模块设置在壳体内，振子模块包括主振子3、辅振子以及导向框架4。

图3为图1中的振子模块的结构示意图，结合图1-图3，本发明实施例的导向框架4固定设置在壳体内，主振子3可在导向框架4内沿竖向移动，辅振子设置有两个，两个辅振子分别为第一辅振子5和第二辅振子6，第一辅振子5可在导向框架4内沿水平横向移动，第二辅振子6可在导向框架4内沿水平纵向移动，主振子3的竖向顶端和导向框架4之间设置有第一弹性件7，主振子3的水平横向的侧面和第一辅振子5的顶侧连接，第一辅振子5的水平横向的侧面和壳体之间设置有第二弹性件8，主振子4的水平纵向的侧面和第二辅振子6的顶侧连接，第二辅振子6的水平纵向的侧面和壳体之间设置有第三弹性件9，即主振子3、第一辅振子5以及第二辅振子6可在三个相互正交的方向移动，当微震传感器工作时，任意方向传播的微震波，能够将其分解为三个相互正交的震动分量，导致分布在三个方向上的弹性件发生震动，进而带动主振子和辅振子震动。

结合图1-图3，本发明实施例中，主振子3通过第一连接件和第一辅振子5连接，主振子3通过第二连接件和第二辅振子6连接。当主振子3震动时，可通过第一连接件带动第一辅振子5移动，通过第二连接件带动第二辅振子6移动，同理，第一辅振子5或第二辅振子6震动时，可带动主振子3和辅振子震动。

图4为图3的主振子的结构示意图，图5为图3中的第一辅振子的结构示意图，第一结合图1-图4，本发明实施例中，第一连接件包括第一连接板10、第一连接杆11以及第二连接板12，其中，第一连接板10固定设置在主振子3的水平横向的侧面上，第一连接板10背向主振子的一侧设置有第一安装槽，第二连接板12设置在第一辅振子5的顶侧上，第二连接板12背向第一辅振子5的一侧设置有第二安装槽，第一连接杆11的一端可转动地连接在第一连接板10的第一安装槽中，第一连接杆11的另一端可转动地连接在第二连接板12的第二安装槽中。

本发明实施例中，第一连接杆11的两端可通过转轴转动地连接在第一连接板10的第一安装槽和第二连接板12的第二安装槽中，转轴的两端可套装有轴承，以提高转动的顺畅度。

图6为图3中的第二辅振子的结构示意图，结合图1、图2、图3、图4以及图6，本发明实施例的第二连接件包括第三连接板13、第二连接杆14以及第四连接板15，其中，第三连接板13固定设置在主振子3的水平纵向的侧面上，第三连接板13背向主振子3的一侧设置有第三安装槽，第四连接板15设置在第二辅振子6的顶侧上，第四连接板15背向第二辅振子6的一侧设置有第四安装槽，第二连接杆14的一端可转动地连接在第三连接板13的第三安装槽中，第二连接杆14的另一端可转动地连接在第四连接板15的第四安装槽中。

同样，本发明实施例中，第三连接杆13的两端可通过转轴转动地连接在第三连接板13的第三安装槽和第四连接板15的第四安装槽中，转轴的两端也可套装有轴承，以提高转动的顺畅度。

图7为图3中的导向框架的结构示意图，结合图1、图2、图3、图4以及图7，本发明实施例导向框架包括主导轨16、辅导轨以及底座17。

本发明实施例中，底座17固定设置在壳体内，底座17可通过螺栓安装在外壳1的底部上。

具体地，外壳1的底部在对应底座17处开设有圆孔，用以安装和底座17连接用的螺栓，螺栓安装完成后，应当使用防水胶水对螺栓安装处进行涂抹覆盖，以保证密封性。

结合图1、图2以及图7，本发明实施例的主导轨16为中空长方体，主导轨16固定安装在底座17上，主振子3在主导轨16内滑动设置，主导轨16的水平横向的一个侧面上设置有供第一连接板10滑动的第一镂空槽，主导轨16的水平纵向的一个侧面上设置有供第三连接板13滑动的第二镂空槽。

结合图1、图2以及图7，本发明实施例的辅导轨设置有两个，两个辅导轨均固定安装在底座17上，两个辅导轨均为中空长方体，两个辅导轨分别为第一辅导轨18以及第二辅导轨19，第一辅导轨18固定设在主导轨16的水平横向的侧面上，第二辅导轨19固定设置在主导轨16的水平纵向的侧面上，第一辅振子5在第一辅导轨18内滑动设置，第一辅导轨18的顶侧设置有供第二连接板12滑动的第三镂空槽，第二辅振子6在第二辅导轨19内滑动设置，第二辅导轨19的顶侧设置有供第四连接板15滑动的第四镂空槽。

当然，本发明实施例中，主导轨16、第一辅导轨18，19-第二辅导轨19的其余侧面也可以设置镂空槽，本发明实施例对此不作限制。

进一步地，结合图7，本发明实施例中，主导轨16背向底座17的一端(即主导轨16的顶端)设置有螺纹孔，该螺纹孔内设置有螺钉，主导轨16通过螺钉和壳体固定连接。

同样，端盖2处用于安装同主导轨16连接的螺钉安装处，也需将进行涂抹覆盖，以保证密封性。

另外，结合图7，主导轨16的顶端内侧可开有圆柱孔，用于第一弹性件7的安装。第二弹性件8以及第三弹性件9的安装同第一弹性件7类似，本发明实施例对此不作限制。

本发明实施例中，第一弹性件7、第二弹性件8以及第三弹性件9其可对对应的振子进行限位，且均可采用弹簧，本发明实施例对此不作限制。

本发明实施例中，主导轨16、第一辅导轨18，19-第二辅导轨19的内部空腔应光滑且尺寸合适，能够满足主振子和辅振子自由滑动且不松动。

进一步地，本发明实施例在各个振子的拐角处均固定设置有滚珠，以提高振子在对应的导轨内滑动顺畅度。

结合图1，本发明实施例中的动圈模块设置在壳体内，动圈模块包括永磁铁20以及线圈21，永磁铁20固定设置，永磁铁20的竖向一端具有开口，线圈21可在永磁铁20的开口内沿竖向移动，线圈21和主振子3连接，线圈21通过导线连接到传感器输出线进行输出，因此，主振子3的震动可带动线圈21在永磁铁20的开口内上下震动，并切割磁感线产生感应电流，从而实现微震传感器对任意方向震动的敏感性，提高震动捕获能力。

具体到本发明实施例中，永磁铁20的顶部可嵌设在端盖2的内壁上，而永磁铁20的竖向下端开设有开口。

当然，也可将永磁铁20嵌设在外壳1的侧壁上，或者永磁铁20通过支架等结构固定安装在壳体内，而开口也可以设置在永磁铁20的竖向上端，本发明实施例对此不作限制。

本发明实施例的线圈由铜丝缠绕在芯体上构成，铜丝缠绕形成的平面应当垂直于永磁铁在线圈上下运动区域的磁感线，以便于线圈运动能够产生感应电流。

图8为线圈和主振子的连接示意图，结合图8，本发明实施例中，线圈21通过第三连接件和主振子3连接，第三连接件包括第四连接杆22、第五连接杆23以及第六连接杆24，其中，第四连接杆22的一端和线圈21固定连接，第四连接杆22的另一端沿水平横向设置，第五连接杆23的一端和第四连接杆22的另一端固定连接，第五连接杆23的另一端沿水平纵向设置，第五连接杆23的另一端和第一连接件的第一连接板10固定连接，第六连接杆24的一端固定连接在第五连接杆23的中部，第六连接杆24的另一端沿水平纵向设置，第六连接杆24的另一端和第二连接件的第三连接板13固定连接，这样即可实现线圈21和主振子3的固定连接。

当然，本发明实施例中，线圈21和主振子3的连接具有两个连接部位，以提高连接的可靠性。

本发明实施例中，构成第三连接件的各个杆件可以一体成型或者焊接，第五连接杆可和第一连接板通过焊接或者螺钉连接，第六连接杆和第三连接板也采用焊接或者螺钉连接，本发明实施例对此不作限制。

进一步地，结合图1，本发明实施例的动圈模块还包括电阻25，线圈21和电阻25的一端连接，电阻25的另一端通过导线连接到传感器输出线。电阻25主要用来调节传感器的阻抗，以使其与监测仪器相匹配，达到最佳监测效果。

本发明实施例的微震传感器在工作时，可对任意方向传播的微震波，能够将其分解为三个相互正交的震动分量，导致分布在三个方向上的弹簧振子系统发生震动，两个辅振子上的震动可通过连接件传导到主振子上，并带动固定在主振子上的线圈上下震动并切割磁感线产生感应电流，从而实现单向传感器对任意方向震动的敏感性，具有很好的实用性。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。