个线圈支架ZJ上，并在磁场中保持同步运动，线圈支架ZJ有弹簧片支撑。线圈La、Lb运动时会切割磁力线而产生电动信号。磁力线由芯体内永久磁铁的N极、S极产生。专用动圈式结构电磁感应芯体设计更加精细，体积较小，重量较轻。
[0029]2、电源
[0030]有源加速度型震动传感器需要在电源支持下工作，电压工作范围一般为1-30V之间，电源提供可以采用不同方式。根据微地震监测实际情况，需要将有源加速度型震动传感器与电池分离，通过电缆(4)将信号控制电路板(3)电源线引出连接到航空接口(5)，并通过航空接口(5)从外部为信号控制电路板(3)提供电源。本实用新型的主要特征之一是有源加速度型震动传感器需要在电源支持下工作，这样才有可能将速度型响应信号转变为加速度型响应信号。从实质上讲，这种加速度响应信号是对传感器外壳(I)运动加速度的响应，不是动圈式线圈运动速度的微分结果。信号控制电路板(3)对芯体线圈控制的目标是让线圈相对于传感器外壳(I)保持同步运动(没有相对位移)。形象地讲，当遇到外部震动信号时线圈想运动并具有运动能力，但是，信号控制电路板(3)的作用是使其不能运动。这是本实用新型的实质性改进，也是电源和信号控制电路板(3)发挥的重要作用。
[0031]3、信号控制电路板
[0032]信号控制电路板(3)的基本功能是信号放大与机电反馈。对于图1所示的震动芯体(2)，首先将来自线圈La的速度响应信号放大，产生更大的电压信号反馈给线圈Lb，而这一信号产生的电流将阻止线圈La的运动(也包括线圈Lb)，从而使线圈保持相对稳定。这时有源加速度型震动传感器输出信号与传感器外壳(I)运动的加速度成正比，由于线圈保持“相对不动”从而会使线圈不会产生自由运动，也就不会产生“共振”或“余振”。这就是有源震动传感器提高分辨力的理论依据。
[0033]根据信号控制电路板(3)的工作要求，其电路结构主要由集成运算放大器、电阻组成。对放大器的基本要求是低噪声、低功耗、高阻抗、高增益，特别是放大器只有具有足够的放大能力才能控制线圈的运动。图1所示的电路图是一种最基本的线路图，图中运算放大器由0PA131型号担任，0PA131是一种高性能单运放，可以更换为其它功能相同或相近的型号。图1所示的电路中，在增加有源加速度型震动传感器其它附加功能时，如滤波电路，可采用多运放集成电路模块；还可以增加电源转换或电源稳定性模块，以保证有源加速度型震动传感器工作的稳定性、可靠性、一致性。特殊情况下，放大器也可以由分离的晶体管放大电路组成。
[0034]4、二分量
[0035]传感器外壳(I)内安装有一个震动芯体(2)时称为单分量有源加速度型震动传感器。利用三个震动芯体(2)组成两两垂直的空间方向，每个方向连接有信号控制电路板(3)即构成三分量有源加速度型震动传感器。
[0036]5、传感器串
[0037]利用单分量或三分量有源加速度型震动传感器能够通过总电缆连接成串状结构，适合安装在钻孔中。
[0038]6、外壳
[0039]有源加速度型震动传感器设计工作电压与电流符合本质安全性要求，在煤矿中进行微地震监测时不需要进行专门防爆措施。传感器外壳(I)可以是塑料材料或金属材料。为达到密封防水效果，传感器外壳(I)内可以浇注密封绝缘材料。为避免信号衰减和干扰，震动芯体(2 )必须和信号控制电路(3 )连接在一起并安装于同一传感器外壳(I)内。
[0040]7、航空接口
[0041]航空接口(5)采用7针插头，能连接到专用电源插座。航空接口(5)设计考虑了其实用性和方便性，具有多功能、多用途。航空接口(5)含有电源输入针头(e、f)、传感器信号输出针头(a、b、c)、电路控制针头(d、g)。航空接口( 5)能够适应单分量(单个)有源加速度型震动传感器，其输出信号作为X分量连接到针头a;同时能够适应三分量有源加速度型震动传感器，其输出信号的X、Y、Z分量分别连接到针头a、b、Co航空接口(5)示意图见附图2。
【主权项】
1.一种有源加速度型震动传感器，由传感器外壳、震动芯体、信号控制电路板、电缆、航空接口几部分组成，其特征在于，震动芯体是一种动圈式结构，震动芯体与信号控制电路板连接成一体安装在传感器外壳内，通过电缆将信号控制电路板电源线引出连接到航空接口，并通过航空接口从外部为信号控制电路板提供电源，在电源支持下工作。
2.根据权利要求1所述的有源加速度型震动传感器，其特征在于，震动芯体是一种专用动圈式结构电磁感应芯体，其中包括两个独立线圈La、Lb，其极性分别为a+、a_、b+、b_，La、Lb固定在同一个线圈支架上，连接成一体并在磁场中保持同步运动，线圈支架有弹簧片支撑。
3.根据权利要求1所述的有源加速度型震动传感器，其特征在于，信号控制电路板的基本电路由集成运算放大器和电阻构成，与震动芯体及航空接口具有确定的连接关系。
4.根据权利要求1所述的有源加速度型震动传感器，其特征在于，利用三个震动芯体组成两两垂直的空间方向，每个方向连接有信号控制电路板即构成三分量有源加速度型震动传感器。
5.根据权利要求1所述的有源加速度型震动传感器，其特征在于，利用单分量或三分量有源加速度型震动传感器能够通过总电缆连接成串状结构。
6.根据权利要求1所述的有源加速度型震动传感器，其特征在于，航空接口含有电源输入插孔(e、f)、传感器信号输出插孔(a、b、C)、电路控制插孔(d、g)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种有源加速度型震动传感器，震动芯体采用动圈式结构并与信号控制电路板连接成一体，在电源支持下工作。通过信号控制电路板实现了震动信号的加速度响应，能够避免线圈自由运动或产生共振，从而提高分辨力。同时能够压制电磁干扰，提高信噪比和灵敏度，相对普通传感器灵敏度可提高1个数量级以上。该传感器制造简单、性能可靠、成本低廉，适用于微地震监测等领域。
【IPC分类】G01V1-18
【公开号】CN204613414
【申请号】CN201520159322
【发明人】张兴民
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年3月20日