专利名称：一种大地耦合拾音器装置的制作方法
技术领域：
本发明属于透地通信技术领域，特别涉及透地通信系统中高效接收透地弹性波的一种拾 音器装置。
背景技术：
我国是一个矿产资源丰富的国家，特别是煤炭资源储量丰富。但是近些年来我国煤矿矿 难和其他矿井灾害也是屡有发生，很多煤矿灾害一旦发生，井下与井上可能失去一切联系手 段，使救灾效率大打折扣。低频透地通信系统以分层大地作为传播媒质。由于此媒质的信道 特性不受井下灾害事故的影响，该系统被认作是最可靠的应急通信手段，但当前还没有一种 切实有效的透地通信方法，透地通信的效果很不理想。
目前，透地信息获取或信息传输的方法主要有电场、磁场、电磁波和弹性波等多种，但 真正能够满足通信带宽实际需要的只有电磁波和弹性波信道。利用电磁波进行透地信息获取 的探地雷达目前能够探测的最大深度为50米。地层对高频电磁波的高吸收率和地耦合天线制 约了探地雷达的透地深度。与此相比，弹性波可以在地层介质中传播较远的距离，如果使用 弹性波，可以有效增加透地深度，但使用弹性波信号通信的发送和接收装置不容易实现。
普通的拾音器是将空气声波能量转换成电能。在透地通信中，因空气介质和大地介质的 声阻抗差别非常大，在能量传递时将不可避免地产生强反射，大部分能量无法保真地从大地 介质中耦合到拾音器上。
因此设计一种高效接收弹性波的拾音器装置对造福社会具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种大地耦合拾音器装置，该装置将接收的弹性波转换成电信号， 能够最大限度地接收弹性波，提高透地通信系统的效率。
一种大地耦合拾音器装置包括至少一组拾音器单元，拾音器单元有壳体、电磁线圈、磁 致伸縮棒、永久磁铁及振子，磁致伸縮棒竖直设置在壳体内部的中央，其一端固定在壳体的 底部，另一端与振子连接，振子的前端延伸到壳体外侧；电磁线圈围绕磁致伸縮棒设置，永 久磁铁固定在壳体内部。
上述拾音器单元中壳体为筒状，振子上部为振动盘，下部为连杆，整个振子纵剖面成"T" 形，永久磁铁有多个布置在壳体内侧的底部。
上述磁致伸缩棒由稀土合金制成。
上述壳体与振子下部连杆的间隙处以及壳体顶部与振动盘的间隙处，均用柔性材料填充。 上述柔性材料为硅基树脂。
上述拾音器装置还包括地层介质坑，振子与地层介质坑之间的空隙以及壳体外壁与地层 介质坑之间的空隙，均用与地层介质同性的填充介质所填充。
上述拾音装置包括一组拾音器单元，在拾音单元壳体的底部配有固定基板，固定基板与 壳体为一体，固定基板上配有螺钉。
本发明的有益效果此种拾音器装置利用与地层介质紧密耦合的振动结构实现高效接收 地层弹性波，可以接收弹性波纵波或弹性波横波。此种与地层介质耦合的拾音器装置不仅可 以最大限度地接收信号，提高接收灵敏度，而且还能够提高能量的耦合效率，降低接收声阻， 保证声音的保真度，减小因松耦合引起的声波功率谱的非线性改变和附加噪声。
图1为本发明大地耦合拾音器装置的结构简图。 下面结合附图对本发明进行详细说明
具体实施例方式
结合图l， 一种大地耦合拾音器装置包括一组拾音器单元，拾音器单元有壳体l、电磁线
圈2、磁致伸縮棒4、永久磁铁8及振子3。壳体1为筒状，振子3的上部为振动盘，下部为 连杆，整个振子3纵剖面成"T"形，磁致伸缩棒4竖直设置在壳体1内部的中央，其一端固 定在壳体l底部，另一端与振子3的连杆连接。振子3的振动盘设置在壳体1外侧，电磁线 圈2围绕磁致伸縮棒4设置，永久磁铁8有多个布置在壳体1内侧的底部。磁致伸縮棒4由 稀土合金制成，壳体1与振子3下部连杆的间隙处以及壳体1顶部与振动盘的间隙处，均用 硅基树脂5填充密封。壳体l的底部配有固定基板6，固定基板6与壳体1为一体，固定基 板6上配有螺钉7。
上述拾音器装置还包括地层介质坑，振子3与地层介质坑之间的空隙以及壳体1外壁与 地层介质坑之间的空隙，均用与地层介质同性的填充介质所填充。以实现振子3与地层介质 之间的紧密耦合，这种结构更高效地转换地层介质中传播的弹性波能量。
壳体l、永久磁铁8、磁致伸縮棒4、振子3和硅基树脂5构成磁路。在壳体l内部底部 布置多个永久磁铁8，向磁致伸縮棒4施加静态偏磁场。此外，在壳体1与振子3下部连杆 的间隙处以及壳体l顶部与振动盘的间隙处，均用硅基树脂5填充密封，确保地层介质细小 颗粒和水不会进入壳体l内部，同时由于硅基树脂5是柔性材料，不会影响磁致伸縮棒4的 移位幅度。
固定时将拾音器装置主体嵌入在地层中，为了与地层介质紧密接触，将本装置的振子3 与地层介质之间的空隙用与地层介质同性的填充介质所填充，固定基板6露在外面，由螺钉 7固定到巷道顶部或硬地面上。固定的方向遵循如下原则如果所传输的弹性波信号是纵波，
则固定时要将振子3的振动盘对着信号发送方向；如果所传输的弹性波信号是横波，则固定 时要将振子3轴向与信号发送方向垂直。由于振子3传递磁致伸縮棒4产生的变位振动，因
此振子3是一个自由端，但在嵌入地下的环境中难免会有细小颗粒或水进入壳体内，在振子 3与壳体1之间用柔性密封材料硅基树脂5进行密封填充。
工作时，当弹性波信号到达拾音器装置，地层介质振动带动嵌入其中的振子3—起振动， 磁致伸縮棒4的一端固定在壳体1的底部，振子3振动对磁致伸縮棒4挤压，磁致伸縮棒4 受到挤压后产生形变，磁致伸縮棒4由于逆磁致伸縮效应产生相应的磁场，布置于磁致伸缩 棒4周围的电磁线圈2中就会产生感应电流，此电流经过放大后就得到通信信号。此过程完 成弹性波信号到电信号的转换，主要能量转换器件是磁致伸縮棒4和电磁线圈2，它们共同 来完成振动的机械能到电能的能量转换。
本发明中将拾音器装置嵌入地层并与地层紧密接触的振子3来实现对地层中传播的弹性 波的高效接收。与电磁波相比，弹性波在地层介质的传输损耗要小，这就是低频率的地震波 能够在地层中传播很远距离的原因。对于地层介质的表层土壤层来说，弹性波的传输并不是 很理想，但对于岩石层，其力学特性可近似为弹性介质，所以弹性波在岩石层中的传播距离 还是比较远的。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的 普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于发明的保 护范围。
权利要求
1、一种大地耦合拾音器装置，其特征在于所述装置包括至少一组拾音器单元，拾音器单元有壳体、电磁线圈、磁致伸缩棒、永久磁铁及振子，磁致伸缩棒竖直设置在壳体内部的中央，其一端固定在壳体的底部，另一端与振子连接，振子的前端延伸到壳体外侧；电磁线圈围绕磁致伸缩棒设置，永久磁铁固定在壳体内部。
2、 根据权利要求l所述的一种大地耦合拾音器装置，其特征在于所述拾音器单元中壳 体为筒状，振子上部为振动盘，下部为连杆，整个振子纵剖面成"T"形，永久磁铁有多个布 置在壳体内侧的底部。
3、 根据权利要求1或2所述的一种大地耦合拾音器装置，其特征在于所述磁致伸缩棒 由稀土合金制成。
4、 根据权利要求2所述的一种大地耦合拾音器装置，其特征在于所述壳体与振子下部 连杆的间隙处以及壳体顶部与振动盘的间隙处，均用柔性材料填充。
5、 根据权利要求4所述的一种大地耦合拾音器装置，其特征在于所述柔性材料为硅基 树脂。
6、 根据权利要求1或2所述的一种大地耦合拾音器装置，其特征在于所述拾音器装置 还包括地层介质坑，振子与地层介质坑之间的空隙以及壳体外壁与地层介质坑之间的空隙， 均用与地层介质同性的填充介质所填充。
7、 根据权利要求1或2所述的一种大地耦合拾音器装置，其特征在于所述拾音装置包 括一组拾音器单元，在拾音单元壳体的底部配有固定基板，固定基板与壳体为一体，固定基 板上配有螺钉。
全文摘要
本发明公开了一种大地耦合拾音器装置，所述装置包括一组拾音器单元，拾音器单元有壳体、电磁线圈、磁致伸缩棒、永久磁铁及振子，磁致伸缩棒竖直设置在壳体内部的中央，其一端固定在壳体的底部，另一端与振子连接，振子的前端延伸到壳体外侧；电磁线圈围绕磁致伸缩棒设置，永久磁铁固定在壳体内部。此种拾音器装置利用与地层介质紧密耦合的振动结构实现高效接收地层弹性波，可以接收弹性波纵波或弹性波横波。此种与地层介质耦合的拾音器装置不仅可以最大限度地接收信号，提高接收灵敏度，而且还能够提高能量的耦合效率，降低接收声阻，保证声音的保真度。
文档编号H04R1/02GK101389153SQ20081015822
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者吕文红, 孙红雨, 李国伟, 李安亮, 军 杨, 王正杰, 衣少磊, 郝建军, 郭银景, 赓 陈 申请人:山东科技大学