差動式壓電地震數字檢波器制造技術

本發明專利技術公開了一種差動式壓電地震數字檢波器，包括檢波器芯體，檢波器芯體由圓桶型屏蔽殼、基座、壓電元件、質量塊、信號調理單元、信號預處理單元、穿心電容、引出電纜構成，基座設置于屏蔽殼內部中心、與屏蔽殼剛性連接；兩組壓電元件對稱緊貼設置在基座兩側，兩個質量塊分別對稱緊貼設置在一組壓電元件外側；兩組壓電元件分別通過各自兩端的引出電極與信號調理單元的輸入端連接，信號調理單元的輸出端與信號預處理單元的輸入端連接，信號預處理單元的輸出端通過穿心電容與引出電纜連接。通過對稱結構的檢波器芯體、差動信號輸出和信號的直接數字化處理使得該地震檢波器具有靈敏度高、抗干擾能力強、動態范圍寬、輕便耐用等優點。

【技術實現步驟摘要】
差動式壓電地震數字檢波器
本專利技術屬于地震勘探領域，具體涉及一種差動式壓電地震數字檢波器。
技術介紹
地震勘探法在勘探石油、天然氣和其他礦產資源及工程檢測、地質災害預測等方面有極為重要的研究意義。地震勘探儀器的主要技術指標由地震檢波器決定。動圈式結構的檢波器目前依然是國內外地震勘探中使用最為廣泛的地震檢波器。但由于其固有的機械特征，相對于現有地震儀器能達到的精度和動態范圍而言，它具有靈敏度低、動態范圍小、質量和體積較大、抗干擾能力差等缺點，且對彈簧材料要求高、制造工藝復雜。壓電式結構的檢波器在水陸地震勘探中也有所應用，取得了較好的效果，但也存在質量和體積較大、靈敏度不夠高、抗干擾能力差等有待改進之處。 地震檢波器在陸上地震勘探中，當炮檢距較大時，信號整體幅度變小，特別是其中包含的高頻成分將衰減為微小信號，為了防止信噪比在信號拾取傳輸過程中進一步惡化，應從提高地震檢波器的靈敏度和抗干擾能力方面入手解決。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，為克服現有地震檢波器存在的上述不足，提供一種差動式壓電地震數字檢波器，采用對稱結構的檢波器芯體，在有限空間內增大檢波器的靈敏度和抗干擾能力。 本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是:差動式壓電地震數字檢波器，包括檢波器芯體，檢波器芯體由圓桶型屏蔽殼、基座、壓電元件、質量塊、信號調理單元、信號預處理單元、穿心電容、引出電纜構成，所述基座設置于屏蔽殼內部中心，基座與屏蔽殼剛性連接；所述壓電元件設有兩組，兩組壓電元件對稱緊貼設置在基座兩側，所述質量塊設有兩個，兩個質量塊分別對稱緊貼設置在一組壓電元件外側；所述兩組壓電元件分別通過各自兩端的引出電極與信號調理單元的輸入端連接，信號調理單元的輸出端與信號預處理單元的輸入端連接，信號預處理單元的輸出端通過穿心電容與引出電纜連接。 按上述方案，所述屏蔽殼采用一定厚度的鋁合金或鋁質材料制成。 按上述方案，所述壓電元件由多層壓電片疊加而成。 按上述方案，所述兩組壓電元件結構完全相同(保證其性能相同)。 按上述方案，所述穿心電容直接安裝在屏蔽殼上。 按上述方案，所述信號調理單元由依次相連的差分放大器、濾波器及Α/D轉換器組成。 按上述方案，所述信號預處理單元由依次相連的復雜可編程邏輯器件CPLD和數字信號處理器DSP組成。 按上述方案，所述信號調理單元、信號預處理單元均封裝在屏蔽殼內。 本專利技術的工作原理:兩組壓電元件用于產生反映地面地震振動特性的交變電壓，且構成一對差動信號，兩個質量塊用于感知地震波的運動。在實際工作過程中，當外界振動時，如用小鋼珠敲擊檢波器芯體，由于壓電片的壓電效應，其兩端引出電極將輸出與振動信號成正比的電壓信號。由于兩組壓電元件對稱安裝在基座兩邊，兩組壓電元件產生的電壓信號的交流部分將構成一對差動信號，通過示波器輸出的交變電壓波形基本對稱，相位相差約為180度，較好地構成了一對差動信號。這種對稱結構的檢波器芯體設計，能在有限的空間內增大檢波器的靈敏度，同時其輸出的差動信號相對于單端信號來說具有更強的抗干擾能力。提高了檢波器的動態范圍和抗干擾能力。輸出的差動信號直接被送入檢波器內部集成的信號調理單元中，經差分放大、濾波及Α/D轉換成為數字信號，該數字信號進一步被送入信號預處理單元，經數字濾波、FFT變換處理后通過安裝在屏蔽殼上的穿心電容經引出電纜進行長距離傳輸。 本專利技術具有如下優點:1、結合地震勘探的特點，將壓電元件對稱安裝在基座兩端，采用對稱結構的檢波器芯體，在有限的空間內增大檢波器的靈敏度并輸出差動式電壓信號，輸出的差動信號在后續的差分處理后幅值加倍，且兩差動信號中混疊的相同的各類環境噪聲、共模干擾信號則相互抵消，相對于傳統地震檢波器輸出的單端信號具有更強的抗干擾能力，提高檢波器芯體自身的抗干擾能力；2、屏蔽殼采用一定厚度的鋁合金或鋁質材料制成，輕便耐用，可以屏蔽大部分電場、磁場和電磁場的干擾；壓電元件采用多層壓電片疊加而成，增加了輸出電壓信號的幅值；穿心電容用于濾除導線上高頻干擾，提高檢波器的信號保真度；3、信號調理單元、信號預處理單元均封裝在屏蔽殼內，檢測到的地震信號(差動式模擬信號)在檢波器內進行信號調理、模/數轉換、數字濾波等處理后再輸出，使得數字化過程直接在檢波器芯體內直接處理，避免了地震信號在長距離傳輸中引入干擾失真，保留了弱信號的有效成分，提高了檢波器的動態范圍和抗干擾能力；4、該地震檢波器具有靈敏度高、抗干擾能力強、動態范圍寬、輕便耐用等優點，地震檢波器在井下槽波地震勘探、陸上地震勘探等領域應用更為可靠和廣泛。 【附圖說明】 圖1為本專利技術差動式壓電地震數字檢波器的整體結構示意圖；圖2為本專利技術檢波器兩端壓電材料輸出的一對差動信號示意圖；圖3為本專利技術檢波器內部集成的信號調理單元及信號預處理單元的結構示意圖；圖4為本專利技術差動式壓電地震數字檢波器的屏蔽殼的結構示意圖；圖中，1-屏蔽殼，2-基座，3-壓電元件，4-質量塊，5-信號調理單元，6-信號預處理單元，7-穿心電容，8-引出電纜。 【具體實施方式】 下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細說明。 參照圖1所示，本專利技術所述的差動式壓電地震數字檢波器，包括檢波器芯體，檢波器芯體由圓桶型屏蔽殼I (作為檢波器芯體框架)、基座2、壓電元件3、質量塊4、信號調理單元5、信號預處理單元6、穿心電容7、引出電纜8構成，所述基座2設置于屏蔽殼I內部中心，基座2與屏蔽殼I剛性連接(基座2方便拆卸檢查，便于更換檢波器芯體內部的壓電元件3);所述壓電元件3設有兩組，兩組壓電元件3對稱緊貼設置在基座2兩側，所述質量塊4設有兩個，兩個質量塊4分別對稱緊貼設置在一組壓電元件3外側(中間基座2兩邊各安裝一套壓電元件3和質量塊4,壓電元件3、質量塊4相對基座2的兩側對稱設置)；所述兩組壓電元件3分別通過各自兩端的引出電極與信號調理單元5的輸入端連接，信號調理單元5的輸出端與信號預處理單元6的輸入端連接，信號預處理單元6的輸出端通過穿心電容7與引出電纜8連接(圖1中，壓電元件3與信號調理單元5連接的引出電極、信號調理單元5與信號預處理單元6連接的導線均封裝在屏蔽殼I內未標出)。 所述屏蔽殼I采用一定厚度的鋁合金或鋁質材料制成，輕便耐用，可以屏蔽大部分電場、磁場和電磁場的干擾。 所述壓電元件3由多層壓電片疊加而成，以便增大輸出信號的幅值，兩組壓電元件3結構完全相同、保證其性能相同。 所述穿心電容7安裝在屏蔽殼I上，用于濾除引出電纜8上的高頻干擾，提高檢波器的信號保真度。 所述信號調理單元5由依次相連的差分放大器、濾波器及Α/D轉換器組成。 所述信號預處理單元6由依次相連的復雜可編程邏輯器件CPLD和數字信號處理器DSP組成。 所述信號調理單元5、信號預處理單元6均封裝在屏蔽殼I內。 兩組壓電元件3用于產生反映地面地震振動特性的交變電壓，且構成一對差動信號，兩個質量塊4用于感知地震波的運動。在實際工作過程中，當外界振動時，如用小鋼珠敲擊檢波器芯體，由于壓電元件3的壓電片的壓電效應，其兩端引出電極將輸出與振動信號成正比的電壓信號。由于兩組壓電元件3對稱安裝在基座2兩邊，兩組壓電元件3產生的電壓信號的交本文檔來自技高網...

【技術保護點】
差動式壓電地震數字檢波器，其特征在于，包括檢波器芯體，檢波器芯體由圓桶型屏蔽殼、基座、壓電元件、質量塊、信號調理單元、信號預處理單元、穿心電容、引出電纜構成，所述基座設置于屏蔽殼內部中心，基座與屏蔽殼剛性連接；所述壓電元件設有兩組，兩組壓電元件對稱緊貼設置在基座兩側，所述質量塊設有兩個，兩個質量塊分別對稱緊貼設置在一組壓電元件外側；所述兩組壓電元件分別通過各自兩端的引出電極與信號調理單元的輸入端連接，信號調理單元的輸出端與信號預處理單元的輸入端連接，信號預處理單元的輸出端通過穿心電容與引出電纜連接。

【技術特征摘要】
1.差動式壓電地震數字檢波器，其特征在于，包括檢波器芯體，檢波器芯體由圓桶型屏蔽殼、基座、壓電元件、質量塊、信號調理單元、信號預處理單元、穿心電容、引出電纜構成，所述基座設置于屏蔽殼內部中心，基座與屏蔽殼剛性連接；所述壓電元件設有兩組，兩組壓電元件對稱緊貼設置在基座兩側，所述質量塊設有兩個，兩個質量塊分別對稱緊貼設置在一組壓電元件外側；所述兩組壓電元件分別通過各自兩端的引出電極與信號調理單元的輸入端連接，信號調理單元的輸出端與信號預處理單元的輸入端連接，信號預處理單元的輸出端通過穿心電容與引出電纜連接。2.根據權利要求1所述的差動式壓電地震數字檢波器，其特征在于，所述屏蔽殼采用一定厚度的鋁合金或鋁質材料制成。3.根據權利要求1所述的差動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋俊磊，王典洪，施芬，
申請(專利權)人：中國地質大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42