CN1004771B - 地震检波器弹簧 - Google Patents

Abstract

一用于悬置－基准质量的地震检波器弹簧，其中包括：使该基准质量横向和轴向对准中心的第一装置（２、３、５）；用于使该基准质量横向对准中心，并提供一强阻尼的径向柔量，以防止第一装置（２、３、５）的受力超出其弹性极限的第二装置（４、７）。

Description

地震检波器弹簧

本发明一般地涉及地震检波器，特别是用于地震检波器或地震仪的悬置弹簧。

地震检波器是通过把一惯性基准质量悬置在一刚性固定支承结构上检测运动的装置。一般地，该质量是靠弹簧悬置在磁场中的一线圈架，线圈架的各端都装有一弹簧。弹簧把线圈架定位在磁场中，使线圈架横向对准磁场，其轴位于磁场中。弹簧还构成一个具有预定谐振频率的悬置***。

在地震工作中，地震波从地面或接近地面处传入地壳，这些地震波的一部分从地下层的界面反射或折射。地震检波器在地面上成阵或成组排列，当反射或折射波遇到地震检波器时，悬置在两个弹簧之间的线圈架往往不动，而地震检波器壳体和它连接的磁路随地面移动。线圈架通过磁场的移动在地震检波器的输出端产生一个电压。地震检波器阵的这个输出以能分析的形式记录下来。熟练的程序员能通过分析识别地下结构的形状，还可以发现矿藏，例如油和气。

如今的地震检波器广泛地使用十字形弹簧。这种弹簧通常用弹性材料圆盘制成，并具有由数条腿连接的一内环和一外环。这些腿按予定的形式靠蚀刻或冲压弹性材料制成。一般采用三条这样的腿，三条腿结构一般被认为是最优越的。

地震检波器弹簧腿的横截面一般为矩形，弹簧内外环接点之间的腿沿其长度弯曲。蚀刻以后，弹簧按照已知技术“预制”。预制完成，内环相对于外环偏移或移位。这样当一质量悬置在两个这种弹簧之间时，各弹簧的内环、腿和外环处于同一平面。

某些具有多环结构的弹簧，已公开在美国专利3，598，389，3，602，490和4，285，054中。

其中US-4，285，054真实地显示一个地震检波器和地震检波器弹簧，它能体现上述的先有技术。它有由多个臂连接的外环和内环。

US-3，602，490也涉及地震检波器，和上述的US-4，285，054属于同一技术领域。它的弹簧由四个同心环组成，逐次地沿着圆周上的一个位置相连接着（所谓悬臂环）。它只能承受非常小的横向位移，但主要用来承受扭变形。这是制造软弹簧的方法，即这种弹簧在轴向是很软的。

US-3，598，389公开了一种弹簧，它由多个同心环组成，也是悬臂式的。这不是地震检波器弹簧，只是一种阀簧。所有悬臂环都是为了产生一个软环。理论上能承受某些程度的扭变形，虽然事实上因为它是用在阀上而不会发生这种扭变形。

地震检波器用来从大致与线圈架相对于地震检波器壳体运动的轴平行的方向检测运动。因此，最好能使线圈架的任何横向运动的影响消除或减少到最低限度，该横向运动是随着与地震检波器中的悬置线圈架的运动轴线不平行的力而产生的。

在地震工作中，与地震检波器轴线不完全平行并含有寄生频率或非常接近寄生频率的频率分量的震动使地震检波器在线圈中产生一个不希望有的，即假电动势。由于其Q值高，在造成运动的力消失之后，运动还会持续一段时间。这个谐振被认为是地震检波器中的主要寄生频率，由于它限制了地震检波器的上净带宽，所以是极不希望有的。

因为线圈架的几何尺寸和质量对于一定型号的地震检波器是在制造公差内的常数，所以寄生谐振频率也是常数。因此，改变悬置弹簧的几何尺寸可以提高或降低这个寄生频率。这一特性已被用来提高假信号的频率，直到由于弹簧的横向刚性的增加而使这些假信号超出地震检波器所希望有的频谱之外。用这种方法，假信号不会干扰或掺杂有意义的信号。增加弹簧横向刚性的一个常用方法是缩短弹簧腿。不过，当弹簧腿相当短时，弹簧的非线性使信号的失真增大，而且弹簧的寿命减少。

由申请人（公司）所做的研究（其结果是另一份中国申请85107551的主题）最近已经发现，对于自然频率等于或低于10赫兹的弹簧，尽可能地矫直弹簧腿可以使地震检波器的寄生谐振频率与自然率之比达到50比1。这种弹簧的净带宽高于预先设想的可能频率。但是，这种弹簧的使用寿命比其它横向刚性小而横向弹性大的弹簧短，因为弹簧腿的刚性使线圈架不能到达其通常预计的对猛烈的横向运动的止档处。因此，申请人（公司）寻求延长横向刚性地震检波器弹簧使用寿命的技术。

申请人（公司）已经找到一种有效而简单的装置，可使两种横向刚性地震检波器弹簧具有横向弹性。这两种弹簧一种具有高的自然频率，一种具有高的寄生谐振频率与自然频率比。为了能经受在地震检波器的严格使用和破坏性试验中遇到的急剧加速或减速，需要上述横向弹性。

根据本发明提供的地震检波器弹簧既耐用又有高的寄生频率。用下述方法可实现这一点：在圆盘形材料上蚀刻或冲压出一个弹簧，同时在圆盘上蚀刻或冲压一个也是弹簧的横向柔量装置。这样制成的地震检波器弹簧***包括用于不同目的的悬置基准质量的两部分。第一部分悬置基准质量并使其横向和轴向对准中心。第二部分也使基准质量横向对准中心，但另外在径向有一强阻尼柔量。这防止第一部分的弹簧被拉伸出其弹性极限之外。

在一实施例中，地震检波器弹簧由外、中和内环部分组成。外弹簧设在外和中环部分之间。数条（例如三条）腿连接外环部分和中环部分。内弹簧设在中和内环部分之间。在本实施例中，在靠近内环部分的最内缘通过蚀刻或冲压出两个同心的环形来构成内弹簧。弹性材料上的每个这样的蚀刻或冲压都有三处短的间断，使各蚀刻环分成三条相等的圆弧。内弹簧设在比较靠近圆盘中心处，在工作状态中，它作为横向力的柔量装置，使线圈架或基准质量能在地震检波器中运动，直至到达其预计的止档，而不会拉伸弹簧超出其弹性极限。

在另一实施例中，悬置的基准质量是总磁路，而线圈则刚性固定在外壳上。在另一实施例中，如果要使横向柔量装置能承受强阻尼，可使其靠近弹性图盘的外圆周。

内弹簧的形状可以是各种各样的。可以做三或四组同轴蚀刻。根据本发明的另一实施例，构成内弹簧的蚀刻或冲压可以是使其能产生所需要的横向柔量的任何形状。在最佳实施例中，内弹簧未经预制，即它仍然是平的。

内弹簧不必在现在弹簧上蚀刻。在另外的一实施例中，内弹簧可以是一单独的平圆盘，嵌在现有弹簧内环的中央孔内并在该内环的平面内。另一方面，横向柔量装置可在现有弹簧的上面或下面，与现有弹簧的内环连接。

在另一实施例中，由横向柔量装置构成的平圆盘可由塑料制成。

与以前使用的弹簧比较，根据本发明的地震检波器弹簧具有即使在因粗处理或破坏性试验而受到异常强的横向力后仍保持持线性的优点。而且最近的试验的意想不到的结果已经表明，在适当使用时，本发明大大地减小了寄生谐振的振幅。

下文参照附图说明本发明。

图1是根据本发明的地震检波器弹簧的一实施例的平面图。

图2是根据本发明的有两个弹簧的地震检波器的剖视图。

参照图1，其中所示为根据本发明的地震检波器弹簧1。地震检波器弹簧1由薄的、圆盘形，如铜铍合金这类材料制成。

地震检波器弹簧1由一外环部分2，一中环部分3和一内环部分4组成。外环部分2和中环部分3由数条腿5连接，腿5是由去除圆盘上某特定部分6所形成的。这种去除最好用已知蚀刻技术完成。

仍参照图1，地震检波器弹簧1包括一内弹簧，它设在中环部分3和内环部分4之间。中环部分3和内环部分4由臂7连接。臂7是靠除去圆盘上某特定的同心部分8、9所形成的，这一去除可以靠蚀刻或冲压完成。内弹簧可在任何地震检波器弹簧上冲压或蚀刻，组成如图中所示的三角形地震检波器弹簧1。

如上所述，构成内弹簧的蚀刻形状和数目根据需要可以不同。

在最佳实施例中，虽然地震检波器弹簧1的外弹簧可以是平的或预制的，但是内弹簧不是预制而仍然是平的。六只臂7的长度最好大致相等，并尽可能地长。可以增加臂7的宽度以使内弹簧的横向柔量装置获得较大的刚性，或者可以增加同心的臂组，以减小横向刚性。

参照图2，地震检波器有两个地震检波器弹簧1，一个在线圈架10的上面，一个在下面。安装在地震检波器中时，各弹簧1的外弹簧大致支承线圈架10重量的一半。当线圈架10处于静止状态时，各弹簧1大致是平的。弹簧1的外弹支承着线圈架10时，它还使线圈架10对准地震检波器的纵轴中心。

在地震检波器弹簧1安装在线圈架上面时，压缩环11把中环部分3推靠在极片凸肩12的平面上。夹靠在极片凸肩12的平面上的中环部分3的平面的摩擦作用减弱正常工作期间可能产生的横向谐振。

当把第二个地震检波器弹簧1安装在线圈架上面时，一接触环13把中环部分3推靠在极片凸肩12的平面上。与上文所述相同的摩擦作用也对线圈架上面的第二个弹簧1起作用。

在粗处理或破坏性试验期间，臂7弯曲，使线圈架10能碰到其横向止挡。线圈架10的两侧有间隙14。间隙14a左边是极片15。间隙14b右边是地震检波器壳体16，弹簧1的内弹簧和外弹簧使线圈架10横向定位在极片15和壳体16之间。极片15和地震检波器壳体16是阻止线圈架10的横向运动的止挡。

本申请因采用了由内弹簧和压缩环11组成的横向柔量装置这一特独结构而且有先有技术所没有的保护外弹簧的独到的效果，在没有本发明的横向柔量装置的情况下，腿5因其刚性太强而无法进行充分的横向移动，因此在未加横向柔量装置时，腿5承担冲击而受到损害。现在则由于臂7弯曲，使线圈架10能碰到极片15和壳体16，腿5不必再承担冲击了。因而延长了腿5以至弹簧1的使用寿命。

已经指出，对本发明的上述说明是针对特定最佳实施例的基本部分的。但应当明确，对于那些熟悉这方面技术的人，不脱离本发明的范围和精神即可对这一特殊装置作出许多改进和变动，例如，环2、4可为三角形，正方形或甚至是不规则多边形。另外，内弹簧可以在现有弹簧上方或下方的平面内。

Claims (8)

1、一种用来悬挂具有极片凸肩的基准质量的地震检波器弹簧***，它对横向于垂直轴线的运动具有硬的弹性系数，这种弹簧***包括：

（a）外弹簧部分，它由外环（2）、中环（3）以及连接它们的多个腿（5）所构成，用来沿着垂直轴线悬挂基准质量，并使其准质量在轴向和横向对中;

本发明的特征是，还包括：

（b）内弹簧部分，它由中环（3）、内环（4）和连接它们的多个臂（7）所构成，用来使基准质量在轴向和横向对中，还用来给基准质量在横向上提供强大的减振性;

（c）压缩环（11），它把中环（3）推靠在极片凸肩（12）上，由此形成内、外弹簧，因此使内弹簧能够承受冲击负荷所产生的横向运动而不致损坏腿（5），故而使整个***能承受较高的寄生谐振频率。

2、如权利要求1中的地震检波器弹簧***，其特征为内弹簧包括六个长度大致相等的对称分布的臂（7）。

3、如权利要求2中的地震检波器弹簧***，其特征为内弹簧是扁平的。

4、如权利要求3中的地震检波器弹簧***，其特征为内弹簧的臂（7）可由一个薄的扁平圆盘制出后再进行预制。

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