個(gè)線圈支架ZJ上，并在磁場(chǎng)中保持同步運(yùn)動(dòng)，線圈支架ZJ有彈簧片支撐。線圈La、Lb運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)切割磁力線而產(chǎn)生電動(dòng)信號(hào)。磁力線由芯體內(nèi)永久磁鐵的N極、S極產(chǎn)生。專用動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)電磁感應(yīng)芯體設(shè)計(jì)更加精細(xì)，體積較小，重量較輕。
[0029]2、電源
[0030]有源加速度型震動(dòng)傳感器需要在電源支持下工作，電壓工作范圍一般為1-30V之間，電源提供可以采用不同方式。根據(jù)微地震監(jiān)測(cè)實(shí)際情況，需要將有源加速度型震動(dòng)傳感器與電池分離，通過電纜(4)將信號(hào)控制電路板(3)電源線引出連接到航空接口(5)，并通過航空接口(5)從外部為信號(hào)控制電路板(3)提供電源。本實(shí)用新型的主要特征之一是有源加速度型震動(dòng)傳感器需要在電源支持下工作，這樣才有可能將速度型響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧铀俣刃晚憫?yīng)信號(hào)。從實(shí)質(zhì)上講，這種加速度響應(yīng)信號(hào)是對(duì)傳感器外殼(I)運(yùn)動(dòng)加速度的響應(yīng)，不是動(dòng)圈式線圈運(yùn)動(dòng)速度的微分結(jié)果。信號(hào)控制電路板(3)對(duì)芯體線圈控制的目標(biāo)是讓線圈相對(duì)于傳感器外殼(I)保持同步運(yùn)動(dòng)(沒有相對(duì)位移)。形象地講，當(dāng)遇到外部震動(dòng)信號(hào)時(shí)線圈想運(yùn)動(dòng)并具有運(yùn)動(dòng)能力，但是，信號(hào)控制電路板(3)的作用是使其不能運(yùn)動(dòng)。這是本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，也是電源和信號(hào)控制電路板(3)發(fā)揮的重要作用。
[0031]3、信號(hào)控制電路板
[0032]信號(hào)控制電路板(3)的基本功能是信號(hào)放大與機(jī)電反饋。對(duì)于圖1所示的震動(dòng)芯體(2)，首先將來自線圈La的速度響應(yīng)信號(hào)放大，產(chǎn)生更大的電壓信號(hào)反饋給線圈Lb，而這一信號(hào)產(chǎn)生的電流將阻止線圈La的運(yùn)動(dòng)(也包括線圈Lb)，從而使線圈保持相對(duì)穩(wěn)定。這時(shí)有源加速度型震動(dòng)傳感器輸出信號(hào)與傳感器外殼(I)運(yùn)動(dòng)的加速度成正比，由于線圈保持“相對(duì)不動(dòng)”從而會(huì)使線圈不會(huì)產(chǎn)生自由運(yùn)動(dòng)，也就不會(huì)產(chǎn)生“共振”或“余振”。這就是有源震動(dòng)傳感器提高分辨力的理論依據(jù)。
[0033]根據(jù)信號(hào)控制電路板(3)的工作要求，其電路結(jié)構(gòu)主要由集成運(yùn)算放大器、電阻組成。對(duì)放大器的基本要求是低噪聲、低功耗、高阻抗、高增益，特別是放大器只有具有足夠的放大能力才能控制線圈的運(yùn)動(dòng)。圖1所示的電路圖是一種最基本的線路圖，圖中運(yùn)算放大器由0PA131型號(hào)擔(dān)任，0PA131是一種高性能單運(yùn)放，可以更換為其它功能相同或相近的型號(hào)。圖1所示的電路中，在增加有源加速度型震動(dòng)傳感器其它附加功能時(shí)，如濾波電路，可采用多運(yùn)放集成電路模塊；還可以增加電源轉(zhuǎn)換或電源穩(wěn)定性模塊，以保證有源加速度型震動(dòng)傳感器工作的穩(wěn)定性、可靠性、一致性。特殊情況下，放大器也可以由分離的晶體管放大電路組成。
[0034]4、二分量
[0035]傳感器外殼(I)內(nèi)安裝有一個(gè)震動(dòng)芯體(2)時(shí)稱為單分量有源加速度型震動(dòng)傳感器。利用三個(gè)震動(dòng)芯體(2)組成兩兩垂直的空間方向，每個(gè)方向連接有信號(hào)控制電路板(3)即構(gòu)成三分量有源加速度型震動(dòng)傳感器。
[0036]5、傳感器串
[0037]利用單分量或三分量有源加速度型震動(dòng)傳感器能夠通過總電纜連接成串狀結(jié)構(gòu)，適合安裝在鉆孔中。
[0038]6、外殼
[0039]有源加速度型震動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)工作電壓與電流符合本質(zhì)安全性要求，在煤礦中進(jìn)行微地震監(jiān)測(cè)時(shí)不需要進(jìn)行專門防爆措施。傳感器外殼(I)可以是塑料材料或金屬材料。為達(dá)到密封防水效果，傳感器外殼(I)內(nèi)可以澆注密封絕緣材料。為避免信號(hào)衰減和干擾，震動(dòng)芯體(2 )必須和信號(hào)控制電路(3 )連接在一起并安裝于同一傳感器外殼(I)內(nèi)。
[0040]7、航空接口
[0041]航空接口(5)采用7針插頭，能連接到專用電源插座。航空接口(5)設(shè)計(jì)考慮了其實(shí)用性和方便性，具有多功能、多用途。航空接口(5)含有電源輸入針頭(e、f)、傳感器信號(hào)輸出針頭(a、b、c)、電路控制針頭(d、g)。航空接口( 5)能夠適應(yīng)單分量(單個(gè))有源加速度型震動(dòng)傳感器，其輸出信號(hào)作為X分量連接到針頭a;同時(shí)能夠適應(yīng)三分量有源加速度型震動(dòng)傳感器，其輸出信號(hào)的X、Y、Z分量分別連接到針頭a、b、Co航空接口(5)示意圖見附圖2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有源加速度型震動(dòng)傳感器，由傳感器外殼、震動(dòng)芯體、信號(hào)控制電路板、電纜、航空接口幾部分組成，其特征在于，震動(dòng)芯體是一種動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)，震動(dòng)芯體與信號(hào)控制電路板連接成一體安裝在傳感器外殼內(nèi)，通過電纜將信號(hào)控制電路板電源線引出連接到航空接口，并通過航空接口從外部為信號(hào)控制電路板提供電源，在電源支持下工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源加速度型震動(dòng)傳感器，其特征在于，震動(dòng)芯體是一種專用動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)電磁感應(yīng)芯體，其中包括兩個(gè)獨(dú)立線圈La、Lb，其極性分別為a+、a_、b+、b_，La、Lb固定在同一個(gè)線圈支架上，連接成一體并在磁場(chǎng)中保持同步運(yùn)動(dòng)，線圈支架有彈簧片支撐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源加速度型震動(dòng)傳感器，其特征在于，信號(hào)控制電路板的基本電路由集成運(yùn)算放大器和電阻構(gòu)成，與震動(dòng)芯體及航空接口具有確定的連接關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源加速度型震動(dòng)傳感器，其特征在于，利用三個(gè)震動(dòng)芯體組成兩兩垂直的空間方向，每個(gè)方向連接有信號(hào)控制電路板即構(gòu)成三分量有源加速度型震動(dòng)傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源加速度型震動(dòng)傳感器，其特征在于，利用單分量或三分量有源加速度型震動(dòng)傳感器能夠通過總電纜連接成串狀結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源加速度型震動(dòng)傳感器，其特征在于，航空接口含有電源輸入插孔(e、f)、傳感器信號(hào)輸出插孔(a、b、C)、電路控制插孔(d、g)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種有源加速度型震動(dòng)傳感器，震動(dòng)芯體采用動(dòng)圈式結(jié)構(gòu)并與信號(hào)控制電路板連接成一體，在電源支持下工作。通過信號(hào)控制電路板實(shí)現(xiàn)了震動(dòng)信號(hào)的加速度響應(yīng)，能夠避免線圈自由運(yùn)動(dòng)或產(chǎn)生共振，從而提高分辨力。同時(shí)能夠壓制電磁干擾，提高信噪比和靈敏度，相對(duì)普通傳感器靈敏度可提高1個(gè)數(shù)量級(jí)以上。該傳感器制造簡(jiǎn)單、性能可靠、成本低廉，適用于微地震監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
【IPC分類】G01V1-18
【公開號(hào)】CN204613414
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520159322
【發(fā)明人】張興民
【申請(qǐng)人】山東科技大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年3月20日