地震勘測設備的製作方法

2023-05-16 14:01:51

本實用新型涉及一種用於在地震勘測中使用的設備。

背景技術：

地震勘測或者反射地震學被用於勘查地球表層下的部分。受約束的地震源提供了低頻的地震波，該地震波行進通過地球表層下的部分。在不同的巖層之間的交界處，地震波被部分地反射。該被反射的波返回到表層，在該表層處它們被地震傳感器中的一個或多個探測到。在地表所探測到的地面振動能夠具有非常寬的動態範圍，質點位移距離的範圍從釐米到埃。分析由傳感器所記錄的數據來揭示表層下部分的結構和組成。

地震傳感器（也被稱為地震儀或地震檢波器）通常包括浸入強磁場中的導電線圈。這些電磁傳感器可以被構造為動磁式或是動圈式中的一種，後者專有地受到地震勘探的青睞。在動圈形式中，磁體固定到箱體，該箱體然後被牢固地置於地層中，以使得該箱體和磁體與地面位移一致地運動。可動電線圈浸入固定磁體的磁場隙中並且該線圈被軟彈簧鬆弛地聯接到地震檢波器的箱體，使得該線圈僅能夠沿單一軸線行進。隨著線圈沿著該軸線相對於固定的磁體移動，其將逐步地切割磁通線並且在線圈的電端子處產生與地面位移的速度成比例的電壓和電流。在動圈式中，線圈形成檢測質量塊或反應質量塊。

線圈和彈簧的布置將具有共振頻率，該共振頻率取決於線圈的質量和彈簧的柔度。在遠低於共振的頻率處，線圈和磁體一致地運動所以靈敏度低並且電壓或電流的輸出小。隨著振動的頻率向上提高達到並且超過地震檢波器的共振頻率，靈敏度和輸出將分別地提高、達到峰值並變平緩。通常，地震檢波器的共振頻率落入10-30Hz的範圍，低端是優選的。低頻共振需要高的彈簧柔度。這導致需要軟彈簧，其進而要求對傳感器進行精密的設計和構造來實現所需要的靈敏度、魯棒性、線性度以及抗離軸變形能力，這些對於地震探測是必要的。在場強、磁體尺寸/重量、線圈幾何結構以及彈簧柔度之間的設計權衡對於設計和建造具有足夠靈敏度、電壓-電流輸出、線性度以及魯棒性的地震檢波器是至關重要的，以便同時對上面所描述的大的和小的兩種表面振動進行測量。

用於地震勘測的另一種類型的地震檢波器使用電容量來產生電信號。這些通常被構造為微機電系統（MEMS），該微機電系統使用具有金屬鍍層的微加工的矽，該金屬鍍層被施加到小型的具有鍍層且被彈簧加載的檢測質量塊的任一側上的表面元件。這些MEMS傳感器相比動圈式地震檢波器可以具有小的尺寸和重量的優勢。MEMS檢測質量塊相對於外固定板的運動產生出可變的電容量，該電容量能夠作為與傳感器位移的加速度成比例的振動信號被探測到。彈簧由薄切矽的區域形成，從而允許小的線性位移和大於1kHz的共振頻率。小的電容表面積、高的共振頻率和線性行程的受限的極限意味著靈敏度相較於動圈式地震檢波器將是相當低的。為克服該問題，特定的電子元件被用於將MEMS地震檢波器保持在力反饋狀態中。這種必要的、額外的電子電路需要空間和功率，並且部分地削弱了MEMS相比無源動圈式地震檢波器在尺寸和重量上的優勢。

術語「檢測質量塊」也可以被稱為反應質量塊或測震質量塊並且在現有技術中通常被認為指的是在地震傳感器中的質量塊，該質量塊在地震探測勘測期間由於地層運動的緣故而運動。

技術實現要素：

下文描述了一種適用於在地震勘測中使用的地震傳感器。

依照至少一個實施例，提供了設備和系統來支持或實施進行地震勘測的功能。

這由在每項獨立權利要求中所記載的特徵的組合來實現。相應地，從屬權利要求進一步限定了各種實施例的具體實施方式。

根據本實用新型的一個方面，提供了一種地震勘測設備，所述地震勘測設備包括：主體；檢測質量塊；至少一個傳感器，所述至少一個傳感器被布置成探測所述檢測質量塊相對於所述本體的運動，所述傳感器包括一個或多個壓電元件，所述壓電元件被布置成探測所述檢測質量塊的運動；電子電路，所述電子電路連接到所述至少一個傳感器，所述電子電路被構造成接收並處理所述傳感器的輸出；以及功率源，所述功率源被布置成向所述電子電路提供電功率，其中，所述功率源是所述檢測質量塊的一體化部件。

已知的用於地震勘測的裝置通常是大型、昂貴的並且具有相對高的重量。因為這樣的設備需要被運輸到將要勘測的位置，它們的尺寸和重量增加了實施勘測所需的時間和工作量。這樣的設備的地震檢波器或MEMS傳感器能夠將正在傳播的地震波所引起的地面質點位移轉換為成比例的電壓信號並且隨後記錄為時間的函數。地面質點位移引起固定到地面的地震檢波器或MEMS本體與空間中的該位置處正在傳播的地震波的振幅一致地運動。地震檢波器線圈或是MEMS矽檢測質量塊兩者之一的慣性導致其將保持相對地靜止，以使得本體隨後相對於線圈或檢測質量塊運動。本體與線圈或檢測質量塊的相對運動被轉換為成比例的電壓波形，使得地震波能夠被記錄。為使裝置能夠有效運行，靈敏度必須足以低失真地響應極小的地面運動。這需要在地震檢波器傳感器中有強的、重的磁體和昂貴的繞制線圈，或者替代地在MEMS傳感器中有昂貴的、精密的微加工部件和耗能電子器件。

通過提供一種檢測質量塊包括功率源的、用於在地震勘測中使用的設備，如此布置使得靈敏度、線性度和魯棒性最大化，該設備相比傳感器和功率源為獨立實體的已知裝置能夠既節省體積又節省重量。這進而使得地震勘測更加高效。

功率源可以包括電池。傳感器可以包括一個或多個壓電元件，該壓電元件被布置成探測檢測質量塊的運動。

根據另一個方面，提供一種地震勘測設備，所述地震勘測裝置包括：本體；檢測質量塊，所述檢測質量塊可移動地定位在所述本體的空腔中；以及兩個傳感器，每個傳感器包括平坦的壓電元件；其中，所述壓電元件被布置在所述檢測質量塊的相對側上以探測所述檢測質量塊相對於所述本體的運動，並且其中，所述本體被布置成將所述檢測質量塊的運動約束為在壓電元件之間沿第一方向的往復運動。

在該方面中，所述設備還可以包括：電子電路，所述電子電路連接到所述傳感器，所述電子電路被構造成接收並處理所述傳感器的輸出；以及功率源，所述功率源被布置成向所述電子電路提供電功率，其中，所述功率源是所述檢測質量塊的一體化部件。所述功率源可以包括電池。

已知的用於地震勘測的裝置通常使用複合傳感器，例如在磁場內的動圈。發明人已經意識到能夠使用壓電元件構造更簡單、更輕並且更有成本效益的設備。雖然壓電式壓力換能器廣泛地用於離岸海上勘測，但將壓電元件用於陸上傳感器在現有技術中被認為是不合適的，因為壓電元件的精度被認為是不足夠的。然而，通過使檢測質量塊包括功率源而提供的成本、尺寸和重量方面的益處使得越來越多數量的這種設備得以被使用。與過往和當前的實踐相比，更大數量的設備使得能夠在整體上維持並提高系統的精度，而不論單個設備的精度有任何下降。

現在將描述能夠與任一上面所描述的方面相結合使用的各種特徵。

一個或多個壓電元件可以包括剛性陶瓷。該剛性陶瓷可以包括鋯鈦酸鉛（PZT）。

傳感器可以包括基底，壓電元件被支撐在基底上。該基底可以包括鈹銅合金。

一個或多個壓電元件可以被預加應力。換言之，壓電元件被布置在設備中以使得即使在檢測質量塊不運動的情況下，壓電元件仍是凹形的。

電子電路可以被布置成至少對傳感器的輸出進行放大和/或數字採樣，由此來處理傳感器的輸出。

檢測質量塊可以可移動地聯接到本體，並且該設備可以被布置成將檢測質量塊相對於本體的運動約束為沿第一方向的往復運動。至少一個傳感器可以被布置成探測檢測質量塊沿第一方向的往復運動，由此來探測檢測質量塊相對於本體的運動。

對於檢測質量塊的運動的這種限制可以是對於朝向和遠離壓電元件的運動的限制。相應地，檢測質量塊在壓電元件之間的往復運動可以大體垂直於壓電元件的平面。

壓電元件被布置成使得它們的平面是大體平行的。

通過將檢測質量塊相對於本體的運動約束為沿第一方向的往復運動，該設備能夠選擇性地探測質點位移的分量方向。例如，三個這樣的壓電傳感器能夠被布置成傳感軸線處於與笛卡爾坐標系X、Y和Z相匹配的相互正交的方向中。在該構造中，每個單個的傳感器對於不與其特定的傳感軸線對準的運動是不敏感的或感測不到的。該布置允許使用三個傳感器來獲取包括正在傳播的彈性波場的全空間矢量分量。

檢測質量塊可以可移動地定位在殼體的空腔中。檢測質量塊可以包括具有長軸的長形部件，本體可以包括具有長軸的長形套筒，並且長形部件的長軸可以與長形套筒的長軸同軸地定位。

所述第一方向可以與長形部件和長形套筒的同軸的長軸對準。長形套筒垂直於其長軸的截面的至少一部分可以與長形部件垂直於其長軸的截面的至少一部分相符合，由此將檢測質量塊相對於本體的運動約束為沿第一方向的往復運動。

為了使與功率源形成為一體的檢測質量塊能夠高效地封裝在本體內，檢測質量塊可以包括長形部件，該長形部件在套筒內運動。例如，該長形部件可以由帶有或不帶有尾端件或殼套的圓柱形電池形成。套筒可以被布置成具有與該電池和可選的任何尾端件或殼套相符合的直徑。因此，在額外材料最少的情況下，檢測質量塊可以在運動時被約束（使得能夠進行有效的操作），而同時具有與其形成為一體的功率源（電池）。

套筒可以包括在每個端部的蓋組件，該蓋組件布置成將長形部件保持在套筒內。蓋組件中的至少一個可以包括至少一個傳感器。

電池或端子或端蓋或間隔部件可以由膠接、熔接、焊接、通孔螺栓或任何其他適合的機械緊固件被固定、粘附或以另外的方式機械地附接到傳感器（例如到傳感器的基底或陶瓷），以使得檢測質量塊能夠交替地沿向前和反向兩個方向壓、推或拉該壓電件和基底，以產生正級性和負級性的電壓信號或者產生正級性和負級性的電流信號。

蓋組件可以包括凹形表面，該凹形表面接觸長形部件。凹形表面可以一起被布置成在長形部件上施加夾持力，由此將長形部件相對於本體的運動約束為沿第一方向的往復運動。長形部件可以包括可調節的元件，該可調節的元件被布置成使長形部件沿長軸的長度能夠改變。蓋組件由此可以被布置成使蓋組件的凹形表面之間的距離能夠改變。

套筒可以被加蓋以使形成檢測質量塊的長形部件保持在套筒內。此外，蓋組件可以被布置成夾持長形部件以使得該長形部件不能在套筒內側向地運動（即沿垂直於長形部件長軸的方向朝向套筒的側壁）。這確保了長形部件的運動被約束。此外，長形部件、套筒和/或蓋組件可以被布置成是可調節的，以便確保表面接觸或被機械地固定到長形部件。

每個蓋組件可以包括扁平部件和保持部件，該扁平部件被布置成在扁平部件的第一表面上接觸長形部件，該保持部件被布置成在扁平部件的第二表面的周邊上施加夾持力，第二表面面對第一表面。在實施例中，保持部件可以與蓋組件形成為一體。

由於該夾持力以及長形部件與第一表面的接觸所引發的反力而導致的扁平部件的彎曲引起了第一表面的凹陷。

在實施例中，該設備可以被構造成使得扁平部件通過在其周邊上的夾持力而朝向長形部件受力。這可以導致扁平部件發生彎曲，引起扁平部件的表面產生凹陷。這用於有效地將長形部件保持就位，同時使長形部件能夠運動。

扁平部件中的至少一個可以包括至少一個傳感器。扁平部件中的至少一個可以包括至少一個壓電元件。平坦表面的凹陷可以導致壓電元件被預加應力。

檢測質量塊的重量和/或體積的至少75%可以由功率源提供。

本體可以由如下的材料構造，該材料被選擇為具有與地面的密度類似的密度，該本體意圖在該地面中被使用。

前述權利要求的任一項所述的設備，其中，本體設置有凸起部以接合檢測質量塊以便限制檢測質量塊的運動。這能夠防止檢測質量塊過分地推壓電元件而使得其造成壓電元件的損壞，例如在該設備發生墜落的情況下。

根據進一步的示例性實施例，提供了一種用於在地震勘測中使用的設備，所述設備包括：本體；檢測質量塊；至少一個傳感器，所述至少一個傳感器布置成探測檢測質量塊相對於本體的運動；電子電路，所述電子電路連接到至少一個傳感器，所述電子電路被構造成接收和處理所述傳感器的輸出；以及功率源，所述功率源被布置成向所述電子電路提供電功率，其中，所述功率源是所述檢測質量塊的一體化部件。

附圖說明

從僅以示例的方式給出的優選實施例的以下描述，進一步的特徵和優點將變的明顯，以下描述是參照附圖作出的。

現在將要參照附圖，僅以示例的方式將系統、設備和方法描述為實施例，附圖中：

圖1示出了地震傳感系統；

圖2示出了根據實施例的、用於在地震勘測中使用的設備的總體圖；

圖3示出了同一設備的截面圖；

圖4示出了圖3的截面的一個端部的細節圖；

圖5示出了用於在地震勘測中使用的設備的進一步的實施例的截面圖；以及

圖6以三維分解圖示出了圖5的設備。

具體實施方式

本實用新型的若干零件和部件出現在不只一個附圖中；為了清楚，將使用相同的參考數字來指示相同的零件。

將首先參照圖1對地震感測的簡要說明進行描述，隨後參照圖2、3和4對地震傳感器進行描述。

圖1示出了地震勘測系統50對地層的表層下部分51進行勘測的簡化圖示。對於該圖示的目的，將假設表層下部分51除了層52外具有相對一致的組成。該層例如可以是與表層下部分51的其餘部分不同類型的巖石，並且因此在例如密度和/或彈性速度上不同於表層下部分51的其餘部分。

地震源54位於地層的表面56上。地震源54製造受約束的地震波以便傳播經過表層下部分51。已知的地震源的例子包括但不限於：爆炸、震源卡車和也被稱為桑普卡車（thumper truck）的加速重物下墜系統。例如，桑普卡車可以使用重物或「重錘」撞擊地層的表面56來產生衝擊，該衝擊以地震波的形式傳播通過表層下部分51。這些地震波由箭頭58、60和62表示並且從地震源54向下傳播經過表層下部分。

該地震波隨後至少部分地從層52的表面被反射。這由層52和表層下部分51的其餘部分之間的密度和/或彈性速度的差別而導致。被反射的地震波58』、60』和62』隨後從層52向上傳播到表面56。在表面56，地震傳感器64、66和68探測到被反射的地震波58』、60』和62』。

地震傳感器54也可以激發出高振幅表面界面波57，該界面波57以低速沿表面56行進並且與更深的回程反射58』、60』和62』同時被探測到，回程反射58』、60』和62』由於在傳播期間能量損耗的累積效應（例如：波前的幾何擴散、界面傳輸損耗、弱反射係數以及行進路徑吸收）在振幅上低的多，這些損耗的累積效應在由傳感器64、66和68所記錄的各種波形之間的振幅差異上可以達到75dB，並且在某些情況下超過100dB。

基於這種波的探測，傳感器可以對表示所探測的地震波的數據進行儲存和/或傳輸。隨後可以對該數據進行分析來確定有關表層下部分51的組成的信息，例如層52的位置。

上面描述了已知的地震勘測系統，其體現了地震傳感器的目的。將要理解上述僅為示例並且更複雜的表層下部分的組成（即單個層52之外的情況）將可能存在於表層下部分中。作為結果，波的反射圖可能相比所示出的顯著地更複雜。例如，向下傳播的地震波的一部分可能不被交界面反射並且由此行進通過層52。該波隨後可被層52的更低的表面反射離開，意味著任何給定的地震傳感器可能接收到多重反射。

上面所描述的原理不限於基於表面的地震感測，並且可以被應用到海上地震勘測。在該情況中，表層下部分51被水層佔據。地震傳感器64、66和68可以被設置在海底上，或替代地設置在水上或水中。可以為海上地震勘測提供替代的地震源54，例如氣槍和等離子聲源。

現在將參照圖2、3和4描述用於在地震感測系統50（例如上面所描述的）中使用的設備100。圖2示出了設備100的外表面。圖3示出了沿在圖2中所示出的線C-C的截面看到的同一設備100。圖4示出了設備100的截面的一個端部的詳細視圖。

圖2以總體圖示出了設備100。設備100包括本體10，該本體在這個示例中包括套筒1，該套筒1具有端蓋組件6，該端蓋組件6位於套筒1的端部。檢測質量塊和至少一個傳感器（未示出，在下面進行描述）設置在本體內，該至少一個傳感器布置成探測檢測質量塊相對於本體的運動。設備100包括電子電路17（在本體的上部和在本體的側部上均示出）。該電子電路連接到傳感器，並且被布置成對至少一個傳感器的輸出進行處理，例如通過放大、數字採樣、傳輸和/或儲存傳感器的輸出。將要理解的是電子電路17可以替代性地位於本體內，或位於經由線被連接到本體的單元（未示出）中。

圖3以沿線C-C截取的截面示出了圖2的設備100。示出了套筒1，端蓋組件6位於套筒1的每個端部。還示出了電子電路17，該電子電路17安裝到本體。檢測質量塊14在套筒1內。在該實施例中，將假設套筒1和檢測質量塊14均為長形圓柱體（套筒1為中空圓柱體），長形的檢測質量塊14的長軸與長形的套筒1的長軸同軸地定位。這些長軸的方向由線3標出並且將自此之後被稱為第一方向3。

因此，檢測質量塊14可移動地聯接到並且被定位在設備的本體10內。憑藉將要在下面詳細描述的機制，該設備可以將檢測質量塊14相對於本體10的運動約束為沿第一方向3的往復運動（由雙頭箭頭19示出）。也就是說，檢測質量塊14可以能夠在至少受限的程度上沿第一方向3來回運動，但是在沿垂直於第一方向3的方向的運動上可以是受限制的。

檢測質量塊14包括功率源，例如一個或多個電池2，其向該設備提供電功率，並且具體地經由導線13向電子電路17提供電功率。此外，在一個實施例中，檢測質量塊14包括可調節元件4和9，表示為檢測質量塊的尾端件4和調節螺栓9。可調節元件4和9使檢測質量塊14沿其長軸的長度能夠改變。檢測質量塊的總體長度由箭頭16表示。可調節元件4和9可以被使用，由此對不同電池2之間的任何偏差或非標準化進行補償。

將注意到檢測質量塊14的大部分由電池2形成。換言之，電池2與檢測質量塊14形成為一體。這可以表明檢測質量塊14的質量、體積和/或結構的實質部分由電池提供。例如，檢測質量塊的重量和/或體積的至少75%可以由電池2提供。

端蓋組件6位於套筒1的每個端部，並且閉合套筒來使檢測質量塊14保持在設備100的本體內。端蓋組件6還包括至少一個傳感器，該至少一個傳感器布置成探測檢測質量塊相對於套筒1沿第一方向3的運動。將在圖4中更詳細地描述這些端蓋組件6；不過，在圖3中示出了端蓋組件本體18和保持部件5，端蓋組件本體18經由一個或多個螺栓11附接到套筒，保持部件5保持扁平部件12。

圖4示出了端蓋組件6的更多細節。將要理解的是：至少在所呈現的實施例中，兩個端蓋組件是類似的，並且因此對一個的描述適用於兩者。

如上面所描述，端蓋組件6閉合套筒1的端部以使檢測質量塊14保持在設備的本體內。檢測質量塊14包括電池2以及可調節元件4和9。端蓋組件6包括端蓋本體18、保持部件5以及扁平部件12。

端蓋本體18固定到套筒1的端部。這可以由所示出的固定螺栓11來實現。替代地，端蓋本體18可以例如使用粘合劑、熱焊、聲學焊接、塑料包覆模製（plastic overmoulding）、壓入或卡扣配合附連到套筒，或者可以具有螺紋以旋入套筒。

套筒內的保持部件5鄰接端蓋本體18。保持部件可以是如所示出的單獨元件。然而，在其他實施例中，端蓋本體18和保持部件5可以是單件。在這個實施例中，套筒1是圓筒形的，並且這樣的話保持部件5可以是環形構造，與圓筒形套筒1的內表面相符合。保持部件5在扁平部件12的上表面22的周邊上施加保持力（由箭頭20表示）。在這個實施例中，將要理解扁平部件12是碟形件。

檢測質量塊14接觸扁平部件12的下表面23。在這個實施例中，接觸表面23的是可調節元件中的調節螺栓9。扁平部件12由此向檢測質量塊14上施加等於保持力20的夾持力21。檢測質量塊14可以在扁平部件12的中心處或者在扁平部件12的中心附近接觸扁平部件的表面23，換言之，接觸點離扁平部件12的中心比接觸點離周邊更近。

由於扁平部件12與垂直於第一方向3的方向相比在第一方向中是相對薄的，所以扁平部件12在第一方向3中是柔性的。因此，檢測質量塊14在被扁平部件12夾持的同時允許在第一方向3中往復運動。

扁平部件12可以包括一個或多個傳感器，該一個或多個傳感器對扁平部件12的撓曲進行測量。例如，扁平部件可以包括一個或多個壓電元件，該一個或多個壓電元件探測檢測質量塊14相對於套筒1的運動。如在現有技術中已知的，壓電元件當發生撓曲時產生與撓曲或應變成比例的電壓或電荷輸出。該電壓或電荷輸出能夠被例如電子電路17探測到以產生表示檢測質量塊14的運動的信號。

一個或多個壓電元件可以包括剛性陶瓷，例如鋯鈦酸鉛（PZT）。一個或多個壓電元件可以與支撐材料或基底結合（例如黏合到支撐材料或基底，或者被夾在支撐材料或基底中間），其給扁平部件12提供了足夠的彈性柔度和強度來夾持檢測質量塊14而不發生斷裂，並且其所具有的彎曲剛度大於剛性陶瓷壓電元件的彎曲剛度。支撐材料可以是導電的。扁平部件12可以因此包括碟形壓電傳感器。

圖4示出了扁平部件12的表面23，該表面23接觸檢測質量塊14，朝向該檢測質量塊成凹形。這可以通過設計（即扁平表面12被構造成具有合適的形狀），然而這也可以由在扁平部件12上的力而導致。換言之，由於夾持力20以及檢測質量塊14與扁平部件12的表面的接觸（其如上所述被大致設置在扁平部件12的中心）所引發的反力而導致的扁平部件12的彎曲可引起表面23的凹陷。為了能夠產生該預加載應力，該設備可以被構造成使得端蓋組件6的保持部件5迫使各自的扁平部件12向內到足夠使它們不可避免的發生彎曲（由於檢測質量塊14的不可壓縮性）的程度。合適的預加載應力和因此產生的彎曲能夠通過使用調節螺栓9改變檢測質量塊14沿第一方向3的長度來實現。

這具有確定的效果。首先，任何壓電傳感器元件能夠被預加應力。這使得對於扁平部件12的任何彎曲，壓電元件都能給出更加可預測的響應，並且由此改進了感測的精度。進一步地，凹形表面可以在檢測質量塊14上提供向內的徑向力。這可以用於使檢測質量塊居中地處於套筒1內，由此確保檢測質量塊14和套筒1之間的接觸（並且從而摩擦力）最小化。此外，如果壓電元件是預加應力的，那麼檢測質量塊遠離壓電元件的運動被感測為元件朝向更「靜止（at rest）」的位置運動。若沒有預加應力，該遠離壓電元件的運動不可以被探測到。

作為結果，端蓋組件6憑藉由保持部件5所保持的並且接觸檢測質量塊14的扁平部件12，用於兩個目的：第一，夾持檢測質量塊14，將其連接到傳感器本體（套筒1和端蓋組件6）並且將檢測質量塊相對於本體的運動限定為沿第一方向3的往復運動；以及第二，感測檢測質量塊相對於本體沿該第一方向3的任何運動。

已經發現檢測質量塊14的高度與直徑的比在2：1和5：1之間對於用於在油氣工業的地震勘測中使用的設備是有利的。當本體與檢測質量塊的形狀和尺寸相符合時，這樣的比例使得檢測質量塊的重量合適，同時提供該設備在地面中的相對簡單的部署。

使用中，許多設備100被放置於地層表面上或表面中。每個這樣的設備可以例如附接到被打入地層的尖釘。替代地，整個設備可以被掩埋或放置於鑽孔中的深處。每個設備100可以被放置成使得第一方向豎直。壓縮地震波的到達引起設備100的本體產生具有強豎直分量的運動。檢測質量塊14的慣性導致其抵抗隨本體的位移而運動，並且作為結果，檢測質量塊14將相對於本體運動。該運動導致扁平部件12發生撓曲。能夠看出的是檢測質量塊相對於本體沿第一方向的運動引起扁平部件的撓度相對於扁平部件在其「處於靜止」時（即當檢測質量塊不相對於本體運動時）所撓曲的程度發生增加或減少。憑藉在扁平部件12內的壓電傳感器，該撓曲被探測到，並且可以由電子電路17進行採樣、傳輸和/或儲存。隨後分析所採樣的數據來確定表層下部分51的組成。

作為結果，上面所描述的設備能夠探測地震波，同時能夠維持緊湊且輕量級的本體。

圖5和6示出了用於在地震勘測中使用的設備的進一步實施例。該設備享有許多與上面所描述的設備相同的特徵，類似的特徵將提供有同樣的參考數字。將要理解的是：該進一步實施例的特徵可以與上面所描述的實施例的特徵相結合。

就此而言，該設備包括套筒1，套筒1具有在其每個端部的端蓋組件6。檢測質量塊2位於套筒內並且經由扁平部件12聯接到套筒，扁平部件12由端蓋本體18保持。套筒設置有肩部形式的凸起部26，凸起部26在設備墜落時能夠限制檢測質量塊的運動來保護壓電元件。

每個端蓋包括空腔24，扁平部件12可以移位到空腔24中。每個空腔進一步包括位移限制器25。位移限制器25的目的是通過限制檢測質量塊2在設備內的位移來限制扁平部件所能變形的量。這可以防止扁平部件12被損壞。在設備的通常運行中，即，當感測地震信號時，檢測質量塊2的位移對於使扁平部件12接觸位移限制器25將是不足夠的，並且因此位移限制器25對於設備的運行沒有副作用。然而，假若設備墜落或以其他方式承受大的加速度，檢測質量塊2的位移可以使扁平部件12變形，扁平部件12所變形的量足夠使扁平部件接觸到位移限制器25。位移限制器25防止或減少任何進一步的位移，由此防止扁平部件12由於過大的變形而損壞。就此而言，位移限制器25的位置可以基於例如扁平部件12的構造而被布置成使得扁平部件12的變形被限制到預定的量。

位移限制器25可以是剛性的，或者可以是柔性部件，該柔性部件能夠吸收有限量的衝擊並且由此減少對扁平部件12產生損壞的可能性。

在上文中已經描述了由扁平部件12在檢測質量塊14上所施加的夾持力將檢測質量塊14相對於本體的運動約束為沿第一方向3的往復運動。替代地或附加地，套筒1垂直於其長軸的截面的至少一部分可以與檢測質量塊14垂直於其長軸的截面的至少一部分相符合。這樣做的效果是將檢測質量塊相對於本體的運動約束為沿第一方向的往復運動。例如，檢測質量塊尾端件4可以具有外直徑，該外直徑緊密地與套筒1的內直徑相符合。因此，檢測質量塊14幾乎不可能進行垂直於第一方向3的運動。套筒1與檢測質量塊14的相符合具有足夠緊的公差以避免繞檢測質量塊14組件的重心的搖擺或旋轉運動。

檢測質量塊和/或套筒1的鄰接面可以覆蓋有低摩擦的材料以使得檢測質量塊14能夠相對於套筒運動。

檢測質量塊14和套筒1可以不是上面所描述的圓柱形的，並且可以採用任何形狀。這可以部分地依賴於電池2的尺寸和形狀。例如，立方形的電池可以與相應形狀的套筒1一起使用。

在上文中，檢測質量塊14設置有可調節元件4和9以使檢測質量塊14的長度能夠改變。這可能是有必要的，因為例如電池2的長度可能不是足夠標準化的。在其他實施例中，可以通過如下方式來實現這樣的長度調節：使用製造出來的合適尺寸的間隔件，使用不同尺寸的尾端件4，注射模製的零件，或者超長墊片（該超長墊片在製造期間被機加工或研磨到正確的尺寸）。在進一步的實施例中，可能的是：端蓋組件6可以包括適合的可調節元件以使得扁平表面12（在每個端部）的面對的凹形表面23之間的距離能夠改變。這可以通過在蓋中提供調節元件來實現，例如通過布置螺栓11來使套筒和蓋之間的間隙能夠被調節。同樣，可以通過使用多個不同長度的保持部件5中的一個或在製造期間將保持部件5機加工成期望的長度來對保持部件5沿第一方向的長度進行調節。總體上，適合的長度調節部件可以是檢測質量塊和/或壓電基底的組成部分或者附接到檢測質量塊和/或壓電基底。

在更進一步的實施例中，可以通過在製造過程期間改變套筒的長度，或通過使用從中可以選擇出期望長度的不同的套筒長度來進行調節。同樣，可以以適合用於對扁平部件12進行預張緊的目的的形狀和長度來製造電池端子。

在實施例中，為了處理電池在多個設備中不是充分標準化的問題，檢測質量塊的總體重量中相對小的比例可以由靜負載來提供。

檢測質量塊14的調節螺栓9確保扁平部件12和檢測質量塊之間的接觸在一小區域上。在實施例中，該螺栓可以不存在並且適合的凸出部可以用於相同的目的，即在一區域上接觸扁平部件，該區域相對於扁平部件12的表面23的總體區域是小的。

在一些實施例中，可以不使用壓電傳感器，並且磁換能器系統或電容換能器系統，或者靜電換能器系統或光學照相換能器系統，或其他方式可以被用於感測檢測質量塊14的運動。

雖然上文已經就長形的圓柱體進行了描述，但可構想出其他構造，其中電池2與檢測質量塊14形成為一體。例如，一個或多個電池可以被保持為使得它們的長軸平行於傳感器的平面，所述傳感器例如是長形的剛性壓電薄板。替代地，扁平部件12可被保持為夾在兩個反應質量塊電池之間，一個在壓電傳感器上面並且一個在壓電傳感器下面。這依然可提供上面所構想的對重量的節省。

在一些實施例中，地震檢波器換能器包括偶數個扁平部件12，該偶數個扁平部件12均勻地布置在檢測質量塊14的相對的端部。每個扁平部件12可以進一步支撐一個或多個壓電元件，該一個或多個壓電元件黏合到扁平部件12的一個或多個表面以形成壓電傳感器。傳感器可以被布置並接線成使得套筒1和反應質量塊14的相對運動將使成對的扁平組件12沿相反的方向彎曲。在這種布置中，檢測質量塊14的相對運動將導致一個扁平部件12變得更凸而相對的扁平部件變得較不凸。在一個實施例中，其中壓電元件黏合到每個扁平部件12的外部面22，於是檢測質量塊14的單一運動將在一個傳感器中引發正電壓或電流並且在另一個傳感器中引發負電壓輸出，並且反之當檢測質量塊14的運動是沿相反方向時也是如此。當若干對傳感器串聯接線，注意到電輸出的極性，電壓幅度將是相比單個傳感器的兩倍大，即壓電傳感器的輸出有利地相加使得信號得到增大。類似地，當若干對被正確地並聯接線，電流輸出將是兩倍大。這使得對於幾乎相同的花費和尺寸，能夠構造出具有更高靈敏度的換能器。

這種構造可以被認為是差分推挽構造，還提供了更低的本底噪聲，其大約減少了差分壓電元件的數量的平方根。這種改進通過來自傳感器的信號的電學相加以及任何噪聲（例如由每個單個的換能器所產生的獨立隨機熱離子自噪聲）的部分相消來發生。這種構造以及模擬電路的差分輸入還提供了對外部共模噪聲源（例如感生電力線低頻噪聲或無線電波幹擾）的額外衰減。

此外，該構造還提供了對諧波失真的減少，否則每個單個傳感器所顯示出的非線性度傳輸特性將導致該諧波失真。例如，因為扁平部件12可能具有不完美符合胡克定律的彈簧柔度，扁平部件12對檢測質量塊的運動的響應可能是非線性的。對於單個傳感器，這將以傳感器輸出中的偶次諧波失真分量的形式被觀測到，其依賴於扁平部件12彎曲的方向而不同。當一個傳感器的輸出與所配對的、在檢測質量塊14的相對端部處並且關於壓電材料的取向發生相反意義上的彎曲的第二個傳感器相結合時，失真分量也將具有相反的極性並且當輸出由電路的差分輸入進行相加時偶次諧波隨後被抑制。

雖然檢測質量塊14和本體已經被描述為被附接，將要意識到這既可以表示物理上的附接（例如經由扁平部件12所施加的夾持力），也可以表示磁性或電性附接。換言之，在實施例中，檢測質量塊14可以經由磁場或電場懸浮在設備的本體中，而沒有與本體的任何部分的物理接觸。

要理解關於任何一個實施例描述的任何特徵可以被單獨使用，或者與所描述的其他特徵相結合使用，並且還可以與任何其他實施例的一個或多個特徵相結合使用，或者與任何其他實施例的任何組合相結合使用。此外，上文未描述的等同物和修改也可以被應用而不偏離本實用新型的範圍，本實用新型的範圍限定在所附的權利要求書中。例如，該設備可以被設計成一次性使用的或是可再次使用的。所描述的設備適合於在陸地和海洋地震探測活動中使用。權利要求的特徵可以結合成不同於在權利要求中所指定的那樣的組合。