NL8303652A

NL8303652A - Geophone with stationary coil and moving permanent magnet - mounted on spring bushes and polarisable according to direction of vibrations expected

Info

Publication number: NL8303652A
Application number: NL8303652A
Authority: NL
Original assignee: Geosource Inc
Priority date: 1982-10-25
Filing date: 1983-10-24
Publication date: 1984-05-16

Abstract

Conventional geophones, i.e. seismometers for geophysical research, have a fixed permanent magnet inside a pick-up coil which is vibrated by the seismic shock. The movable coil can produce harmonic distortion and its connections can be damaged by excessive vibrations. The present geophone has a movable, hollow, cylindrical, permanent magnet (116), mounted on spring bushes to the outer housing (114) of the geophone. The pick-up coil (110) passes through the hollow body of the magnet in a cylindrical housing (112). The magnetic body (116) may be radially or axially polarised, dependent on the direction of the vibrations it is required to detect. The present geophone is more robust than conventional geophones and less likely to produce harmonic distortion.

Description

f N.0. 32.114 i * L % MAGNETISCHE INRICHTING VOOR EEN BEWEGENDE MAGNEETGEOFOON MET STATIONAIRE SEOEL.f N.0. 32,114 i * L% MAGNETIC DEVICE FOR A MOVING MAGNETIC GEOPHONE WITH STATIONARY SEOUL.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op elektromagnetische aftastinrichtingen, en heeft meer in het bijzonder betrekking op geofonen of seismometers voor geofysisch onderzoek.The invention generally relates to electromagnetic sensing devices, and more particularly relates to geophones or seismometers for geophysical surveying.

De moderne geofysische onderzoekmethoden omvatten het invoeren van 5 een kunstmatig opgewekt seismisch energiesignaal in de aarde om een seismische trilling of vibratie op te wekken. De seismische trillingen worden vervolgens door trillingsgevoelige instrumenten, bekend als geofonen of seismometers, gedetecteerd en gemeten. Gebruikelijke geofonen hebben een spoel die voor een verende heen-en-weer-beweging in een mag-10 netisch veld is opgehangen. Een relatieve trilling tussen de spoel en het magnetische veld in antwoord op de seismische trillingen induceert een spanning in de spoel die dergelijke trillingen weergeeft. De spanning wordt volgens verwerkt om informatie te bepalen met betrekking tot de aldus geheten seismische trillingen.Modern geophysical survey methods involve inputting an artificially generated seismic energy signal into the earth to generate a seismic vibration or vibration. The seismic vibrations are then detected and measured by vibration-sensitive instruments known as geophones or seismometers. Conventional geophones have a coil suspended in a magnetic field for a springy back-and-forth motion. A relative vibration between the coil and the magnetic field in response to the seismic vibrations induces a voltage in the coil representing such vibrations. The voltage is then processed to determine information regarding the so-called seismic vibrations.

15 Het in een geofoon toegepaste basisprincipe is dat van een zware opgehangen massa die als gevolg van zijn traagheid betrekkelijk onbeweeglijk blijft wanneer een ondersteunende huisstructuur een verplaat-singsbeweging ondergaat. Bij bekende geofonen uit de techniek bestaat de zware opgehangen massa uit een stationaire magneet. Een door veren 20 gedragen spoel beweegt ten opzichte van de stationaire magneet, en het door de beweging van de spoel in het magnetische veld opgewekte elektrische signaal wordt door speciale geleidingsstructuren vanaf de spoel aan klemmen van de geofoon toegevoerd.The basic principle applied in a geophone is that of a heavy suspended mass which, due to its inertia, remains relatively immobile when a supporting house structure undergoes a displacement movement. In known geophones from the art, the heavy suspended mass consists of a stationary magnet. A coil carried by springs 20 moves relative to the stationary magnet, and the electrical signal generated by the movement of the coil in the magnetic field is applied to terminals of the geophone by special guide structures from the coil.

Bekende geleidingsstructuren zijn slipringen en buigzame veren of 25 borstelverbindingsdraden (pigtails). Deze structuren hebben te lijden van onderbroken contacten, open ketens, en harmonische vervorming, en zijn de hoofdoorzaak van onbetrouwbaarheid en defecten bij geofonen.Known guide structures are slip rings and flexible springs or brush connecting wires (pigtails). These structures suffer from interrupted contacts, open circuits, and harmonic distortion, and are the main cause of geophonic fidelity and failure.

Een oplossing voor dit probleem is het elimineren van de noodzaak van slipringen en borstelverbindingsdraden door de relatieve beweging 30 tussen de spoel en de geofoonklemmen op te heffen. Dit kan gerealiseerd worden door de spoel stationair te houden en door de magneet toe te staan te bewegen. Bekende bewegende magneetgeofonen hebben echter te lijden van het ondoenlijke om een geschikte magnetische structuur te verschaffen, waarin de magnetische tot flux binnen de geofoon be-35 perkt wordt.One solution to this problem is to eliminate the need for slip rings and brush jumpers by eliminating the relative movement between the coil and the geophone clips. This can be accomplished by keeping the coil stationary and by allowing the magnet to move. Known moving magnet geophones, however, suffer from the inability to provide a suitable magnetic structure in which the magnetic flux within the geophone is limited.

Er is derhalve behoefte aan een geschikte magnetische structuur voor een bewegende magneetgeofoon.Therefore, there is a need for a suitable magnetic structure for a moving magnetic geophone.

8303652 28303652 2

Volgens de uitvinding wordt een magnetische inrichting verschaft voor een bewegende magneetgeofoon met een stationaire spoel. De magnetische inrichting heeft een magnetisch orgaan met een inwendige boring om de spoel op te nemen. De spoel is stationair ten opzichte van een 5 huisstructuur gemonteerd. De magnetische inrichting is beweegbaar in de huisstructuur gemonteerd, waardoor een relatieve beweging tussen het magnetische orgaan en de spoel mogelijk wordt.According to the invention, a magnetic device for a moving magnet geophone with a stationary coil is provided. The magnetic device has a magnetic member with an internal bore to receive the coil. The coil is mounted stationary to a housing structure. The magnetic device is movably mounted in the housing structure, allowing relative movement between the magnetic member and the coil.

Volgens een aspect van de uitvinding wordt de magnetische flux in wezen beperkt tot de inwendige boring van het magnetische orgaan, het 10 gebied waarin de spoel is opgenomen.According to an aspect of the invention, the magnetic flux is essentially limited to the inner bore of the magnetic member, the region in which the coil is received.

Bij een uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat het magnetische orgaan een axiaal gepolariseerd, hol magnetisch orgaan.In an embodiment of the invention, the magnetic member comprises an axially polarized hollow magnetic member.

Bij een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat het magnetische orgaan twee radiaal gepolariseerde, holle magnetische organen 15 elk met tegengestelde polariteit. De twee magnetische organen zijn naast elkaar geplaatst waarbij hun inwendige boringen coaxiaal en hun buitenoppervlakken zich in dezelfde richting uitstrekken. Een poolstuk is rond en grenzend aan de buitenoppervlakken van de magnetische organen geplaatst waardoor verhinderd wordt dat de magnetische flux uit het 20 gebied ontsnapt dat direkt de magnetische inrichting omringt.In another embodiment of the invention, the magnetic member comprises two radially polarized hollow magnetic members 15 each of opposite polarity. The two magnetic members are juxtaposed with their inner bores coaxial and their outer surfaces extending in the same direction. A pole piece is placed round and adjacent to the outer surfaces of the magnetic members, thereby preventing the magnetic flux from escaping from the region immediately surrounding the magnetic device.

De uitvinding zal aan de hand van bepaalde uitvoeringsvormen van een bewegende magneetgeofoonstructuur worden toegelicht met verwijzing naar de bijbehorende tekening, waarin: FIG. 1 een dwarsdoorsnedeaanzicht geeft van een bekende geofoon-25 structuur; FIG. 2 een dwarsdoorsnedeaanzicht geeft van een bewegende magneetgeofoonstructuur volgens de uitvinding; FIG. 3 een dwarsdoorsnedeaanzicht geeft van een magnetische inrichting voor een bewegende magneetgeofoon volgens de uitvinding voor-30 zien van een axiaal gepolariseerd, hol magnetisch orgaan; en FIG. 4 een dwarsdoorsnedeaanzicht geeft van een magnetische inrichting voor een bewegende magneetgeofoon volgens de uitvinding voorzien van twee radiaal gepolariseerde, holle magnetische organen.The invention will be elucidated on the basis of certain embodiments of a moving magnetic geophone structure with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a cross-sectional view of a known geophone structure; FIG. 2 is a cross-sectional view of a moving magnetophone structure according to the invention; FIG. 3 is a cross-sectional view of a magnetic magnetic geophone device according to the invention showing an axially polarized hollow magnetic member; and FIG. 4 is a cross-sectional view of a magnetic magnetic geophone device according to the invention having two radially polarized hollow magnetic members.

In FIG. 1 is in dwarsdoorsnedeaanzicht een bekende geofoonstruc-35 tuur 10 aangegeven voorzien van een tussen de pool stukken 14 en 16 geplaatste, vaste cilindrische magneet. Een cilindrisch buitenpoolstuk 18 is coaxiaal rond de cilindrische magneet 12 en de poolstukken 14 en 16 geplaatst. Een ringvormige luchtspleet 22 is tussen het buitenpool-stuk 18 en de poolstukken 14 en 16 aangehouden. Een holle cilindrische 40 aftastspoel 20 is beweegbaar in de ringvormige luchtspleet 22 gemon- 8303652 3 / teerd.In FIG. 1 a cross-sectional view shows a known geophone structure 10 provided with a fixed cylindrical magnet placed between the pole pieces 14 and 16. A cylindrical outer pole piece 18 is placed coaxially around the cylindrical magnet 12 and the pole pieces 14 and 16. An annular air gap 22 is held between the outer pole piece 18 and the pole pieces 14 and 16. A hollow cylindrical 40 sensing coil 20 is movably mounted in the annular air gap 22.

Bij deze opstelling wordt de magnetische flux, die het totale aan-tal lijnen van magnetische inductie 24 is die door het oppervlak van het poolstuk 18 lopen, geconcentreerd in de delen van de luchtspleet 22 5 naast de oppervlakken 14a en 16a respectievelijk van de poolstukken 14 en 16. Een relatieve beweging tussen de spoel 20 en de uit de magneet 12 en de poolstukken 14, 16 en 18 bestaande structuur induceert in de spoel 20 een elektrisch signaal dat die beweging weergeeft.In this arrangement, the magnetic flux, which is the total number of lines of magnetic induction 24 passing through the surface of the pole piece 18, is concentrated in the portions of the air gap 22 adjacent to the surfaces 14a and 16a of the pole pieces 14, respectively. and 16. A relative movement between the coil 20 and the structure consisting of the magnet 12 and the pole pieces 14, 16 and 18 induces in the coil 20 an electrical signal representing that movement.

De in FIG.1 aangegeven bekende structuur is geschikt voor een be-10 wegende spoelgeofoon maar niet voor een bewegende magneetgeofoon. Wanneer de spoel 20 stationair gehouden zal worden en de uit de magneet 12 en de poolstukken 14,16 en 18 bestaande structuur voor een verende heen-en-weer beweging wordt opgehangen, zal de massa van de opgehangen structuur te groot zijn voor een juiste demping en de gevoeligheid van 15 de resulterende geofoon zal te laag zijn om op effektieve wijze een geofoon van equivalente afmeting en gewicht te vervangen. Op alternatieve wijze zal, wanneer de spoel 20 en het buitenpoolstuk 18 stationair gehouden worden en de magneet 20 en de poolstukken 14 en 16 voor een verende heen-en-weer beweging opgehangen worden, de resulte-20 rende variatie in de verhouding tussen de poolstukken 14 en 16 en het buitenpoolstuk 18 een variabele reluctantie in de ringvormige luchtspleet 22 opwekken. Deze variabele reluctantie zal tot gevolg hebben dat het in de spoel 20 geïnduceerde elektrische signaal niet-linealr is.The known structure shown in FIG. 1 is suitable for a moving coil geophone but not for a moving magnet geophone. When the coil 20 is to be kept stationary and the structure consisting of the magnet 12 and the pole pieces 14, 16 and 18 is suspended for a springy back-and-forth movement, the mass of the suspended structure will be too large for proper damping and the sensitivity of the resulting geophone will be too low to effectively replace a geophone of equivalent size and weight. Alternatively, if the coil 20 and the outer pole piece 18 are held stationary and the magnet 20 and pole pieces 14 and 16 are suspended for a springy back-and-forth movement, the resulting variation in the ratio between the pole pieces will be 14 and 16 and the outer pole piece 18 generate a variable reluctance in the annular air gap 22. This variable reluctance will cause the electrical signal induced in coil 20 to be nonlinear.

25 In de FIG. 2, 3 en 4 en in het bijzonder in FIG. 2 is in dwars doorsnede een bewegende magneetgeofoon 100 volgens de uitvinding voorzien van een in een cilindrisch spoelhuis 112 gemonteerde spoel 110 aangegeven. Het spoelhuis 112 is op geschikte wijze verbonden met de geofoonhuisstructuur 114 zodanig dat de spoel 110 ten opzichte van de 30 huisstructuur 114 stationair gehouden wordt.In the FIG. 2, 3 and 4 and in particular in FIG. 2, in cross section, a moving magnetic geophone 100 according to the invention having a coil 110 mounted in a cylindrical coil housing 112 is shown. The coil housing 112 is suitably connected to the geophone housing structure 114 such that the coil 110 is held stationary relative to the housing structure 114.

Een hol cilindrisch, magnetisch orgaan 116 met een axiale boring 118 is op het spoelhuis 112 gemonteerd. Het magnetische orgaan 116 is door middel van veerorganen 120 binnen de geofoonhuisstructuur 114 opgehangen. Het zal voor de deskundige duidelijk zijn dat de veerorga-35 nen 120 door elke geschikte ophangstructuur vervangen kunnen worden.A hollow cylindrical magnetic member 116 with an axial bore 118 is mounted on the bobbin case 112. The magnetic member 116 is suspended by spring members 120 within the geophone housing structure 114. It will be apparent to those skilled in the art that the spring members 120 can be replaced by any suitable suspension structure.

Volgens de uitvinding kan het magnetische orgaan 116 van FIG. 2 axiaal gepolariseerd, zoals aangegeven in FIG. 3, of radiaal gepolariseerd, zoals aangegeven in FIG. 4, zijn. In FIG. 3 heeft het holle cilindrische magnetische orgaan 150 een inwendige boring 152 en een bui-40 tenoppervlak 154. Het magnetische orgaan 150 is zodanig axiaal gepola- 8 3 0 3; ς ! * * ^ riseerd dat de noord- en zuidpolen zijn zoals aangegeven. De inductie- lijnen 156 zijn in wezen beperkt tot de inwendige boring 152 van het magnetische orgaan 150, terwijl de induetielijnen 158 via de lucht buiten het buitenoppervlak 154 terugkeerwegen hebben.According to the invention, the magnetic member 116 of FIG. 2 axially polarized, as shown in FIG. 3, or radially polarized, as indicated in FIG. 4, are. In FIG. 3, the hollow cylindrical magnetic member 150 has an internal bore 152 and an outer surface 40. The magnetic member 150 is axially polished such; ς! * * ^ Risks that the North and South Poles are as indicated. The induction lines 156 are essentially limited to the inner bore 152 of the magnetic member 150, while the induction lines 158 over the outer surface 154 have return paths.

5 De in de FIG. 2 en 3 aangegeven geofoon heft de door contacten en borstelverbindingsdraden veroorzaakte problemen op. In bedrijf wordt in de in de inwendige boring 152 van het magnetische orgaan 150 opgenomen spoel 110 een elektrisch signaal geïnduceerd wanneer het magnetische orgaan 150 ten opzichte van de stationaire spoel 110 en de stationaire 10 geofoonhuisstructuur 114 beweegt. Het elektrische signaal wordt in de spoel 110 geïnduceerd doordat de spoel 110 de inductielijnen 156 snijdt. De inductielijnen 158 dragen niet bij aan het geïnduceerde elektrische signaal.5 The in FIG. 2 and 3 indicated geophone eliminates the problems caused by contacts and brush connecting wires. In operation, in the coil 110 received in the internal bore 152 of the magnetic member 150, an electrical signal is induced when the magnetic member 150 moves relative to the stationary coil 110 and the stationary geophone housing structure 114. The electrical signal is induced in the coil 110 by the coil 110 cutting the induction lines 156. The induction lines 158 do not contribute to the induced electrical signal.

Bij de in FIG. 3 aangegeven uitvoeringsvorm kunnen de inductielij-15 nen 158 zich tot voorbij het buitenoppervlak 154 van het magnetische orgaan 150 en tot voorbij de geofoonhuisstructuur 114 uitstrekken. Magnetische voorwerpen in dichte nabijheid van de geofoon kunnen daarom het in de spoel 110 geïnduceerde elektrische signaal beïnvloeden. De in FIG. 4 aangegeven uitvoeringsvorm beperkt de inductielijnen tot de 20 geofoonhuisstructuur.In the case shown in FIG. 3, the induction lines 158 may extend beyond the outer surface 154 of the magnetic member 150 and beyond the geophone housing structure 114. Magnetic objects in close proximity to the geophone can therefore affect the electrical signal induced in coil 110. The means shown in FIG. 4 embodiment, the induction lines are limited to the geophone housing structure.

Volgens FIG. 4 zijn twee radiaal gepolariseerde, holle cilindrische magnetische organen 170 en 180 coaxiaal naast elkaar aangebracht. Het magnetische orgaan 170 heeft een axiale boring 172 en een buitenoppervlak 174. Het magnetische orgaan 180 heeft een axiale boring 182 en 25 een buitenoppervlak 184. De magnetische organen 170 en 180 zijn met de axiale boringen 172 en 182 in dezelfde richting zich uitstrekkend en met de buitenoppervlakken 174 en 184 in dezelfde richting zich uitstrekkend aangebracht.According to FIG. 4, two radially polarized hollow cylindrical magnetic members 170 and 180 are arranged coaxially side by side. The magnetic member 170 has an axial bore 172 and an outer surface 174. The magnetic member 180 has an axial bore 182 and 25 an outer surface 184. The magnetic members 170 and 180 are with the axial bores 172 and 182 extending in the same direction and with the outer surfaces 174 and 184 extend in the same direction.

De magnetische organen 170 en 180 zijn elk tegengesteld gepolari-30 seerd. Het magnetische orgaan 170 is zodanig gepolariseerd dat de noordpool daarvan op de omtrek van de boring 172 en de zuidpool daarvan op de omtrek van het buitenoppervlak 174 ligt. Het magnetische orgaan 180 is zodanig gepolariseerd dat de zuidpool daarvan op de cm trek van de boring 182 en de noordpool daarvan op de omtrek van het buiten-35 oppervlak 184 ligt.The magnetic members 170 and 180 are each oppositely polarized. The magnetic member 170 is polarized such that its north pole is on the periphery of the bore 172 and its south pole is on the periphery of the outer surface 174. The magnetic member 180 is polarized so that its south pole is on the circumference of the bore 182 and its north pole is on the periphery of the outer surface 184.

Een buitenpoolstuk 190 is rond de zich in dezelfde richting uitstrekkende buitenoppervlakken 174 en 184 van de magnetische organen 170 en 180 geplaatst. Het poolstuk 190 verschaft voor de uit de buitenoppervlakken 174 en 184 van de magnetische organen 170 en 180 uittredende 40 inductielijnen een terugkeerweg. De inductielijnen 192 worden in wezen 8303652 5 * tot de coaxiale, in dezelfde richting zich uitstrekkende axiale boringen 172 en 182 beperkt.An outer pole piece 190 is disposed about the co-extending outer surfaces 174 and 184 of the magnetic members 170 and 180. The pole piece 190 provides a return path for the 40 induction lines emerging from the outer surfaces 174 and 184 of the magnetic members 170 and 180. The induction lines 192 are essentially limited to the coaxial co-axial axial bores 172 and 182 extending in the same direction.

In bedrijf nemen de boringen 172 en 182 de stationaire spoel 110 op, en het poolstuk 190 en de magnetische organen 170 en 180 bewegen 5 als een, een eenheid vormende, magnetische inrichting. Wanneer de een eenheid vormende, magnetische inrichting ten opzichte van de stationaire spoel 110 beweegt, induceren de inductielijnen 192 in de spoel 110 een representatief elektrisch signaal. Door wisselwerking tussen de magnetische flux en een geleidend materiaal, zoals aluminium, wordt 10 demping verkregen.In operation, the bores 172 and 182 receive the stationary coil 110, and the pole piece 190 and the magnetic members 170 and 180 move as a unitary magnetic device. When the unitary magnetic device moves relative to the stationary coil 110, the induction lines 192 in the coil 110 induce a representative electrical signal. Attenuation is obtained by interaction between the magnetic flux and a conductive material, such as aluminum.

De principes, voorkeursuitvoering en werkmodi volgens de uitvinding zijn in het voorgaande beschreven. De uitvinding is niet beperkt tot de bepaalde aangegeven uitvoeringsvormen, daar deze meer illustratief dan beperkend moeten worden opgevat. Daarenboven kunnen variaties 15 en veranderingen door de deskundige ingevoerd worden zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.The principles, preferred embodiments and working modes according to the invention have been described above. The invention is not limited to the particular embodiments indicated, as they are to be considered more illustrative than limiting. In addition, variations and changes can be introduced by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

83033328303332

Claims

1. Magnetic device for a moving magnetophone with a stationary coil, which magnetic device comprises an axially polarized hollow magnetic member with an internal bore for receiving the coil ·

1 CONCLUSIONS

A moving magnetophone structure comprising a housing structure, an axially polarized hollow magnetic member movable in the housing structure and having an internal bore, and a coil stationary to the housing structure and received in the internal bore.

3. Magnetic device for a moving magnetophone with a stationary coil, the magnetic device comprising two radially polarized hollow magnetic members each of opposite polarity and an internal bore for receiving the coil, the magnetic members being arranged side by side with their interior borin-15 gen coaxially and extending in the same direction.

The magnetic device of claim 3, further comprising a pole piece arranged coaxially around the magnetic members.

5. Magnetic device for a moving magnetophone structure comprising a first radially polarized hollow magnetic member of a first polarity and having a first axially arranged internal bore and a first outer surface; a second radially polarized hollow magnetic member of opposite polarity to the first polarity and having a second axially disposed inner bore and a second outer surface; wherein the first and second magnetic members are arranged side by side, the first and second internal bores coaxial and the first and second outer surfaces extending in the same direction; and an outer pole piece with an axially arranged inner surface adjacent to and around the first and second outer surfaces.

The magnetic device of claim 5, wherein the first and second internal bores extend in the same direction.

7. Moving magnetic geophone structure provided with a housing member; a magnetic device movably mounted in the housing member, comprising two radially polarized, hollow magnetic members of opposite polarity, the magnetic members each having an internal bore and an outer surface, the magnetic members being arranged side by side and coaxially such that their outer surfaces extend in the same direction; and an outer pole piece disposed around the outer surfaces of the magnetic members extending in the same direction and extending in the same direction; and a coil member received in the internal bores of the magnetic members and stationary to the housing member.

The moving magnetophone structure of claim 7, wherein the internal bores extend in the same direction.

9. Moving magnetophone structure provided with a housing member, a magnetic device movably disposed in the housing member, comprising two radially polarized, hollow cylindrical magnetic members of opposite polarity, said magnetic members each having an internal bore and an outer surface, and which magnetic members are adjacent and coaxially arranged such that the internal bores and the outer surfaces extend in the same direction; and a cylindrical outer pole piece arranged around the outer surfaces of the cylindrical magnetic members extending in the same direction; and a coil member received in the internal bores of the cylindrical magnetic members and stationary to the housing member. gaaasaa 3303652