动圈式模拟检波器

动圈式模拟速度检波器是最常用的一类检波器，这类检波器主要由一个振动系统组成，包括质量块、弹簧以及阻尼器，如图3-1所示。上、下两个线圈绕制在铝制线圈架上，组成一个惯性体，由弹簧片悬挂在永久磁铁所产生的磁场中，永久磁铁与检波器外壳固定在一起。两个线圈的连接方法应满足：当检波器外壳随地面震动引起线圈相对磁铁运动时，两线圈的感应电动势增加，在输出端输出相应的电信号。检波器外壳一般通过一个圆锥形的铁质尾锥，实现与大地的耦合。

图3-1　动圈式速度检波器结构图

动圈式检波器的自然频率是检波器芯体内弹簧-惯性系统沿其磁钢轴向上的自由谐振频率，其值的大小取决于系统的等效质量和等效刚度。典型的动圈式速度检波器的自然频率为10Hz。自然频率是与线性度、灵敏度等相互制约的技术指标，同样会受到材料性能、结构形式等客观条件的限制。由于检波器是具有分布参数的系统，因此，确定其技术指标参数的实际数值，既需要理论计算，也需要实验测量。检波器的传输函数曲线是通过在垂向单位速度激励下，连续改变正弦激励信号的频率，然后检测其输出电压求得的。从检波器性能角度来说，影响检波器传递函数特性的因素主要包括以下几个方面。［38］

（一）自然频率

动圈式检波器的幅频响应呈现高通滤波器特性，一般在其自然频率（谐振频率）以下，以一定陡度压制低频，到其自然频率以后呈现通频带（图3-2）。自然频率越低接收低频深层信号的能力越强，但是压制面波的能力越弱。动圈式检波器的自然频率通常为8Hz、10Hz、14Hz等。

图3-2　动圈式速度检波器的振幅特性（fn为自然频率）

（二）阻尼

阻尼为衰减系数与自然频率之比，表示为D＝h/ω0。D＜1时，为欠阻尼，检波器输出的固有振动为逐渐衰减的正弦振动；D＞1时，为过阻尼，检波器输出的固有振动具有非周期性，且迅速衰减；D＝1时，为临界阻尼，固有振动处于周期振动向非周期性振动过渡的状态。由于固有振动的特点是输入信号消失后，输出要延续一段时间，所以当检波器固有振动的延续时间大于相邻两界面的反射时差时，检波器输出的两个界面的反射信号就会重叠在一起无法分辨。因此，为了提高分辨率，检波器固有的振动延续时间应较短，所以阻尼系数多选临界阻尼1。电动式检波器的幅频特性取决于检波器的阻尼系数，D＜0.707时，灵敏度在某一频率点出现尖峰；D＝0.707时，刚好不出现尖峰；D＞0.707时，无尖峰出现；所以最佳阻尼为D＝0.707。

（三）寄生振荡

地震检波器的寄生谐振是在其工作轴垂直方向上的谐振。谐振的特性主要与弹簧片的形状、各部分的尺寸、材料及其均匀度、安装固定方式等有关。

检波器的平静工作带宽（记录带宽，图3-3）指的是自然频率fn至寄生振荡频率（自然频率的15～30倍）之间的频带宽度。

图3-3　动圈式检波器的平静工作带

（四）灵敏度

灵敏度是指检波器的机电转换效率。灵敏度越高，检波器输出的电压越高。

（五）串并联关系

检波器通过串联的方式增加灵敏度，通过并联的方式降低噪音和阻抗。

（六）非线性

由于制造工艺上的种种原因，电动式检波器也存在一定的非线性，检波器的非线性与地震仪的非线性一样会造成地震信号的畸变，所以我们希望它越小越好。国产电动式检波器的谐波失真多小于0.2%［39］。

（七）绝缘电阻

电动式检波器线圈及其接线必须与外壳绝缘，如果绝缘不好，外界的工频电网和天电干扰形成的地电流就会通过线圈与地面之间的漏电电阻而进入地震仪，从而对地震信号产生干扰。因此，电动式检波器的绝缘电阻应为数十兆欧的数量级［39］。

动圈式模拟检波器20dx的性能指标参数见表3-1。

表3-1　动圈式检波器技术指标（以20dx为例）