一体化三轴电化学地震检波器及其检测方法技术

本发明专利技术提供了一种一体化三轴电化学地震检波器，包括：外壳，其具有至少三个上下贯穿的流道；弹性膜，分别覆盖外壳的上、下端，与外壳一起形成一密闭的空间；敏感单元，分别设置在至少三个上下贯穿的流道中；电解质溶液，密封在由外壳、弹性膜及敏感单元形成的腔室中，在敏感单元的电极表面流动；流阻块，设置在外壳与覆盖其上端的弹性膜之间，用于将各流道间隔开。本发明专利技术还提供了一种采用所述地震检波器进行检测的方法。本发明专利技术提供的一体化三轴电化学地震检波器及其检测方法，实现了三轴振动的检测，采用的铂电极数量明显减少，且不需要采用正交支架，占用空间小，成本低，有利于三轴电化学地震检波器的集成和应用。

Integrated three axis electrochemical detector and detection method thereof

The present invention provides an integrated three axis electrochemical geophone, includes a housing having at least three from top to bottom through the passage; elastic membrane, covering the upper and lower shell, together to form a closed space with the shell; the sensing element, are respectively arranged in at least three channels on the lower part; electrolyte solution, sealed in the chamber by shell, the elastic membrane and the sensitive element formed on the electrode surface, flow sensitive unit; flow resistance block is arranged between the casing and the cover at the upper end of the elastic film, for each channel spaced. The invention also provides a method for detecting using the geophone. The integration of the three axis electrochemical geophone provided by the invention and the detection method can detect three axis vibration, platinum electrode used number was significantly reduced, and does not need to adopt orthogonal bracket, small occupied space, low cost, in favor of the three axis electrochemical geophone integration and application.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地震检波器
，尤其涉及一种一体化三轴电化学地震检波器及其检测方法。
技术介绍
地震检波器是可以用来检测微小振动的传感器，因此在地质勘探、海底观测等很多领域都有很广泛的应用。由于采用的原理不同，地震检波器分为不同的种类。与其他地震检波器相比，电化学地震检波器采用电解质溶液作为惯性质量，具有工作倾角容限大、低频性能良好且成本低的优点。由于MEMS加工方法批量化加工能力强的特点，MEMS电化学地震检波器解决了采用丝网编织工艺制作而成的电化学地震检波器的一系列问题，包括一致性差、难以对齐、生产效率低下等。但是，目前单轴MEMS电化学地震检波器只能用来检测一个方向的振动，检测三轴振动的电化学地震检波器则需要三个单轴电化学地震检波器两两正交组成。这种放置方式需要通过一个稳定的、严格正交的支架来完成。这种设备可以实现三轴振动的检测，但无疑增大了检波器的体积和重量。而且，三个电化学地震检波器拥有六对铂电极，每两对电极都需要相应的差分电路实现差分输出，因此其成本是普通单轴设备的三倍以上。除此之外，每个单轴设备的封装测试等，都需要保持很高的一致性，这就加大了生产难度，降低了生产效率，在实际中应用中有非常大的局限性。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种一体化三轴电化学地震检波器的及其检测方法，减小了所采用的铂电极数量，无需额外设置正交支架结构，占用空间小，成本低，有利于三轴电化学地震检波器的广泛应用。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种一体化三轴电化学地震检波器，包括：外壳，其具有至少三个上下贯穿的流道；弹性膜，分别覆盖所述外壳的上、下端，与所述外壳一起形成一密闭的空间；敏感单元，分别设置在所述至少三个上下贯穿的流道中；电解质溶液，密封在由所述外壳、弹性膜及敏感单元形成的腔室中，在所述敏感单元的电极表面流动；以及流阻块，设置在所述外壳与覆盖其上端的弹性膜之间，用于将各流道间隔开。优选的，所述地震检波器中，所述流阻块通过胶体与所述外壳及其上端的弹性膜粘结，将所述外壳分隔成对称的四个区域，阻挡所述电解质溶液的流动。优选的，所述地震检波器中，所述流道为四个，分别位于分隔成的四个区域内，四个流道的中心在所述外壳中排列成正方形，所述正方形中心与所述外壳的中心重合。优选的，所述地震检波器中，所述流道为三个，分别位于所述四个区域的其中三个区域内，三个流道的中心在所述外壳中排列成等腰直角三角形，所述等腰直角三角形的斜边中心与所述外壳的中心重合。优选的，所述地震检波器中，所述流阻块的数量为两个，相互垂直排列设置，每个流道中心到达流阻块的垂直距离相等。优选的，所述地震检波器中，所述敏感单元包括：绝缘层，其包括基底和该基底表面的氧化层；以及，电极层，形成于所述绝缘层的上、下表面；其中，所述敏感单元具有多个流道孔，所述电解质溶液可从所述流道孔中流过。优选的，所述地震检波器中，所述敏感单元采用MEMS工艺制作，所述电极层通过溅射工艺制备，所述流道小孔采用深反应离子刻蚀形成。优选的，所述地震检波器中，所述外壳为有机玻璃外壳；所述弹性膜的材质为丁基橡胶；所述电解质溶液为碘化钾和碘单质的混合溶液、溴化物和溴单质的混合溶液，或包含二价铁离子和三价铁离子的混合溶液其中之一；所述流阻块的材质为隔水塑料。优选的，所述地震检波器中，所述外壳分为上、下壳，二者形状相同，通过橡胶O型环连接，所述外壳通过钢圈与所述弹性膜连接，形成密闭空间。根据本专利技术的一个方面，提供了一种采用所述地震检波器进行检测的方法，包括：在阳极和阴极之间施加工作电压，电解质溶液中的离子在电极表面发生电化学反应，产生电荷交换，从而形成电流；当地震检波器受到地震波的振动时，相当于受到一个加速度的作用，电解质溶液内部产生对流，改变电解质溶液的离子浓度分布和速度场，影响电极处的反应速率，从而使阴极的输出电流发生改变；所述三轴电化学地震检波器中，由于电极的对称排列，对于x轴、y轴两个轴向的振动，沿该轴纵向排列的两个流道中液体流动方向相反，流道中敏感单元的输出电流呈相反变化，对于z轴振动，所述流道的纵向全部沿z轴展开，因此对于z轴的振动响应相同；将阴极输出的电流信号通过电路中的电阻转化为电压信号，将沿检测轴向纵向分布的敏感单元输出结果差分解耦输出，通过检测这个差分解耦输出，以完成对地震波的检测。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术一体化三轴电化学地震检波器及其解耦方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)现有的三轴电化学地震检波器需要采用严格正交放置的支架，保证与外壳的一致性和稳定性，而本专利技术一体化三轴电化学地震检波器由于采用耦合检测的方式，无需采用正交支架，节省了许多不必要的空间，大大减小了体积，有利于三轴电化学地震检波器的进一步应用。(2)现有普遍采用三个单轴地震检波器相互正交放置来检测震动的方式，需要采用六对电极。本专利技术为一体化三轴地震检波器，采用相应的解耦方法，实现了三轴振动的检测，减少了采用的铂电极的数量，保证检波器性能的同时降低了成本。(3)采用MEMS制作工艺，使加工简单、成本低，实现微型化，而且成品率高，适于批量化生产。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术第一实施例的一体化三轴电化学地震检波器的纵向剖面图。图2为本专利技术第一实施例的一体化三轴电化学地震检波器的俯视图。图3为本专利技术第一实施例的一体化三轴电化学地震检波器的敏感单元的纵向剖面示意图。图4a本专利技术第一实施例的一体化三轴电化学地震检波器的电解质溶液在施加x轴向振动时流动示意图。图4b本专利技术第一实施例的一体化三轴电化学地震检波器的电解质溶液在施加y轴向振动时流动示意图。图4c本专利技术第一实施例的一体化三轴电化学地震检波器的电解质溶液在施加z轴向振动时流动示意图。图5为本专利技术第二实施例的一体化三轴电化学地震检波器的纵向剖面图。图6为本专利技术第二实施例的一体化三轴电化学地震检波器的俯视图。【主要元件】1-弹性膜；2-外壳；3-敏感单元；4-电解质溶液；5-流阻块；6-第一流道；7-第二流道；8-第三流道；9-第四流道；10-绝缘层；11-电极层；12-流道孔。具体实施方式以下将参考附图描述本专利技术实施例的一体化三轴电化学地震检波器及其检测方法。在本专利技术中，需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供的一体化三轴电化学地震检波器，包括：外壳，其具有至少三个上下贯穿的流道；弹性膜，分别覆盖所述外壳的上、下端，与所述外壳一起形成一密闭的空间；敏感单元，分别设置在所述至少三个上下贯穿的流道中；电解质溶液，密封在由所述外壳、弹性膜及敏感单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化三轴电化学地震检波器，其特征在于，包括：外壳，其具有至少三个上下贯穿的流道；弹性膜，分别覆盖所述外壳的上、下端，与所述外壳一起形成一密闭的空间；敏感单元，分别设置在所述至少三个上下贯穿的流道中；电解质溶液，密封在由所述外壳、弹性膜及敏感单元形成的腔室中，在所述敏感单元的电极表面流动；以及流阻块，设置在所述外壳与覆盖其上端的弹性膜之间，用于将各流道间隔开。

【技术特征摘要】
1.一种一体化三轴电化学地震检波器，其特征在于，包括：外壳，其具有至少三个上下贯穿的流道；弹性膜，分别覆盖所述外壳的上、下端，与所述外壳一起形成一密闭的空间；敏感单元，分别设置在所述至少三个上下贯穿的流道中；电解质溶液，密封在由所述外壳、弹性膜及敏感单元形成的腔室中，在所述敏感单元的电极表面流动；以及流阻块，设置在所述外壳与覆盖其上端的弹性膜之间，用于将各流道间隔开。2.根据权利要求1所述的一体化三轴电化学地震检波器，其特征在于，所述流阻块通过胶体与所述外壳及其上端的弹性膜粘结，将所述外壳分隔成对称的四个区域，阻挡所述电解质溶液的流动。3.根据权利要求2所述的一体化三轴电化学地震检波器，其特征在于，所述流道为四个，分别位于分隔成的四个区域内，四个流道的中心在所述外壳中排列成正方形，所述正方形中心与所述外壳的中心重合。4.根据权利要求2所述的一体化三轴电化学地震检波器，其特征在于，所述流道为三个，分别位于所述四个区域的其中三个区域内，三个流道的中心在所述外壳中排列成等腰直角三角形，所述等腰直角三角形的斜边中心与所述外壳的中心重合。5.根据权利要求3所述的一体化三轴电化学地震检波器，其特征在于，所述流阻块的数量为两个，相互垂直排列设置，每个流道中心到达流阻块的垂直距离相等。6.根据权利要求1所述的一体化三轴电化学地震检波器，其特征在于，所述敏感单元包括：绝缘层，其包括基底和该基底表面的氧化层；以及，电极层，形成于所述绝缘层的上、下表面；其中，所述敏感单元具有多个流道孔，所述电解质溶液可从所述流道孔中流过。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德勇，孙振源，陈连宏，李光磊，王军波，陈健，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11