地震检波器测试仪的研制分析

地震勘探检波器原理和特性及问题分析2010-07-19
在地震勘探工作中,由于对检波器的原理和性能了解和认识得不够,致使在检波器的选择和使用上存在着一些不当之处,不清楚检波器的.参数与响应特性之间的关系,以及这些参数对地震信号的影响,在检波器使用和对比时往往针对性不强.为此,从检波器的振动力学原理入手,分析了位移、速度和加速度3种类型检波器的频率响应特性,并阐述了检波器不同的机电转换原理;在此基础上,深入分析了检波器的特性参数对地震信号的影响以及地震勘探对检波器性能和参数的要求.根据地震勘探中地震波冲击振动信号的特点,认为具有频率范围宽、动态范围大、失真度小、灵敏度高、检波器允差小等特点的检波器才能满足地震勘探的需要.同时,对目前检波器使用中的一些做法进行了探讨,尤其是检波器对比试验中存在的问题.综合分析认为,只有掌握了检波器的原理、性能和参数,才能正确地选择和使用检波器.
作者：吕公河 Lv Gonghe 作者单位：中国石油化工集团公司胜利石油管理局地球物理物探开发公司,山东东营,257100 刊名：石油物探 ISTIC PKU 英文刊名：GEOPHYSICAL PROSPECTING FOR PETROLEUM 年，卷(期)：
2009 48(6) 分类号：P631.4 关键词：地震检波器检波器性能特性参数振动系统机电转换原理频率响应特性seismic geophone geophone performance characteristic
parameters vibration system electro-mechanical transform principle frequency response characteristics。

地震勘探检波器的工作原理地震检波器的理论基础地震检波器是将地表振动变为电信号的一种传感器，或者说地震检波器是把机械振动转化为电信号的机电装置，以最大的逼真度产生地面运动垂直分量的电模拟。

每一个现代地震检波器都是有机械部分和其相连的具有电负载的机电转换器所组成，地震检波器的电学部分和机械部分组成一个整体。

要求它的振幅——频率响应在有意义的频率内是线性的，相位的响应也是线性的。

根据机电转换原理，可把常用的检测器分为三类：即变磁通式（或动圈式）、变磁阻式、压电式。

由于动圈式检波器的输出电压与线圈相对磁铁的运动速度成正比，这种检波器也叫速度检波器。

我国路上地震勘探工作大部分使用变磁通式的检波器。

根据用途不同，也可把地震检波器分为地面检波器、沼泽检波器和井中检波器等。

一个振动系统，它是由一个质量M ，一个弹簧和一个阻尼器Z 组成，地震检波器的装置如图1-1所示，地震检波器的外壳安置在地面上（或沉没于井中），于是，假设外壳的运动精确地重复着地面运动，外壳上具有伸长系数K 的弹簧悬挂着称为惯性质量的重荷M ，为了使用权惯性质量的振动平静下来，惯性质量中被放在胶质液体中，当外壳和惯性质量M 产生相对位移时，在其电极上造成某个电动热E 。

在地震勘探检波器中，主要应用各种感应转换器，在感应转换器中，根据电磁感应，将机械振动变成电震荡，感应机电转换器可以作为与质量M 紧密相连的线圈和与外壳相连的永久磁铁之和（或者反过来），线圈在磁铁的磁场中移动时，在线圈内就发生电动势，转换器线圈内阻在内的某个电阻Z 与转换器两极相连。

可以把地震检波器作为机电系统来研究，这里，某个激发函数()t ζ——例如外壳（地面）对固定读书系统的位移速度，作用于这个系统的输入端，在地震检波器的输出端发生从其电学部分中的负载电阻取得的某个变化的电压()t U ，地震检波器数学模型应该确定这些值之间的关系。

地震检波器的数学模型 为了建立地震检波器的运动数学模型，先讨论其中的作用力。

地震勘探检波器原理和特性及有关问题解析摘要:地震勘探检波器的应用，能够接收地震信号，在地震勘探中起到了非常关键的作用。

本文在分析地震勘探检波器原理及特性的基础上，进一步对地震勘探检波器相关问题及排除方法进行分析，以期为地震勘探检波器的正确、科学使用提供有效建议。

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关键词:地震勘探检波器;原理;特性;问题在地震勘探工作中，检波器主要的作用为接收地震信号，属于对地震信号进行接收的前段环节，投入应用能够以直接的方式感知大地质点振动。

但是，从实际工作来看，倘若不能了解地震勘探检波器的原理和特性，那么在使用过程中将会出现一些问题，从而影响地震勘探效果[1]。

基于地震勘探工作的效率提升角度考虑，本文便有必要对地震勘探检波器原理和特性及有关问题进行分析。

1.地震勘探检波器原理及特性分析1.1地震勘探检波器原理对于地震勘探检波器来说，属于一种振动传感器，其工作原理和振动传感器相同，为一个单自由度的振动系统。

以感应振动信号的物理量差异，可细分为三类传感器，即:位移传感器、速度传感器以及加速度传感器。

但是，不论哪一类型的振动传感器，均对当中的一个物理量感应，切主要以输出的电信号和哪个物理量成正相关为准则[2]。

此外，从地震检波器的机电转换来看，其主要作用为把振动系统感应的振动信号等比例地转换成电信号。

根据转换原理角度来看，涵盖的检波器较多，如:电磁感应检波器、电容检波器以及压电检波器等。

1.2地震勘探检波器特性从地震勘探检波器的特性来看，主要有两类:其一为动态特性;其二为静态特性。

两方面的特性对检波器的品质有非常重要的影响。

对于动态特性参数来说，涵盖了固有频率、阻尼系数、频率响应范围以及频率特性等等。

对于静态特性参数来说，涵盖了有线性度、灵敏度、分辨率以及稳定性等。

振 动 与 冲 击第27卷第2期J OURNAL OF V IBRAT I ON AND SHOCKVo.l 27No .22008用于地震勘探的新型高精度地震检波器研究基金项目:石油天然气装备教育部重点实验室资助项目:2006STS04收稿日期:2007-04-13 修改稿收到日期:2007-06-04第一作者唐东林男,博士,副教授,1970年11月生唐东林, 梁 政, 陈 浩(西南石油大学机电工程学院,成都 610500)摘 要:论述了一种新型适合高分辨率地震勘探的高灵敏度、低失真度的高精度地震检波器。

为使检波器获得高灵敏度、低失真度,对检波器内的电磁场进行了系统的研究。

研究表明:要获得高灵敏度、低失真度的高精度检波器,检波器必须具有磁感应强度高而均匀的气隙磁场。

采用辐向磁场磁路设计和检波器结构优化设计。

设计中采用辐向冲磁的F eCo 基磁钢和专业的磁路设计软件。

所设计的检波器获得了理想的气隙磁场,气隙磁场中均匀场的宽为13mm,磁感应强度为560mT.所设计的检波器特性参数为:频率:f =10H z ?2.5%灵敏度:S =280mV /c m /s ?2.5%阻尼:b =0.7失真度:d <0.05%。

关键词:检波器;磁场;灵敏度;失真度中图分类号:T P212.12 文献标识码:A高精度,高分辨率的精细石油地震勘探,要求采集的数据必须能达到高分辨能力、高信噪比、高保真度、高清晰度、高精确度和高可信度(六高)。

只有采集到的数据达到/六高0的要求,才能实现真正的高分辨率数据处理,用地震勘探技术解决复杂地质目标的能力才能得到加强[1,2],而作为地震数据采集的地震检波器,就必须具有高灵敏度,高分辨率,低失真度的性能。

尽管利用ME M S 技术进行了微机电(ME M S )检波器[3,4]和微光机电(MO M ES)检波器[5,6]的实验研究,但由于电磁式检波器具有性能稳定、生产工艺成熟等很多优势,在今后相当长的时间范围内,电磁式检波器仍将是地震勘探中的主要采集仪器,仍将被广泛研究、使用,其研究目标是如何进一步提高检波器灵敏度、降低失真度以满足高分辨率的精细石油勘探。

地震压电检波器及其测试仪原理与测试方法12 易碧金穆群英()11 中油集团东方地球物理公司装备研究中心河北涿州 072751() 21 西安石油仪器总厂西安 710049摘要 :随着勘探和生产技术的发展 ,压电传感器在地质勘探中的应用越来越多 ,本文从分析压电检波器的原理出发 ,对目前地震勘探中的几种检波器测试仪的测试原理和测试方法进行了详细的介绍。

关键词 :压电检波器对比测量灵敏度声场) 1 所示。

它可被看作是单自由度二阶力学系统 , 图 1 概述由于原始地震数据的准确性与可靠性取决于地其运动状态的微分方程为 :2 震检波器与数字地震仪的性能 ,在地震勘探中必须 d x d x ( )( )m + c 1 + k x = F t2 d t d t 对检波器性能定期作检测分析和记录。

对于常规动压电压敏型检波器的有阻尼谐振频率为 : 圈式检波器 ,因其用量大 ,目前测试设备比较多 ; 对 1 2 2于压电检波器 ,由于其过去用量相对较少 ,所以有关ω2 -( ) f = c n π 2() 压电检波器或水听检波器的测试设备也很少。

但ω k/ m ; k - 组合刚度 ; m - 质量 ; c - 阻尼式中 :=n 随着勘探的发展 ,对水网和过渡带地区的勘探逐渐系数。

压电压敏型检波器的灵敏度定义为输出量普及 ,作为水中传感器的压电检波器的使用也越来与被越多 ,生产压电检波器的厂家也越来越多 ,国内外勘测物理量的比值 :探施工单位对压电检波器的性能作定期测试分析的 Q ( )要求也越来越强烈。

为了加强对压电检波器的管理 K3 = Q P 和性能测试 ,加强对各种物探仪器设备技术指标的式中 : K - 压敏型检波器的电荷灵敏度 ; Q - 压Q 定量评价与检定 ,合理地评价其使用价值 ,满足质量敏型检波器的输出电荷 ; P - 压力。

控制要求 ,一些单位生产了专门测试压电检波器的测试仪器。

然而目前能够对压电检波器的性能作测试分析的仪器很少 , 严重影响了地震勘探的质量。

新型MEMS地震检波器的研究近年来，地震活动的频率和强度明显增加，对于地震监测和预警手段的需求也越来越高。

传统的地震检波器利用地震波传播引起的地表震动来监测地震活动，但其体积庞大、布设困难、价格高昂等问题限制了其在地震监测领域的应用。

因此，研究和开发新型MEMS地震检波器具有重要意义。

MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是一种微小机械系统，利用微纳尺度的材料、结构和技术制造出具有机械和电子功能的微小设备。

相比传统的地震检波器，MEMS地震检波器具有体积小、能耗低、精度高、响应快等优势，因此成为了地震监测领域的一个研究热点。

目前，研究人员主要关注MEMS地震检波器的设计和制造技术，以及其在地震监测中的应用。

在设计和制造方面，MEMS地震检波器通常由传感器和数据处理器两部分组成。

传感器用于测量地震波的震动信号，并将其转换为电信号；数据处理器则对传感器采集到的信号进行处理和分析，得出地震的参数如震级、震源位置等。

MEMS地震传感器的核心技术是微机电系统技术。

通过微机电系统技术，可以将传统的地震传感器做成微小的MEMS传感器，使得其能够实现原位检测和高精度测量。

目前，研究人员已经成功开发出多种类型的MEMS地震传感器，如微型加速度计、微型压电传感器等，这些传感器在地震监测中具有重要的应用价值。

MEMS地震检波器在地震监测中的应用主要体现在以下几个方面。

首先，通过部署大量的MEMS地震检波器，可以实现对地震活动的实时监测和跟踪，提供更准确的地震预警和应急响应；其次，MEMS地震检波器具有较低的功耗和较长的寿命，能够长期稳定地工作，减少人工维护和更换传感器的成本；此外，MEMS地震检波器在灾后评估和地震学研究等方面也有重要的应用。

然而，MEMS地震检波器在实际应用中还面临一些挑战。

首先，MEMS地震检波器的制造和封装技术仍存在一定的难题，需要进一步提高。

其次，MEMS地震检波器的可靠性和稳定性问题需要解决，确保其在恶劣环境下能够正常工作。