地震壓電檢波器及其測(cè)試儀原理與測(cè)試方法

地震壓電檢波器及其測(cè)試儀原理與測(cè)試方法12易碧金穆群英()11中油集團(tuán)東方地球物理公司裝備研究中心河北涿州072751()21西安石油儀器總廠西安710049摘要:隨著勘探和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,壓電傳感器在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用越來(lái)越多,本文從分析壓電檢波器的原理出發(fā),對(duì)目前地震勘探中的幾種檢波器測(cè)試儀的測(cè)試原理和測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞:壓電檢波器對(duì)比測(cè)量靈敏度聲場(chǎng))1所示。它可被看作是單自由度二階力學(xué)系統(tǒng),圖1概述由于原始地震數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性取決于地其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的微分方程為:2震檢波器與數(shù)字地震儀的性能,在地震勘探中必須dxdx()()m+c1+kx=Ft2dtdt對(duì)檢波器性能定期作檢測(cè)分析和記錄。對(duì)于常規(guī)動(dòng)壓電壓敏型檢波器的有阻尼諧振頻率為:圈式檢波器,因其用量大,目前測(cè)試設(shè)備比較多;對(duì)122于壓電檢波器,由于其過(guò)去用量相對(duì)較少,所以有關(guān)32-()f=cnn2()壓電檢波器或水聽(tīng)檢波器的測(cè)試設(shè)備也很少。但sk/m;k-組合剛度；m-質(zhì)量；c-阻尼式中:=n隨著勘探的發(fā)展,對(duì)水網(wǎng)和過(guò)渡帶地區(qū)的勘探逐漸系數(shù)。壓電壓敏型檢波器的靈敏度定義為輸出量普及,作為水中傳感器的壓電檢波器的使用也越來(lái)與被越多,生產(chǎn)壓電檢波器的廠家也越來(lái)越多,國(guó)內(nèi)外勘測(cè)物理量的比值:探施工單位對(duì)壓電檢波器的性能作定期測(cè)試分析的Q()要求也越來(lái)越強(qiáng)烈。為了加強(qiáng)對(duì)壓電檢波器的管理K3=QP和性能測(cè)試,加強(qiáng)對(duì)各種物探儀器設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的式中：K-壓敏型檢波器的電荷靈敏度；Q-壓Q定量評(píng)價(jià)與檢定，合理地評(píng)價(jià)其使用價(jià)值，滿足質(zhì)量敏型檢波器的輸出電荷；P-壓力?？刂埔螅恍﹩挝簧a(chǎn)了專門(mén)測(cè)試壓電檢波器的測(cè)試儀器。然而目前能夠?qū)弘姍z波器的性能作測(cè)試分析的儀器很少，嚴(yán)重影響了地震勘探的質(zhì)量。本文從壓電檢波器的原理分析出發(fā)，對(duì)目前地震勘探中的幾種壓電檢波器測(cè)試儀的測(cè)試原理和測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。圖1壓電檢波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖壓電加速度型檢波器是以壓電晶體為轉(zhuǎn)換元件，2地震壓電檢波器原理(，它們具有相似的靈敏度-頻率響應(yīng)特變壓器耦合壓電加速度檢波器的靈敏度是指其輸出電量電)()()如圖2,在約10,400Hz間，靈敏度變化很小。性荷或電壓與所承受的振動(dòng)或沖擊加速度的比值。因此對(duì)它的測(cè)試一般都是采用選定頻率點(diǎn)的方式進(jìn)Q()=5KQa()行對(duì)比測(cè)量，即用參考晶體標(biāo)準(zhǔn)檢波器作對(duì)比測(cè)KQ量。所謂對(duì)比測(cè)量方法，是指在相同條件下測(cè)量已()K=6uCu知標(biāo)準(zhǔn)檢波器和未知待測(cè)檢波器的響應(yīng)，然后利用式中：K—壓電加速度檢波器的電荷靈敏度；K—Qu聲源、標(biāo)準(zhǔn)檢波器、待測(cè)檢波器都是線性的原理，兩壓電加速度檢波器的電壓靈敏度；Q—壓電加速度者進(jìn)行比較，而計(jì)算出待測(cè)檢波器的最終響應(yīng)值。a檢波器的輸出電荷；一振動(dòng)或沖擊加速度；Ca一壓其計(jì)算公式為：電加速度檢波器的電容。Ux()M=M8xs壓電加速度檢波器的主諧振頻率可由下式求得Us理論值：式中：M—待測(cè)水聽(tīng)器的聲壓靈敏度，V/Pa;M—xs1k標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器的聲壓靈敏度，V/Pa;U—待測(cè)水聽(tīng)器x()7F=nn2m輸出端的開(kāi)路電壓，V;Us—標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器輸出端的開(kāi)式中：K—檢波器等效剛度系數(shù)；m—慣性體質(zhì)量；路電壓,V。一般地震壓電檢波器的電壓輸出與頻率響應(yīng)的，必須滿足驅(qū)為了對(duì)壓電檢波器進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試特性曲線如圖2所示。動(dòng)和耦合的要求：例如耦合腔內(nèi)聲場(chǎng)基本均勻，腔的設(shè)計(jì)包括耦合腔要求具有剛性的邊界、腔內(nèi)部無(wú)釋壓材料以及腔的體積、尺寸等等需要滿足測(cè)試條件。由于要求地震壓電檢波器對(duì)頻率的響應(yīng)范圍在1kHz以下，因此它是類似包含對(duì)次聲波有響應(yīng)的聲學(xué)傳感器，因此對(duì)它的測(cè)試需要建立一個(gè)穩(wěn)定壓()力場(chǎng)或聲場(chǎng)包含次聲波。目前國(guó)外I/O公司有一種只能夠快速測(cè)試壓電檢波器好壞的測(cè)試儀()SHARP，它采用具有代表性的單一聲場(chǎng)170Hz來(lái)測(cè)試地震壓電檢波器的靈敏度。國(guó)內(nèi)有東方公司生

產(chǎn)的SHT-2型壓電檢波器測(cè)試器，這種測(cè)試儀在SHARP的基礎(chǔ)上增加了測(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、打印和數(shù)據(jù)分析功能°SHARP和SHT-2都是便iIi7IZLL-?KjL3l=EL=HiIi7IZLL-?KjL3l=EL=Hj圖3壓電檢波器測(cè)試儀器原理方框圖圖3所示。，而要看是否符合在的高低不能說(shuō)明檢波器的好壞測(cè)試儀一般由測(cè)試檢波器的測(cè)試聲場(chǎng)及其功率一起使用的檢波器的誤差范圍。例如一個(gè)靈敏度為放大驅(qū)動(dòng)器、測(cè)試信號(hào)源、檢波器輸入匹配電路、檢15?0110V/Bar的檢波器，與靈敏度標(biāo)稱值為15波器輸出信號(hào)調(diào)理電路、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路以及V/Bar的檢波器一起使用是合格的，但是如果它與（）作為中央控制和處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)CPU等部件靈敏度標(biāo)稱值為10V/Bar的檢波器一起使用，它就組成。另外包括人機(jī)對(duì)話的顯示器、打印機(jī)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部件等設(shè)備。測(cè)試原理是CPU是一個(gè)不合格的檢波器。（）根據(jù)測(cè)試的需要，控制信號(hào)源一般為函數(shù)發(fā)生器）2廠家提供的標(biāo)稱值只是同一型號(hào)檢波器靈敏產(chǎn)生一個(gè)給定頻率的測(cè)試信號(hào)，通過(guò)功率放大器使度的典型值。實(shí)際上，各檢波器在某個(gè)頻率時(shí)靈敏測(cè)試聲場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)恒定的聲壓場(chǎng)。使參考晶體和待度與標(biāo)稱值都存在或大或小的偏差，這是因?yàn)閴弘姕y(cè)檢波器同時(shí)檢測(cè)到聲壓，然后采集板采集在相同晶體在切割、封裝時(shí)的差異及耦合變壓器的差異造（）聲場(chǎng)條件下的標(biāo)準(zhǔn)檢波器和待測(cè)檢波器的輸出電壓值,進(jìn)行比較而計(jì)算或分析出待測(cè)檢波器性能。()成的,是允許的。至于允許偏差多少容限值,由用對(duì)于小型的快速測(cè)試器,一般只能夠產(chǎn)生31Hz或戶根據(jù)有關(guān)規(guī)定或甲方要求來(lái)定,一般選10,170Hz等具有代表性的單一頻率的聲場(chǎng),聲壓約為20%。如果標(biāo)稱值本來(lái)就低,如10V/bar,而選擇1mbar。對(duì)于多頻率點(diǎn)的測(cè)試,需要復(fù)雜的信號(hào)源的容限值又太大,如?20%,那么靈敏度為8100V/(和高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的聲場(chǎng),測(cè)試的頻率范圍越寬特別是bar的檢波器被程序視為合格。而實(shí)際上,靈敏度)次聲波的低頻部分,則聲場(chǎng)的體積越大。聲場(chǎng)的頻過(guò)低對(duì)拾取弱地震信號(hào)不利。所以從這個(gè)角度說(shuō),率一般由參考檢波器檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋到信號(hào)源作為鎖它是不合格的,應(yīng)該選擇小一點(diǎn)的容限值。如果標(biāo)相信號(hào)而控制聲場(chǎng),是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的共振頻率。稱值較高,如15V/bar,而所選容限值太低,如?10%的話,那么小于1315V/bar和大于1615V/bar的檢波器均視為不合格。實(shí)際上,略低于1315V/bar和略高于1615V/bar的檢波器都能滿足地)4對(duì)壓電檢波器進(jìn)行測(cè)試時(shí),要選擇合適的量參考文獻(xiàn):程。不要選擇過(guò)小的靈敏度范圍,否則,會(huì)導(dǎo)致電路1王雪文,張志勇1傳感器原理及應(yīng)用1北京航空航天大學(xué)出版社,2004飽和,從而出現(xiàn)錯(cuò)誤讀數(shù),得出錯(cuò)誤結(jié)論。有時(shí)候選金先級(jí)1機(jī)電系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真1清華大學(xué)出版社,1991擇較大的靈敏度范圍比較方便,特別是進(jìn)行快速測(cè)2MarkProducts1ADivisionofShawResourceServices3試時(shí),筒內(nèi)的壓電檢波器還沒(méi)完全靜止,就能得到較Inc1MarkProducts,Inc1穩(wěn)定的讀數(shù),不過(guò)精度稍低。()收稿件日期:2005年6月24日)5目前市場(chǎng)上的測(cè)試設(shè)備一般是以揚(yáng)聲器作為T(mén)hePrinciplesandMeasurementofHydrophoneanditsMeasuringInstrumentsAbstract:Asthedevelopmentoftheexplorationandproductiontechnology,therearemoreandmorehy2drophonesareusedingeologicalexploration1Theprinciplesofhydrophoneisanalyzedinthispaper.The(theoryandmethodsofseveralmeasuringinstrumentsofhydrophonesareintroducedindetail1byYiBin2)jin&MuQunyingKeywords:Hydrophones,PairingComparisonMeasurement,Sensitivity,Soundfield()上接第41頁(yè)化組合使企業(yè)和科研單位都獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)家的一些知名企業(yè)集團(tuán)每年投入的科研費(fèi)用有的為提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求的敏感性,盡快將一個(gè)高達(dá)銷售收入的15%以上,而我國(guó)的多數(shù)企業(yè)用于新的產(chǎn)品投放市場(chǎng),可以發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)盟或在多個(gè)經(jīng)科研的經(jīng)費(fèi)較低,高新技術(shù)企業(yè)也不過(guò)3,5%,高濟(jì)實(shí)體之間進(jìn)行階段性合作。任何一個(gè)企業(yè)靠自身的也只是7%左右。由于高新技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)具有的人力、資金、能力都很難獨(dú)立