地震壓電檢波器及其測試儀原理與測試方法

地震壓電檢波器及其測試儀原理與測試方法12易碧金穆群英()11中油集團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)技術的發(fā)展，壓電傳感器在地質勘探中的應用越來越多，本文從分析壓電檢波器的原理出發(fā)，對目前地震勘探中的幾種檢波器測試儀的測試原理和測試方法進行了詳細的介紹。關鍵詞：壓電檢波器對比測量靈敏度聲場)1所示。它可被看作是單自由度二階力學系統(tǒng)，圖1概述由于原始地震數(shù)據(jù)的準確性與可靠性取決于地其運動狀態(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對檢波器性能定期作檢測分析和記錄。對于常規(guī)動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，目前測試設備比較多；對122于壓電檢波器，由于其過去用量相對較少，所以有關32-()f=cnn2()壓電檢波器或水聽檢波器的測試設備也很少。但3k/m;k-組合剛度；m-質量；c-阻尼式中:=n隨著勘探的發(fā)展，對水網(wǎng)和過渡帶地區(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與被越多，生產(chǎn)壓電檢波器的廠家也越來越多，國內(nèi)外勘測物理量的比值：探施工單位對壓電檢波器的性能作定期測試分析的Q()要求也越來越強烈。為了加強對壓電檢波器的管理K3=QP和性能測試，加強對各種物探儀器設備技術指標的式中：K-壓敏型檢波器的電荷靈敏度；Q-壓Q定量評價與檢定，合理地評價其使用價值，滿足質量敏型檢波器的輸出電荷；P-壓力?？刂埔?，一些單位生產(chǎn)了專門測試壓電檢波器的測試儀器。然而目前能夠對壓電檢波器的性能作測試分析的儀器很少，嚴重影響了地震勘探的質量。本文從壓電檢波器的原理分析出發(fā)，對目前地震勘探中的幾種壓電檢波器測試儀的測試原理和測試方法進行了詳細介紹。圖1壓電檢波器內(nèi)部結構剖面圖壓電加速度型檢波器是以壓電晶體為轉換元件，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或沖擊加速度的比值。因此對它的測試一般都是采用選定頻率點的方式進Q()=5KQa()行對比測量，即用參考晶體標準檢波器作對比測KQ量。所謂對比測量方法，是指在相同條件下測量已()K=6uCu知標準檢波器和未知待測檢波器的響應，然后利用式中：K一壓電加速度檢波器的電荷靈敏度；K-Qu聲源、標準檢波器、待測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—壓電加速度者進行比較，而計算出待測檢波器的最終響應值。a檢波器的輸出電荷；一振動或沖擊加速度；Ca—壓其計算公式為：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一待測水聽器的聲壓靈敏度，V/Pa;M—xs1k標準水聽器的聲壓靈敏度，V/Pa;U一待測水聽器x()7F=nn2m輸出端的開路電壓，V;Us一標準水聽器輸出端的開式中：K一檢波器等效剛度系數(shù)；m一慣性體質量；路電壓,V。一般地震壓電檢波器的電壓輸出與頻率響應的，必須滿足驅為了對壓電檢波器進行準確測試特性曲線如圖2所示。動和耦合的要求：例如耦合腔內(nèi)聲場基本均勻，腔T%FUdClHCHIlB的設計包括耦合腔要求具有剛性的邊界、腔內(nèi)部無釋壓材料以及腔的體積、尺寸等等需要滿足測試條件。由于要求地震壓電檢波器對頻率的響應范圍在1kHz以下，因此它是類似包含對次聲波有響應的聲學傳感器，因此對它的測試需要建立一個穩(wěn)定壓()力場或聲場包含次聲波。目前國外I/O公司有一種只能夠快速測試壓電檢波器好壞的測試儀()SHARP，它采用具有代表性的單一聲場170Hz來測試地震壓電檢波器的靈敏度。國內(nèi)有東方公司生

產(chǎn)的SHT-2型壓電檢波器測試器，這種測試儀在SHARP的基礎上增加了測試數(shù)據(jù)的計算機存儲、打印和數(shù)據(jù)分析功能°SHARP和SHT-2都是便罪:酬商I—L罪:酬商I—L.必一J.fl」J圖3壓電檢波器測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明檢波器的好壞測試儀一般由測試檢波器的測試聲場及其功率一起使用的檢波器的誤差范圍。例如一個靈敏度為放大驅動器、測試信號源、檢波器輸入匹配電路、檢15?0110V/Bar的檢波器，與靈敏度標稱值為15波器輸出信號調理電路、模擬-數(shù)字轉換電路以及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)的計算機CPU等部件靈敏度標稱值為10V/Bar的檢波器一起使用，它就組成。另外包括人機對話的顯示器、打印機、鍵盤、鼠標以及數(shù)據(jù)存儲部件等設備。測試原理是CPU是一個不合格的檢波器。（）根據(jù)測試的需要，控制信號源一般為函數(shù)發(fā)生器）2廠家提供的標稱值只是同一型號檢波器靈敏產(chǎn)生一個給定頻率的測試信號，通過功率放大器使度的典型值。實際上，各檢波器在某個頻率時靈敏測試聲場產(chǎn)生一個恒定的聲壓場。使參考晶體和待度與標稱值都存在或大或小的偏差，這是因為壓電測檢波器同時檢測到聲壓，然后采集板采集在相同晶體在切割、封裝時的差異及耦合變壓器的差異造（）聲場條件下的標準檢波器和待測檢波器的輸出電壓值，進行比較而計算或分析出待測檢波器性能。()成的，是允許的。至于允許偏差多少容限值，由用對于小型的快速測試器，一般只能夠產(chǎn)生31Hz或戶根據(jù)有關規(guī)定或甲方要求來定，一般選10,170Hz等具有代表性的單一頻率的聲場，聲壓約為20%。如果標稱值本來就低，如10V/bar,而選擇1mbar。對于多頻率點的測試，需要復雜的信號源的容限值又太大，如？20%，那么靈敏度為8100V/(和高設計標準的聲場，測試的頻率范圍越寬特別是bar的檢波器被程序視為合格。而實際上，靈敏度)次聲波的低頻部分，則聲場的體積越大。聲場的頻過低對拾取弱地震信號不利。所以從這個角度說，率一般由參考檢波器檢測數(shù)據(jù)反饋到信號源作為鎖它是不合格的，應該選擇小一點的容限值。如果標相信號而控制聲場，是一個相對穩(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。實際上，略低于1315V/bar和略高于1615V/bar的檢波器都能滿足地)4對壓電檢波器進行測試時，要選擇合適的量參考文獻：程。不要選擇過小的靈敏度范圍，否則，會導致電路1王雪文，張志勇1傳感器原理及應用1北京航空航天大學出版社，2004飽和，從而出現(xiàn)錯誤讀數(shù)，得出錯誤結論。有時候選金先級1機電系統(tǒng)的計算機仿真1清華大學出版社，1991擇較大的靈敏度范圍比較方便，特別是進行快速測2MarkProducts1ADivisionofShawResourceServices3試時，筒內(nèi)的壓電檢波器還沒完全靜止，就能得到較InclMarkProducts,Incl穩(wěn)定的讀數(shù)，不過精度稍低。()收稿件日期：2005年6月24日)5目前市場上的測試設備一般是以揚聲器作為ThePrinciplesandMeasurementofHydrophoneanditsMeasuringInstrumentsAbstract:Asthedevelopmentoftheexplorationandproductiontechnology,therearemoreandmorehy2drophonesareusedingeologicalexplorationlTheprinciplesofhydrophoneisanalyzedinthispaper.The(theoryandmethodsofseveralmeasuringinstrumentsofhydrophonesareintroducedindetaillbyYiBin2)jin&MuQunyingKeywords:Hydrophones,PairingComparisonMeasurement,Sensitivity,Soundfield()上接第41頁化組合使企業(yè)和科研單位都獲得較好的經(jīng)濟效益。國家的一些知名企業(yè)集團每年投入的科研費用有的為提高企業(yè)對市場需求的敏感性，盡快將一個高達銷售收入的15%以上，而我國的多數(shù)企業(yè)用于新的產(chǎn)品投放市場，可以發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)盟或在多個經(jīng)科研的經(jīng)費較低，高新技術企業(yè)也不過3,5%,高濟實體之間進行階段性合作。任何一個企業(yè)靠自身的也只是7%左右。由于高新技術的研究開發(fā)具有的人力、資金、能力都很難獨立完成一個全新的產(chǎn)一定的探索