高精度地震勘探磁电检波器ppt课件.ppt

磁电式地震检波器 磁电式传感器的基本工作原理磁电式地震检波器设计基础磁电式传感器的应用 主要内容 概述 地震勘探检波器是从传统磁电式传感器演变而来 其基本原理 利用电磁感应原理 将输入 运动速度 转换成线圈中感应电动势输出的传感器 特点 有源传感器 不需要提供电源 具有双向转换特性 具有较大的输出功率 只适用于动态测量 工作原理 由电磁感应定律 当W匝线圈在均恒磁场中运动时 设穿过线圈的磁通为 则线圈的感应电动势e为 线圈在恒定磁场中作直线运动 并切割磁力线 感生电势为 B 磁场磁感应强度 l 每匝线圈的有效长度 运动方向与磁场方向之间的夹角 v 线圈与磁场之间的相对运动速度 m s 线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线 感生电势为 S 每匝线圈的围成的面积 线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角 线圈与磁场之间的相对运动角速度 两种基本类型 恒定磁通式 工作气隙中磁通不变 线圈中的感应电势由线圈相对永久磁铁运动并切割磁力线产生 变磁通式 磁铁 线圈均不动 感应电势由变化的磁通产生 如图示转速测量 1一永久磁铁2一软磁铁3一感应线圈4一测量齿轮 被测物 磁电式地震勘探检波器 工作原理与动态特性 壳体 线圈 永久磁铁 弹簧 动圈式地震勘探检波器 检波器构成 永久磁铁 产生磁场线圈 感生出电动势弹簧 弹性恢复阻尼器电磁阻尼 线圈金属骨架在磁场中运动 产生感应涡流 而受到反方向的作用力 空气阻尼 壳体 提供闭合磁路 磁屏蔽 动态特性分析 二阶系统表示 设 x0 振动体的绝对位移 xm 质量块的绝对位移 运动正方向向上 所有力 包括惯性力 假设正方向向上 根据力平衡原理 有 若振动体作简谐振动 将D j 代入 振幅比 频率特性 当 0时 当 0时 当 0时 基座受力 运动传感器 检波器参数的作用 当 0 3 0 时 xt x0 1xt x0 m近似看作静止不动 1800关于工作频段 阻尼比 的影响 增大 0 7左右 可以减小共振峰 改善低频响应 固有频率 0的影响 降低 0 扩大低频段 理想情况 当 0线圈中的感应电势 e WBlv灵敏度 s WBl 二 地震勘探检波器发展现状 自上世纪伴随地震勘探技术的发展及技术进步至今 逐步产生和得到认同的检波器 20DX SM24 32CT等主频为10Hz的检波器 28Hz 40Hz 60Hz等使用高分辨率勘探的检波器 V V Hz V Hz V Hz 现有检波器的缺陷及研制方向 现在地震勘探主要采用的是炸药震源 其特点是激发出的地震波主要集中在4 100Hz带宽内现有的检波器接受频带在10 250Hz 研制方向 为了全频接收震源信号 检波器的接收带宽为2 300Hz最为理想 高精度低频检波器研制目标 自然频率 5Hz 最好2Hz电阻 小于5K 灵敏度 大于20V m s假频 大于120Hz 1 弹簧 2 壳体 3 阻尼环 4 磁钢 5 线圈 6 芯轴 在测振时 磁钢4与壳体2一起随被测系统的振动而振动 装在芯轴6上的线圈5和阻尼环3组成惯性系统的质量块并在磁场中运动 高精度低频检波器结构 设计要素 磁电传感器的基本组成 一 材料选择 高导磁金属材料 吸收纳米技术设计制造高聚磁金属 高剩磁Br 高矫顽力Hc磁性材料 拟结合现代我国极具优势的稀土永磁制造技术 融合特种功能合金材料加工技术 开发适用的永磁系统 二 磁路设计 矫顽力Hc 剩余磁感应强度Br 最大磁能积 BH m 永久磁铁的工作点 确定原则 使永久磁铁尽可能工作在最大磁能积上 此时磁铁体积最小 磁导线 永久磁铁的尺寸 由工作点D B H 值计算磁铁尺寸 由磁通连续性定理 磁路基尔霍夫第一定律 永久磁铁的尺寸 磁路工作点的正切角为 在确定好磁铁的截面积后 可以确定磁铁的长度 永久磁铁的尺寸 磁铁的体积 工作气隙设计 1 保证线圈窗口面积容纳足够的线圈匝数 2 保证均匀而较强的气隙磁场 3 气隙深度lg大于4倍的气隙宽度 三 线圈组件 骨架 线圈绕组 设计 保证线圈在气隙中活动自如 有 lg 气隙深度 lp 振动位移的峰峰值 三 线圈组件 骨架 线圈绕组 设计 f1 有效利用系数 f1 0 95 dw 带绝缘层导线直径 h 线圈厚度 f2 填充系数 1 四 参数设计 一 固有频率的确定 设计思路 1 为了保证精度 要求 0 32 为了改善低频响应性能 可以采取的措施 K m 0 注意 K 静挠度 m 传感器变重3 根据最大容许幅值误差来确定弹簧刚度 4 合理选择固有频率 弹簧刚度计算 两弹簧选择原则 使质量块处于中间位置 弹簧刚度 垂直放置 下面刚度的大 上面的小 二 阻尼系数计算 电磁阻尼 金属骨架为阻尼器 金属骨架在磁场中作相对运动并切割磁力线时 感生涡流并受到磁场力的作用 力的方向与运动方向相反 阻尼器 阻尼器的作用 衰减自由振动 降低共振峰 改善频率响应特性 提高测试精度 阻尼系数与阻尼比的关系为 理想的