地震仪器基础检波器PPT课件

地震仪器检波器基础 目录 地震信号 幅度 频率 在仪器系统中的传播及变化仪器完好性及仪器指标的意义地震仪器的功能块及主要器件的比较和检修的开发 传感器的物理基础与应用 教材 给传感器下的定义是 能将能感受到的物理量 如力 热 光 声等 转换成便于测量的量 一般是电学量 的一类元件 这就是说 传感器是属于具有功能转换的元件 一 热电传感器热电传感器利用元件的电参量 电阻或电势 随温度变化的特性来测量温度 其中将温度转换成电势变化的称为热电偶传感器 将温度转换为电阻变化的称为热电阻和热敏电阻传感器 热电阻传感器一般利用纯金属 如铂铜铁镍等 具有正电阻温度系数 PTC 的特性制成的 热敏电阻利用半导体材料制成 半导体比金属具有更大的电阻温度系数 半导体热敏电阻又可分为正电阻温度系数 PTC 负电阻系数 NTC 临界电阻温度系数 CTR 等几种 PTC热敏电阻一般用BaTiO3 钛酸钡 系列材料制成 当温度超过某一定值时 其电阻值快速增长 主要用于各种电器设备的过热保护 发热源的定温控制 如电热蚊香的发热元件 和用作限流元件 还可用于彩电消磁 CTR热敏电阻利用V03 氧化钒 系列材料制作 具有在某个温度值上电阻能急剧变化从而用作温度开关 NTC热敏电阻应用广泛 它是一种氧化物的复合烧结体 随着温度的升高 其电阻率反而减小 NTC热敏电阻主要用于低温范围 100 300 的温度控制在稳定工作状态下 热敏电阻除了可用来测量温度外 还可用来测量和控制流体的流速和介质密度等 二 光电传感器教材中说 光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号 光敏电阻也是一种半导体材料 其物理特性使光的照射能使电阻明显减小 或者说其电阻明显增大 有一种CdS光敏电阻照亮时电阻可小于2k 无光照射时其电阻可大于4M 而两者相差2000多倍 光敏电阻的一个重要特性是存在一定的光波波限 0 超过 0的光波即使光很强 其电阻值也并不明显下降 可见 只有能量大于hv0 hc 0的光子才能在光敏电阻中产生电子 空穴对 这是光电效应基本原理的又一重要应用 光电传感器作为光控开关 三 其他种类传感器还有电阻应变式传感器 电容式传感器 变磁阻式传感器 磁电式传感器 压电式压磁式传感器 霍尔传感器等 这些传感器都可以单独的传感器或几种传感器元件的组合 将许多非电学量 如压力 压强 位移 速度 加速度等力学量以及温度等 转换成电阻 电感 电容等电学量的变化 从而检测出电压 电流等易测信号加以处理和显示 电阻式传感器是由电阻应变片和弹性敏感元件组合起来的传感器 将电阻应变片粘贴在各种弹性敏感元件上 当弹性敏感元件受到外力 力矩 压力 位移 加速度等各种力学参数作用时 弹性敏感元件将产生位移 转角 应力和应变 电阻应变片则将这些力学参数转换成电阻的变化 还需要把电阻的变化转换成电压或电流的变化 完成这种转换功能的电路常采用直流或交流电桥 气敏传感器用于检测各种气体的成份 上世纪60年代 利用金属氧化物半导体研制出可燃气体传感器 以及发现在气敏元件中加人少量催化金属 可以大大改进气敏传感器元件性能 转速传感器 就是旋转编码器 将转速转换成脉冲波 5VDC 送入PLC或其它处理器进行处理 电流传感器 就是电流变送器 将0 5A或更大的电流信号转换成4 20mA或0 20mA的标准控制信号给处理器 电压传感器 就是电压变送器 将0 100V或更大的电压信号转换成0 10V的标准控制信号给处理器 振动传感器 检测机械设备的振动 进行线性输出或继电器输出 霍尔传感器 就是电感式的接近开关 采用霍尔原理 检测距离不会超过10mm 输出信号一般都是直流三线制的PNP或NPN输出 缸压传感器 就是压力传感器 可以输出继电器信号也可以是线性信号 空气流量传感器 可以输出继电器信号或电压 电流的线性信号 氧传感器 节气门位置传感器温度传感器 这个一般都是线性的电压输出 并且要配合温控器使用 检波器 常规反射地震勘探中接收的地震有效波的频率范围一般在0 300Hz之间 并要求传感器在此频率范围内对振动的响应包括相位和振幅响应是线性 稳定的 对地震波而言 大地是一个非线性系统 一般是频率越高地震波的能量就衰减越快 这就使到达检波器的高频振动信号要比低频振动信号小得多 要采用更多的叠加次数才能有效突出高频弱小反射信号 为此就产生了一种幅度频率特性与大地相反的检波器 以便补偿大地对高频弱小信号衰减的能量 这就要加速度检波器 地震勘探中实际的地震信号可以从 V级到1V以上 其动态范围大于120dB 目前仪器记录动态范围已达120dB以上 然而仪器所能记录的信号 必定是检波器所能响应的地震信号 通过仪器所记录下来的地震信号的动态范围 首先取决于检波器本身的动态范围众所周知 国内的勘探装备现在几乎全是24位高精度遥测地震仪 仪器本身的有效动态范围已达到120dB以上 理论值140dB 想在仪器本身提高勘探质量难度已很大 而与之配套的地震检波器其动态范围 检波器动态范围一览表动态范围 dB 53 976066 0273 9880失真度 0 20 10 050 020 01目前 国内检波器的失真指标要求在0 2 以下 其动态范围小于60dB 不及仪器动态范围的一半 可见 如何提高检波器自身的动态范围 已成为提高地震勘探质量的瓶颈 虽然对提高检波器的动态范围到底对地震勘探质量的能提高多少 目前没有量的概念 但是 检波器的动态范围越大 其地震数据就越能真实的反应地质概貌 这是物探专家们的共识 所以说 低失真的检波器是勘探业内一直追求的检波器 这是本系列检波器要解决的目标之一 假频问题 理想的频带 目前有用地震信号的范围可达到250Hz 速度型地震检波器以其原理和结构决定其接收信号的频带 以10Hz检波器为例 接收频带 频率域 一般为10 1000Hz 检波器假频 的存在是在检波器频率域的高端存在某些共振频率区间 在这一区间检波器有可能产生很大的横向振动响应分量 这将严重降低检波器输出信号的真伪比 因此检波器假频的设计和生产要求假频区间在使用的频率范围之外 也就是说检波器的假频应在大于250Hz的某一区间 磁感式地震检波器由于使用弹性材料作为频率的载体 其假频的存在是不可避免的 但是可经过设计提高假频指标 检波器假频与失真的设计是一对矛盾体 如何在设计和工艺上保证检波器的高假频低失真生产 多年来一直是检波器生产厂家努力追求和保证的目标 一般来说高自然频率 20 100Hz 的检波器实现高假频低失真设计与生产相对容易一些 如何解决自然频率为10Hz的高假频低失真检波器的设计和生产是极具代表和实用意义的课题 一 地震检波器定义1 地震检波器是把传到地面和水面的地震波转换成电信号的装置 它是地震仪器野外数据采集的关键部件 2 地震检波器串 将一组检波器以串联 并联或串并联方式连接在一起 称为检波器串 4 三分量 3 C 检波器 同时可接收水平 侧向和上下三个方向振动的检波器 5 双检 2 C 由水检 压电检波器 和陆检 动圈式检波器 组成 可同时接收海地和水中信号 二 地震检波器分类地震检波器按应用环境分为陆地检波器和水中检波器 陆地检波器 电动式检波器 动磁式检波器和动圈式检波器 涡流式检波器和3 C检波器 水中检波器 压电检波器 2 C检波器和4 C检波器 按电学原理分主要为电动式 涡流式 压电式 按检测的力学分主要为速度型 加速度型 压力型 按自然频率高低分主要为低频 8 10hz 中频 28 40hz 高频 60 100hz 按接受地震波的震动方向分主要为接受纵波的单分量 接受纵波横波的三分量检波器 20DX 10型检波器芯体 地震检波器的种类 20DX 10 3 6 3 3 沼泽线 地震检波器的种类 20DX系列检波器参数一览表 注 MP 25 250压电检波器 FB 25 14压电检波器 地震检波器的种类 进口海底峰 国产海底峰 国产超波HJ 8C双检 地震检波器的种类 法国进口双检 地震检波器的种类 美国进口双检 地震检波器的种类 电动式检波器工作原理电动式检波器由磁钢 线圈 弹簧片和软铁外壳等组成 线圈通过弹簧片于软铁外壳相连 线圈又处于磁钢于软体外壳的缝隙磁场中 工作时 软体外壳受到地震波的作用而运动时 线圈则相对磁钢做相对运动 根据电磁感应原理 线圈和磁钢做相对运动切割磁力线 线圈中将产生感应电动势 且电动势的大小与相对运动速度成正比 此感应电动势即为地震检波器的输出信号 速度型检波器结构与特性 动圈检波器结构示意图 涡流检波器是在磁路中增加一个高电导率的金属套筒 而线圈固定 当检波器垂向振动时 悬挂在检波器内磁场中的金属套筒相对于外壳在恒定的磁场中上下振动 产生交变的电涡流 涡流具有双重功能 1 对惯性体的运动提供阻尼 2 产生次磁场使线圈切割磁力线 进而在线圈中产生感生电动势 此时 感生电动势的大小与振动激励信号的加速度成正比 因此 这结构的检波器也被称为常规加速度检波器 从特性曲线图中可以看出 检波器的固有频率f0是个分界点 当振动频率低于检波器的固有频率f0时 传感器的灵敏度随频率减少而快速下降 速度型检波器以 12dB oct衰减 加速度型检波器按18dB oct 衰减 当振动频率高于传感器的固有频率f0时 速度型检波器的输出电压灵敏度接近为常数 而加速度型检波器以6dB oct增加 模拟检波器 检波器技术指标 衡量地震检波器性能指标的参数有许多 主要参数包括自然频率 阻尼系数 灵敏度 谐波失真 容差等 相关参数包括直流电阻 阻抗 假频 噪声 漏电 极性以及悬体质量 线圈最大位移 允许倾斜角度 体积和重量等 下面着重介绍地震检波器主要技术参数的物理意义及其对地震数据采集效果的影响 一是自然频率 也称固有频率或共振频率 它由检波器弹性系统的结构和材料决定 自然频率的高低主要决定地震信号的有效起始频率 二是灵敏度 它是检波器对激励 振动 响应的敏感程度 大小取决于线圈总长度和磁场强度 该指标主要反映响应弱小信号能力 三是失真度 畸变 它是输出信号谐波分量总和有效值与基波分量有效值之比的百分比 该指标决定地震信号的瞬时动态范围 模拟检波器 检波器技术指标 检波器技术指标 模拟检波器 四是阻尼系数 阻尼系数是指检波器并联衰减电阻后惯性体振动衰减快慢的相对比值 它主要影响分辨相邻反射地震波的能力 五是容差 容差表示同种型号的个体检波器互相之间技术指标的相对差异 一般用百分比表示 虽然它不是检波器本身的技术参数 却直接影响地震数据的采集效果 如果检波器的一致性差 不同检波器接收同一信号的结果就会有不同的输出 结果将降低地震数据采集质量和保真度 地震检波器阻尼系数分析 阻尼系数 阻止惯性体振动的衰减系数 临界阻尼 使质量体回到平衡位置而不在其相反方向有任何偏移的它的值 相当于不产生 反冲 的最小阻尼量 自然频率电动式检波器的幅频响应呈现高通滤波器的特性 是自然频率越低 则接收深层低频能力越强 而压制面波的能力越弱 为了加强高通滤波效果 数字地震仪都设置了高通滤波电路 显而易见 检波器的自然频率 若选得比地震仪中的高通滤波器截止频率还低 是没什么意义的 而且自然频率越低的电动式检波器其弹簧片越软 惯性体质量越重 因而越易损坏 因此 在反射法地震勘探中使用的电动式检波器的自然频率为8 10 14Hz 更低的检波器只用于折射法地震勘探和其它用途 自然频率 它完全由系统本身的弹簧振子的质量 M 和刚度 K 所决定 自然频率分析 随着地震勘探向着高分辨率 宽频带接收发展 要求接收系统既能充分响应高频信号又能有效响应低频信号 体现在振幅谱上就是主频部分不宜太突出 做谱平衡能得到适当的频谱比值 这就要求检波器应该有足够宽的频带 这也是多数情况下选用10Hz自然频率检波器的原因 但在特殊地区 有时为了突出较高频信号并有意压制低频大信号 如高分辨率勘探 就应适当选择自然频率高 如35Hz的检波器 目前市场上存在的多种自然频率的检波器 并不是增加了用户的选择 相反是增加了用户的负担 因为这样反而不利于检波器的互换通用 备件材料供应以及应用选型 从石油地震勘探的需求来看 我们认为只保留10Hz 35Hz 或左右 两种自然频率的检波器就足够了 通常选择10Hz 只在特殊勘探目的时选择35Hz 地震检波器的使用 1 地震检波器串 地震检波器为何要成串使用从五十年代到七十年代 当时我们国家使用的检波器都是单道单只 即1道1只检波器 从七十年代中期以后 为了提高数据采集质量 我国对检波器的使用出现国际化趋势 检波器开始组串使用 采用检波器串通常有如下考虑 a 提高检波器整体的输出灵敏度 通过不同的串并联形式 可以较大幅度的提高检波器的输出灵敏度b 使检波器与仪器负载的阻抗更加匹配 通过不同的检波器串并形式可以调节接到仪器端的电阻 从而使和仪器的输入阻抗更加匹配 c 检波器串之间可以采用不同的串并形式 从而实现单道上不同形式的阵列 比如形 形 形等等 更加有利于野外采用叠加 多次覆盖 单点多重复式勘探 地震检波器的使用 d 压制面波等干扰波的需要 大多数的干扰波与地面平行 检波器串阵列中 检波器到达各个检波器的时间上有较大差异 这样 各个检波器中产生的感生电压极性也会不同 从而实现在检波器串中即相互抵消一部分干扰 实践表明 检波器串对面波的压制作用是十分明显的 地震检波器的使用 综上所述 出于以上考虑 检波器实际使用时基本都是成串使用的 由于每串中有多只检波器工作 所以研究检波器串的使用与维护就非常有必要了 地震检波器串常见的组串形式由于在不同地区以及勘探目的的不同 对检波器组串形式的要求也不一样 通常情况下有如下几种形式 a 3串3并 即3只检波器串联后再与其它两串并联 其联线示意图如下 地震检波器的使用 1 地震检波器的使用 a 3串3并 即3只检波器串联后再与其它两串并联 其联线示意图如下 b 5串2并 地震检波器的使用 1 地震检波器的使用 其他连接方式如3串6并 6串2并等也有类似连接 地震检波器串的指标计算不同的检波器组串形式将产生不同的技术指标 基本遵循以下计算方法 a 串电阻计算 串电阻 单只检波器电阻 串联数 并联数 电缆电阻其中 单只检波器电阻要考虑如下几项影响因素 地震检波器的使用 I 并联电阻影响 一般为了阻抗匹配等因素 检波器机芯上都并联了一定阻值的精密电阻 这样检波器串中的单只检波器电阻应该如下计算 检波器电阻 线圈电阻值 并联电阻值 线圈电阻值 并联电阻值 以SN4 10检波器为例 线圈电阻r 375 并联电阻1400 并联后电阻应等于R并 375 1400 375 1400 296 地震检波器的使用 II 温度影响 一般检波器出厂时给出的技术指标都会标明环境温度 这是因为随着温度的变化 技术指标会发生变化 电阻值的变化主要是漆包线的温度系数引起的 一般检波器测试仪中都设定了温度系数 只要输入参数时输入准确的厂家给定的温度和数据 测试时不会产生大的偏差 一般的检波器电阻变化率可以参考如下计算 电阻变化率 线圈电阻值 0 4 漆包线温度系数 地震检波器的使用 例如SN4 10检波器为375 0 4 1 5 也就是说温度每上升或下降1 检波器电阻值将升高或降低1 5 375 是厂家给定的20 时检波器线圈的电阻值 使用时并联1400 电阻 那么当环境温度为30 时 其电阻值应该为 R温 1 5 30 20 R并 15 296 301 地震检波器的使用 III 电缆的影响 检波器组串时 会根据要求留有间距和引线 在进行串测试时 这部分电阻也要予以考虑 否则不能得到真实数据 一般由于所采用的电缆的线径以及材料不同 其电缆电阻的阻值也有差异 在检波器测试仪串指标的 电缆电阻 输入选项中一般采用170 km 全铜 4 6电缆 指标即可满足测试要求 一般估算时可以按下式估算 R缆 间距 串联数 2 1 引线长 2 170 1000 地震检波器的使用 例如5串2并SN4 10检波器串 组距5 5米 出线5米 在环境温度30 时测试 其串总电阻大致为 R总 R温 5 2 R缆 301 5 2 5 5 10 10 170 1000 764 对野外检修和使用检波器串时 电阻的计算是非常重要的 因为很多串的故障要依靠电阻值的变化来判断 地震检波器的使用 b 串灵敏度的计算 串灵敏度 单只检波器灵敏度 串联数 注 如果有并联电阻 这里的单只检波器灵敏度为并联电阻后的灵敏度 其计算公式如下 G G R2 R1 R2 G 并联电阻后的灵敏度G 并联电阻前的灵敏度R1 线圈电阻阻值R2 并联电阻阻值例如5串2并SN4 10检波器串 串灵敏度为28 8 1400 375 1400 5 113 6V M S3 串阻尼 频率 失真度可以认为等于单只检波器的指标 其中阻尼值将会随温度变化而发生变化 地震检波器的使用 地震检波器的选型地震勘探过程中 由于大地的机械振动频带比较宽 加上砂石等的吸收作用 实际的可供采集的信号是很弱的 特别是深层的信号 如何能真实地记录这些信号 施工前对检波器的选型是非常重要的 一般而言 检波器的选型遵循以下原则 a 高信噪比原则 通常情况下认为 检波器的灵敏度越高越好 灵敏度越高 接受微弱信号的能力就越强 对高分辨率勘探来说越有好处 但是灵敏度高 对噪声的放大作用也随之增强 对环境的要求也越高 所以要综合考虑 以高信噪比为原则 同时检波器应该具有较高的假频和较低的失真度 地震检波器的使用 b 低允差原则 由于勘探方法需要 检波器大都组串使用 这样一条测线上的检波器数量就很大 检波器之间的指标差异越大 对信号的反应状况差别也越大 所以对于高分辨勘探来说 检波器的指标要求允差尽量小 c 稳定性原则 不同的勘探工区的自然环境有很大不同 对检波器的要求也是不一样的 如何保证检波器在所使用的环境中保持稳定的工作 一方面检波器制造时会对环境的耐用性加以考虑 同时选型时也要注意 对于不同环境使用不同的检波器 d 动态特性 检波器的特性指标中 对动态范围的要求也是要重点考虑的 直接关系到和仪器的对接和对信号的接受 目前普通检波器的动态范围在70分贝左右 超级检波器能达到80分贝以上 地震检波器的摆放和埋置如前所述 检波器在野外是成串使用的 为了能够有效达到压制干扰的作用 检波器串必须严格按照设计要求进行摆放和埋置 应尽量做到以下几点 a 检波器串与串之间 检波器与检波器之间 必须按照设计要求的图形和间距进行摆放 地震检波器的使用 b 同一道检波器尽量在同一水平面上摆放 这样可以避免有效波到达同一串上的检波器的时差影响 影响信号的接受效果 c 埋置时满足 平 稳 正 直 紧 的要求 这几项要求非常重要 关系到检波器的使用效果 检波器一般埋置在地面30厘米以下位置 一方面可以抵抗风动等一些环境噪声的影响 同时可以减少强烈的直达波的影响 检波器与大地耦合要好 形成同一个振动系统 否则会造成相位差 严重影响资料的采集和解释 地震检波器的使用 地震检波器的使用 d 埋置时避免使用金属物强烈敲击检波器护壳 因为强烈敲击下 检波器内部会出现异常的冲击 检波器指标会出现异常 甚至对弹性系统和线圈系统造成致命损坏 从而导致检波器报废 地震检波器的运输和存放随着对检波器的使用要求越来越高 检波器的精度也越来越高 对使用 运输和存放都提出了更高的要求 检波器运输过程中 要求做到轻拿轻放 避免从车顶等高处直接扔向地面 存放时 仓库要求干燥 通风 野外存放时要注意避免强烈日晒 强烈日照对电缆等橡胶零件会加速老化 影响检波器的防水性能和抗拉性能 检波器存放时按照不同类型 不同年限分类堆放 以便于管理 组合检波器 一 组合检波1 组合检波的概念组合检波就是在每一个地震道上都采用两个以上的检波器 按一定形式 直线或面积 安置在排列上 同时接收地震波 并把所接收到的地震信号作为某一道共同的地震信号 用这种相加的办法可以达到增强有效波 削弱干扰波的目的 组合检波是利用干扰波与有效波出现规律的差异和传播方向 也就是视速度 的不同来压制干扰波的 下2 组合检波的形式组合检波可以分为两种类型 1 直线型组合检波 即一个组合道中的各检波器是沿测线方向直线排列布置 这种方式主要用于瑞雷面波比较大的地区 2 面积型组合检波 由于直线组合只能抑制直线方向的干扰波 所以野外更多地是使用面积组合 特别是工区存在多方向的干扰波时 就要采用面积组合 面积组合形式很多如圆形 方形等 一般要通过试验来确定组合形式 单边矩形组合 a 检波器组合成单边矩形 b 中心点对准桩号A c 图形应对称 d 各道检波器所组成的图形 应置放在测线的同一边 双边矩形组合 各串检波器组成双矩形 图形对称于测线两边和桩号 1 按组合图形和组内距要求 埋置好检波器串 2 将所放检波器串连接好 3 选择合适的万用表欧姆挡位 将表笔短路 调节欧姆零旋钮 使指针指在零位 4 测量小线的欧姆值 5 检波器串阻值正确 将检波器夹子夹在电缆线上 在电缆插头座上再测量本道的检波器电阻值 6 把自己所放电缆线的插头和相邻的电缆线插头插紧 7 选择合适的万用表欧姆挡位 将表笔短路 调节欧姆零旋钮 使指针指在零位 8 测量小线的欧姆值 9 检波器串阻值正确 将检波器夹子夹在电缆线上 在电缆插头座上再测量本道的检波器电阻值 10 把自己所放电缆线的插头和相邻的电缆线插头插紧 检波器埋置在地表类型复杂多变地区 检波器组合方式和检波器埋置可针对不同的地表类型因地制宜分区段设计 检波器埋置设计以保证与大地耦合良好和能够避开环境干扰为原则 检波器与周围介质之间的耦合关系是影响分辨率接收效果的一个不容忽视的因素 检波器埋置工作主要考虑三个方面的内容 一 保证检波器与地面耦合良好 改善接收条件 有效接收地下反射信息 二 减少地面干扰 特别是微震等随机干扰 提高接收信号的高频信噪比 拓宽频带 提高资料分辨率 三 尽可能减少由表层引起的反射能量吸收衰减 尤其保护地下弱小反射信号 提高资料精度 为保证检波器埋置效果 一般要采用专用工具进行埋置 进行组合接收时 应优选检波器埋置位置 在保证检波器耦合良好的基础上按设计要求摆放检波组合图形 检波器埋置应达到平 稳 正 直 紧 因障碍不能设置检波器的道 应核对准确桩号 并在仪器班报上注明空道及原因 平原或水陆交互带地震采集施工检波器组合中心要对桩号 同一道内检波器的组合高差应小于2m 举例 取仪器输入阻抗20K 检波器等效阻尼电阻270 则最远道与最近道的仪器输入电压分别为检波器输出的98 18 和98 69 假定检波器输出电压为1V则两者相差 5mV 或9 4mV 大小线对检波器阻尼和输出信号的影响 影响阻尼的因素分析 漏电对检波器信号的影响 电缆漏电检波器漏电 小于10 插头漏电 模拟检波器 检波器的串内组合 不管如何组合 组合后检波器的动态范围并没有提高 但内阻和阻尼系数却发生了变化 由于受个体检波器之间技术指标允许一定误差的影响 组合后的检波器串整体性能与单只检波器的性能就存在差别 例如引起噪声和失真加大 相位相似性和幅度一致性降低 中心频率摆幅变宽等 因此为了平衡组合误差 检波器串的组合应该尽量以一串等效于单只检波器为佳 即串联的个数应尽量与并联的次数一样 检波器与地面耦合目的 检波器外壳直径要大 以增强其载荷能力 提高接收高频信号的效果 检波器的重量要轻 以提高检波器 地面振动系统的固有频率 当地表岩性特征垂向无变化时 不应该加长检波器尾锥 但是如果表面均是沙土再需要根据其相对密度情况适当加长 检波器耦合应注意的问题 耦合的目的是使检波器外壳的运动与地面的运动保持一致 或者精确地重复地面的运动 检波器布置尾锥的长度 长 好 能够满足振动时使检波器与地面保持紧配合 使检波器在垂直方向的置于好的岩性层面 检波器布置井的深度 深 好 能够避免高频的干扰 能够紧密耦合 满足弹性刚度 小线是引进高频干扰的主要来源之一 小线的埋置有时比检波器埋置更重要 埋置在浅井中 可显著提高耦合 减小噪音 野外的布置倾斜的影响 检波器埋置的好坏 是否垂直 是影响勘探精度最为重要的因素之一 因为当检波器布置倾斜时 使其本来不高的性能指标大大降低 主要体现在 振动时摩擦系数增大 在运动速度增大时 会使阻尼引起非线性 造成输出电压和相位的变化 导致畸变 质量体运动行程降低 使响应的幅度降低 横向振动响应分量增大 严重降低检波器输出信号的真伪比 使弹簧片倾斜或产生扭曲运动 造成假频和非线性失真 大线 港口码头 航道 真空 淤泥池 在施工现场专门针对三解尾椎检波器与地表接触状况进行了现场试验 完成了系统的尖尾椎插地 三角尾椎石膏粘地 三角尾椎轻压 三角尾椎重压 尖尾椎插沙袋压沙袋等5种形式检波器与地表接触状况对比试验 接收技术 新港地区分布着大量沉淀池 真空池等淤泥区 检波器无法正常插置 为改善检波器的耦合条件 确保接收效果 现场进行了MP 25 250 沼泽检波器GS 20DX BD 25 14 DB 25 14简装型 浅水检波器M1 浅水检波器M2 压电检波器2512型 双检共8种检波器接收效果试验 图34 重点对8种不同类型检波器进行0m 0 3m 0 5m 1 0m等不同埋置深度试验 接收技术 数字传感器 数字检波器概述 数字检波器和传统检波器在原理和功能上完全不同 传统意义上的地震检波器是以电磁感应方式将地震 振动 信号转换为模拟电信号输出 而数字检波器是以重力平衡方式将地震信号的直接转换为高精度的数字信号 数字检波器的核心是MEMS 微电子机械系统 技术 这种技术就是以硅材料为基底 采用微机械加工工艺和IC工艺加工出差动电容式微机械加速度计 数字地震检波器 传统检波器 和数字检波器的区别 相对于传统的模拟检波器而言 基于MEMS技术的数字传感器在技术特性上主要有以下几点实质性的进步 1 直接以电信号平衡重力变化原理来感应地震波信号 2 幅度与相位频率特性曲线在500Hz内都是平坦的直线 3 信号失真度低于01003 即瞬时动态在90dB以上 4 传感器直接输出24位一个样点的数字信号 5 能自动识别和校正垂直地心方向的倾斜角度 对模拟检波器而言 它还具有故障率低 总重量和总体积小 排列布放方便 不漏电 排查故障和建立排列容易等优点 常规速度检波器存在的问题1 受工作原理 工艺材料等的限制 波失真等技术指标总是达不到满意的效果 这也是磁感应式检波器的瞬时动态范围长时间没有突破70dB的原因 2 自然频率档位和串组合方式过多 自然频率有 8Hz 10Hz 12Hz 14Hz 28Hz 30Hz5Hz 40Hz 60Hz不等 组合结构有4 1 3 3 2 6 2不等 这就给检波器的互换通用 备件材料供应以及应用选型等带来困难 3 个体检波器之间的性能指标一致性较差 这就会给地震信号带来组合失真 全数字地震仪 SYSTEMIV 408DSU 注 数字仪器特点 最新数字技术 MEMS ASIC 调制校准的数字输出在地震信号频带内的频率响应平坦 保持常相位非常低的畸变 动态范围大没有电磁干扰 如高压线或底下电缆干扰等 第一台全数字式地震仪器SYSTEM IV 有线与无线混合 智能网络遥测 智能电源管理 基于RSR的站内存储式无线遥测具有理论上无限的道能力SERCEL 408 DSU 内置加速度信号发生器做内部测试 VectorSeis 三分量数字传感器指标 注 I O数字型检波器指标输出范围 3gpeakoutput噪声 120db线性度偏差 1500Hz总谐波失真 THD 0 0001 功率耗损 0 95W体积 140mmx86mmx38mm重量 450g工作温度 40 70 存储温度 60 70 性能高性能 单点接收器 三分量数据全数字 TrueDigital 无电路噪声减少泄露无接线错误风险 电缆连接错误 VOR 倾斜测量 高的野外布设效率 压电检波器压电式检波器在海洋地震勘探工作中大量使用 这种检波器是根据某些物质的压电效应制成的 当沿一定方向对某些电介质施力而使其变形时 内部就产生极化现象 同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷 当外力去掉后 又更新恢复不带电状态 这种现象称为压电效应 海上检波器正是利用这种压电效应将地震波引起的水压变化转变为电信号的一种机电转换装置 压电式检波器是以压电传感器为信号检测单元的检波器 它以某些介质的压电效应为基础 在外力的作用下 在电介质表面上产生电荷 其电荷与所受外力成正比 从而达到把机械能转化为电量的目的 因为压电晶体二极板间产生的电荷量相等 压电晶体为高阻抗的元件 所以可将其视为一个电容器 二极板间的电压为U Q Ca 可把压电式传感器等效为一个电源U和一个电容Ca的串联电路 压电传感器会受周围环境的温度 电场 磁场和压力影响 实际上 在海上每一地震道并不只使用一个压电传感器 一般都是将多个传感器并联 或串并联使用 在海上勘探过程中 由于勘探船的拖动和海浪冲击 海上检波器中的压电传感器将不断地受到加速度的作用 由于加速度的作用 压电元件上将受到与质量成正比的惯性力的作用而产生电荷输出 为了消除这种加速度产生的噪声 海上检波器通常做成两个背靠背的弯曲片 当地震信号引起检波器附近水压变化时 两弯曲片形变相同 产生相同极性的电荷彼此相加 在输出端产生信号电压 在加速度作用下 两弯曲片形变相反 产生的电荷彼此抵消 在输出端不产生加速度噪声电压 注 水中的压力是无方向性的 所以水中的压电检波器无三分量 只有单分量 又因为水中不存在剪切横波 只有胀缩形变的纵波 所以压电检波器都是只接受地震纵波的单分量检波器 变压器耦合式海上检波器压电陶瓷元件的输出阻抗很高 而地震仪的输入阻抗则比它低得多 因此 常使用变压器进行阻抗匹配 为减少导线间的漏电作 变压器一般靠近陶瓷元件 对于